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第六章气体成分分析 本章主要内容： 1.氧化锆氧量计 2.红外气体分析器 3.气相色谱分析仪 第一节氧化锆氧量计 一、氧化锆测氧原理 1.固体电解质的导电机理 说明： 1.固体电解质； 2.参杂； 3.导电性与温度有关。 ?2.氧传感器的测氧原理： ? 在氧化锆电解质(ZrO2管)的两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极，在一定温度下，当电解质两侧氧浓度不同时，高浓度侧(II侧Pref)的氧分子被吸附在铂电极上与电子（4e）结合形成氧离子O2-，使该电极带正电，O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧（I侧Po2）的Pt电极上放出电子，转化成氧分子，使该电极带负电。两个电极的反应式分别为： 在II侧??? ?????? （1）???? 在I侧???????????? ?????? （2） ? 这样在两个电极间便产生了一定的电动势，氧化锆电解质、Pt电极及两侧不同氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆浓差电池。产生的电势称为氧浓差电势。  氧浓差电势的大小由能斯特（Nerenest）方程给出： E——氧浓差电势（v）； F——法拉第常数，为96487C/mol； R——理想气体常数，为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。 能斯特方程也可以写成 其中φ1、φ2分别为两侧的氧体积浓度。则 在实际应用中，通过检测气体的氧电势及温度，通过以能斯特公式为基础的数学模型，就可以推算出被测气体的氧含量（百分比）。这就是氧化锆氧探头的基本检测原理。 结论： （1）非线性； （2）适用温度范围600~1150； （3）参比气体与被测气体总压相等。 二、氧化锆氧量计的测量系统 ??氧化锆氧浓差电池用于实际检测中，主要需要解决的问题是，氧化锆检测头，反应电极及将被测气体与参比气（空气）严格隔离的问题（也叫做氧探头的密封问题）。实际应用过程中，最难以解决的是密封问题和反应电极问题。 三、特点 具有结构简单，响应时间短(0.1-0.2秒)，测量范围宽(从ppm到百分含量)，使用温度高(600～1200℃)，运行可靠，安装方便，维护量小等优点，因此在冶金、化工、电力、陶瓷、汽车、环保等工业部门得到广泛的应用。 第二节红外气体分析仪 一、红外气体分析原理 1.物质吸收光辐射有选择性 某种物质只能吸收某些波长的光辐射。 如果能测出被某物质吸收的波长光谱，就可判定其是什么物质。 气体的吸收光谱为红外光。 2.光的吸收定律：朗伯-贝尔定律 E——透过红外辐射的强度； E0——入射红外辐射的强度； kλ——待测组分对波长为λ的红外辐射的吸收系数； c——待测组分的物质浓度； l——红外线穿过的待测组分的长度。 因此，如果能测出被某种物质吸收的光辐射的强度，就可确定该物质的浓度，即可定量分析。 二、红外气体分析仪系统工作原理 当样气中不含有待测组分时，红外探测器接受的测量光束与参比光束的辐射通量相同，没有输出，显示器指零。当样气中含有待测组分时，使通过样品气室的红外辐射被吸收掉一部分，吸收程度取决于待测组分在混合气体中的浓度。这样通过样品气室和参比气室的两束红外辐射的通量不再相等，红外探测器接收到的是变化的红外辐射，显示器偏转，待测组分浓度大，偏转角度就大，这样可根据输出信号的大小推测出待测组分的浓度。 三、特点 分析范围广；可测量CO CO2 NH3及气态烃类，但不能分析具有对称结构无极性双原子分子。 良好的选择性。对于多组分的混合气体，不管背景气中的干扰组分浓度如何变化，它只对待测组分的浓度有反应； 分析周期短、响应时间快；精度高； 可同时测量若干个组分。 第三节气相色谱分析仪 色谱法也叫层析法，它是一种高效能的物理分离技术。 色谱技术的实质是流动相和固定相做相对运动时，由于流动相中被分离的不同物质受到固定相的吸附、溶解等作用不同，而得到分离。分离后的组分按顺序进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰。? 一、色谱流出曲线及有关术语 色谱图：色谱柱流出物通过检测器时所产生的响应信号对时间的曲线图。纵坐标为信号强度，横坐标为保留时间。 基线：无组分通过色谱柱时，检测器的噪音随时间变化的曲线。 保留时间（tr）：组分从进样到出峰最大之所需的时间。 死时间（t0）:不被固定相滞