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NDIR:非分散紅外線吸收

 

內容摘要


測量原理

什麼是非色散紅外線吸收法 (NDIR)?

非色散紅外線吸收(NDIR)是一種利用分子紅外線吸收的方法,可以測量多種氣體成分。

分子具有吸收特定光的特性。例如,紅蘋果呈現紅色是因為其表面吸收紅色波長以外的光,相反,反射紅色波長的光。這種情況不僅發生在可見光(如紅色或黃色)中,也發生在廣泛用於測量氣體成分濃度的紅外線輻射中。當紅外線輻射被分子吸收時,它會升高該分子的溫度。吸收的紅外線輻射的波長根據分子的不同而不同。

非色散紅外線吸收法(NDIR)正是利用了這種紅外線特性,NDIR這個術語也隨之誕生。紅外線依波長分為近紅外線、中紅外線、遠紅外線,中紅外線範圍(2.5~25μm)的波長用於測量氣體成分的濃度。

非分光型是利用紅外線光源發出的中紅外線中的特定紅外線輻射波長的測量方法。有些氣體不吸收紅外線輻射。例如,氮氣(N2)不吸收紅外線輻射,因此採用不同測量原理的氣體分析儀進行測量。

NDIR氣體分析儀的測量原理

図1:NDIRを用いたガス分析計の基本構造

圖 1:使用 NDIR 的氣體分析儀的基本結構(例如,測量 CO2 中的 CO)

使用紅外線光源的氣體分析儀將樣氣流入待測氣室來測量氣體濃度。紅外線輻射穿過氣室中的樣氣,並由偵測器偵測到氣室中吸收的與樣氣濃度相對應的紅外線輻射(圖1)。

不同的氣體分子有不同的吸收紅外線波長(圖 2)。透過測量與每種氣體的濃度成正比的特定紅外線波長的吸收量,可以確定「哪些氣體分子」和「濃度是多少」。在圖 1 中,CO 偵測器測量 CO2 氣體中的 CO 氣體濃度。

Figure 2: Infrared absorption wavelengths and amounts for gases

                                           圖 2:氣體的紅外線吸收波長和量

根據氣體分子的不同,可能會出現被吸收的紅外線波長重疊的情況(圖 2)。這稱為氣體干擾。

図3:ガスの濃度と赤外線吸収量の関係

     圖3:氣體濃度與紅外線吸收量的關係

紅外線輻射的吸收量與氣體濃度成正比,濃度越低,吸收量越小,濃度越高,吸收量越大(圖 3)。

紅外線吸收量與氣體濃度之間的關係由朗伯-比爾定律決定。( Lambert-Beer law)

朗伯-比爾定律 ( Lambert-Beer law)

紅外線吸收量取決於吸收氣體分子的濃度。這種關係由朗伯-比爾定律表達。

I = I0exp (-μcd)

I :透射光強度

I0:入射光強度

c:吸收分子的濃度(測量成分)

μ:吸收係數(由分子和波長決定的常數)

d : 吸收分子層(氣體層)的厚度

 

 

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