「周波数選択的」分子吸収の前提を使用して吸収スペクトルを作成し、分子濃度の高分解能定量分析を提供する波長可変ダイオードレーザー吸収分光法 (TDLAS) は、赤外吸収スペクトル分析手法です。 TDLAS は高精度と優れた選択性を備えており、その場での非接触測定が可能です。
TDLAS は、従来のアプローチが不十分な領域におけるガス濃度の高感度リアルタイム測定を提供することにより、多くの分野を変革してきました。ガスモジュールは、正確なガス分析を可能にする小型の多目的デバイスであり、TDLAS の成功の主な要因の 1 つです。この記事では、 TDLAS ガスモジュール 多くの業界で。
TDLASガス分析装置の原理とは
TDL (波長可変ダイオードレーザー) 測定の基礎は吸収分光法です。 TruePeak Analyzer と呼ばれる TDL システムは、レーザー光が調査対象のガスを通過する際に吸収される、または損失されるレーザー光の量を測定します。
TDL アナライザの最も基本的な構成には、赤外線レーザー、レーザー光を測定対象のガスを通して検出器に導く光学レンズ、検出器自体、およびレーザーを調整して検出器からの信号を変換する電子機器が含まれます。ガスの濃度を示す信号。
名前が示すように、波長可変ダイオード レーザー吸収分光法は吸収分光法の原理に基づいています。この広く使用されている分析アプローチには、光がサンプルを通過するとき、またはサンプルと反応するときに、さまざまな波長の光とサンプルガス中の分子との間の相互作用を観察することが含まれます。吸収分光法では、蛍光、ラマン、X 線、紫外可視、核磁気共鳴などのさまざまな測定技術が使用されます。それぞれに特定の用途があります。
赤外分光法は、ガスサンプル中の特定の化合物を識別および定量するのに最も役立つ技術です。 これは、気体分子の生成方法によるものです。各ガスには異なる共鳴周波数の組み合わせがあり、その特定の周波数で連続的に振動します。波長 2.5um から 750nm の間の電磁スペクトルの近赤外領域は、工業目的で重要な多数のガスが光を吸収する領域です。
ガス分析では、優れた感度、選択性、およびリアルタイム測定機能を提供する波長可変ダイオードレーザー吸収分光法 (TDLAS) の新たなリーダーが発見されました。レーザーと分子吸収スペクトルの特殊な性質を利用して、複雑な原理が TDLAS ガス分析装置の基礎を形成します。この記事では、TDLAS ガス分析計の基礎を掘り下げ、その動作と、TDLAS ガス分析計がさまざまな分野にとって不可欠な機器となっている理由を考察します。
多くの業界における TDLAS ガス モジュールの革新的な用途を探ってみましょう。
TDLASガスモジュールの代表的な用途は何ですか？
環境モニタリング
TDLAS ガスモジュールは大気汚染物質の正確な特定と測定を可能にするため、環境モニタリングに不可欠です。 TDLAS ガス モジュールは、産業活動から放出される揮発性有機化合物 (VOC) の追跡や、CO2 や CH4 などの温室効果ガスの監視に比類のない感度と選択性を提供します。これらのモジュールは大気質監視ネットワークで使用され、 環境機関 そして政府は、汚染を削減し公衆衛生を守るために防御可能な決定を下すことができます。
産業用ガス分析
TDLAS ガス モジュールは、産業環境におけるプロセス制御と最適化によく使用されます。これらのデバイスは、工場設定でのガス濃度を継続的に監視することで、安全性を向上させ、排出量を削減し、製品の品質を保証します。 TDLAS ガス モジュールは、半導体製造、石油化学、製薬などの業界にガス組成に関するリアルタイムのフィードバックを提供します。このフィードバックにより、生産パラメータを迅速に変更でき、ダウンタイムを最小限に抑えることができます。
医療用ガスのセンシング
TDLAS ガス モジュールは、医療分野、特に患者の監視や呼気分析を伴う用途に非常に有益です。 TDLAS テクノロジーによって可能になった呼気ガスの非侵襲的評価により、糖尿病、肺がん、喘息などの病気を初期段階で特定することが容易になります。さらに、人工呼吸器や麻酔器に接続された TDLAS ガス モジュールによって、正確な呼吸ガスのモニタリングが可能になります。これにより、患者は救命救急介入や外科的処置を通じて可能な限り最高のケアを受けることが保証されます。
