第八章 气体成分分析
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爆燃法
分类
缓燃法 氧化铜燃烧法
几个概念
✓ 爆炸上限：使可燃性气体能引起爆炸的最高含量 (含量指可燃性气体与空气或氧气的 浓度关系百分比)。
✓ 爆炸下限：使可燃性气体能引起爆炸的最低含量。 ✓ 爆炸极限：爆炸上限和爆炸下限之间的范围。
例如： 氢气的爆炸极限是：4.1～ 74.2％。即氢气在空气
CO2 CnHm O2
CO CH4 H2 N2
编 号
KOH (33%) √
(1)
饱和溴水
√ √ (2)
焦性没食子
酸的碱溶液 √
√
(3)
氯化亚铜 氨溶液
√
√
√
√
(4)
燃烧法
√ √ √ √ √ √ (5)
√表示发生了相互作用或干扰； 表示不干扰
规律总结：
(1) KOH溶液只吸附CO2； (2) 饱和溴水只吸附不饱和烃，其他的不干扰，但是 要用碱溶液除去吸附时混入的溴重气，此时CO2也 被吸附故排在KOH之后；
混合 气 仪器 (特定试 )剂 吸 收 被测物与试剂
产 生 体积 差 定
例如：混合气：
O2 N2 K OH (特定 试剂 )O2和N2不被吸收 CO2
钢铁样中C的测定：
固体 通 O2 ,12 50C 0C O2O2 K O HO K22CO3
测 体 积 差 VCO2 (C)
(3) 焦性没食子酸的碱溶液能吸附碱性气体CO2，所 以排在KOH之后；
(4) 氯化亚铜氨溶液不但吸附CO而且吸附CO2 、O2、 CnHm等，故应为第4位。
1.2 吸收滴定法
综合使用吸收法和滴定法。吸收剂吸收被 测组分，然后用标准滴定法滴定。存在的两种 反应是：吸收反应和滴定反应
分类
缓燃法 氧化铜燃烧法
几个概念
✓ 爆炸上限：使可燃性气体能引起爆炸的最高含量 (含量指可燃性气体与空气或氧气的 浓度关系百分比)。
✓ 爆炸下限：使可燃性气体能引起爆炸的最低含量。 ✓ 爆炸极限：爆炸上限和爆炸下限之间的范围。
例如： 氢气的爆炸极限是：4.1～ 74.2％。即氢气在空气
CO2 CnHm O2
CO CH4 H2 N2
编 号
KOH (33%) √
(1)
饱和溴水
√ √ (2)
焦性没食子
酸的碱溶液 √
√
(3)
氯化亚铜 氨溶液
√
√
√
√
(4)
燃烧法
√ √ √ √ √ √ (5)
√表示发生了相互作用或干扰； 表示不干扰
规律总结：
(1) KOH溶液只吸附CO2； (2) 饱和溴水只吸附不饱和烃，其他的不干扰，但是 要用碱溶液除去吸附时混入的溴重气，此时CO2也 被吸附故排在KOH之后；
混合 气 仪器 (特定试 )剂 吸 收 被测物与试剂
产 生 体积 差 定
例如：混合气：
O2 N2 K OH (特定 试剂 )O2和N2不被吸收 CO2
钢铁样中C的测定：
固体 通 O2 ,12 50C 0C O2O2 K O HO K22CO3
测 体 积 差 VCO2 (C)
(3) 焦性没食子酸的碱溶液能吸附碱性气体CO2，所 以排在KOH之后；
(4) 氯化亚铜氨溶液不但吸附CO而且吸附CO2 、O2、 CnHm等，故应为第4位。
1.2 吸收滴定法
综合使用吸收法和滴定法。吸收剂吸收被 测组分，然后用标准滴定法滴定。存在的两种 反应是：吸收反应和滴定反应
第八章 气体成分分析
第8章 气体成分分析
Analysis of the Gas Componant
气体成分分析的意义
• 成分分析在工业生产及科学研究中具有广 泛的用途 • 燃烧过程可以通过对烟气中的O2或CO2含量 分析或判断，了解燃烧状况 • 环境监测，就是分析大气或烟气中NOx/SO2 等有害成分的含量是否超标，CO2??? • 火灾研究中，气体成分分析，了解火灾产 生烟气中对人体健康最致命的成分含量及 排序？？？
n--理论塔板数 VR--组分的保留体积 tR--组分的保留时间 y1/2--半峰宽 •进样量越大，色谱峰越高 •保留体积越大，色谱峰越低 •柱效越高，色谱峰越高 •早流出的谱峰高且窄 •后流出的谱峰低且宽
气相色谱分析仪
• 色谱柱管对样品应无吸附性，不起化学反应。 常用的有玻璃管、不锈钢管、铜管。形状多 为U型或螺旋形 • 固定相应根据被测组分进行选择 • 气固色谱中，常用固定碳黑、分子筛、硅和 多孔性高分子微球等 • 汽液色谱中，常用液体石蜡、甘油、聚乙二 醇等，并用所谓的“担体”来支持固定液以 扩大固定液表面积 • 担体：硅藻土型、四氟乙烯和玻璃
