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一、背景介紹

在工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境檢測等諸多領(lǐng)域，工業(yè)氣體在線分析儀具有廣泛的需求。常用的電化學(xué)氣體分析儀雖然價格低廉，但是使用壽命較短，尤其是能夠分析的氣體種類有限，一般僅限于氧氣、甲烷、二氧化碳等幾種氣體。氣相色譜儀，雖然能夠分析多種氣體，但已知的化合物中僅有20%的樣品可以用氣相色譜滿意地分離，尤其是探測時間長（單次測量0.5-2小時）因而不能滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)時在線檢測的需求。質(zhì)譜儀，能夠通過測量荷質(zhì)比精確、快速的分析各種氣體含量，但其由于成本高、需要熟練的技術(shù)人員、無法區(qū)分具有相同電荷質(zhì)量比的分子的同分異構(gòu)體、不能識別產(chǎn)生相同離子的碳?xì)浠衔?，?yīng)用范圍受到限制。激光拉曼氣體分析技術(shù)，能夠分析常見的各類氣體濃度，如氧氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、硫化氫、二氧化硫、氨氣、氮氧化物（一氧化氮、二氧化氮等）和各種烴類氣體（如甲烷、乙烷）等。但由于其中光學(xué)元器件特別是探測器價格昂貴，技術(shù)壁壘高（目前大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段），目前還沒有得到廣泛應(yīng)用。

經(jīng)過兩年的研發(fā)，氣體分析儀廠家譜析推出的激光拉曼光譜分析儀，能夠檢測氧氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、氨氣、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、硫化氫等除稀有氣體以外的常見氣體，對各個氣體檢測范圍0-100%，檢測極限100-10ppm（0.01%-0.001%）。對于每種氣體，檢測時間小于10s，能夠?qū)Χ鄠€監(jiān)測點(diǎn)循環(huán)監(jiān)測。譜析的激光拉曼光譜分析儀相較于紅外氣體分析儀、氣相色譜儀、質(zhì)譜儀的性能對比如下表所示：

從表中可以看出，譜析的激光拉曼光譜分析儀相較于紅外氣體分析儀、氣相色譜儀、質(zhì)譜儀，具有能夠同時檢測多種氣體、動態(tài)范圍大、檢測時間短、操作簡單、無需每次校準(zhǔn)、便于維護(hù)、價格便宜等諸多突出優(yōu)勢。

二、檢測原理

1928年C.V.拉曼實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，光與物質(zhì)分子相互作用時一部分光子能量發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為拉曼散射。如圖1所示，氧氣分子的兩個氧原子之間的相互作用類似于通過彈簧連接的兩個小球，兩者往復(fù)振動。不同之處在于，氧氣分子的各個振動能級是分立的，類似于樓梯的臺階，每級臺階間能量差為Δ。對于不同分子的不同振動模式，Δ是不同的，因而測定出Δ便能推斷出是哪一種分子的哪個振動模式。當(dāng)激光聚焦在空氣中時，激光光子與氧氣分子發(fā)生相互作用，一部分激光光子能量減少Δ，這部分能量Δ被氧氣分子吸收，振動能量上了一個臺階。能量減少的這一小部分光子被稱為拉曼光，我們通過測量拉曼光譜中峰的橫坐標(biāo)Δ便可以確定這是氧氣分子的振動，同時，峰值的縱坐標(biāo)即光強(qiáng)正比于氧氣的濃度。如同一個指紋對應(yīng)于一個人，一個拉曼特征峰對應(yīng)于一種分子。

圖1

三、核心技術(shù)

工業(yè)氣體在線分析儀結(jié)合自主研發(fā)的405nm激光拉曼激發(fā)模塊和超高靈敏度光譜儀，相較于傳統(tǒng)的拉曼光譜儀靈敏度提升一千倍以上。如圖2所示，拉曼光譜信號跟激發(fā)波長四次方成反比，該儀器采用405nm作為激發(fā)波長，相同功率下相較于傳統(tǒng)的785nm激發(fā)波長信號提升14倍。如圖3所示，該儀器采用光電倍增管作為探測器，可以將拉曼光信號放大10^5-10^6倍，同時采用超高精度納米位移平臺，可以通過掃描特征峰的方式靈活測量各種氣體濃度。整機(jī)外形如圖4所示。

圖2

圖3

圖4

四、激光拉曼氣體分析儀技術(shù)參數(shù)

激光拉曼氣體分析儀可測氣體列表（僅列出部分常用氣體）

五、應(yīng)用范圍

本產(chǎn)品將廣泛應(yīng)用于化工、石油、天然氣等行業(yè)的工業(yè)氣體原料成分實(shí)時在線分析、危險(xiǎn)氣體泄漏的在線監(jiān)測、大氣環(huán)境監(jiān)測、實(shí)驗(yàn)室氣體分析等場景，致力于激光光譜分析儀器的自主設(shè)計(jì)研發(fā)和國產(chǎn)化生產(chǎn)制造。

主要客戶包括：

1、針對工業(yè)氣體原料成分實(shí)時在線分析的化工廠；

2、針對危險(xiǎn)氣體泄漏的在線監(jiān)測的化工廠、煤礦廠；

3、國家及各省、地、市一級環(huán)保局、市場監(jiān)督管理局；

4、高校和研究所的分析實(shí)驗(yàn)室；

5、各種物質(zhì)分析、檢測解決方案供應(yīng)商。