一、不同的氣體分析技術(shù)比較

1、氣體分析技術(shù)介紹

(1) 人工采樣法
傳統(tǒng)的分析方法如化學(xué)分析法、氣相色譜法較多采用人工采樣法。人工采樣法的特點(diǎn)是采用人工取樣的方式，抽取某一時(shí)點(diǎn)的樣氣進(jìn)行分析。它的缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的：必須對(duì)氣體進(jìn)行人工取樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，其中操作者的操作技能對(duì)分析的精度有很大影響；只能單一成份地逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)分析，不具備多重輸入和信號(hào)處理功能；分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力，響應(yīng)速度慢，效率低，難以實(shí)時(shí)地反映工況信息。

(2) 連續(xù)采樣法
連續(xù)采樣法主要有紅外線式、紫外線式和熱導(dǎo)式三種測(cè)量方法。連續(xù)采樣法的特點(diǎn)是采用不同測(cè)量方法的氣體分析系統(tǒng)都由采樣預(yù)處理系統(tǒng)和分析儀表兩部分組成，采樣探頭將被測(cè)氣體從煙道或管道中引出并進(jìn)行預(yù)處理后，連續(xù)送入儀器的氣體室中，分析儀器通過(guò)不同的方法完成氣體濃度的測(cè)量。上述三種測(cè)量方法的系統(tǒng)集成方式、適應(yīng)性和性價(jià)比有很大的區(qū)別。

應(yīng)用廣泛的紅外線式氣體分析儀基于非色散紅外吸收光譜（NDIR）的原理，其測(cè)量方法是基于氣體對(duì)紅外線進(jìn)行選擇性吸收的原理，當(dāng)被測(cè)氣體通過(guò)測(cè)量管道時(shí)吸收紅外光源發(fā)出的特定頻率光（與被測(cè)氣體成分有關(guān)）使光強(qiáng)衰減，測(cè)出光強(qiáng)的衰減程度即確定了被測(cè)氣體的濃度。

紫外線式氣體分析儀是基于被測(cè)氣體對(duì)紫外光選擇性的輻射吸收原理，可以測(cè)量SO2、NOx、HCl、NH3等氣體，但在同等性能、功能情況下儀器價(jià)格較高。

熱導(dǎo)式氣體分析儀的工作原理是利用各種氣體不同的熱導(dǎo)系數(shù)，即具有不同的熱傳導(dǎo)速率來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)被測(cè)氣體以恒定的流速流入分析儀器時(shí)，熱導(dǎo)池內(nèi)的鉑熱電阻絲的阻值會(huì)因被測(cè)氣體的濃度變化而變化，運(yùn)用惠斯頓電橋?qū)⒆柚敌盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)電路處理將信號(hào)放大、溫度補(bǔ)償、線性化，使其成為測(cè)量值。熱導(dǎo)式氣體分析器的應(yīng)用范圍很廣，如H2、Cl2、NH3、CO2、Ar、He、SO2、H2中的O2、O2中的H2和N2中的H2等等；它的測(cè)量范圍也很寬，在0%~100%圍內(nèi)均可測(cè)量。熱導(dǎo)式分析儀器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、價(jià)廉、技術(shù)上較為成熟的儀器。但是熱導(dǎo)式分析儀器對(duì)氣體的壓力波動(dòng)、流量波動(dòng)十分敏感，介質(zhì)中水汽、顆粒等雜質(zhì)對(duì)測(cè)量影響較大，所以必須安裝復(fù)雜的采樣預(yù)處理系統(tǒng)。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量法
現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量法中以半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（DLAS）較為先進(jìn)和具有有代表性。DLAS技術(shù)的特點(diǎn)是無(wú)需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，分析儀器直接安裝在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)一束穿過(guò)被測(cè)氣體的激光光束來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析。DLAS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多種氣體如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等的自動(dòng)檢測(cè)，適用于鋼鐵、冶金、石化、環(huán)保、生化、航天等各種領(lǐng)域。