三、气相色谱分析仪
• 气相色谱分析仪是一种多组分分析仪器，具有灵敏 度高，分析速度快，应用范围广等特点，能够完成 过去由红外分光光谱仪＋质谱仪联合完成的分析任 务，结构比二者的联合简单，价格也较便宜 • 色谱分析方法是一种混合物的分离技术，与检测技 术配合，可以对混合物的各组分进行定性或定量分 析 • 工作原理：使分析样品在“流动相”推动下流过 “色谱柱”（内装填充物，即固定相）由于样品中 各组分在“流动相”和固定相中分配情况不同，它 们从色谱柱中流出的时间不同，从而达到分离不同 组分的目的
红外气体分析仪
• 对于一定波长的红外辐射吸收，其强度与待测 组分浓度间的关系可以由贝尔定律来描述：
Analysis of the Gas Componant
气体成分分析的意义
• 成分分析在工业生产及科学研究中具有广 泛的用途 • 燃烧过程可以通过对烟气中的O2或CO2含量 分析或判断，了解燃烧状况 • 环境监测，就是分析大气或烟气中NOx/SO2 等有害成分的含量是否超标，CO2??? • 火灾研究中，气体成分分析，了解火灾产 生烟气中对人体健康最致命的成分含量及 排序？？？
n--理论塔板数 VR--组分的保留体积 tR--组分的保留时间 y1/2--半峰宽 •进样量越大，色谱峰越高 •保留体积越大，色谱峰越低 •柱效越高，色谱峰越高 •早流出的谱峰高且窄 •后流出的谱峰低且宽
气相色谱分析仪
• 色谱柱管对样品应无吸附性，不起化学反应。 常用的有玻璃管、不锈钢管、铜管。形状多 为U型或螺旋形 • 固定相应根据被测组分进行选择 • 气固色谱中，常用固定碳黑、分子筛、硅和 多孔性高分子微球等 • 汽液色谱中，常用液体石蜡、甘油、聚乙二 醇等，并用所谓的“担体”来支持固定液以 扩大固定液表面积 • 担体：硅藻土型、四氟乙烯和玻璃
三、气相色谱分析仪
• 气相色谱分析仪是一种多组分分析仪器，具有灵敏 度高，分析速度快，应用范围广等特点，能够完成 过去由红外分光光谱仪＋质谱仪联合完成的分析任 务，结构比二者的联合简单，价格也较便宜 • 色谱分析方法是一种混合物的分离技术，与检测技 术配合，可以对混合物的各组分进行定性或定量分 析 • 工作原理：使分析样品在“流动相”推动下流过 “色谱柱”（内装填充物，即固定相）由于样品中 各组分在“流动相”和固定相中分配情况不同，它 们从色谱柱中流出的时间不同，从而达到分离不同 组分的目的
红外气体分析仪
• 对于一定波长的红外辐射吸收，其强度与待测 组分浓度间的关系可以由贝尔定律来描述：
《天然气组成分析》课件
丙烷的能量密度较高，燃烧后 产生水和二氧化碳。
丙烷主要用于家庭和商业领域 的燃料，也可用于生产丙烯等 化学品。
丙烷
丙烷是天然气中的另一种烃类 化合物，含量通常占天然气总 量的2%~5%。
丙烷的能量密度较高，燃烧后 产生水和二氧化碳。
丙烷主要用于家庭和商业领域 的燃料，也可用于生产丙烯等 化学品。
丁烷
ABCD
样品处理困难
天然气样品中常含有水分、硫化物和其他杂质， 需要经过复杂的预处理才能进行准确分析。
标准和方法不统一
目前缺乏统一的天然气组成分析标准和规范，导 致不同实验室间的结果可比性差。
展望
新技术应用
随着色谱、质谱等技术的发展，未来天 然气组成分析的精度和效率将得到进一
步提高。
标准和方法统一
天然气是工业生产的重要原料，可用于化工、电 力、钢铁等行业。
交通燃料
天然气也可用作交通燃料，如公交车、出租车等 。
天然气的开采与运
01
02
03
天然气开采
通过钻井技术将天然气从 地下岩层中开采出来。
运输方式
经过处理后，天然气通过 管道、液化天然气等方式 进行运输。
液化天然气
液化天然气是将天然气在 极低温度下液化，以便于 储存和运输。
《天然气组成分析》ppt课 件
目 录
• 天然气简介 • 天然气组成 • 天然气组成分析方法 • 天然气组成分析的应用 • 天然气组成分析的挑战与展望
目 录
• 天然气简介 • 天然气组成 • 天然气组成分析方法 • 天然气组成分析的应用 • 天然气组成分析的挑战与展望
01
天然气简介
01
天然气简介
红外光谱法
