【摘要】介紹了微量氣體分析系統(tǒng)的復(fù)雜性，分析了分析儀器在應(yīng)用過(guò)程中的各種影響因素和干擾因素，具體闡述了分析儀器的校驗(yàn)和驗(yàn)證，最后指出合格的分析工程師要不斷納新、提高分析技術(shù)。

關(guān)鍵詞：空分設(shè)備；氣體分析；儀器；微量；影響因素；干擾因素

中圖分類號(hào)：TQll6．02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

近些年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)空分設(shè)備向大型化發(fā)展，為了適應(yīng)大中型空分生產(chǎn)管理及質(zhì)量管理的需要，與之配套引進(jìn)的氣體成分分析儀器的數(shù)量和種類越來(lái)越多。這些先進(jìn)的氣體分析儀器對(duì)空分生產(chǎn)管理及氣體產(chǎn)品質(zhì)量的提高起到了一定的促進(jìn)作用。但是，由于一些歷史上的原因，大多數(shù)從事分析儀器應(yīng)用和管理的人員都是來(lái)自熱工儀表、自動(dòng)化工程及儀器制造專業(yè)和部門，他們沒(méi)有從事過(guò)或較少接觸和研究過(guò)氣體分析儀器的選型和應(yīng)用技術(shù)，因此一些企業(yè)對(duì)進(jìn)口的儀器設(shè)備選型不當(dāng)，儀器功能不能滿足生產(chǎn)需要，在經(jīng)濟(jì)上造成浪費(fèi)。另一方面，進(jìn)口氣體分析儀器作為一類高科技產(chǎn)品和高靈敏度、高精度的科技工具，往往由于對(duì)其使用要求認(rèn)識(shí)不足及人員操作水平不高而應(yīng)用不好，對(duì)空分生產(chǎn)及全面質(zhì)量管理不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。以上這些問(wèn)題在目前國(guó)內(nèi)空分行業(yè)較普遍地存在，這一問(wèn)題不妥善解決，則大中型空分的管理水平難以提高，空分設(shè)備安全、氣體質(zhì)量(尤其是高純氣體的質(zhì)量)也難以有效地得到保障。

1 氣體分析儀器應(yīng)用是一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)

氣體分析儀器(本文專指為微量氣體分析用的儀器)是一種用來(lái)進(jìn)行氣體成分分析檢驗(yàn)的工具，借助它能得到某些成分種類和含量的數(shù)據(jù)。但是，氣體分析儀器不是一種簡(jiǎn)單的工具，它既不像流量計(jì)、壓力表那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也不像各種熱工儀表那樣易于操作使用。它是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用技術(shù)難度較大的工具，使用氣體分析儀器是一項(xiàng)較復(fù)雜且不易掌握的專門技術(shù)。

一般地說(shuō)，氣體分析儀器應(yīng)用本身是一門獨(dú)特的技術(shù)工作，而且是一種具有研究性質(zhì)的工作。但是，這一點(diǎn)是不為行外人所認(rèn)知和理解的。目前為止，國(guó)內(nèi)空分行業(yè)氣體分析儀器應(yīng)用的技術(shù)水平與石化行業(yè)及化工化肥行業(yè)相比，仍然停留在初級(jí)階段，難以快速提高和發(fā)展，主要原因正在于此。

