Фотометрическая технология используется для измерения концентрации большого количества компонентов газовых смесей и некоторых жидких сред.
Технология основана на уникальности спектра поглощения для каждого вещества. При прохождении светового пучка через газ или жидкость излучение на определенных длинах волн поглощается эффективнее, чем в остальной части спектра. Следовательно, после прохождения излучения через кювету с газом или жидкостью, интенсивность излучения на определенных длинах волн снижается. Отношение интенсивностей позволяет определить содержание компонента в газовой смеси.
Конструкции и варианты исполнения анализаторов, основанных на фотометрической технологии, различны. В зависимости от характерных особенностей спектра поглощения газовых компонент измерения проводятся в инфракрасной или ультрафиолетовой части спектра. Как правило, используется одна из перечисленных ниже разновидностей фотометрической технологии:
- корреляционная — GFC
(gas filter correlation), - основанная на нескольких длинах волн — SBMW
(single beam multiple wavelength), - основанная на одной длине волны — SBSW
(single beam single wavelength).
Ниже описаны все три модификации с указанием различий и областей применения.
Корреляционная технология в основном применяется на следовом уровне — для анализа содержания NO, CO, HCl, CO2, SO2, N2O и CH4. Эти газы обладают характерным отдельно стоящим пиком в спектре поглощения. В сочетании с особенностями технологии это позволяет получить надежные результаты на уровне микроконцентраций.
Рассмотрим корреляционную технологию на примере измерения содержания NO в газовой смеси. Конструктивное построение измерительной ячейки изображено на рисунке.
Основные элементы измерительной ячейки:
- широкополосный источник излучения
(работает в инфракрасном, реже в ультрафиолетовом спектре), - коллиматор,
- два фильтра в виде заполненных газом кювет, установленные на вращающемся барабане
(один фильтр заполнен чистым NO, второй — азотом), - кювета с анализируемым газом,
- фотоприемник.
Вдоль оптической оси ячейки направлено излучение от источника. Фильтры размещены во вращающемся барабане, излучение проходит через них попеременно. Фильтр с NO поглощает практически всю энергию в рабочей части спектра, поэтому значение интенсивности излучения, пропущенного через NO-фильтр и зарегистрированного фотоприемником, является опорным.
Заполненный азотом фильтр полностью прозрачен для излучения, потери энергии происходят только в измерительной кювете. Интенсивность излучения, пропущенного через фильтр с азотом позволяет вычислить искомую концентрацию NO в анализируемой смеси. Она пропорциональна логарифму отношения опорной и измеренной интенсивностей, коэффициент пропорциональности зависит от геометрических размеров ячейки. Чем больше потери энергии в измерительной кювете, тем больше концентрация.
Корреляционная технология имеет ряд преимуществ:
- может применяться для определения концентраций любого компонента на следовом уровне, поскольку логарифмическая зависимость позволяет добиться высокого разрешения,
- не зависит от чистоты оптики, так как плотность сигнала будет одинаковой для обоих фильтров, а результат рассчитывается на основе соотношения их показателей,
- позволяет проводить измерения в газовых и жидких средах.
Технология разных длин волн применяется для анализа газов, в спектре которых имеются несколько пиков поглощения. Это позволяет проводить анализ нескольких газовых компонентов одновременно, на одной измерительной ячейке. Устройство схоже с ячейкой, выполненной по корреляционной технологии. Но вместо заполненных газом кювет на барабане устанавливаются оптические фильтры,
Данная технология позволяет проводить измерение концентрации широкого спектра компонент на процентном уровне — CO, CO2, CH4, SO2, Н2O, NO и друг их. В ряде случаев измерять концентрацию сразу нескольких компонент. Например, CO, CO2 и CH4.
Технология одной длины волны действует по тем же принципам, но длину волны изменяют с помощью электронной модуляции сигнала. Это позволяет создавать относительно дешевые миниатюрные измерительные ячейки для однокомпонентного анализа на процентном уровне.