雖然DLAS技術(shù)與其他吸收光譜氣體分析技術(shù)都利用吸收光譜技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體分析，但由于DLAS技術(shù)采用了獨(dú)特的“單線光譜”技術(shù)和調(diào)制光譜技術(shù)，可不受背景氣體交叉干擾和粉塵、視窗污染的干擾，并可自動(dòng)修正氣體溫度、壓力等氣體參數(shù)變化的影響，因此可以將分析儀器直接安裝在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)其他光譜吸收技術(shù)無(wú)法或很難實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)在線連續(xù)氣體測(cè)量。
DLAS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能適應(yīng)高溫、高水分、高粉塵、強(qiáng)腐蝕性和高流速的被測(cè)氣體環(huán)境，無(wú)需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快。隨著半導(dǎo)體激光氣體分析技術(shù)的逐步成熟，相關(guān)光電元器件成本的顯著下降，其性價(jià)比優(yōu)勢(shì)更為突出。在發(fā)達(dá)國(guó)家，半導(dǎo)體激光氣體測(cè)量技術(shù)已逐步取代傳統(tǒng)氣體檢測(cè)技術(shù)，在氣體在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。

二、DLAS技術(shù)簡(jiǎn)介

聚光科技研發(fā)生產(chǎn)的LGA-2000系列激光現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析儀是基于DLAS技術(shù)開(kāi)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析儀器。

DLAS（Diode Laser Absorption Spectroscopy）是半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的簡(jiǎn)稱。該技術(shù)是利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收形成吸收光譜的原理來(lái)測(cè)量氣體濃度的一種技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的特定波長(zhǎng)的激光束穿過(guò)被測(cè)氣體時(shí)，被測(cè)氣體對(duì)激光束進(jìn)行吸收導(dǎo)致激光強(qiáng)度產(chǎn)生衰減，激光強(qiáng)度的衰減與被測(cè)氣體含量成正比，因此，通過(guò)測(cè)量激光強(qiáng)度衰減信息就可以分析獲得被測(cè)氣體的濃度。

九十年代后，半導(dǎo)體激光器和光纖元件發(fā)展迅速，性能大大提高，價(jià)格大幅下降，室溫工作、長(zhǎng)壽命（>100，000小時(shí)）、單模特性和較寬波長(zhǎng)范圍的半導(dǎo)體激光器被大量地生產(chǎn)出來(lái)并投入市場(chǎng)，一些高靈敏度的光譜技術(shù)如frequency modulation spectroscopy、cavity ringdown spectroscopy等也逐漸成熟，DLAS技術(shù)開(kāi)始被較多地應(yīng)用于科學(xué)和工程研究，發(fā)達(dá)國(guó)家的一些儀器公司也開(kāi)始將DLAS技術(shù)應(yīng)用于氣體監(jiān)測(cè)。由于DLAS技術(shù)較傳統(tǒng)光譜檢測(cè)技術(shù)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)而得到了迅速推廣。

Focused Photonics,Inc.(FPI)是DLAS技術(shù)的主要開(kāi)發(fā)廠商之一，F(xiàn)PI自主開(kāi)發(fā)了擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全系列的激光氣體分析產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、石化、環(huán)保、生化、航天等領(lǐng)域。

FPI通過(guò)聚光科技（杭州）有限公司將該技術(shù)引入中國(guó)，結(jié)合中國(guó)各行業(yè)的實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)了LGA-2000系列激光現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析儀、LGA-3000系列激光采樣在線氣體分析儀，并且在鋼鐵、焦化、石化、電力、環(huán)保、航天等行業(yè)取得了良好的應(yīng)用。

三、DLAS技術(shù)的特點(diǎn)

