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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,植物生命活動中的三個重要過程：光合作用、呼吸作用與光呼吸作用，分別伴隨著CO,2,的吸收和釋放。三者變化總結果與相互關系可由下式表示：,CO,2,H,2,O,光合作用,CH,2,O+O,2,(光)呼吸作用,因此，CO,2,分析一直是研究這三個過程的基本測定技術。在目前所有的CO,2,分析技術（檢壓法、酸堿滴定，pH比色法，電導法，氣相色譜法，放射性(,14,C）及穩(wěn)定性（,13,C）同位素法，CO,2,電極法，紅外線分析法等）中，紅外線CO,2,分析法是最有效的一種手段。它具有,靈敏度高、反應迅速，
2、抗干擾性強，操作方便，可以進行活體的、連續(xù)的測定,等突出優(yōu)點，因而被廣泛應用于農業(yè)測定和科學研究中。,植物生命活動中的三個重要過程：光合作用、呼吸作用與光呼吸作用,1,20世紀50年代國外已設計制造出紅外線C0,2,氣體分析儀,我國在20世紀70年代也制造出了紅外線C0,2,氣體分析儀，并用于植物C0,2,代謝的生理活動過程的測定。,隨著科學技術的發(fā)展，電子計算機技術的滲入，紅外線C0,2,氣體分析儀的性能不斷提高，并與其它測量技術結合，開發(fā)出,便攜式、光溫氣能調控的光合作用分析系統(tǒng),，,如美國LI-COR生產的LI-6400、英國ADC公司生產的LCA-4光合作用分析系統(tǒng),。,20世紀50年
3、代國外已設計制造出紅外線C02氣體分析儀,2,這些儀器能單人提著攜帶到野外工作，能測定,光合速率、呼吸速率、蒸騰速率、氣孔導度,等植物的生理參數，同時還能測定環(huán)境中,光強、溫度、濕度,等參數，操作十分方便，用葉室夾一片葉，在操作面板上,按一下鍵,，在,數分鐘內,就能把上述參數測完并儲存好。,LI-6200光合作用分析系統(tǒng),LCA-4光合作用分析系統(tǒng),這些儀器能單人提著攜帶到野外工作，能測定光合速率、呼吸速率、,3,劍葉的光合速率,用LI-6400光合作用測定系統(tǒng)測定。測定條件溫度為2530，基始CO,2,濃度為350ppm。,葉室,測定裝置,劍葉的光合速率 用LI-6400光合作用測定系統(tǒng)測定
4、。測定條,4,第一節(jié) 紅外線氣體分析儀的工作原理與儀器結構,一、氣體對紅外的吸收,不同分子結構的各種物質具有對光波（電磁輻射）選擇吸收的特點。當用一束具有連續(xù)波長的光照射分子時，分子會選擇地吸收某波長的光子而產生能量躍遷。由,異原子組成的氣體分子,（如CO,2,、CO、CH,3,、SO,2,、H,2,O等），,對紅外線有強烈的吸收,。例如CO,2,在中紅外波段區(qū)在4.3和15處有兩個強吸收峰。,第一節(jié) 紅外線氣體分析儀的工作原理與儀器結構一、氣體對紅外的,5,圖1 氣體對紅外吸收示意圖,氣體對紅外輻射的吸收程度可用比耳朗伯定律來表示：,EE,0,e,-KCl,（1）,E,0,:入射光能量,E:
5、透過光能量,K:氣體吸收系數,C:氣體摩爾濃度或質量/體積濃度,l:氣體層厚度,圖1 氣體對紅外吸收示意圖,6,光束通過氣體層后被吸收的能量E則為,EE,0,-EE,0,(1-e,-KCl,)(2),(2)式表明,對于某一氣體而言,當選定吸收波長和氣體層厚度(l)之后，其紅外光吸收的能量E將與氣體的濃度C有單值對應的指數關系。當KCl的數值很小時,E,-KCl,1-KCl,E,E,0,-EE,0,(1-e,-KCl,),E,0,1-(1-KCl),E,0,KCl(3),（3）式表明，氣體濃度較小時，紅外光吸收的能量E將與氣體濃度有對應的線性關系（圖2）。,圖2 紅外光吸收能量與氣體濃度的關系,