总结词
油气测试方法
油气测试方法一、化学分析方法1. 气体成分分析：气体成分分析是研究天然气组成和性质的基础。
常用的气体成分分析方法包括色谱法、质谱法等。
色谱法是一种通过气相色谱仪将气体成分分离并进行定量分析的方法，而质谱法则是通过质谱仪对气体成分进行检测和分析的方法。
2. 原油成分分析：原油成分分析是研究原油成分和性质的重要方法。
常用的原油成分分析方法包括色谱法、质谱法、核磁共振法等。
这些方法可以分析出原油中各种组分的含量和比例，从而确定原油的性质和品质。
3. 残余烃分析：残余烃分析主要是分析石油加工过程中残留的烃类化合物。
常用的残余烃分析方法包括色谱法、质谱法、元素分析法等。
这些方法可以确定残留烃的种类、含量和分布规律，为石油加工工艺的优化提供依据。
二、物理测试方法1. 密度测定：密度是描述油气物质密度大小的重要指标，对于估算油气的含量和储量具有重要意义。
常用的密度测定方法有液体置换法、气体置换法等。
这些方法可以测定油气的密度、容重等参数，并通过比较和计算得出油气的含量和储量。
2. 粘度测定：粘度是描述油气物质流动性的重要参数，对于评估油气开采和输送过程中的流动性能具有重要意义。
常用的粘度测定方法有旋转粘度计法、流变仪法等。
这些方法可以测定油气的粘度、黏度指数等参数，并通过比较和计算得出油气的流动性能。
3. 闪点测定：油气的闪点是在一定条件下恰好会发生燃烧或爆炸的温度，对于油气的储运和使用安全具有重要意义。
常用的闪点测定方法有闭口杯法、开口杯法、闪点测试仪法等。
这些方法可以测定油气的闪点和燃点，评估油气的安全性能。
三、地质测试方法1. 地震勘探：地震勘探是一种通过地震波在地下传播和反射的原理，对地下岩石结构和油气储层进行探测和识别的方法。
地震勘探可以提供地下岩石结构和油气储层的三维地质模型，为油气资源的勘探和开发提供依据。
2. 电磁勘探：电磁勘探是一种利用电磁场对地下物质进行探测和识别的方法。
电磁勘探可以在地下发现含水层、油气储层等目标物质，为油气资源的勘探和开发提供依据。
教案-空气中的“流浪汉”
空气中的“流浪汉”第一章：认识空气中的气体成分1.1 教学目标：让学生了解空气的组成，知道空气中各成分的体积分数。
让学生掌握氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳和其他气体等空气成分的性质和用途。
1.2 教学内容：空气的组成：氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳和其他气体。
各成分的体积分数：氮气约占78%，氧气约占21%，稀有气体约占0.94%，二氧化碳约占0.03%，其他气体约占0.03%。
各成分的性质和用途：氧气能支持燃烧和供给呼吸，氮气可用作保护气、制氮肥、充入食品包装袋内防腐、液态氮可以做制冷剂，稀有气体通电时能发出不同颜色的光，可用于霓虹灯，二氧化碳既不能燃烧也不支持燃烧，可用于灭火、做化工原料、植物光合作用等。
第二章：空气污染及其危害2.1 教学目标：让学生了解空气污染的来源，知道有害气体和粉尘是主要的污染途径。
让学生掌握常见有害气体和粉尘的来源、危害及防治措施。
2.2 教学内容：空气污染的来源：有害气体（一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等）和粉尘（PM2.5、PM10等）。
常见有害气体和粉尘的来源：一氧化碳来源于化石燃料的不完全燃烧，二氧化硫来源于煤、石油等燃料的燃烧，二氧化氮来源于汽车尾气、工厂废气等，粉尘来源于扬尘、工业粉尘等。
危害：有害气体和粉尘对人体健康造成危害，如引起呼吸系统疾病、心血管疾病等，对环境造成污染，影响生态平衡。
防治措施：加强环保法规建设，提高公众环保意识，控制污染源排放，发展清洁能源等。
第三章：空气质量指数（AQI）与健康关系3.1 教学目标：让学生了解空气质量指数（AQI）的定义、计算方法和等级划分。
让学生掌握AQI与人体健康的关系，知道如何保护自己。
3.2 教学内容：空气质量指数（AQI）的定义：反映空气质量的好坏，数值越大，污染越严重。
AQI的计算方法：根据空气中PM2.5、PM10、二氧化硫、二氧化氮等污染物的浓度，按照一定的公式计算得出。
