Методы газового анализа

В ИТС НДТ 22.1-2021 представлены методы газового анализа, применяемые в системах автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ, среди которых используются физико-химические методы. Преимущественно к ним относятся оптические методы анализа – это методы поглощения излучения в ИК-, УФ- или видимом диапазоне в виде недисперсионной, дифференциальной или Фурье-спектроскопии. Также используются хемилюминесценция, цирконевый метод и другие.

Рассмотрим самые популярные из них, представленные отечественными изготовителями, на рынке Российской Федерации.

Хемилюминесценция

Это оптическое излучение, возникающее в последствии появления энергии химических реакций. В промышленных выбросах хемилюминесцентный анализ применяется для измерения содержания оксидов азота: газоанализатор измеряет световой поток, который возникает в результате реакции диоксида азота и озона. Интенсивность хемилюминесценции пропорциональна содержанию диоксида азота.

В связи с тем, что данный вид газоанализаторов ограничивается только измерением оксидов азота, они имеют достаточно узкий спектр применения. В случае наличия в составе промышленных выбросов иных веществ, необходимо использование дополнительного оборудования. Это ведет к увеличению затрат на создание автоматической измерительной системы контроля выбросов, ее обслуживания и ежегодной сертификации.

NDIR - Недисперсионная инфракрасная спектроскопия

Газ содержат различные атомы, поглощающие свет с характеристичной длиной волны в ИК-области спектра. Для измерений используют суммарное поглощение молекулой при максимальной частоте или длине волны. Один пучок проходит через измерительную ячейку, другой – через ячейку сравнения, содержащую газ, не поглощающий ИК-излучение, обычно азот.

Если проба содержит исследуемое определяемое вещество, часть энергии ИК-излучения поглощается и доля энергии ИК-излучения, достигшего детектора, будет пропорциональна количеству определяемого вещества, присутствующему в пробе. Детектор сконструирован так, что он обладает чувствительностью к излучению с длиной волны, являющейся характеристичной для определяемого вещества.

Электрохимия

Анализируемый газ вступает в химическую реакцию с электролитом, заполняющим электрохимическую ячейку. В растворе возникают заряженные ионы, между электродами начинает протекать электрический ток, пропорциональный концентрации анализируемого компонента.

Средний срок службы либо хранения электрохимического сенсора составляет 9 - 36 месяцев. То есть независимо от того, используется ли газоанализатор или нет, электрохимический датчик подвержен старению. Также, если для измерения кислорода используются свинцовые электрохимические ячейки, то данную ячейку необходимо утилизировать с обязательным участием специалистов, имеющих разрешение на проведение подобных работ, в связи с тем, что данное вещество относится к первому классу опасности отходов.

Согласно ИТС 22.1-2021 метод применим только для электростанций, в которых природный газ является основным видом топлива. Имеет существенный недостаток в виду того, что не рекомендуется применять анализаторы, основанные на принципе электрохимии, на других производствах, для целей автоматического экомониторинга.

FTIR - ИК-спектроскопия с преобразованием Фурье

Метод основан на взаимодействии инфракрасного света с химическим веществом посредством процесса поглощения. Различные связи в молекуле колеблются с разной энергией и поэтому поглощают разные длины волн ИК-излучения. Частота и интенсивность этих отдельных полос поглощения влияют на общий спектр, делая его уникальным для молекулы конкретного вещества.

Принцип действия FTIR заключается в использовании интерферометра Майкельсона, в котором оптическая разность хода изменяется за счет движения одного из зеркал в плечах интерферометра.

Спектр, как зависимость интенсивности излучения от волнового числа, получается путем обратного преобразования Фурье интерферограммы, выполняемого с использованием промышленного компьютера. ИК-спектроскопия с преобразованием Фурье в отличии от других методов газового анализа позволяет одновременно измерять до 16 газообразных компонентов, по запросу до 50.

Эта возможность достигается без использования дополнительных опций, а просто программным путем. Также расширение перечня анализируемых веществ без дополнительной аппаратной базы возможно и на уже работающем газоанализаторе. Эта опция делает FTIR газоанализаторы наиболее универсальным инструментом для целей экологического мониторинга. В случае изменения нормативной базы и расширения перечней ЗВ подлежащих контролю, необходимо просто перенастроить прибор.