2 氣體分析儀器應(yīng)用難點(diǎn)分析

關(guān)于氣體分析儀器應(yīng)用的難點(diǎn)，從以下幾方面分析可以概略地了解一二。

2．1 氣體分析是實(shí)現(xiàn)一系列的化工過(guò)程

一臺(tái)氣體分析儀或一套氣體分析系統(tǒng)相當(dāng)于一套完整的化工工藝設(shè)備，因此，氣體分析儀器系統(tǒng)工作過(guò)程就是在實(shí)現(xiàn)一系列的化工過(guò)程。若想通過(guò)氣體分析得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，就必須了解這一系列化工過(guò)程中各階段的情況及變化，認(rèn)真研究并掌握其中的規(guī)律，只有這樣才能達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)定的目的。應(yīng)當(dāng)指出，不僅在一臺(tái)氣體分析儀器內(nèi)部具備一套化工工藝過(guò)程的同樣情況和條件，而且，有時(shí)在儀器前級(jí)的樣氣預(yù)處理部分(含取樣系統(tǒng))也同樣是一套化32212藝過(guò)程。如遇到較復(fù)雜、較特殊的工藝技術(shù)條件的話，那么樣氣預(yù)處理系統(tǒng)所體現(xiàn)的化工過(guò)程還是非常復(fù)雜的，相當(dāng)于一個(gè)小化工廠的凈化處理工藝過(guò)程。由此可見(jiàn)，氣體分析的過(guò)程就是在了解并掌握整個(gè)化工過(guò)程系統(tǒng)條件的前提下，嚴(yán)格控制各種影響測(cè)定條件的因素，從而得到工藝及管理人員所需要的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

2．2 應(yīng)用過(guò)程中控制影響因素和排除干擾因素困難較大

在儀器應(yīng)用的過(guò)程中，影響因素種類較多且變化較復(fù)雜，而要想有效地控制這些影響因素及排除干擾測(cè)定的因素則困難比較大。例如微量氧的測(cè)定，不但要嚴(yán)格控制系統(tǒng)材質(zhì)和密封，而且系統(tǒng)的潔凈等諸多因素也必須逐一解決好，否則，氧成分分析不會(huì)得到準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。而對(duì)于氣體中微量水含量的測(cè)定，除了考慮以上提到的各種影響因素外，還必須考慮到樣氣中的水在管道內(nèi)的吸附平衡問(wèn)題，而這一問(wèn)題的妥善處理必須依靠反復(fù)試驗(yàn)，了解其變化情況和規(guī)律，掌握其中的操作技術(shù)，以便得到準(zhǔn)確無(wú)誤的結(jié)果。當(dāng)然，使用氣相色譜儀測(cè)定高純氣體中ppm—ppb級(jí)雜質(zhì)成分含量要考慮和控制的影響因素就更加復(fù)雜了。

2．3 微量氣體成分分析的影響因素更復(fù)雜

氣體成分在管道及設(shè)備中流動(dòng)時(shí)發(fā)生的微觀變化是復(fù)雜的、多變的。在常量氣體成分分析時(shí)可以忽略的諸多影響因素，在微量氣體成分分析時(shí)不僅不能忽略，反而必須認(rèn)真對(duì)待，此時(shí)，這些因素已經(jīng)成為影響微量氣體成分分析正確結(jié)果的主要矛盾，必須逐一排除和解決才能使微量氣體分析儀器工作順利完成。這些影響因素主要包括以下幾個(gè)方面：①取樣管路內(nèi)氣體多次的反復(fù)混合；②管壁與氣體成分的物理化學(xué)作用；③管路材質(zhì)；④管路連接方式；⑤管路潔凈程度。

2．4 儀器和方法驗(yàn)證是獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的關(guān)鍵之一

儀器作為一種計(jì)量檢測(cè)工具，在正常運(yùn)行情況下，給出的數(shù)據(jù)絕大多數(shù)都是相對(duì)量值，測(cè)定數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確及準(zhǔn)確的程度(精度)，儀器本身是無(wú)法提供的，也是無(wú)法證實(shí)的。必須依靠外圍技術(shù)工作完成，這就是分析數(shù)據(jù)的驗(yàn)證工作。

(1)儀器線性關(guān)系的驗(yàn)證。首先，為確保儀器的正常運(yùn)行，分析儀器作為計(jì)量?jī)x器的一種，必須每年經(jīng)過(guò)權(quán)威計(jì)量部門按照國(guó)家制訂的規(guī)程進(jìn)行檢測(cè)，方能許可使用。同時(shí)，每年還需要用系列標(biāo)準(zhǔn)氣體檢查儀器在整個(gè)線性范圍內(nèi)的線性關(guān)系是否保持正常的狀態(tài)。否則盲目相信分析儀器(即使是進(jìn)口儀器)的完好程度肯定會(huì)使錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)導(dǎo)致生產(chǎn)管理及質(zhì)量管理上的失誤。

