光谱分析技术在气体分析中检测的研究

张前 穆克然木 · 阿布利孜

摘要：光谱分析技术是一门发展迅猛的高新技术,在气体检测分析领域里被誉为分析“巨人”,它的出现掀起了一场分析技术革命。随着现代化工业的突飞猛进，气体检测技术的重要性不言而喻，光谱是气体检测家族中的重要一员，它以吸收光谱为基础理论，基于光．热．声效应实现对气体定性与定量测量的一种检测方法，具有高灵敏性、高选择性、快速响应、在线监测和无耗材等优点，其应用前景十分广阔。随着计算机科学与数值模拟技术的发展，仪器研制的研发环境与设计流程也发生了较大的变化，利用先进的设计方法用于光声光谱技术的研究具有积极的意义。本论文通过理论分析的方法，围绕光声光谱光．热．声效应下的多物理场耦合计算问题，利用计算机有限元仿真技术开展光声池的优化设计、光声光谱连续性检测系统与光声池腔内流场与噪声等问题的实验研究与理论分析， 本文阐述了红外光谱技术吸收原理及优点，介绍了光谱技术在气体检测分析中的应用。 对实际生产具有指导意义。

关键词：红外光谱技术；气体检测分析；特征频率

近些年，伴随着我国经济的飞速发展，各种各样安全生产事故的产生频率也在持续提升。瓦斯爆炸是煤矿业生产制造中最普遍、伤害较大的安全生产事故，因而煤矿业公司必须一套健全的煤层气检测机器设备来防止重大安全事故的产生。石油工业和避免疫情散播也必须气体检测机器设备，如检测一氧化碳。因而，气体检测剖析技术性被广泛运用于很多领域，对确保大家的制造日常生活具备关键实际意义。现阶段，气体检测的方式 许多，在其中红外光谱法是最经常使用的气体检测和统计分析方法。摆脱了传统式气体检测统计分析方法机器设备易衰老、抗干扰性弱等缺陷。它具备反应灵敏、精确测量結果真正靠谱等优势，具备较好的发展前途。

1. 光谱吸收基本原理

大家都知道，仅是由很多可见光组合而成的，因此大家见到红外线是由很多红外线频率之外的光构成的。每一种气体都是有一个特性：可以吸收相对应频率的红外线能，气体吸收红外光能的最大频率称之为气体的特点吸收频率。当光透过气体时，气体吸收特点频带光，造成聚光减少。研究表明，每一种气体在红外辐射波段都是有不一样数目的特点吸收线。由于特点频率是由一定频率范畴内的光构成的，特点吸收频率有一定的网络带宽，带宽内每一个频率的吸收量是不一样的。根据对应的吸收实体模型和计算方法，可以测算出红外线根据气体的吸收动能。气体的含量转变，光越过气体的间距，聚光损耗的水平，都合乎光吸收的基本定律。

2. 光谱技术性的优点

2.1 优良的可选择性

由于每一种气体都是有指定的红外线吸收频率，因此可以检测出混和气体中的特殊气体，由于每一种气体都是有自身的特点频带，互相防护，互相不影响。

2.2 反映灵巧，稳定性高

用传统式的检测方式开展气体检测时，检测系统软件开机后通常无法同时工作中，反而是必须较长的加热時间。殊不知，应用红外光谱技术性的气体检测机器设备在起动后的短期内就可以工作中。即使气体浓度值转变不大，也可以立即检测出去，反映十分灵巧。在具体检测全过程中，根据一些检测方式设计的检测系统软件非常容易因机器设备发烫等原因造成精确测量不精确，检测数据信息不靠谱。而选用红外光谱吸收技术性设计方案的气体检测机器设备，因为是以光信号工作中，不容易造成系统软件的升温，精确测量数据信息不容易遭受影响原因的危害，精确测量可靠性和稳定性高。

2.3 安全系数和可执行性高

光谱技术性设计方案的检测机器设备应用光信号。与传统的的应用信号的机器设备对比，在煤矿业等易燃易爆物品气体集聚时不容易造成气体点燃发生爆炸，具备更多的防火性和安全系数。因为每一种仪器设备都是有自身的应用领域，当气体浓度值超出一定值时，非常容易导致元件的衰败，使精确测量結果造成误差。应用光谱检测气体可以防止这种状况。并且光谱技术性造成的电磁干扰弱，系统软件频率稳定度高。除此之外，系统软件具备全自动敏感度赔偿和全自动零点赔偿作用，不用按时校正，可执行性强。

3. 光谱检测技术性的运用

光谱在气体检测和剖析中的运用古已有之，运用实际效果也很好。现阶段，普遍采用的气体检测方式有几种。

3.1 吸收光谱学

直接吸收光谱法早已采用了很长时间，而且具备普遍的运用。这也是一种根据比尔-朗伯基本定律基本原理的检测方式。由于气体和光相互影响的线路长短与气体对光线的吸收正相关。因而，光与气体相互影响的途径越长，气体吸收的光就越大，检测反映就越来越快，精确测量結果就越靠谱。伴随着科学研究的进一步深层次，立即吸收光谱仪技术性从一开始的单边光慢慢发展趋势到随后的双环路，再到现在的具备多次反射面工作能力的长环路。多通道制动气室分成白光灯制动气室、赫里艾克斯制动气室和透射镜多通道制动气室三种。多次反射面长光程制动气室可以造成数百次反射面，得到的光程长短从几十米到几千米不一。在那样的环路下，检测敏感度进一步提高。

3.2 光声光谱仪技术性

光声光谱仪的机理是气体在吸收光辐射的历程中会造成声波频率。它是依据光声效用发展趋势下去的检测技术性，因此可以用于检测气体。与别的红外光谱技术性不一样，光声光谱仪是一种间接性检测技术性，不立即检测整个过程，反而是检测气体吸收光造成的溫度和工作压力转变。因为气体在光吸收全过程中溫度会产生变化，进而造成工作压力转变或声波频率，光声光谱仪技术性可以运用这种原因来检测气体。

4. 结束语

选用光谱技术性对气体开展检测剖析，摆脱了基本仪器设备易受外部自然环境影响、仪器设备构件易衰老的缺陷。具备可选择性好、反映灵巧、稳定性强、安全系数高、可执行性强等优势。坚信伴随着科学研究的深层次，光谱的那些优点将使其在气体检测剖析中的应用前景更为宽阔。

参考文献

1. 施德恒,刘新建,许启富.利用红外光谱吸收原理 CO 浓度测量装置研究[J] .光学技术, 2001 (1) .

[2]邓勃.原子吸收光谱分析的原理、技术和应用[M] .北京:清华大学出版社, 2004.

[3]孙汉文.原子光谱分析[M] .北京:高等教育出版社,2002.

作者简介：张前（1968.11-）男，汉族，河南温县人，工程师，本科，研究方向：理化分析。