分析仪器单元工科.docVIP

2.2.3 分析仪器单元 分析仪器单元是试验中用来测量由CVS单元采集的污染物浓度的部分。下面分别介绍各个分析仪器的测量原理。 总碳氢化合物（THC）分析仪 CAI 301型总碳氢化合物（THC）分析仪采用高灵敏度氢火焰离子化型检测器(FID)，以（H2 40％＋He 60％）混合气体为燃气，纯净空气为助燃气。样气中的碳氢化合物在随燃气和助燃气燃烧的过程中被离子化，并由检测器测量。仪器用丙烷（C3H8）气体标定，测量值以丙烷浓度表示。 FID的原理是利用有机碳氢化合物在氢火焰（2000℃）的高温中燃烧时，一部分分子或原子就会离子化生成自由离子。如果外加适当的电场，形成离子电流产生微电流信号。其电流的大小和碳素数、试样流量和浓度成正比。经过电流放大器，可把随碳原子浓度变化而形成的离子电流加以测量和记录。据此原理而制成的FID构造简图见图4a），其b）为原理图。 图4 FID构造简图a）和 原理图b） FID分析仪可测从几个ppm到50000ppm浓度的HC，且线性关系很好。而且它对各种HC的感度是正比于碳素的，故对烯烃和芳香族的感度比NDIR分析仪高得多，当两种分析仪都用正己烷标定时，其浓度测得值可差1.8～2.5倍，即R=FID测值/NDIR测值=1.8～2.5。所以CVS取样测定法中使用FID分析HC。 试样气体、燃气、空气等流量变化对测量感度有很大影响，必须精确控制。 由于HC中各组分的沸点不同，高沸点的HC在取样过程中会产生凝缩，所以要避免凝缩损失及防止水蒸气凝结堵塞毛细管等情况发生。 试样中氧浓度增加会降低FID分析仪的灵敏度：当H2/O2流量比不同，HC的应答变化很大，一般HC的应答误差控制在5%以内是好的。用CVS法时，试样中含有20%氧时，进入FID就产生氧干扰问题，其干扰程度和FID所用的燃料有关。多使用40% H2+60%N2做燃气；校正用标准气：载气用空气而不用氮气，零空气也用空气。 氮氧化物（NOx）分析仪 测量氮氧化物（NOx）的CAI 400型氮氧化物（NOx）分析仪是属于化学发光型分析仪（CLD），它包括两种工作模式。 摩托车排气中的氮氧化物几乎全是NO和NO2，最初使用NDIR型分析仪测定NO，用NDUV（非分散型紫外分析仪）分析NO2，其和则为NOx，但这两种方法都因输出特性呈非线性关系以及干扰组分影响大，从1973年以后规定使用化学发光型分析仪（CLD），测定NOx。 化学发光法的原理如下： NO+O3→NO2*+O2 （1） NO2*→NO2+hr （2） 在NO模式，当气样中的NO和O3（臭氧）反应生成NO2时，大约有10%的NO2处于激化状态（以NO2*表示）。这些激态分子按（2）式向基态过渡时，发射出波长590～2500nm的光量子hr，其强度与NO量成正比，利用光电倍增管将这一光能转变为电信号输出可推算出NO浓度。 在NOx模式，样气首先进入NOx转换装置，样气中的NOx包括NO和NO2，其中的NO2在此转换成NO，全部的NO经反应、检测，输出一个正比于NOx的直流电流，数字面板表显示NOx的浓度。 由NOx的浓度减去NO的浓度就可得到NO2的浓度。 图5为CLD的结构简图。 图5 CLD原理简图 CLD的优点为感度高可达0.1ppm，应答性好，在10000ppm范围内输出特性呈线性关系，适于连续分析。 为了提高CLD分析仪的感度，应尽量增大O3浓度，降低其他成分浓度。为此应检查臭氧发生管的效率，定期检查维护真空泵，使反应器维持在良好的减压状态。 NO2转换器的效率直接影响分析精度，故要定期检查，当转换器效率低于95%时，应更换新品。 在排气成分中，其他产生化学发光的物质有CO、烯烃等，由于它们都以比59nm短的波长发光，用能透过近红外光的玻璃滤光器后，可忽略它们对NO分析仪的影响。但CO2共存成分易转移NO2*的能量，使发光消光。在CVS测定情况下，这种干扰可忽略。但在直接取样（直采法）时，CO2浓度变化大，要注意这种测定的影响。 氮氧化物（NOx）转化效率测定仪 NOXGEN III a) 简介 化学发光分析仪，例如英国Signal公司4000系列，依赖于分析仪内部的NO2到NO转换器的转换效率。有了这一转换器，可以测量样品气体中的全部氮氧化物（NOx=NO+NO2）。 美国环保总署（EPA）1979重型车法规规定，转换器初次使用之前必须进行检查，以后每周要检查，以确保转换效率至少是90%。Signal公司的NOXGEN III产生数量精确已