(2)誤差分析。在分析儀器的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于每一次測(cè)定結(jié)果的數(shù)據(jù)，必須作出誤差分析，以確定數(shù)據(jù)分析的真實(shí)性、可靠性和可信程度。一個(gè)合格的分析工作者是不會(huì)也不應(yīng)該隨隨便便地把每次分析測(cè)定的結(jié)果上報(bào)或公布的。一般是在測(cè)定結(jié)果得出后，經(jīng)過(guò)誤差分析，在確定分析數(shù)據(jù)的誤差總和小于規(guī)定的允許誤差時(shí)，才將這一個(gè)(或一組)數(shù)據(jù)視為正確測(cè)定結(jié)果上報(bào)或公布。否則，不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)會(huì)給生產(chǎn)管理者帶來(lái)嚴(yán)重的不良后果。

(3)定量分析常用的儀器校正。氣體分析儀作為一種定量分析儀器，在做定量分析前必須使用標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行校正(或標(biāo)定)。標(biāo)準(zhǔn)氣一般是從國(guó)家計(jì)量部門或合法工廠購(gòu)買的，在特殊情況下，也可以自行配置(但要具有配置標(biāo)準(zhǔn)氣的資格和能力以及相關(guān)的設(shè)備)。標(biāo)準(zhǔn)氣保質(zhì)期為一年，在使用標(biāo)準(zhǔn)氣校正分析儀器時(shí)，還必須深入了解正常手續(xù)和使用規(guī)律。如果購(gòu)買和使用不合乎要求的標(biāo)準(zhǔn)氣，會(huì)導(dǎo)致分析數(shù)據(jù)的極大偏差。如果對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣的使用要求不甚了解，也會(huì)因得不到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)結(jié)果，給空分生產(chǎn)帶來(lái)麻煩。

2．5 分析工程師要不斷改進(jìn)和提高分析檢測(cè)技術(shù)

一個(gè)合格的分析工程師需要不斷學(xué)習(xí)和研究分析儀器的新技術(shù)及儀器分析新技術(shù)，并及時(shí)將其應(yīng)用到本職工作中，以達(dá)到不斷改進(jìn)和提高分析檢測(cè)技術(shù)的目的。一個(gè)分析工程師不但要能夠盡可能搞好現(xiàn)有設(shè)備的應(yīng)用，而且還應(yīng)當(dāng)在對(duì)現(xiàn)今使用的儀器原理、結(jié)構(gòu)及性能深入了解的基礎(chǔ)上，隨時(shí)吸收國(guó)外及國(guó)內(nèi)先進(jìn)分析技術(shù)，不斷技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步完善并提高現(xiàn)有儀器的檢測(cè)水平，而不只是滿足于簡(jiǎn)單操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，微量氣體分析是一項(xiàng)專門技術(shù)，也是門帶有研究性質(zhì)的工作，它決定著氣體分析儀器應(yīng)用效果和水平。微量氣體分析技術(shù)又是一門實(shí)科學(xué)，必須經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐才能摸索出其中化的規(guī)律性，才能很好地掌握它，并圓滿解決各具體的微量氣體分析課題。這也是在20世紀(jì)6070年代開(kāi)始研制高純氣體時(shí)，我國(guó)第一代氣體析工作者的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。他們幾十年的氣體分析實(shí)得出的這一結(jié)論應(yīng)該引起后人的重視。我們希望分行業(yè)氣體分析技術(shù)工作者能夠在空分飛速發(fā)展新形勢(shì)下，獲得更快更大的發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：張丙新(1938- )，男，高級(jí)工程師，1964年畢業(yè)于北京化工大學(xué)，曾工作于北京氧氣廠，現(xiàn)為北京賽思瑞泰科技有限公司空分儀器配套部經(jīng)理，著有《氣體分析基礎(chǔ)和方法》一書(shū)。

    尿液分析儀是測(cè)定尿中某些化學(xué)成分的自動(dòng)化儀器，它是醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室尿液自動(dòng)化檢查的重要工具，此種儀器具有操作簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)。

    工作原理

    此類儀器一般用微電腦來(lái)控制，采用球面積分儀接受雙波長(zhǎng)反射光的方式測(cè)定試帶上的顏色變化進(jìn)行半定量測(cè)定。

    試劑帶上有數(shù)個(gè)含各種試劑的試劑墊，各自與尿中相應(yīng)成分進(jìn)行獨(dú)立反應(yīng)，而顯示不同顏色，顏色的深淺與尿液中某種成分成比例關(guān)系，試劑帶中還有另一個(gè)“補(bǔ)償墊”，作為尿液本底顏色，對(duì)有色尿及儀器變化所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