自動車の排ガス試験
TDLAS ガス モジュールは、自動車の排気ガスとその大気質への影響に対する懸念が高まっているため、急速に自動車の排気ガス試験に必要な機器になりつつあります。これらのモジュールを使用すると、実験室や運転中の排気ガスの分析が可能になり、科学者や政府機関が触媒コンバーターの機能や汚染防止方法がどの程度効果的かを判断するのに役立ちます。 TDLAS による排出ガス試験は、車両の設計を強化し、有害な排出ガスを削減するための重要な情報を提供します。
温室効果ガス排出量のモニタリング
TDLAS ガス モジュールは、自然源、農業行為、工業用地からの温室効果ガス排出量を追跡するために不可欠です。これらのモジュールは、組織が二酸化炭素排出量を追跡し、排出基準を遵守し、CO2、CH4、およびその他の温室効果ガスを正確に定量化することで二酸化炭素削減とオフセットの計画を実施するのに役立ちます。低炭素経済と気候変動との闘いは、TDLAS ベースの温室効果ガス監視に依存しています。
安全・安心のためのアプリケーション
TDLAS ガス モジュールは、危険なガスや化学的危険性を識別するための安全およびセキュリティ アプリケーションでも使用されます。 TDLAS テクノロジーは、国境警備、産業施設の漏洩検知、防衛など、さまざまな用途に迅速かつ正確なガス検知を提供します。 TDLAS ガス モジュールは、潜在的な脅威を早期に通知することで、重要なインフラを保護し、作業者の安全を向上させ、公衆衛生を維持します。
TDLAS ガス分析計の動作原理
TDLAS ガス分析計の動作の基礎は、ガス分子が特定の波長で吸収する光を測定する吸収分光法です。ガスセルまたはサンプルチャンバー、検出器、および波長可変ダイオードレーザーは、TDLAS ガス分析装置の重要な部分です。
1. ランバート・ビールの法則
高解像度スペクトル吸収技術は TDLAS です。ランベルト・ベールの法則は、測定対象のガスを通過する際の半導体レーザーの光強度の減衰を表すために使用できます。周波数 V のレーザーは、式ではそれぞれ IV、0、IV で表されます。圧力 P、濃度 X、光路 L を持つガスの入射点と出射点の両方における光の強度。ガス吸収線の強度はS(T)で表されます。吸収線の形状は一次関数 g (v-v0) で表されます。通常、ガスの吸収は低いため、これらの関係は、ガス濃度が高いと光がより多く減衰することを示唆しています。その結果、ガスによるレーザーの減衰を利用して、その濃度を決定することができます。
2. 線形スペクトル線強度
分子内の低エネルギー状態から高エネルギー状態へのエネルギー準位の変化は、常に気体分子の吸収に関係しています。遷移段階では、誘導吸収、誘導放出、および自然放出の強度の正味の効果は、線強度 S (T) で表されます。これは吸収スペクトル線の最も基本的な特性です。上位および下位のエネルギー レベル、およびエネルギー レベル間の遷移確率によって決まります。分子の量に基づいて。
温度はさまざまなエネルギーレベルにわたる分子の分布に影響を与えます。したがって、温度はスペクトル線の線強度に影響します。
- 波長可変ダイオード レーザー: TDLAS ガス分析装置では、光源は波長可変ダイオード レーザーです。固定波長の光のみを発する従来のレーザーとは対照的に、波長可変ダイオード レーザーは、狭いスペクトル範囲内で多くの波長の光を発することができます。この調整機能により、TDLAS 分析装置は調べているガス分子の特定の吸収線に焦点を当てることができます。
- ガスセルまたはサンプルチャンバー: 分析用のガスサンプルはガスセルまたはサンプルチャンバーに保管されます。通常、このチャンバーにはレーザー光を通過させるための光学窓が取り付けられています。サンプル内のガス分子とレーザービーム間の相互作用により、ガス種の分子構成に応じて特定の波長の光が吸収されます。
- 検出器: ガスセルを通過する光の強度は、内部の検出器によって測定されます。 TDLASガス分析計。ガス分子によってもたらされる吸収の量は、透過光の強度と入射レーザー光の強度を比較することによって分析装置によって確認できます。次に、この情報を使用して、サンプル内のターゲットガス種の濃度が決定されます。