DLAS技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：
1.惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，無(wú)需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線連續(xù)測(cè)量
激光在線氣體分析儀采用DLAS技術(shù)獨(dú)有的“單線光譜”原理，使用非接觸式激光測(cè)量方法，測(cè)量?jī)x器與被測(cè)量氣體環(huán)境隔離,其分析測(cè)量不受測(cè)量環(huán)境中背景氣體、粉塵以及環(huán)境溫度和壓力的影響，具有高溫、高粉塵、高水份、高腐蝕性、高流速等惡劣測(cè)量環(huán)境的良好適應(yīng)性，避免了傳統(tǒng)氣體分析系統(tǒng)必需的復(fù)雜的采樣預(yù)處理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)在線連續(xù)測(cè)量。
2.克服了背景氣體、水分和粉塵的吸收干擾，測(cè)量精度大大提高
DLAS獨(dú)特的“單線光譜”技術(shù)、頻率掃描技術(shù)、譜線展寬自動(dòng)修正技術(shù)克服了背景氣體、水分和粉塵的吸收干擾，修正了溫度和壓力等氣體參數(shù)變化對(duì)氣體濃度測(cè)量的影響，而且系統(tǒng)直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣體進(jìn)行測(cè)量，氣體信息不失真。相對(duì)于傳統(tǒng)的氣體測(cè)量技術(shù)，這些獨(dú)特的測(cè)量技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法大大提高了測(cè)量的精度。
3.響應(yīng)速度快，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)在線管理
DLAS技術(shù)進(jìn)行氣體分析不需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，節(jié)省了樣氣預(yù)處理的時(shí)間和樣氣在管道內(nèi)的傳輸時(shí)間。系統(tǒng)可以達(dá)到毫秒級(jí)的響應(yīng)速度，幾乎是實(shí)時(shí)地反映過(guò)程氣體濃度及其他參數(shù)變化狀況，完全可以滿足工業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)在線管理的需要。
4.可同時(shí)檢測(cè)多種氣體參數(shù)，能測(cè)量分析多種氣體，應(yīng)用面廣，儀器發(fā)展?jié)摿Υ?br />采用DLAS技術(shù)可同時(shí)在線測(cè)量氣體的濃度、溫度和流速等，并可實(shí)現(xiàn)多種氣體如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等的自動(dòng)檢測(cè)，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、石化、環(huán)保、生化、航天等領(lǐng)域。較以往采用多種檢測(cè)技術(shù)并進(jìn)行系統(tǒng)集成而言，采用DLAS技術(shù)可大大簡(jiǎn)化儀器的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣體分析儀器的微型化、網(wǎng)絡(luò)化（遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸）、智能化和自動(dòng)化。
5.光纖傳輸特性使系統(tǒng)的應(yīng)用更加靈活，性價(jià)比更高
DLAS技術(shù)采用的激光光源與常規(guī)光纖有良好的兼容性，所以可以將半導(dǎo)體激光器放置在中央處理單元內(nèi)，把光纖輸出的激光通過(guò)樹(shù)形光纖分路耦合器同時(shí)耦合到多根光纖，不同的光纖把激光傳遞到幾個(gè)不同的測(cè)量位置，對(duì)這幾個(gè)不同位置的氣體同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)分布式的在線氣體監(jiān)測(cè)分析。采用光纖后測(cè)量系統(tǒng)的抗電磁干擾能力、適應(yīng)惡劣環(huán)境和防爆環(huán)境的能力非常強(qiáng)；整套測(cè)量系統(tǒng)的成本大大降低；與傳統(tǒng)的氣體分析系統(tǒng)相比，配置更加靈活，性價(jià)比也更高。

