Оптический метод поглощения: « отпечаток» спектра захвата газа

Принцип лежит в основе: использование молекул парниковых газов для селективного поглощения света на определенной длине волны.

Каждая молекула газа имеет уникальный спектр поглощения (как и « молекулярный отпечаток»), например, CO2 сильно поглощает инфракрасный свет на длине волны 4,26 мкм, а CH чувствительна к инфракрасному свету 3,31 мкм и 7,66 мкм. Устройства онлайнового мониторинга излучают свет на определенной длине волны через источник света, который частично поглощается газом, когда свет проходит через измеренный газ, содержащий парниковые газы, и степень затухания силы света пропорциональна концентрации газа (в соответствии с законом Ламбера - Билла).

Обнаружив изменение интенсивности света, концентрация газа может быть выведена обратно. Среди этих методов метод нераспределенной инфракрасной области спектра (NDIR) широко используется для стационарных источников загрязнения (например, заводских дымовых труб) и онлайнового мониторинга окружающего воздуха из - за его простой структуры и быстрого реагирования; Инфракрасная спектроскопия преобразования Фурье (FTIR) позволяет одновременно контролировать несколько газов и подходит для сложных условий.

Лазерная спектроскопия: высокоточное измерение концентрации с помощью лазера

Принципиальное ядро: лазер в качестве источника света, с использованием линии поглощения молекул газа для обнаружения высокой чувствительности.

Лазер имеет характеристики монохроматической и регулируемой длины волны, которая может быть точно нацелена на конкретные линии поглощения молекул парниковых газов (например, модуляция длины волны лазера до пика поглощения CH). Когда лазер проходит через измеренный газ, молекула газа поглощает энергию лазера, что приводит к снижению интенсивности лазера, и его снижение связано с концентрацией газа.

Распространенные лазерные спектральные технологии включают в себя настраиваемый полупроводниковый лазерный абсорбционный спектр (TDLAS) и резонаторный лазерный абсорбционный спектр (CELAS). Такие методы обладают высокой антиинтерференционной способностью, низким уровнем обнаружения (до уровня ppb) и подходят для онлайнового мониторинга небольших концентраций парниковых газов (например, CH в окружающем воздухе) или примесей в газах высокой чистоты.

Газовая хроматография: обнаружение смеси путем разделения

Принципиальное ядро: сначала разделите различные компоненты смеси, а затем проверьте концентрацию один за другим.

Измеренный газ попадает в хроматографическую колонну через систему отбора проб, и фиксированная фаза в колонне (например, адсорбент) оказывает различное адсорбционно - десорбционное действие на различные молекулы парниковых газов, что приводит к различным срокам удержания компонентов в хроматографической колонне и, следовательно, к разделению. Разделенный газ поступает в детектор последовательно (например, детектор ионизации пламени FID для обнаружения CH, термоиндукционный детектор TCD для обнаружения CO2b), который генерирует электрические сигналы в соответствии с реакцией газа на конкретный реагент (например, сжигание CH в FID для получения потока ионов), сила сигнала пропорциональна плотности.

Газовая хроматография имеет высокую точность и может анализировать несколько газов одновременно, но с более медленной реакцией (как правило, данные за несколько минут) и подходит для сценариев, требующих высокой точности, но не требующих высокочастотного мониторинга, таких как инспекции парниковых газов на границе парка.

Масс - спектрометрия: идентификация газа по соотношению заряда к массе ионов

Принципиальное ядро: молекулы газа ионизируются как ионы, различают различные газы и рассчитывают концентрацию в зависимости от отношения массы к заряду ионов (m / z).

Измеряемый газ ионизируется после входа в источник ионов (например, ионизация с помощью электронной бомбардировки), и образующиеся ионы отклоняются в электрическом поле или магнитном поле, траектории отклонения ионов различной массы различны, и в конечном итоге на детекторе образуются разные пики сигнала. Тип газа может быть идентифицирован по расположению пика (соответствующий m / z) (например, CO2z m / z 44, CHneneneel 16), а интенсивность пика отражает концентрацию.

Масс - спектрометрия быстро реагирует, может одновременно обнаруживать несколько газов и не требует сложной предварительной обработки, но оборудование является дорогостоящим, сложным в обслуживании и в основном используется в лабораториях или специальных промышленных сценариях (например, отслеживание парниковых газов во время химических реакций в режиме реального времени).

Резюме: Сценарии применения различных принципов

Различные методы онлайнового мониторинга парниковых газов по существу обеспечивают измерение концентрации путем идентификации уникальных физико - химических свойств молекул газов. Оптическая абсорбция и лазерная спектроскопия имеют преимущество в быстром, реальном времени и доминируют в непрерывном онлайн - мониторинге; Газовая хроматография побеждает с высокой точностью и подходит для периодического тестирования; Масс - спектрометрические законы играют определенную роль в анализе сложных компонентов. Вместе эти технологии составляют основные средства мониторинга выбросов парниковых газов в нефтехимической, энергетической и экологической областях, обеспечивая поддержку данных для принятия решений по сокращению выбросов.