    將吸附有尿液的試劑帶放在儀器比色槽內(nèi)，試劑帶上已產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的各種試劑墊被光源照射，其反射光被球面積分儀接收，球面積分儀的光電管被反射的雙波長(zhǎng)光（通過(guò)濾片的測(cè)定光和一束參考光）照射，各波長(zhǎng)的選擇由檢測(cè)項(xiàng)目決定。

    儀器按下列公式自動(dòng)化計(jì)算出反射率，然后與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，自動(dòng)找印也各種成分的相應(yīng)結(jié)果，尿液中某種成分含量高，其相應(yīng)試劑墊的反射光較暗，否則較強(qiáng)。

    反射率分式：R（%）=Tm.Cs/TsCm×100%

    式中的R（%）為反射率；Tm為試劑墊對(duì)測(cè)定波長(zhǎng)的反射強(qiáng)度；Ts為試劑墊對(duì)參考波長(zhǎng)的反射強(qiáng)度；Cm為較準(zhǔn)墊對(duì)測(cè)定疵長(zhǎng)的反射強(qiáng)度；Cs為校準(zhǔn)對(duì)參考波長(zhǎng)的反射強(qiáng)度。

    分類

    （1）按工作方式分類 可分為濕式尿液分析儀和干式尿液分析儀。其中干式尿液分析儀主要用于自動(dòng)評(píng)定干試紙法的測(cè)定結(jié)果，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，臨床普遍應(yīng)用。

    （2）按測(cè)試項(xiàng)目分類，可分為8項(xiàng)尿液分析儀、9項(xiàng)尿液分析儀、10項(xiàng)尿液分析儀、11項(xiàng)尿液分析儀、12項(xiàng)尿液分析儀、13項(xiàng)尿液分析儀和14項(xiàng)尿液分析儀。

    檢測(cè)項(xiàng)目包括尿蛋白、尿葡萄糖、尿pH、尿酮體、尿膽紅質(zhì)、尿膽原、尿潛血、亞硝酸鹽、尿白細(xì)胞、尿比重、維生素C和濁度。

    （3）按自動(dòng)化程度分類 可分為半自動(dòng)尿液分析儀和全自動(dòng)尿液分析儀。

    但是尿液分析儀人使用不當(dāng)和許多中間環(huán)節(jié)及影響因素都直接影響自動(dòng)化分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，不僅會(huì)引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差，甚至延誤診斷因此要求操作者對(duì)尿液分析儀的原理、性能、注意事項(xiàng)及影響因素等方面的知識(shí)在有充分的了解，正確地使用尿液分析儀，這樣才能使尿液分析儀得出的結(jié)果更可靠、準(zhǔn)確。