四、DLAS技術(shù)與連續(xù)采樣法氣體分析技術(shù)比較


指標(biāo) DLAS技術(shù) 連續(xù)采樣法氣體分析技術(shù)
預(yù)處理系統(tǒng) 不需要 必需
測(cè)量方法 現(xiàn)場(chǎng)、連續(xù)、實(shí)時(shí)測(cè)量 采樣預(yù)處理后間斷測(cè)量
氣體環(huán)境 高溫、高粉塵、高水分、高流速、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng) 只能測(cè)量恒溫、恒壓、恒流、干燥及無(wú)粉塵的氣體
響應(yīng)速度 快：取決于信號(hào)分析速度（光電傳播時(shí)間可忽略），小于1秒 慢：取決于采樣預(yù)處理時(shí)間、樣品氣傳輸時(shí)間、儀表響應(yīng)時(shí)間，超過(guò)20秒
準(zhǔn)確性 實(shí)地測(cè)量，氣體信息不失真；測(cè)量值為氣體線平均濃度；不受背景氣體、粉塵及氣體參數(shù)影響 溶解吸附泄漏導(dǎo)致氣體信息失真；測(cè)量值為探頭位置局部濃度；背景氣體、粉塵及氣體參數(shù)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性
連續(xù)性 連續(xù)測(cè)量 間斷測(cè)量：反吹時(shí)無(wú)法測(cè)量
可靠性 無(wú)運(yùn)動(dòng)器件，可靠性高 較多運(yùn)動(dòng)部件，可靠性低
測(cè)量參數(shù) 可同時(shí)測(cè)量氣體濃度、溫度、流速等參數(shù) 只能測(cè)量氣體濃度
介質(zhì)干擾 不受背景氣體交叉干擾；自動(dòng)修正粉塵及光學(xué)視窗污染干擾 受背景氣體的交叉干擾，無(wú)法定量修正粉塵及光學(xué)視窗污染干擾
標(biāo)定維護(hù) 標(biāo)定：3~4次/年；維護(hù)：3~4次/年，自動(dòng)提示 標(biāo)定：一個(gè)月2~3次；維護(hù)：經(jīng)常
運(yùn)行費(fèi)用 無(wú)需備品備件；運(yùn)行費(fèi)用接近于零（僅為電費(fèi)） 需要較多備品備件； 年費(fèi)用一般為系統(tǒng)成本的20%左右

    手持式合金分析儀是利用物質(zhì)的聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢測(cè)對(duì)象使用性能的前提下；

    檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷大小，位置，性質(zhì)和數(shù)量等信息。

    它適用于金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料及其制品以及一些電子元器件方面測(cè)試。

    手持式合金分析儀在質(zhì)量控制、材料分類、合金鑒別、安全防范、事故調(diào)查等現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中；

    合號(hào)鑒別、金屬成分快速分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)室分析來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)極其嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

    現(xiàn)在，這一切發(fā)生了根本性的變化，是技術(shù)的世界——正在引發(fā)一場(chǎng)元素分析領(lǐng)域的革命：

    快速精確的分析結(jié)果，昂貴分析成本的大幅降低，重大決策的快速制定，均可在扣動(dòng)尼通XRF分析儀扳機(jī)的剎那間輕松實(shí)現(xiàn)。

    手持式合金分析儀精度高，接近實(shí)驗(yàn)室級(jí)的分析水平；

    可直觀顯示合號(hào)和元素百分比含量（某些元素可顯示到小數(shù)點(diǎn)后三位）及將手持式合金分析儀的性能提高到了真正意義上的實(shí)驗(yàn)室級(jí)別。

    手持式合金分析儀技術(shù)是將高性能大面積SDD探測(cè)器與幾何優(yōu)化設(shè)計(jì)思想有機(jī)地結(jié)合在了一起，與傳統(tǒng)技術(shù)的儀器相比；

    分析速度提高超過(guò)10倍，分析精度提高超過(guò)3倍，具有極高的靈敏度與檢測(cè)精度；

    在不充氦氣或非真空條件下具有卓越的輕元素(Mg，Al，Si，P，S)分析能力。

    手持式合金分析儀速度快，操作簡(jiǎn)單，“開(kāi)機(jī)啟動(dòng)—瞄準(zhǔn)測(cè)試—察看結(jié)果”，整個(gè)分析過(guò)程僅需數(shù)秒便可完成；

    合號(hào)鑒別只需1~2秒鐘，操作簡(jiǎn)單，即使非技術(shù)人員也可輕松掌握。

    手持式合金分析儀采用堅(jiān)韌的，塑料密封外殼，重量輕，堅(jiān)固耐用；

    密封式一體化設(shè)計(jì)，防塵、防水、防腐蝕，可在任何地方安全使用；

    內(nèi)置一體化專用操作系統(tǒng)，無(wú)須外接PDA，運(yùn)算速度快，具有病毒免疫功能，與破壞性檢測(cè)方法不同；

    樣品在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中無(wú)任何損壞，高性能X射線探測(cè)器選項(xiàng)，可為不同用戶的合金分析應(yīng)用；