6、由圖2可見，,當直接或間接測得E時，便可知氣體濃度C，這就是紅外氣體分析儀的理論基礎。,光束通過氣體層后被吸收的能量E則為 圖,7,一臺紅外線C0,2,氣體分析儀由三個基本部分組成：,紅外線輻射源、氣室和檢測器,(圖3)。氣室中有C0,2,存在時會減少到達檢測器的輻射，從而減少檢測器的輸出信號。,圖3 紅外線C0,2,氣體分析儀基本結構示意圖,來自源(S)的紅外輻射通過氣室(C)，氣室有1個入口(I)和1個出口(Q)，這兩個口允許被分析氣體連續(xù)地流過，經過氣室的紅外輻射被濾光片(F)過濾，一般只讓4.3nm波段輻射通過，然后到達檢測器(D)。檢測器的信號被整流、放大(RA)，最后由顯示器顯示。
7、,二、紅外線C0,2,氣體分析儀的結構,一臺紅外線C02氣體分析儀由三個基本部分組成：紅外線,8,1.紅外線輻射源,光源要求：,輻射的光譜成分要穩(wěn)定；,輻射的能量大部分集中在待測氣體特征吸收波段；,輻射光最好能平行于氣室中心入射；,光源壽命長，熱穩(wěn)定性好，抗氧化性好，金屬蒸發(fā)物要少；,光源燈絲在加熱過程中不能釋放有害氣體。,典型的紅外線輻射源是由鎳鉻合金或鎢絲繞制成的螺旋絲，用低電壓源加熱，溫度升至600800之間發(fā)出暗紅色光，發(fā)射出0.77m的連續(xù)波長的紅外光。,1.紅外線輻射源光源要求：,9,2.氣室,大部分紅外線CO,2,氣體分析儀是,雙光束和雙氣室,的，即有等量的紅外線輻射通過兩個平行
8、的氣室，一個為分析氣室，另一個作為參比氣室(圖4)。,圖4 具有并列式檢測室的雙光束紅外線CO,2,氣體分析儀光路部分結構示意圖,來自兩個輻射源S1和S2的輻射同時被切光片C斬波，以便使通過分析氣室A和參比氣室B的輻射同時到達檢測室的1和2的兩個小室，檢測室的1和2的兩個小室并列，被由電容器D的動片分開。,2.氣室大部分紅外線CO2氣體分析儀是雙光束和雙氣室的，即有,10,分析氣室是一個通過氣室，即有連續(xù)的樣品氣流通過這個氣室，參比氣室可以是工廠封閉的內無C0,2,的空氣的氣室，或是充入N,2,的氣室；也可以做成氣體通過室，這樣可確保儀器的使用有較大的靈活性。,分析氣室是一個通過氣室，即有連續(xù)
9、的樣品氣流通過這個氣室，參比,11,雙氣室紅外線CO,2,氣體分析儀除了能進行絕對值測量外，還具備差分測量CO,2,濃度的功能。而用作絕對值檢測CO,2,濃度使用的紅外儀和便攜式紅外儀一般為單氣室的。,紅外線CO,2,氣體分析儀氣室要求透光性好，光窗材料選用透紅外線的氟化鈣晶片，內壁通常鍍金，這是為了最大限度地讓光線透過氣室。氣室兩端有進出氣口。,雙氣室紅外線CO2氣體分析儀除了能進行絕對值測量外，還具備差,12,3.紅外線輻射能量的檢測器,紅外線輻射能量的檢測器種類較多，概括起來有兩類,薄膜微音器,又稱光聲式探測器或檢測電容器，工作原理是熱輻射使動片兩側檢測室的氣壓變化，造成動片與固定電極間
10、距離改變，引起電容量變化，從而達到檢測輻射的強度。,光導檢測器,一類半導體的物質，如銻化銦(InSh)，因紅外輻射引起其電阻改變而被檢測。,3.紅外線輻射能量的檢測器紅外線輻射能量的檢測器種類較多，概,13,薄膜微音器是由金屬外殼、薄膜電容、光窗材料和引線等組成的氣室，其中薄膜電容的動片(金屬薄膜)將氣室隔成兩個小檢測室。一般檢測室中均充滿與待測氣相同的氣體，例如在CO,2,氣體分析儀內充一定濃度的CO,2,氣體。,薄膜微音器大多是雙室檢測電容器，結構如圖4右側和圖5右側所示。它們的基本構造是由兩個檢測室和密封在殼體內的一個薄膜電容構成。圖4檢測器的兩個檢測室為,并列式,的，而圖5的兩個檢測室
11、為,串連式,的。,圖,4,圖5,薄膜微音器是由金屬外殼、薄膜電容、光窗材料和引線等組成的氣室,14,在平列式檢測室結構中，穿過參比氣室的輻射進入一個檢測室，而穿過樣氣室的輻射則進入另一個檢測室，兩個檢測室都吸收位于C0,2,吸收帶的那部分輻射，但所吸收的量與氣室吸收的量成反比，這樣，斬波輻射會引起檢測室中壓力的周期變化以及與此同時的膜振動。其振幅取決于兩個檢測室之間的壓力差，而壓力差又由樣品氣室和參比氣室之間的C0,2,濃度來決定。膜振動振幅的變化引起電容器的容量的變化。這一容量變化與電容器兩端的電壓變化成正比，經放大后，形成輸出訊號。,在平列式檢測室結構中，穿過參比氣室的輻射進入一個檢測室，
