近红外光谱法测量油气流

导波的产品线包括一个近红外(NIR)双光束光谱仪，NIR- o™，和一个多波长光度计，ClearView^®Db，非常适合测量许多碳氢气体流。

导波近红外仪器通过利用长径气池和光纤导波分析仪系统，能够对气体流进行定性和定量测量。

在下文中，将讨论使用引导波硬件和软件工具在各种条件下测量烃类气体。与传统方法相比，NIR测量能够在过程监测中实时使用，以节省时间和金钱。

NIR在线过程分析仪NIR- o(光谱仪)ClearView db(光度计)

背景

电磁波谱的NIR部分接受使用C-H，O-H和N-H基础的泛隆隆和组合带。通过测量建立浓度的一系列气体样品的NIR光谱，可以产生定量模型，其将仅基于其NIR光谱测量即将到来的样品。

导波分析系统利用光纤，便于将样品探针放置在危险的位置，远离分光光度计本身。

大多数近红外光谱分析是在液体样品上进行的，其中阻碍旋转模糊了任何旋转的精细结构，造成宽峰。另一方面，气体具有高分辨的旋转振动(ro-振动)精细结构。

大多数近红外过程光谱仪和光度计是低分辨率的机器，因此不能分辨精细的光谱，但可以作为集成的P, Q和R波段记录光谱。当研究气体时，重要的是要记住下面的实际光谱是一系列复杂的窄尖峰。

气体需要较长的探针长度，因为气体和蒸汽的分子密度比液体的低得多。气体的高标准近红外光谱可以在25到100厘米的探测路径范围内获得。

除了较低的密度外，密度还根据理想气体定律随温度和压力波动。光谱仪测量光束中的分子数量，然而，为了准确量化气体混合物，测量温度和压力可能是必不可少的。

气相光谱的另一个重要方面是光谱取决于压力和温度。由于压力的加宽，振动谱线将随着压力的增加而加宽。对于一级效应，低分辨率光谱仪看到的综合吸收应该保持不变的压力增加，但可能有二级效应需要考虑，并添加到建模工作。

温度可以引起一个大问题。随着温度的升高，一些多原子分子将会有较低的弯曲模带，这些模带的玻尔兹曼热居数将会增加。这些组合“热”带将出现在光谱中，从基本基态跃迁带抢夺强度(居数)。最好的方法是在一个温度下校准气相测量，并在过程测量中保持那个温度。

最后，由于偶极矩的交替需要发生旋转振动的红外光谱，并不是所有的分子都显示出红外或近红外光谱。同核分子，如N₂阿,₂，cl.₂和h.₂，缺少偶极矩，因此没有红外光谱。幸运的是，大多数碳氢化合物和其他几种重要气体，如nhh_3.，CO.₂H₂O等具有较强的红外光谱，因此具有近红外光谱。不幸的是，一些常见的硫化物具有较弱的红外光谱和较弱的近红外光谱。

实验

用一个导波模型NIR-O过程光谱仪，在1550 ~ 1900 nm范围内测定了不同碳氢化合物的气相近红外光谱。图1显示了一些短链烷烃的吸收光谱，这些短链烷烃是用一个25厘米路径的在线过程探针收集的。

图1．气相近红外光谱-短链烷烃

甲烷具有最独特的光谱，然而这是预期的，因为它是最简单的并且具有最小的惯性矩。本研究重点介绍C-H拉伸带附近1700nm的第一个泛隆区域。乙烯和丙烯之间的差异如图2所示。通常，烯烃在1,625nm处具有强带。

图2．气相近红外光谱-乙烯，丙烯

这在图3中其他一些烯烃的气相谱中也有说明。

图3．气相近红外光谱-烯烃

相对于较低爆炸极限（LEL）的浓度是烃蒸汽的广泛关注，特别是在环境空气混合物中。表1说明了在这些条件下的许多轻质烃的检测限：40μu的仪器信噪比，最小浓度等于SNR或400μAU的10倍，1米的路径长度和整洁的样品在20°C时的条件。请注意，检测限制都在相应的leel下方大幅下方。

表1。蒸汽检测极限

	波长	吸收	检测	检测
	马克斯Abs。	系数	限制	限制	爆炸下限
	纳米	非盟/ kPa /厘米	kPa	ppm-V	ppm-V
甲烷	1665	0.000064	0.063	618.	50000
乙烷	1680	0.000129	0.031	307	30000
丙烷	1690	0.000159	0.025	248	21000.
丁烷	1714.	0.000154	0.026	257	18000
乙烯	1619.	0.000171	0.023	231	31000
丙烯	1695	0.000208	0.019.	190	20000
1-Butene	1693	0.000180	0.022	220	16000
1,3-丁二烯	1625.	0.000376	0.011	105	20000
Cis-2-Butene	1696	0.000353	0.011	112	18000
异丁烷	1695	0.000192	0.021	206	14000
异丁烯	1687	0.000197	0.020	200	16000
Trans-2-Butene	1701	0.000241.	0.017	164	18000

此外，还用氮气中的丁烷进行了一系列试验，研究了自身和国外气体增宽问题。吸收系数的变化也受碰撞能量转移的影响。除了用N缓冲的各种固定水平外，还记录了整洁的丁烷到1 atm₂1自动取款机。图4显示了所研究的浓度矩阵。

图4．丁烷浓度基质

分析

采用基础数据分析方法，建立了N₂．预测纯丁烷浓度可达100 kPa并不复杂。图5显示了四波长模型的回归结果。定量为±0.46 kPa左右。

图5．丁烷结果

在总压不变的情况下检测丁烷的浓度₂对于丁烷的稀混合物，基质与吸光度呈合理的线性关系。如图6所示，当加宽和能量转移机制从外来气体转移到自加宽时，丁烷含量超过80%的混合物会发生相当大的发散。

一个二次方程被用来模拟这个非线性。图6展示了在总压力下，除了线性和二次项外，使用两个波长模型对所有非齐整丁烷数据进行回归所产生的回归结果。浓度估计为±3kpa。

图6．总压强不变的丁烷

讨论

提出的数据表明，整洁的蒸汽和气体能够被近红外光谱测量到优于500ppm -m。此外，数据表明，外来气体的碰撞能量转移对吸收系数有很大的影响。由外来气体引起的光谱形状变化很小，但可以测量(并且可以建模)。

结论

这里已经表明，简单的烃类气体和蒸汽有一种近红外光谱，能够很容易地测量，具有杰出的灵敏度。对于简单的系统，定量混合分析可以通过选择几个策略波长并进行简单的线性回归来实现。的去年ClearView db对于利用离散波长的简单系统是一种经济高效的解决方案。

线性方法仍可用于更复杂的混合物，涉及压力扩大，但是，需要更多的校准数据。虽然这里未示出，但是通过利用单个气体的整洁光谱作为基础设定为解构未知光谱的基础，因此能够进行混合分析，从而提取单个浓度。对于这些复杂的系统，NIR-O光谱仪将更适合。

使用引导波分析仪硬件和软件工具，本断讨论的气相测量既快又可靠。成果可用于复杂流的实时（秒）。

图7．丁烷结果，建模压力非线性

图8。25厘米气体流动电池

此信息已采购，从引导波提供的材料进行审查和调整。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问导波．