基于红外吸收原理的一氧化碳浓度检测装置的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2006年第10期东北电力技术7研究基于红外吸收原理的一氧化碳与浓度检测装置的研究应用AStudyonCarbonMonoxideConcentrationDetectingApparatusBasedonInfraredAbsorptionPrinciple常太华，田学航，田亮(1．华北电力大学，北京1022o6；2．华北电力大学，河北保定o710o3)摘要：一氧化碳(CO)是火力发电厂锅炉烟气的重要成分，现场实时检测一氧化碳气体浓度对于锅炉安全运行、煤粉优化燃烧以及环境保护都有重要作用。根据红外理论，许多化合物分子在红外波段都具有一定的

2、吸收带。对以c0为典型的双原子气体分子模型进行研究可以知道，分子运动功能包括分子的振动动能和转动动能，两者分别对应于分子的振动频率和转动频率，当分子本身固有的振动频率和转动频率同红外辐射中某一波段的频率相同时，分子便吸收这一波段的红外辐射能量，使红外辐射能量转化为分子振动和转动动能。CO分子在红外某一波段有吸收，含有不同浓度c0气体的昆合气体在该波段的吸收各不相同，根据这一原理制成的一氧化碳浓度检测装置可以较为方便地实现对CO浓度的实时在线检测。关键词：CO浓度；锅炉烟气；双原子气体分子；红外吸收；在线检测[中图分类号]TK224．11[文献标识码]B[文章编号]1004—7913(20

3、06)10—0007—03在火力发电厂排放的锅炉烟气中，CO是重要其间的化学键看成是无质量的连接两个小球的弹组成部分。现场实时检}贝0CO气体浓度对于锅炉安簧。当分子吸收红外光时，两个原子将在连接的轴全运行、煤粉优化燃烧以及环境保护都有重要作线上做振动。可以借助于胡克定律来表示振动频用。但CO在锅炉烟气中的含量比较低，对其浓度率、原子质量和键力常数之间的关系：的检测较为困难。：(1)在对化合物浓度的检测中，红外吸收法得到了越若用波数表示则有关系式：来越广泛的关注。许多化合物分子在红外波段都有吸收带，而且因物质的分子不同，吸收带所在的波长谚：(2z)和吸收的强弱也不相同。根据吸收带分布的情

4、况与式中：为键力常数，其含义是两个原子由平衡位吸收的强弱可以识别物质分子的类型，从而得出物质置伸长0．1nIn后的回复力[10N／cm(dyn／cm)]；的组成及各组成成分的百分比。根据不同的目的与／1为折合原子质量，／1=m1m2／(m1+m2)。要求，红外分析仪可设计成多种不同的形式，如红外为了计算方便，将式(2)化简，原子质量用气体分析仪、红外分光光度计、红外光谱仪等_1J。相对原子质量代替，m1=Mr1／NA，m2=Mr2／NA。本文应用红外吸收法，根据一氧化碳在红外波其中rl、2为相对原子质量；NA为阿伏加德罗段的光谱吸收原理，利用描述红外辐射吸收强度与常数。将丌、C和的数值代

5、入式(2)，并指定将待测组分浓度间关系的贝尔定律，研制了一种可在线检测一氧化碳浓度的红外气体分析装置，并给出键力常数中的105代入。由于1307，所丁cC了实验结果。以得到：1双原子分子红外吸收光谱的基本原理lj谚1307^／(cm一)红外光谱是分子中基团原子间振动跃迁时吸收式中：为折合相对原子质量，=；取红外光所产生的。为了讨论的方便，在最简单的双原子分子中化学键的振动可按谐振子处理。把双原键力常数表中去掉105剩下的前面系数部分(见表子分子中的原子看成质量为m和m2的两个小球，1)。维普资讯http://www.cqvip.com8东北电力技术2005年第10期表1化学键的力常数2一

6、等依次表示。在、。等不同振动能级中含有多个转动能级，发生一1振动跃迁时，可从不同转动能级跃迁到的不同转动能级。在一些特殊情况下，很简单的分子图谱中可看到其精细结构，所以红外光谱又叫做分子振转光谱。根据以上分析可知，许多化合物分子在红外波段都具有一定的吸收带，吸收带的强弱及所在的波上面的讨论是限于将双原子分子作为谐振子模长范围由分子本身的结构决定。只有当物质分子本身固有的特定的振动和转动频率与红外光谱中某一型并用经典力学的方法加以讨论的。虽然较圆满地解释了振动光谱的基频吸收，但是对除基频吸收外波段的频率相同时，分子才能吸收这一波段的红外的一些其他吸收带无法解释。这是因为将微观粒子辐射能量，

7、将吸收到的红外辐射能转变为分子的振当作经典粒子来处理，未考虑其波动性。动动能和转动动能，使分子从较低的能级跃迁到较按照量子力学的观点，当分子吸收红外光发生高的能级。实际上，每一种化合物的分子并不是对跃迁时要满足一定的规律，即振动能级是量子化的，红外光谱内所有波长的辐射或任意一种波长的辐射可能存在的能级要满足下式：都具有吸收能力，而是有选择性地吸收某一个或某E=(+1／2)砌一组特定波段内的辐射。这个所谓的波段就是分子式中：为普朗克常