by / sumaart
為了解決煙氣分析儀傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方式不能滿足連續(xù)監(jiān)測(cè)的要求這一問(wèn)題，考慮引入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器，將進(jìn)入煙氣分析儀的氣體引入標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器，對(duì)流經(jīng)煙氣分析儀的氣體進(jìn)行測(cè)量，將標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量結(jié)果作為被測(cè)氣體的約定真值，對(duì)煙氣分析儀進(jìn)行在線校準(zhǔn)。在線校準(zhǔn)系統(tǒng)如圖3所示。煙氣經(jīng)處理后進(jìn)入煙氣分析儀和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器，將兩者的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)煙氣的不間斷測(cè)量，同時(shí)對(duì)煙氣分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)。根據(jù)儀器氣路接法的不同，煙氣分析儀在線校準(zhǔn)系統(tǒng)可以分為串聯(lián)法和并聯(lián)法兩種（見(jiàn)下圖）。
根據(jù)《煙氣分析儀檢定規(guī)程》（JJG968-2002）的要求，正常使用中的煙氣分析儀示值誤差應(yīng)不超過(guò)滿量程的±5%，因此作為參考標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器其測(cè)量結(jié)果的不確定度一般應(yīng)不大于被校準(zhǔn)儀器滿量程的2.5%（k=2,k是包含因子，k=2表示儀器的測(cè)量結(jié)果又95.5%的概率落在結(jié)果的真值±2.5%滿量程的區(qū)間內(nèi)，具體可以參考國(guó)家數(shù)量技術(shù)規(guī)范JJF1059-1999）。目前能夠同時(shí)對(duì)多種氣體成分進(jìn)行連續(xù)分析的一起有在線色譜儀和質(zhì)譜儀等。在線色譜儀的定量準(zhǔn)確性較高，但是其分析周期較長(zhǎng)，每次進(jìn)樣的分析時(shí)間在3-30min，不適合煙氣成分快速變化的場(chǎng)合。質(zhì)譜儀用于測(cè)定煙氣中的氣體成分時(shí)，具有響應(yīng)時(shí)間快（一般不超過(guò)10s）、測(cè)量范圍寬（一般氣體濃度范圍均可打到0-100%V/V）、適合范圍廣（煙氣中的所有氣體均可一次性測(cè)量）等優(yōu)點(diǎn)，可以作為煙氣分析儀在線校準(zhǔn)的參考標(biāo)準(zhǔn)，并且經(jīng)校準(zhǔn)的質(zhì)譜儀測(cè)量誤差不超過(guò)滿量程的±1%，完全可以滿足使用要求。
質(zhì)譜儀是利用帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)原理進(jìn)行工作的，其工作過(guò)程是：被測(cè)樣品分子通過(guò)離子源，被高能電子轟擊后產(chǎn)生正離子流，經(jīng)電場(chǎng)加速后在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)整加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，可以使特定的離子進(jìn)入接收器而被檢測(cè)。
根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，可以推導(dǎo)出正離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡關(guān)系式，式中：R為正離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑（m）;U為加速電場(chǎng)的電壓（V）;m為正離子的質(zhì)量數(shù)；z為正離子的電荷數(shù)；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度（T）。
由于U、H的調(diào)整比較方便易行，因此質(zhì)譜儀對(duì)不同質(zhì)荷比m/z的正離子具有很強(qiáng)的選擇性和較高的檢測(cè)靈敏度。例如，當(dāng)含有一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO?）分子的樣品進(jìn)入離子源時(shí)，樣品中的分子被離子源中的高能電子轟擊，產(chǎn)生相應(yīng)的正離子CO的質(zhì)量數(shù)為28，電荷數(shù)為1，CO?的質(zhì)量數(shù)為44，電荷數(shù)為1，通過(guò)對(duì)加速電壓U和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的調(diào)整，可以使CO和CO?分別進(jìn)入接收器進(jìn)行檢測(cè)。由于正離子的質(zhì)量很小，進(jìn)入磁場(chǎng)的速度很高，飛行時(shí)間很短，因此質(zhì)譜儀的響應(yīng)時(shí)間很快。根據(jù)動(dòng)能定理可以計(jì)算出相對(duì)于100V的加速電壓，CO和CO?進(jìn)入磁場(chǎng)的初速度分別為2.6*104m/s和2.1*104m/s，對(duì)于半徑不超過(guò)1m的磁場(chǎng)，其飛行時(shí)間在毫秒級(jí)別。由此可以看出質(zhì)譜儀的響應(yīng)時(shí)間主要取決于儀器的采樣速度。
早期的質(zhì)譜儀主要用于同位素的定性分析，隨著現(xiàn)代儀器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代在線質(zhì)譜儀可以對(duì)分子量較小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的無(wú)機(jī)化合物進(jìn)行定性和定量分析，并且樣品不需要預(yù)先分離提純，大大拓展了質(zhì)譜儀在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。用于氣體樣品分析的在線質(zhì)譜儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石化、鋼鐵等行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程控制；同時(shí)由于質(zhì)譜儀的響應(yīng)時(shí)間非?？?，所以通過(guò)多氣路采樣系統(tǒng)，質(zhì)譜儀還可以同時(shí)對(duì)多臺(tái)煙氣分析儀進(jìn)行在線校準(zhǔn)，也提高了儀器的使用效率。
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