    連續(xù)污染物排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS自上世紀(jì)八十年代應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的排放監(jiān)測(cè)以來(lái)，在國(guó)內(nèi)逐漸建立起對(duì)污染物的排放監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)安裝總數(shù)也接近兩萬(wàn)套。其中多數(shù)采用了直接抽取式取樣加紅外氣體分析的方法。隨著國(guó)家對(duì)污染源控制的加強(qiáng)，實(shí)際排放濃度逐年降低，這對(duì)紅外煙氣分析儀器的適用性提出了更高的要求。尤其是在高濕低濃度條件下，對(duì)紅外氣體分析儀的測(cè)試精度、分辨率、抗干擾性提出了更高的要求。
    紅外煙氣分析儀受水分干擾的消除方法
    由于煙氣排放中的水含量是影響二氧化硫和氮氧化物測(cè)定的主要干擾物（水分干擾直接影響了儀器的測(cè)量精度。這也是為什么部分紅外氣體分析儀在實(shí)驗(yàn)室條件下使用標(biāo)準(zhǔn)氣檢定時(shí)合格，在CEMS現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試卻達(dá)不到要求的原因。
    通常CEMS系統(tǒng)取樣中采取冷干法脫除水分，以防止水分冷凝和水分干擾，但由于排放工況的變化和冷凝效率的原因，冷凝器的出口露點(diǎn)往往存在波動(dòng)。在高濕低濃度條件下，水分的干擾往往超過(guò)了儀器本身的測(cè)量誤差，干擾誤差尤為明顯。
    消除水分干擾誤差的方法通常兩種：
    采用脫水裝置；
    設(shè)置水分傳感器并進(jìn)行軟件補(bǔ)償。
    采用脫水裝置的方法有采用高效干燥劑如無(wú)水高氯酸鎂，或者采用NAFION膜式干燥管。其主要問(wèn)題在于需要經(jīng)常更換，人為增加了運(yùn)行維護(hù)成本。儀器生產(chǎn)廠家也有可能在檢定時(shí)使用脫水裝置，但是在運(yùn)行時(shí)為減少運(yùn)行費(fèi)用不采用該裝置，造成實(shí)際運(yùn)行中的性能改變，導(dǎo)致CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不確定度增加。 采用水分傳感器軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ话阒恍拚泓c(diǎn)的水分干擾，且低端的分辨率較低。對(duì)于同時(shí)含水和含SO2,NO的氣體的修正精度很差。
    此外對(duì)于NO分析儀，由于在相同的氣室長(zhǎng)度下，NO的分辨率低于H2O的分辨率，采用水分傳感器修正的方法對(duì)NO會(huì)造成很大的誤差。 那么如何真正有效降低水分對(duì)紅外分析儀測(cè)量的影響呢？紅外煙氣分析儀在傳統(tǒng)微流紅外傳感器的基礎(chǔ)上，增加了調(diào)水機(jī)構(gòu)。它是通過(guò)將不同溫度下的飽和空氣依次通入紅外傳感器，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)水機(jī)構(gòu)，使得含有非冷凝水的氣體與N2的信號(hào)一致。同時(shí)通過(guò)硬件調(diào)節(jié)及線性修正，來(lái)消除H2O（氣）對(duì)SO2、NOx的干擾。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，通過(guò)該方法調(diào)節(jié)后的傳感器可以滿足各種水分含量條件下的水分干擾消除，干擾的程度可控制在5ppm以內(nèi)。
    低量程紅外煙氣分析儀分辨率的檢定 紅外測(cè)量原理是基于郎伯比爾定律，即通過(guò)吸收光強(qiáng)的變化測(cè)定氣體濃度。當(dāng)氣體濃度較小時(shí)，光強(qiáng)變化也小，若傳感器分辨率不夠，就無(wú)法響應(yīng)濃度的變化。 很多儀器為提高零點(diǎn)穩(wěn)定性，會(huì)采用不同的算法，以保證減小零點(diǎn)的波動(dòng)；還有如前所述，為了補(bǔ)償水分的干擾影響，也會(huì)采用零點(diǎn)補(bǔ)償方式。這樣的直接結(jié)果就是零點(diǎn)附近儀器沒(méi)有反應(yīng)。 實(shí)際應(yīng)用中低量程儀器的***大量程要求不高于200ppm，為保證測(cè)量可靠性，實(shí)際的分辨率應(yīng)不大于1ppm。 檢定時(shí)可采用10ppm的標(biāo)準(zhǔn)氣體（SO2,NO），利用氣體分割器（配氣儀）將濃度控制在5ppm，通入儀器內(nèi)，讀取儀器的測(cè)量結(jié)果A，此后利用配氣儀將濃度控制在4.9ppm，讀取儀器的讀數(shù)B,連續(xù)多次（3次以上）測(cè)量得到A,B的平均值，兩平均值的差就是儀器實(shí)際的分辨率。 只有解決水分干擾和分辨率的問(wèn)題，煙氣分析儀才能真正滿足高濕低濃度的測(cè)量要求，真正有效實(shí)現(xiàn)監(jiān)控污染物排放，為減排提供切實(shí)準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 在CEMS煙氣分析儀使用過(guò)程中紅外線分析儀必須去除水分的影響，所以在預(yù)處理過(guò)程中一般雙路冷凝器比較保險(xiǎn)，還有弱酸性液體對(duì)分析儀的影響也要考慮。

上一篇：插入式渦街流量計(jì)比對(duì)方法探討 ...

下一篇：冷熱沖擊試驗(yàn)箱技術(shù)參數(shù)