Фотометрическая технология

Фотометрическая технология используется для измерения концентрации большого количества компонентов газовых смесей и некоторых жидких сред.

Технология основана на уникальности спектра поглощения для каждого вещества. При прохождении светового пучка через газ или жидкость излучение на определенных длинах волн поглощается эффективнее, чем в остальной части спектра. Следовательно, после прохождения излучения через кювету с газом или жидкостью, интенсивность излучения на определенных длинах волн снижается. Отношение интенсивностей позволяет определить содержание компонента в газовой смеси.

Конструкции и варианты исполнения анализаторов, основанных на фотометрической технологии, различны. В зависимости от характерных особенностей спектра поглощения газовых компонент измерения проводятся в инфракрасной или ультрафиолетовой части спектра.

Модификации

• корреляционная — GFC (gas filter correlation),
• основанная на нескольких длинах волн — SBMW (single beam multiple wavelength),
• основанная на одной длине волны — SBSW (single beam single wavelength).

Ниже описаны все три модификации с указанием различий и областей применения.

Корреляционная технология в основном применяется на О следовом уровне говорят, когда неудобно пользоваться процентами для выражения количества определяемого вещества. Как правило, если значение измеряемого параметра ниже 1 %, то удобнее пользоваться иными единицами (градусы температуры точки росы, ppm_V, г/м³).следовом уровне — для анализа содержания NO, CO, HCl, CO₂, SO₂, N₂O и CH ₄. Эти газы обладают характерным отдельно стоящим пиком в спектре поглощения. В сочетании с особенностями технологии это позволяет получить надежные результаты на уровне микроконцентраций.

Рассмотрим корреляционную технологию на примере измерения содержания NO в газовой смеси. Конструктивное построение измерительной ячейки изображено на рисунке.

Принцип действия фотометрической технологии

• широкополосный источник излучения (работает в инфракрасном, реже в ультрафиолетовом спектре),
• коллиматор,
• два фильтра в виде заполненных газом кювет, установленные на вращающемся барабане (один фильтр заполнен чистым NO, второй — азотом), 
• кювета с анализируемым газом,
• фотоприемник.

Вдоль оптической оси ячейки направлено излучение от источника. Фильтры размещены во вращающемся барабане, излучение проходит через них попеременно. Фильтр с NO поглощает практически всю энергию в рабочей части спектра, поэтому значение интенсивности излучения, пропущенного через NO-фильтр и зарегистрированного фотоприемником, является опорным.

Заполненный азотом фильтр полностью прозрачен для излучения, потери энергии происходят только в измерительной кювете. Интенсивность излучения, пропущенного через фильтр с азотом позволяет вычислить искомую концентрацию NO в анализируемой смеси. Она пропорциональна логарифму отношения опорной и измеренной интенсивностей, коэффициент пропорциональности зависит от геометрических размеров ячейки. Чем больше потери энергии в измерительной кювете, тем больше концентрация.

• может применяться для определения концентраций любого компонента на следовом уровне, поскольку логарифмическая зависимость позволяет добиться высокого разрешения,
• не зависит от чистоты оптики, так как плотность сигнала будет одинаковой для обоих фильтров, а результат рассчитывается на основе соотношения их показателей,
• позволяет проводить измерения в газовых и жидких средах.

Технология разных длин волн применяется для анализа газов, в спектре которых имеются несколько пиков поглощения. Это позволяет проводить анализ нескольких газовых компонентов одновременно, на одной измерительной ячейке. Устройство схоже с ячейкой, выполненной по корреляционной технологии. Но вместо заполненных газом кювет на барабане устанавливаются оптические фильтры, «вырезающие» из спектра излучения определённый диапазон, характерный для каждого конкретного газа, и опорный фильтр. В отдельных случаях может быть установлено до семи различных фильтров.

Данная технология позволяет проводить измерение концентрации широкого спектра компонент на процентном уровне — CO, CO₂, CH₄, SO₂, Н₂O, NO и друг их. В ряде случаев измерять концентрацию сразу нескольких компонент. Например, CO, CO₂ и CH₄.

Технология одной длины волны действует по тем же принципам, но длину волны изменяют с помощью электронной модуляции сигнала. Это позволяет создавать относительно дешевые миниатюрные измерительные ячейки для однокомпонентного анализа на процентном уровне.