AQI的等级划分：0～50为优，51～100为良，101～150为轻度污染，151～200为中度污染，201～300为重度污染，大于300为严重污染。
课件：第08章 气体成分分析
RS232通讯口。 带充电电池。 配有专用软件FGA
操作特点及注意事项 体 积 最 小 的 气体 测试 仪器 ，适 合燃烧效率测试用。 要定期充电，定期更换滤芯。 缺点：不能打印。
携 带 方 便 ， 可测 量氮 氧化 物， 要定期充电，定期更换滤芯。
携 带 较 方 便 ，可 测量 燃烧 产物 较 全 ， 要 定 期充 电， 定期 更换 滤芯。
23
5、Model 41C 的工作原理（CO2分析仪）
• 工作原理：基于CO2吸收红外光。
工作步骤：
样品通过采样管进入仪 器，如右图。
样品流过光具座。来自
红外光源的辐射光通
过一个在CO2和N2之 间交替的气体消光片，
再通过一个窄带通干
涉滤波器进入光具座
被进入的样品气体吸
收。由红外检测器检
测辐射光信号。
7、 SO2分析仪（ Model 43C ）
• Model 43C 的工作 原理是基于SO2分子 吸收紫外光，在某 一波长受到激励后 衰减到较低的能级 后在另一个不同的 波长发射紫外光。 其反应公式如下
• SO2 + hv1 SO2* SO2 + hv2
28
• 样品通过采样管进入仪器，首先进入碳氢化合物脱除器，通过对样 品中的碳氢化合物加压使之渗透过中心管的管壁将样品中的碳氢化 合物脱除，而SO2 分子在通过碳氢化合物脱除器时不受影响。
• 干空气通过干空气管进入仪器，先通过一个流量传感器， 再通过一个无声放电臭氧器。臭氧器产生化学发光法所需 的必要的臭氧浓度,臭氧与采样气中的NO反应产生电子受激 的NO2分子，封装在热电冷却器中的光电倍增管来检测NO2 的光强。
• 在NO方式和NOx方式中的NO和NOx的浓度计算存储在内存 中，这两种浓度之间的差别用来计算NO2浓度。
操作特点及注意事项 体 积 最 小 的 气体 测试 仪器 ，适 合燃烧效率测试用。 要定期充电，定期更换滤芯。 缺点：不能打印。
携 带 方 便 ， 可测 量氮 氧化 物， 要定期充电，定期更换滤芯。
携 带 较 方 便 ，可 测量 燃烧 产物 较 全 ， 要 定 期充 电， 定期 更换 滤芯。
23
5、Model 41C 的工作原理（CO2分析仪）
• 工作原理：基于CO2吸收红外光。
工作步骤：
样品通过采样管进入仪 器，如右图。
样品流过光具座。来自
红外光源的辐射光通
过一个在CO2和N2之 间交替的气体消光片，
再通过一个窄带通干
涉滤波器进入光具座
被进入的样品气体吸
收。由红外检测器检
测辐射光信号。
7、 SO2分析仪（ Model 43C ）
• Model 43C 的工作 原理是基于SO2分子 吸收紫外光，在某 一波长受到激励后 衰减到较低的能级 后在另一个不同的 波长发射紫外光。 其反应公式如下
• SO2 + hv1 SO2* SO2 + hv2
28
• 样品通过采样管进入仪器，首先进入碳氢化合物脱除器，通过对样 品中的碳氢化合物加压使之渗透过中心管的管壁将样品中的碳氢化 合物脱除，而SO2 分子在通过碳氢化合物脱除器时不受影响。
• 干空气通过干空气管进入仪器，先通过一个流量传感器， 再通过一个无声放电臭氧器。臭氧器产生化学发光法所需 的必要的臭氧浓度,臭氧与采样气中的NO反应产生电子受激 的NO2分子，封装在热电冷却器中的光电倍增管来检测NO2 的光强。
• 在NO方式和NOx方式中的NO和NOx的浓度计算存储在内存 中，这两种浓度之间的差别用来计算NO2浓度。
《气体分析》PPT课件 (2)
原理：
混合 气 仪器 (特定试 )剂 吸 收 被测物与试
产 生 体积 差 定
根据吸收前后体积之差=被测组分体积计算出 体积比（V/V）的分数
推广 液固 试 转 化 样 气 体 特 定 试 吸 剂 收
测 体 积 V损 差测
例如：混合气：
C O2O2 K O 特 H (定 试 ) 剂O2不被吸收