12、而穿,15,光導檢測器是一類半導體的物質如銻化銦(InSh)，因紅外輻射引起其電阻改變而被檢測。,目前絕大多數紅外線C0,2,氣體分析儀采用這一檢測原理，如國產的QGD07型紅外線C0,2,氣體分析儀。,(InSh),光導檢測器是一類半導體的物質如銻化銦(InSh)，因紅外輻,16,第二節(jié) 國產FQ型紅外線C0,2,氣體分析儀的結構與使用,一、結構,國內外的紅外線CO,2,氣體分析儀種類很多，以下介紹廣東佛山分析儀器廠生產的FQ-W型紅外線CO,2,氣體分析儀的結構與使用。FQ型紅外線氣體分析儀可分為分析和電子兩部分。,第二節(jié) 國產FQ型紅外線C02氣體分析儀的結構與使用一、結,17,圖6 紅
13、外線氣體分析儀主箱體主要結構圖,1.薄膜微音器 2.左檢測室 3.右檢測室 4.校正裝置 5.校正桿 6.前置放大器 7.調零裝置 8.調零旋鈕 9.參比氣室 10.濾波室 11.工作氣室 12.切光片 13.光源 14.參比電機 15.同步電機 16.光對稱旋鈕 17.相位旋鈕,分析部分裝在主箱體內（圖6）,圖6 紅外線氣體分析儀主箱體主要結構圖分析部分裝在主箱體內（,18,由光源1發(fā)出的紅外光經平面反射鏡2、斜面反射鏡3和4反射后分成兩束能量相等的平行光束，分別通過參比氣室6和工作氣室7而到達檢測器8的兩個對稱的接收室。參比氣室中充入不吸收紅外光的氣體（如N,2,）。而工作氣室中不斷通過待
14、測氣樣，氣樣中的被測成份吸收了對應波長的一部份紅外光，這樣到達檢測電容器的兩接收室的紅外光能量就不相等了，其差值就是E。檢測電容器8是由兩個檢測室和密封在殼體內的一個薄膜電容器構成。薄膜電容器的一個電極是個圓形金屬塊，它與殼體高度絕緣，由絕緣子引出導線；另一個電極是一片金屬薄膜它與殼體相連，并把兩個檢測室隔開。檢測電容器內充被測氣體，并加以嚴格密封。,圖7 儀器的測量原理,1.光源 2.平面反光鏡 3、4.斜面反光鏡 5.切光片 6.參比氣室 7.工作氣室 8.薄膜微音器,比氣室,N,2,工作氣室,待測氣樣,由光源1發(fā)出的紅外光經平面反射鏡2、斜面反射鏡3和4反射后分,19,經過參比氣室進入左
15、檢測室的紅外光能量為E,0,，經過工作室進入右檢測室的紅外光能量為E，左右兩個檢測室內的氣體分別吸收紅外光E,0,和E，受熱膨脹，由于E,0,大于E，故左檢測室的溫度稍高于右檢測室的溫度。按氣體方程PVRT，左檢測室的壓力將稍高于右檢測室的壓力（其差為P），這樣薄膜將被迫凸起，薄膜電容器的容量變?。ㄆ洳顬镃）。這是檢測電容器接收紅外光的初始瞬間過程。如果紅外光保持起始狀態(tài)不變，由于聯通左右檢測室的平衡小孔的漏泄，壓力差就會緩慢消失，薄膜就回到原來位置，并保持靜止，再也沒有訊號產生了。切光片5將使這一過程發(fā)生根本性的變化。,圖7 儀器的測量原理,1.光源 2.平面反光鏡 3、4.斜面反光鏡 5.
16、切光片 6.參比氣室 7.工作氣室 8.薄膜微音器,經過參比氣室進入左檢測室的紅外光能量為E0，經過工作室進入右,20,切光片5是一塊90度角的雙扇形黑色薄板，它以每秒3.24周的速度轉動，在每一周期中，它對光源的兩束光同時地打開兩次，切斷（遮?。﹥纱巍．敶蜷_時，紅外光射入檢測室，薄膜向右凸起；當切斷時，薄膜回復原位。這樣薄膜產生了每秒6.48周的周期性振動，也就是薄膜電容器的容量產生了每秒6.48周的周期性變化。,圖7 儀器的測量原理,1.光源 2.平面反光鏡 3、4.斜面反光鏡 5.切光片 6.參比氣室 7.工作氣室 8.薄膜微音器,切光片5是一塊90度角的雙扇形黑色薄板，它以每秒3.24周的,21,將薄膜電容器聯接在如圖8的電路中，并置以恒電壓V，當電容量變小時，電容通過的電阻R放電；當電容量復原時，U通過R對電容充電，由此，在R上就得到一個頻率為6.48周/秒的交變電訊號。由于C來源于P，P來源于E，E來源于工作氣室中被測氣體的不同濃度，故R上的交變電訊號大小就直接反映了被測氣體的濃度。從R上得到的交變電訊號是很微弱的，一般在零點幾毫伏至幾毫伏之間，必須用電子放大器加以放大，并
紅外線氣體分析儀課件