動作原理: 以下は、TDLAS ガス分析計の動作方法の概要です。
特定の波長では、波長可変ダイオード レーザーによって細い光ビームが生成されます。
ターゲットガスの分子は、ガスセル内のガスサンプルを通過する際にレーザー光にさらされます。
光子は、レーザーの吸収線と一致するガス分子によって吸収されます。
波長。これにより、透過光の強度が低下します。検出器は透過光の強度を測定することにより、分析装置がガス分子によってどの程度の光が吸収されるかを計算できるようになります。分析装置は、デバイスを校正し、対象ガスの既知の吸収特性を使用して、サンプル内のガス濃度を決定します。
ESEGAS TDLASガス分析装置の詳細
ESE-LASER-100M TDL ガスモジュール チューナブルダイオードレーザー吸収分光法（TDLAS）の原理を採用し、NH3、HCL、HF、H2S、CH4、CO、CO2、O2などを含むプロセスガス成分中の特定のガスの濃度を測定します。ガス分析モジュールには次のような特徴があります。高感度、高速応答、バックグラウンドガスの影響なし、非接触光学測定などの特性を備えています。石炭火力などの多くの産業分野の航空ステーションのガス排出モニタリング、プロセス制御、微量ガスモニタリングに使用できます。発電所、廃棄物焼却発電所、化学プラントに適切なガス前処理システムを組み合わせることで、ガス濃度の変化をリアルタイムかつ正確に反映する信頼性の高い保証を提供します。
機能と特徴： 他のガス分析装置と比較して、このレーザーガス分析モジュールには次の主な特徴があります。
- 高い選択性。 TDLAS は高解像度スペクトル技術です。分子スペクトルの「フィンガープリント」機能により、測定は他のガスの影響を受けず、他の分析方法に比べて明らかな利点があります。
- 幅広い普遍性。 TDLAS 技術は、近赤外領域に吸収を持つすべての活性分子を効果的に測定でき、基本的に主要な工学分析ガスをカバーします。
- 強い適用性。 TDLAS テクノロジーには、高速かつ高感度という利点があります。 実際の応用では、その時間分解能はmsレベルに達し、感度はppbレベルに達することができます。
動作原理
ESE-LASER-100M レーザーガス分析モジュールは、レーザー波長の調整機能を利用して、動作温度と電流の変化に応じてレーザー発光波長を変化させます。 電流を周期的に変調することにより、レーザー波長を狭い範囲で周期的に変化させることができ、測定ガスの「単線吸収線」データをサイクルごとに取得できます。 現在、TDLAS 技術は高感度、高分解能、高選択性、高速応答を備えたガス検出技術に発展し、分子スペクトル研究、工業プロセスの監視と制御、燃焼プロセスの診断と分析、エンジン効率とモーターに広く使用されています。自動車排気ガスの測定、安全管理、大気中の微量汚染ガスの監視などの分野。
TDLAS ガス分析装置の利点
この分析装置は、硫化水素、メタノール、グリコール、アミンの影響を受けることなく、水分含有量を正確に検出できます。物理学の基本的な考え方がこの能力を支えています。
TDLAS アナライザーはドリフトしにくく、センサー自体に影響を与える可能性のある化学汚染の問題がないため、自然に安定しており、時々校正するだけで済みます。
従来のガス分析方法と比較して、TDLAS ガス分析装置には次のようないくつかの利点があります。
- 高い感度と選択性: この方法は水分子が赤外線を吸収する仕組みに基づいており、水分子含有量を正確に測定することが可能です。 TDLAS は百万分の一 (ppm) まで水分レベルを検出できるため、正確な水分制御が必要な状況に適しています。さらに、TDLAS は水蒸気と他のガスを区別できるため、妨害化学物質が存在する場合でも信頼性の高い読み取り値が保証されます。 TDLAS は、感度と選択性が優れているため、さまざまな困難な状況やサンプルの水分分析に最適なオプションです。