cokoh精选ppt25不被吸收不能燃烧燃烧法苯甲苯不饱和烃煤气主要成分chcoco吸收容量法精选ppt26煤气中各种成分的吸附剂及吸附顺序表成分吸附剂反应cnhm饱和溴水臭浓硫酸ag2kohcobrchbrchbrchchchbrchbrbrchch乙基酸钠ohosochchsochchohosochso2hchch3hok3kohoh被氯化精选ppt27保险粉na蒽醌磺酸钠作催化剂co氯化亚铜氨溶液氯化亚铜盐酸溶液ch海绵状钯吸收常用燃烧法2coclcu2cocucl2hco2ochcl2nhcucoonhcucoonh2h4nh2coclcu精选ppt28精选ppt29混合气与吸附剂作用情况表cocochkoh33氯化亚铜氨溶液精选ppt30标注表格
分两大类
吸收法
燃烧法
气体容量法 气体容量滴定法
气体重量法
爆烧法
缓燃法
氧化铜燃烧法
一、 吸收法
（一） 气体容量法（或气体体积） 1．原理：利用气体的化学特性，使混合气 和特定试剂接触。则混合气体中的被测组分 与试剂发生化学反应被定量吸收，其它组成 则不发生反应（或不干扰）。 如果吸收前后的温度及压力一致，则吸收前 后的体积之差即为被测组分的体积。
• 然后经旋塞4和橡皮管 3→与采样管连接→降
2 封 闭 液 瓶 低瓶2→气体进入瓶1→ 至需要量关旋塞4夹紧 弹簧5 →完成采样工作
气体成分分析
一、氧化锆氧量分析仪的基本工作原理 1. 氧化锆固体电解质导电机理 电解质溶液依靠离子导电。某些固体也具有离子导电的性质。 固体电解质------具有某种离子导电性质的固体物质。 固体电解质是离子晶体结构，温度越高，导电性能越强。
氧离子固体电解质------能传导氧离子的固体电解质。
氧化锆是一种固体电解质。纯氧化锆基本上不导电，但参杂了 一些氧化 钙、氧化钇等稀土元素后，具有高温导电性。 如在氧化锆中掺杂一些氧化钙，Ca 置换了Zr原子的位置，由于Ca2+和Zr4+ 离子价不同，在晶体中形成许多氧空穴。 在高温（7500C以上）下，如有外加电 场，就会形成氧离子（O2-）占据空穴 的定向运动而导电。带负电荷的氧离子 占据空穴的运动，也就相当于带正电荷 的空穴做反向运动。此即氧化锆固体电 解质的导电机理。与P型半导体靠空穴 导电的机理类似。
① 排放限值 ② 检测车辆 ③ 测试环境
④ 测试设备
⑤ 测试循环 ⑥ 取样方法 ⑦ 检测操作 ⑧ 数据处理
测试循环
欧洲轻型车标准测试循环
十三点工况法
美国城市标准 测试循环
采样方法
① 直接取样(Direct Sampling)：存在冷凝、吸附问题 ② 定容取样（CVS—Constant Volume Sampling)：稀释采样 ③ 全流法（Full Flow Sampling) ④ 部分流法(Proportional Sampling)
由φ 1=2.0 %时的试 验数据可见，T变化， 但：
（m V） (K)
E const Et 11.2
所以可以进行温 度补偿。
第 3 节
一、概述
色谱法测量气体成分
色谱法是重要的近代分析手段之一。它对被分析的多组分混合物采取先分离， 后检测的方法进行定性、定量的分析。具有取样量少、效能高、分析速度快、定 量结果准确的特点。 原理 待分析的混合物样品在流动气体或液体（流动相）的推动下流经一装有填充 物 （固定相）的管子（色谱柱），受固定相的吸附或溶解作用，样品中的各 组分在固定相和流动相中产生浓 度分配。由于固定相对各组分的 吸附或溶解能力不同，因此各组 分在流动相和固定相中的浓度分 配也不同，导致各组分丛色谱柱 流出的时间不同，从而使各组分 分离。
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E E0ekcl
E 透射红外辐射的强度；E0 入射红外辐射的强度；
k 待测组分对波长为的红外辐射的吸收系数；
c 待测组分的量浓度；l 红外辐射穿过的待测组分的长度。
• 强度仅仅是待测组分物质的量浓度的单值函数
红外气体分析仪
单组分红外气体分析仪系统
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第8章 气体成分分析
Analysis of the Gas Componant
气体成分分析的意义
• 成分分析在工业生产及科学研究中具有广 泛的用途
• 燃烧过程可以通过对烟气中的O2或CO2含量 分析或判断，了解燃烧状况
• 环境监测，就是分析大气或烟气中NOx/SO2 等有害成分的含量是否超标，CO2???