    提供更加專業(yè)的、極具針對(duì)性的解決方案，先進(jìn)的軟件；

    先進(jìn)的專有數(shù)據(jù)管理軟件可以讓您輕松設(shè)置用戶登錄口令，生成定制報(bào)告，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的遠(yuǎn)程操控；

    用戶可編輯合號(hào)庫(kù)、添加合號(hào)；自動(dòng)校準(zhǔn)、診斷儀器故障；可通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí)。

    手持式合金分析儀靈活的通訊功能，藍(lán)牙和USB多種儀器連接方式，通訊方式非常靈活。數(shù)據(jù)上傳下載，編輯輸出報(bào)告方便。

　　碳硫氣體分析儀種類繁多，化驗(yàn)分析原理也不盡相同，應(yīng)用的范圍也有區(qū)別，價(jià)格相差也很大，以下為常用的幾種分析化驗(yàn)方法：
 

　　紅外吸收法：試樣中的碳、硫經(jīng)過(guò)富氧條件下的高溫加熱，氧化為二氧化碳、二氧化硫氣體。該氣體經(jīng)處理后進(jìn)入相應(yīng)的吸收池，對(duì)相應(yīng)的紅外輻射進(jìn)行吸收，由探測(cè)器轉(zhuǎn)發(fā)為信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理輸出結(jié)果。此方法具有準(zhǔn)確、快速、靈敏度高的特點(diǎn)，高低碳硫含量均使用，采用此方法的紅外碳硫分析儀，自動(dòng)化程度較高，價(jià)格也比較高，適用于分析精度要求較高的場(chǎng)合。
 

　　電導(dǎo)法(電導(dǎo)碳硫儀)：這是根據(jù)電導(dǎo)率的變化來(lái)測(cè)量分析碳硫含量的一種方法，被測(cè)樣品經(jīng)高溫燃燒后產(chǎn)生的混合氣體，經(jīng)過(guò)電導(dǎo)池的吸收后，電阻率(電導(dǎo)的倒數(shù))發(fā)生改變，從而測(cè)定碳、硫的含量，其特點(diǎn)是準(zhǔn)確，快速、靈敏。多用于低碳、低硫的測(cè)定。
 

　　重量法(碳硫聯(lián)合測(cè)定儀)：常用堿石棉吸收二氧化碳，由“增量”求出碳含量。硫的測(cè)定常用濕法，試樣用酸分解氧化，轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}，然后在鹽酸介質(zhì)中加入氯化鋇，生成硫酸鋇，經(jīng)沉淀、過(guò)濾、洗滌、灼燒，稱量計(jì)算得出硫的含量。重量法的缺點(diǎn)是分析速度慢，所以不可能用于企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)碳硫分析，優(yōu)點(diǎn)是具有較高的準(zhǔn)確度，至今仍被國(guó)內(nèi)外作為標(biāo)準(zhǔn)方法推薦，適用于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室和研究機(jī)構(gòu)。
 

　　滴定法(滴定儀)：非水滴定儀系采用酸堿滴定法測(cè)定鋼鐵碳、硫元素之用。與電弧燃燒爐匹配，適用于一般化驗(yàn)室、爐前化驗(yàn)等使用。容量法(氣容碳硫儀)：常用的有測(cè)碳為氣體容量法，測(cè)硫?yàn)樗釅A滴定法。特別是氣體容量法測(cè)碳、dian量法定硫，既快速又準(zhǔn)確，是我國(guó)碳、硫聯(lián)合測(cè)定常用的方法，采用此方法的碳硫分析儀的精度，碳含量下限為0。050%，硫含量下限為0。005%，可滿足大多數(shù)場(chǎng)合的需要。