- リアルタイムで非侵入的な測定: TDLAS の重要な利点の 1 つは、非侵入的な測定ができることです。このメソッドは、物理的接触を必要とせずに水分分析を可能にすることで、サンプルの汚染と妨害を最小限に抑えます。 TDLAS は、プロセス管理と最適化のための即時入力を提供することにより、リアルタイム測定も可能にします。水分レベルの継続的な監視と調整が必要なアプリケーションでは、これらのリアルタイム機能から大きなメリットが得られます。水分変動が発生した場合、TDLAS はオペレーターが迅速な判断を下して迅速な是正措置を講じることができるため、製品の品質に関する問題を防止し、ダウンタイムを最小限に抑えることができます。
- 広いダイナミックレンジ: TDLAS は、低含水量から高含水量まで、広範囲の濃度にわたる水分レベルを正確に測定できます。この適応性は、水分含有量が大きく変化する可能性がある環境モニタリングや乾燥プロセスなどの用途で特に役立ちます。 TDLAS は、広いダイナミック レンジをカバーするため、追加の機器や校正調整の必要性をなくすことで、測定プロセスを簡素化し、全体的な費用を削減します。
- 頑丈でメンテナンスの手間がかからない: TDLAS アナライザには可動コンポーネントがないため、機械的問題の可能性が軽減され、長期的な信頼性が保証されます。さらに、非接触測定方法によりサンプルの調整が不要なため、メンテナンスの必要性と関連経費が削減されます。さらに、TDLAS アナライザには自己診断機能が組み込まれていることが多く、事前のメンテナンスやトラブルシューティングが可能です。これらの特性のおかげで、TDLAS は他の技術よりも水分を測定するためのより手頃なオプションであり、ダウンタイムが少なく、総所有コストも低くなります。
他の方法と比較すると、波長可変ダイオードレーザー吸収分光法 (TDLAS) には水分の測定において多くの利点があります。他の方法と比較した場合、その高い感度、選択性、堅牢性、広いダイナミックレンジ、および非侵入的な性質により、さまざまな分野にわたる正確で信頼できる水分分析に最適な方法となっています。
吸収分光法とレーザー技術の概念を利用することにより、波長可変ダイオードレーザー吸収分光法 (TDLAS) ガス分析装置は、ガス分析のための強力な方法を提供します。 TDLAS 分析装置は、高感度、選択性、リアルタイム測定機能により、正確なガス分析が重要なさまざまな業界で貴重な機器となっています。テクノロジーが発展するにつれて、 TDLAS システム 公衆衛生、産業プロセスの最適化、環境モニタリングにおける困難な問題に取り組む上で、ますます重要になるでしょう。
産業用ガス分析ソリューションと環境排出
TDLAS テクノロジーに基づく ESE-LASER シリーズ レーザー ガス アナライザは、さまざまな最先端の主要テクノロジー アプリケーションを使用して、さまざまなテスト ニーズを持つクライアントに高性能の機器ソリューションを提供します。
マルチラインスキャン技術
従来のレーザー光源技術である波長変調（WMS）をベースにしています。バックグラウンドガスの干渉を最小限に抑えるには、適切なレーザータイプを選択し、さまざまな試験対象物のスペクトル吸収特性に基づいたマルチラインスキャン処理アプローチを使用します。粉塵や水蒸気は変動する
長い光学式 パス ガスセル技術
低濃度を監視する場合、ガスの吸収経路長を考慮することがより重要です。抽出試験装置では、多くの場合、3 ～ 30 メートルの測定光路を実現できる特製のヘリオット セルが使用されます。コンパクトな構造の最適設計により、少量の空気室の空容積と良好な熱安定性が保証されます。
高調波検出 テクノロジー
テスト信号の第 2 高調波は、完全デジタルのロックイン アンプを使用して収集および増幅されます。これにより、測定時の低周波ノイズが効果的に抑制され、テスト感度と耐干渉性が向上します。
結論
レーザーガス分析計は、その卓越した精度、感度、選択性により、ガス分析の多くの分野で広く利用されている機器です。ガス成分の濃度を正確に検出するその能力は、レーザー分光法と光吸収の概念の基礎に基づいています。レーザーガス分析計は、他の種類のガス分析計に比べて明確な利点があるため、多くのアプリケーションで推奨される機器です。詳細については、こちらをご覧ください。 www.esegas.com