氧化锆氧量计
• 实际应用中，取空气做气体2（参比气体）， 其含氧量φ2和氧分压p2固定不变，气体1即被 分析的气体
• 如果被分析气体和参比气体的总压都是p，则 可都采用相对压力p1/p，能斯特方程变为：
E RT ln p2 / p nF p1 / p
E T (0.0338 0.0496 lg 1) (mV )
O 2 O 2
＋
O2 P2 O2 φ2
如果φ1＝0，φ2 φ1 如果φ1≠0, φ2 φ1
ZrO2 CaO
铂电极
氧化锆氧量计
• 氧浓差电势
• 能斯特方程给出氧浓差电势大小：
E RT ln p2 nF p1
E 氧浓差电势（V）; F－法拉第常数，为96487C / mol; R 理想气体常数，8.314J /(mol K ); T 热力学温度（k); n 一个氧分子从正电极带到负电极的电子数，n 4
一、氧化锆氧量计
• 氧化锆氧量计是近30年发展起来的一种烟气 氧含量分析测量仪表
• 结构简单、灵敏度高、测量范围大、响应快 • 氧化锆的特性：固体电解质、离子导电特性、
升温过程晶相变化，会出现降氧离子空穴， 降温过程中反过来进行；当掺进去CaO时， 会产生很大浓度的氧离子空穴，推动氧离子 运动的能力就强，分析氧离子含量变化的分 辨率高
氧化锆氧量计
• 温度T一定时，氧浓差电势E与被测气体含氧量φ1 成单值非线性函数关系，故二次仪表的刻度也是非 线性的
• 氧量信号作为调节信号时，应是线性化
• 氧浓差电势与温度有关，在测量系统中必须采用恒 温措施或对温度变化进行补偿
• 为保证一定的灵敏度，应使工作温度在600°C以 上，由于ZrO2的烧结温度为1200°C，故工作温度 不能超过1150°C
• 实际上每一种化合物的分子并不是对红外光谱范 围内任意一种波长的辐射都具有吸收能力，而是 有选择性吸收某一个或某一组特定波段内的辐射， 这个特定的波段就是分子的特征吸收带，如同 “物质指纹”
• 通过对特征吸收带及其吸收光谱的分析，可以识 别分子类型，得到待测组分的含量
红外气体分析仪
• 对于一定波长的红外辐射吸收，其强度与待测 组分浓度间的关系可以由贝尔定律来描述：
• 使用此式是在气体总压和参比总压相等的条件下得 出，注意使用条件
氧化锆氧量计的测量系统
• 氧化锆管
3
2
1
3
氧化锆管是测氧计的发送 4 器，有封头式和无封头式
两种，铂电极分别附在内、 外壁上，并用铂丝作为电 极引出线
性能稳定，复制性好，空
4
隙小，纯度高等
铂电极应牢固附着在氧化 锆管上，且具有多理
• 氧浓差电势：一块氧化锆两侧分别附上一个多孔铂 电极，并使其处于高温下。如果两侧氧含量不同， 那么两个电极间就会出现电动势，此电动势是由于 固体电解质两侧气体的含量浓度不同而产生的，故 称为氧浓差电势，这样的装置叫做氧浓差电池
－
P1
O 2 O 2
φ1
• 温度越高，氧浓度增大，浓差电势减小， 补偿结果的准确度稍有下降
• 所以不能完全补偿，但系统简单，在工业 上应用很广
