工业气体分析技术选型指南

作者:Ruth Lindley,Jeff Gunnell,供职于Emerson公司自动化解决方案业务。 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:0 发布时间:2017-07-17
如何选择最适合的气体分析技术?
工业气体分析技术选型指南

除了气相色谱仪外,量子级联激光气体分析仪也是工业气体分析中非常出色的分析仪器。本文对这两种气体检测方法进行了比较分析,并得出了每种气体检测分析技术各自最适合的应用。

提高生产能力、控制有害气体的排放和质量保证都是对过程设备制造商提出的挑战,也是过程设备生产企业必须每天面对的问题。当出现过程工艺变更、技术规范修订和操作人员变动时,每一个过程行业的工程师、专家和技术人员都需要寻找性能强大且易于操作使用的新技术,以便能够提高气体分析效率改善整个生产运行状况。

选择适合具体应用的检测分析技术非常重要。在气体分析市场中有很多不同的气体检测分析技术,要从中找出一种最适合某种具体应用的检测分析技术是非常困难的。本文就最受欢迎的两种气体检测分析技术——GC气相色谱技术和QCL量子级联激光技术的选择给出了指导性的建议。这两种气体检测分析技术都提供了很高的检测灵敏度和检测精度,但根据具体应用的不同和检测要求的不同,我们对这两种分析方法进行了对比。量子级联激光器气体分析仪的价格与气相色谱仪的价格相差不多,两种检测分析技术方法都提供了多组分分析能力,因此在这两种技术方法中进行选择时,主要考虑的就是具体的应用要求。

气相色谱分析仪

气相色谱法是应用最为广泛的碳氢化合物检测分析方法。这种方法的优点包括:检测范围广(从ppm到100%)、可对多种组分进行检测以及检测结果的再现性。过程气相色谱是为在过程设备中进行检测而开发的,在炼油厂、石油化工厂以及环境保护等行业中使用。在这些应用领域中,性能可靠的检测分析仪器能够连续并精确地对气体或者液体进行监控。气相色谱分析仪是一种多功能的分析仪器,能够对液体、气体以及大量的不同分子进行检测。它能够把复杂的混合组分逐一分析出来,也可以检测异构体的浓度,原则上可以对数十种组分进行检测分析。

量子级联激光气体分析仪

量子级联激光检测技术是一种相对较新的气体分析技术。其原理为TDLAS可调谐半导体激光吸收光谱技术在气体状态下对物质的组成成分进行检测分析的技术。量子级联激光器具有功能强大的中红外光的光源,因此与半导体激光吸收光谱技术相比也有着更好的性能。量子级联激光器能够识别许多特异组分,具有很宽的动态检测范围和很高的检测精度,并且维护工作量小,使用寿命长。一般情况下,量子级联激光分析仪可以一次完成12种组分的检测。但这些被测组分必须是小分子气体组分,例如二氧化碳、氨或者直至C4的烃类。当被测样品是液体、大分子气体或者流体中含有的组分量很大时,则气相色谱法是正确的选择。

检测分析速度

在某些应用中,对分析仪的检测分析速度有着很高的要求。在这种应用情况下,量子级联激光分析仪比气相色谱仪更具优势。用量子级联激光器进行检测分析时,被测样品通过测量池,在测量池中受到激光射束的连续照射和检测分析。检测时间的长短取决于检测单元彻底冲洗的时间长短,一般情况下不到十秒钟就可以获得90%的变化信息。它的检测分析结果是真正的连续性检测分析结果,显示检测分析的实时数据。而气相色谱法则不同,它的工作原理是先注入样品再对样品进行检测。因此气相色谱法的检测分析时间较长,根据检测分析任务的不同,一个检测分析周期的时间在1~ 15min之间。这样一来它所检测到的浓度数据就是周期性的数据而非连续性的数据。当需要快速的、连续性的检测分析时,量子级联激光技术是更好的选择。

灵敏度

在灵敏度和动态范围方面,量子级联激光分析仪的性能比气相色谱仪要好。量子级联激光分析仪可以对某些浓度只有ppb级(纳克级)的混合物进行检测。另外它的浓度检测范围很广,可以在一台分析仪中完成从ppb级到百分比级的浓度检测,只需调整不同的光路路径长度或者使用不同吸收强度的吸收峰即可。

在检测样品全部组成成分时,气相色谱仪也是经常需要使用的检测分析仪器。它能够在ppm(微克级)级的范围内完成样品成分的浓度检测,同时也能对比例最高为100%的主要成分进行测定。为了能够利用气相色谱仪完成浓度ppb级的检测分析,通常情况下需要使用专门的进样器以及特制的色谱柱,操作更加复杂,成本也更加昂贵。若对灵敏度要求很高,或者需要较大的动态范围时(例如:提供过程故障可追朔性的在线纯度检测时),量子级联激光分析仪是理想的选择。若要检测分析出被测样品中的每一种组成成分(包含主要组分浓度)时,气相色谱仪表现更好。

生命周期费用

一般情况下,量子级联激光分析仪的使用运行费用比气相色谱仪低。气相色谱仪工作时需要载气,通常是氢气、氦气或者是氮气。而量子级联激光分析仪工作时则不需要这些气体。

量子级联激光器非常坚固耐用,可进行多次验证,利用被测气体进行实时的校准标定。因此,利用标气对量子级联激光分析仪进行计量检定的周期就可以是每12个月进行一次,减少频繁标定。

对气相色谱仪来讲,每两周用标气对色谱仪进行一次标定是非常普通的事情。如果使用运行费用是购买分析仪的重要决定因素,则量子级联激光器就是更好的选择,其运行费用和维护保养费用都更具优势。


新的混合型技术

综合使其成为可能

将半导体激光分析仪与量子级联激光分析仪结合在一起的混合型技术解决方案提供了过程工艺检测分析和有害气体排放监控检测的新方案。这一解决方案提供了全面且复杂的检测分析技术方法。因为它能完成一系列组分在ppm范围内的浓度检测,同时它也明显降低了分析仪操作使用的难度和使用运行的费用。与传统的连续性气体检测分析仪相比,这种混合型分析仪能够在一台设备中同时完成最多12种关键气体成分和可能的污染物检测分析,从而满足了各项环保要求。

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