Método de absorción óptica: espectro de "huellas dactilares" para capturar gases

Núcleo del principio: utilizar las características de absorción selectiva de moléculas de gases de efecto invernadero a una longitud de onda específica de luz.

Cada molécula de gas tiene un espectro de absorción único (como una "huella dactilar molecular"), como el co2, que absorbe fuertemente la luz infrarroja de una longitud de onda de 4,26 micras, y el ch, que es sensible a la luz infrarroja de 3,31 micras y 7,66 micras. El equipo de monitoreo en línea emite luz de una longitud de onda específica a través de una fuente de luz. cuando la luz pasa por el gas a medir que contiene gases de efecto invernadero, parte de la luz es absorbida por el gas, y el grado de atenuación de la intensidad de la luz es proporcional a la concentración del gas (siguiendo La Ley Lambert - beer).

Al detectar cambios en la intensidad de la luz, se puede expulsar la concentración de gas. Entre estos métodos, el método infrarrojo no disperso (ndir) se utiliza ampliamente para el monitoreo en línea de fuentes fijas de contaminación (como chimeneas de fábricas) y aire ambiente debido a su estructura simple y respuesta rápida; Por su parte, la espectrometría infrarroja de transformación de Ft (ftir) puede monitorear una variedad de gases al mismo tiempo, lo que es adecuado para condiciones de trabajo complejas.

Espectrometría láser: medición precisa de la concentración con alta especificidad del láser

Núcleo del principio: con el láser como fuente de luz, se utiliza la línea de absorción de la molécula de gas para la detección de alta sensibilidad.

El láser tiene las características de una fuerte monocromática y una longitud de onda ajustable, y puede apuntar con precisión a líneas de absorción específicas de moléculas de gases de efecto invernadero (como ajustar la longitud de onda del láser al pico de absorción de ch). Cuando el láser atraviesa el gas a medir, la molécula de gas absorbe la energía láser, lo que resulta en una disminución de la intensidad del láser, cuya disminución está relacionada con la concentración de gas.

Las técnicas comunes de espectrometría láser incluyen la espectrometría de absorción láser de semiconductores tunables (tdlas) y la espectrometría de absorción láser mejorada por cavidad (celas). Este método tiene una fuerte capacidad antiinterferencia y un bajo límite de detección (hasta el nivel ppb), y es adecuado para el monitoreo en línea de gases de efecto invernadero de baja concentración (como CH en el aire ambiente) o trazas de impurezas en gases de alta pureza.

Cromatografía de gases: detección de gases mixtos después de la Separación

Núcleo del principio: primero se separan los diferentes componentes de la mezcla de gas y luego se detecta la concentración uno por uno.

Los gases a medir entran en la columna a través del sistema de muestreo, y las fases fijas en la columna, como los adsorbentes, producen diferentes efectos de adsorción y desorción en diferentes moléculas de gases de efecto invernadero, lo que resulta en diferentes tiempos de retención de los componentes en la columna, logrando así la separación. El gas separado entra a su vez en el detector (por ejemplo, el detector de ionización de llama FID se utiliza para detectar ch, el detector de conductividad térmica TCD se utiliza para detectar co2), que genera una señal eléctrica basada en la reacción del gas con un reactivo específico (por ejemplo, la combustión de CH en el FID produce un flujo de iones), y la intensidad de la señal es proporcional a la concentración.

La cromatografía de gases es precisa y puede analizar múltiples gases al mismo tiempo, pero la velocidad de respuesta es lenta (generalmente datos una vez cada pocos minutos), adecuada para escenarios que requieren alta precisión pero no requieren monitoreo de alta frecuencia, como inspecciones de gases de efecto invernadero en los límites del parque.

Espectrometría de masas: identificación de gases por relación de carga de masa iónica

Núcleo del principio: ionizar las moléculas de gas en iones, distinguir diferentes gases y calcular la concentración de acuerdo con la relación masa - carga (m / z) de los iones.

El gas a medir es ionizado después de entrar en la fuente de iones (como la ionización por bombardeo electrónico), los iones producidos se desvían en el campo eléctrico o magnético, las trayectorias de desviación de iones de diferentes masas son diferentes, y finalmente se forman diferentes picos de señal en el detector. El tipo de gas se puede identificar a través de la posición del pico (correspondiente a M / z) (por ejemplo, M / Z de CO2 es 44 y Ch ₄ 16), y la intensidad del pico refleja la concentración.

El método de espectrometría de masas tiene una respuesta rápida, puede detectar una variedad de gases al mismo tiempo y no requiere un preprocesamiento complejo, pero el costo del equipo es alto y el mantenimiento es complejo, y se utiliza principalmente en laboratorios o escenarios industriales especiales (como el seguimiento en tiempo real de los gases de efecto invernadero durante las reacciones químicas).

Resumen: escenarios aplicables a diferentes principios

Las diversas tecnologías de monitoreo en línea de gases de efecto invernadero logran esencialmente la medición de la concentración identificando las características físicas y químicas únicas de las moléculas de gases. La absorción óptica y la espectrometría láser tienen la ventaja de ser rápidas y en tiempo real, dominando el monitoreo continuo en línea; La cromatografía de gases gana con alta precisión y es adecuada para la detección periódica; Las leyes de espectrometría de masas juegan un papel en el análisis de componentes complejos. Estas tecnologías constituyen conjuntamente los medios centrales de monitoreo de emisiones de gases de efecto invernadero en los campos de la petroquímica, la electricidad y la protección del medio ambiente, proporcionando soporte de datos para la toma de decisiones de reducción de emisiones.