• 如需要更精确测量，可采用更复杂的电路 结构或恒温装置
二、红外气体分析仪
• 根据红外理论，许多化合物分子在红外波段都具 有一定的吸收带。
• 吸收带的强弱及所在的波长范围由分子本身的结 构决定
氧化锆氧量计的测量系统
• 补偿式测量系统
• 为得到氧浓度差电势与被测含氧量的单一关 系，方法之一就是在测量系统中加入温度补 偿回路对温度的变化进行补偿
＋ 浓差 电势 －
温差 － 电势 ＋
二次仪表
氧化锆氧量计的测量系统
温度/°C 700 720 740 760 780
氧浓差电势/mV 44.88 49.89 50.89 51.90 52.90
红外气体分析仪
• 红外气体分析仪除了对单原子气体（He、Ne、 Ar等）和双原子气体同核分子（如O2、N2、 H2等）不能分析外，其他具有偶极矩的气体 分子都可以分析
1－凹面反射镜；2－红外光源；3－切光片；4－马达；5－参 考气室；6－样品气室；7－干涉滤光片；8－聚光镜；9－红 外探测器；10－信号放大器；11－显示器
红外气体分析仪
3组分含量 信号被分 4 5 离后记录
1
23
6
11
7 89
10
12
13 Ra Rb Rc
Sa Sb Sc
1－红外光源；2－马达；3－切光片；4－光源；5－光电二极 管；6－放大器；7－样品室；8－红外探测器；9－信号放大器； 10－分离器；11、12、13－显示器
热电势/mV 29.13 29.97 30.81 31.64 32.46
差值/mV 19.75 19.92 20.08 20.26 20.44
随温度变化，氧浓度差电势和热电势变化基本相等，二 者之差基本相等，由此可得到一种较为简单的补偿系统
氧化锆氧量计的测量系统
• 氧化锆产生的氧浓差电势和反串的热电势 之差都可以远传到二次仪表
• 火灾研究中，气体成分分析，了解火灾产 生烟气中对人体健康最致命的成分含量及 排序？？？
气体成分分析技术
• 电化学方法测气体成分-氧化锆氧量计 • 红外法测多原子分子的气体成分（CO、
CO2、SO2）－红外气体分析仪 • 化学荧光法测NOx • 光谱分析技术:傅立叶红外光谱分析仪
（FTIR）、气相色谱仪(GC)、原子发射光 谱仪(ICP)
E 透射红外辐射的强度；E0 入射红外辐射的强度；
k 待测组分对波长为的红外辐射的吸收系数；
c 待测组分的量浓度；l 红外辐射穿过的待测组分的长度。
• 强度仅仅是待测组分物质的量浓度的单值函数
红外气体分析仪
单组分红外气体分析仪系统
5
1
2 34
6
7
8 9 10 11
第8章 气体成分分析
Analysis of the Gas Componant
气体成分分析的意义
• 成分分析在工业生产及科学研究中具有广 泛的用途
• 燃烧过程可以通过对烟气中的O2或CO2含量 分析或判断，了解燃烧状况
• 环境监测，就是分析大气或烟气中NOx/SO2 等有害成分的含量是否超标，CO2???
氧化锆氧量计
• 实际应用中，取空气做气体2（参比气体）， 其含氧量φ2和氧分压p2固定不变，气体1即被 分析的气体
• 如果被分析气体和参比气体的总压都是p，则 可都采用相对压力p1/p，能斯特方程变为：
E RT ln p2 / p nF p1 / p
E T (0.0338 0.0496 lg 1) (mV )
O 2 O 2
＋
O2 P2 O2 φ2
如果φ1＝0，φ2 φ1 如果φ1≠0, φ2 φ1
ZrO2 CaO
铂电极
氧化锆氧量计
• 氧浓差电势
• 能斯特方程给出氧浓差电势大小：
E RT ln p2 nF p1
E 氧浓差电势（V）; F－法拉第常数，为96487C / mol; R 理想气体常数，8.314J /(mol K ); T 热力学温度（k); n 一个氧分子从正电极带到负电极的电子数，n 4
一、氧化锆氧量计
• 氧化锆氧量计是近30年发展起来的一种烟气 氧含量分析测量仪表
• 结构简单、灵敏度高、测量范围大、响应快 • 氧化锆的特性：固体电解质、离子导电特性、
升温过程晶相变化，会出现降氧离子空穴， 降温过程中反过来进行；当掺进去CaO时， 会产生很大浓度的氧离子空穴，推动氧离子 运动的能力就强，分析氧离子含量变化的分 辨率高
氧化锆氧量计
• 温度T一定时，氧浓差电势E与被测气体含氧量φ1 成单值非线性函数关系，故二次仪表的刻度也是非 线性的
• 氧量信号作为调节信号时，应是线性化
• 氧浓差电势与温度有关，在测量系统中必须采用恒 温措施或对温度变化进行补偿
• 为保证一定的灵敏度，应使工作温度在600°C以 上，由于ZrO2的烧结温度为1200°C，故工作温度 不能超过1150°C
• 实际上每一种化合物的分子并不是对红外光谱范 围内任意一种波长的辐射都具有吸收能力，而是 有选择性吸收某一个或某一组特定波段内的辐射， 这个特定的波段就是分子的特征吸收带，如同 “物质指纹”
• 通过对特征吸收带及其吸收光谱的分析，可以识 别分子类型，得到待测组分的含量
红外气体分析仪
• 对于一定波长的红外辐射吸收，其强度与待测 组分浓度间的关系可以由贝尔定律来描述：
• 使用此式是在气体总压和参比总压相等的条件下得 出，注意使用条件
氧化锆氧量计的测量系统
• 氧化锆管
3
2
1
3
氧化锆管是测氧计的发送 4 器，有封头式和无封头式
两种，铂电极分别附在内、 外壁上，并用铂丝作为电 极引出线
性能稳定，复制性好，空
4
隙小，纯度高等
铂电极应牢固附着在氧化 锆管上，且具有多理
• 氧浓差电势：一块氧化锆两侧分别附上一个多孔铂 电极，并使其处于高温下。如果两侧氧含量不同， 那么两个电极间就会出现电动势，此电动势是由于 固体电解质两侧气体的含量浓度不同而产生的，故 称为氧浓差电势，这样的装置叫做氧浓差电池
－
P1
O 2 O 2
φ1
• 温度越高，氧浓度增大，浓差电势减小， 补偿结果的准确度稍有下降
• 所以不能完全补偿，但系统简单，在工业 上应用很广
• 如需要更精确测量，可采用更复杂的电路 结构或恒温装置
二、红外气体分析仪
• 根据红外理论，许多化合物分子在红外波段都具 有一定的吸收带。
• 吸收带的强弱及所在的波长范围由分子本身的结 构决定
氧化锆氧量计的测量系统
• 补偿式测量系统
• 为得到氧浓度差电势与被测含氧量的单一关 系，方法之一就是在测量系统中加入温度补 偿回路对温度的变化进行补偿
＋ 浓差 电势 －
温差 － 电势 ＋
二次仪表
氧化锆氧量计的测量系统
温度/°C 700 720 740 760 780
氧浓差电势/mV 44.88 49.89 50.89 51.90 52.90
红外气体分析仪
• 红外气体分析仪除了对单原子气体（He、Ne、 Ar等）和双原子气体同核分子（如O2、N2、 H2等）不能分析外，其他具有偶极矩的气体 分子都可以分析
1－凹面反射镜；2－红外光源；3－切光片；4－马达；5－参 考气室；6－样品气室；7－干涉滤光片；8－聚光镜；9－红 外探测器；10－信号放大器；11－显示器
红外气体分析仪
3组分含量 信号被分 4 5 离后记录
1
23
6
11
7 89
10
12
13 Ra Rb Rc
Sa Sb Sc
1－红外光源；2－马达；3－切光片；4－光源；5－光电二极 管；6－放大器；7－样品室；8－红外探测器；9－信号放大器； 10－分离器；11、12、13－显示器
热电势/mV 29.13 29.97 30.81 31.64 32.46
差值/mV 19.75 19.92 20.08 20.26 20.44
随温度变化，氧浓度差电势和热电势变化基本相等，二 者之差基本相等，由此可得到一种较为简单的补偿系统
氧化锆氧量计的测量系统
• 氧化锆产生的氧浓差电势和反串的热电势 之差都可以远传到二次仪表
• 火灾研究中，气体成分分析，了解火灾产 生烟气中对人体健康最致命的成分含量及 排序？？？
气体成分分析技术
• 电化学方法测气体成分-氧化锆氧量计 • 红外法测多原子分子的气体成分（CO、
CO2、SO2）－红外气体分析仪 • 化学荧光法测NOx • 光谱分析技术:傅立叶红外光谱分析仪
（FTIR）、气相色谱仪(GC)、原子发射光 谱仪(ICP)