MAX-iR FTIR 氣體分析儀的獨(dú)特性

 

過(guò)去，F(xiàn)TIR 氣體分析儀只能在中濃度十億分之一（ppb）級(jí)范圍下進(jìn)行測(cè)量。然而，隨著 FTIR 氣體分析技術(shù)取得新進(jìn)展，我們現(xiàn)在可以在低濃度十億分之一（ppb）級(jí)至中濃度萬(wàn)億分之一 (ppt) 級(jí)范圍下進(jìn)行常規(guī)雜質(zhì)測(cè)量。這意味著與氣相色譜技術(shù)相比，光學(xué)增強(qiáng)型 FTIR （OE-FTIR）可達(dá)到與之相媲美的靈敏度，同時(shí)具有更快的分析速度和更低的投資成本。在本次采訪中，AZoM 對(duì)話了賽默飛 Marty Spartz。

 

Marty 擁有堪薩斯州立大學(xué)分析化學(xué)博士學(xué)位。他現(xiàn)在是賽默飛的氣體分析研發(fā)高級(jí)總監(jiān)。Marty 的研究重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)可測(cè)量復(fù)雜樣品中超痕量組分的下一代 FTIR 氣體分析系統(tǒng)。

 

01您的研究如何幫助支持下一代 FTIR 分析的開(kāi)發(fā)？

 

在賽默飛氣體分析解決方案團(tuán)隊(duì)中，我們開(kāi)發(fā)了一種新型超靈敏技術(shù)，它讓我們能夠在 ppt 級(jí)別下測(cè)量大宗和特種氣體等物質(zhì)中的雜質(zhì)。

 

賽默飛分析儀器：Thermo Scientific™ MAX-iR™ FTIR 氣體分析儀是一款緊湊型工業(yè)氣體分析儀。它采用5U 機(jī)架安裝設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)時(shí)盡可能降低了維護(hù)量。這款光譜儀具有一系列獨(dú)特性。

 

首先，單晶硒化鋅分束器使系統(tǒng)具有極高的熱穩(wěn)定性和更高的基線穩(wěn)定性，可進(jìn)行極低含量的測(cè)量。

 

系統(tǒng)采用垂直腔面發(fā)射（VCSEL) 二極管激光器替代氦氖激光器。這樣，儀器僅需極少維護(hù)即可運(yùn)行10至20年，成為過(guò)程和環(huán)境應(yīng)用的理想之選。

 

MAX-iR 分析儀可以配備三種檢測(cè)器。氘化硫酸三甘氨酸 (DTGS) 檢測(cè)器是系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)配置，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)中紅外光譜的測(cè)量。從某種意義上說(shuō)，這意味著我們可以測(cè)量樣品中可能存在的所有有機(jī)和無(wú)機(jī)氣體。

 

與 MAX-iR 氣體分析儀搭配的 DTGS 檢測(cè)器的檢測(cè)限在數(shù)十 ppb 范圍內(nèi)。需要進(jìn)行更低含量的測(cè)量時(shí)，可以選用碲鎘汞 (MCT) 或砷化銦 (InAs) 檢測(cè)器。MCT 和 InAs 檢測(cè)器經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體制冷，無(wú)需液氮即可運(yùn)行。

 

然后，它們與光學(xué)帶通濾光片或長(zhǎng)通濾光片耦合，盡可能以最低的檢測(cè)限獲得最高的信噪比。這些配置將檢出限降低三個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到萬(wàn)億分之幾十。

 

02與其他現(xiàn)有系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有哪些獨(dú)特的特性？

 

MAX-iR 氣體分析儀具有許多獨(dú)特而有趣的特性。

 

首先，它在氣體池中使用非球面光學(xué)器件來(lái)確保盡可能高的光通量；

 

其次，氣體池及相關(guān)反射鏡設(shè)計(jì)用于在真空至10個(gè)大氣壓的范圍內(nèi)運(yùn)行，而且它們的運(yùn)行是動(dòng)態(tài)的，因此測(cè)量時(shí)氣體池中的壓力可以變化。

 

Thermo Scientific™ StarBoost™ 光學(xué)增強(qiáng)技術(shù)也為 FTIR 氣體分析儀提供了盡可能高的靈敏度。特別值得一提的是，這項(xiàng)技術(shù)是光學(xué)增強(qiáng) FTIR (OE-FTIR) 一詞的起源。

 

03您能否進(jìn)一步向我們介紹一下 StarBoost 技術(shù)？

 

StarBoost 技術(shù)使 MAX-iR 氣體分析儀具有極高的信噪比，讓用戶能夠?qū)崿F(xiàn)超低含量的測(cè)量。它的工作原理是采用極高靈敏度檢測(cè)器并將其與光學(xué)濾光片耦合。光學(xué)濾光片可針對(duì)特定測(cè)量去除所有非目標(biāo)測(cè)量物質(zhì)的頻率。

 

例如，如果想要測(cè)量一種化合物，比如 HCl，我們可以將儀器配置為僅查看 HCl 吸收的紅外光譜區(qū)域。這樣，由于我們限制了照射到檢測(cè)器的光強(qiáng)，檢測(cè)器的靈敏度會(huì)顯著升高。隨著到達(dá)檢測(cè)器的光強(qiáng)減少，我們可以提高檢測(cè)器增益，從而獲得更高的信噪比。

 

04您能否簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)的運(yùn)行方式？

 

MAX-iR 是一款基于 FTIR 的氣體分析儀。FTIR 氣體分析儀中的主要部件包括紅外光源、FTIR 光譜儀、多次反射氣體池（“懷特池”）和紅外檢測(cè)器。MAX-iR 分析儀中的氣體池具有48次反射，光程長(zhǎng)度為9.86 m，體積小于500 mL。

 

系統(tǒng)以每分鐘0.5-10升的流量將樣氣送入氣體池，同時(shí)使紅外光束通過(guò)包含樣氣的氣體池到達(dá)檢測(cè)器，從而連續(xù)收集紅外光譜。

 

氣體池中存在的任何有機(jī)或無(wú)機(jī)氣體都會(huì)吸收一部分紅外光。根據(jù)所吸收的紅外光的頻率，用戶可以知道存在哪些化合物。根據(jù)每個(gè)頻率下吸收的光強(qiáng)，用戶可以知道存在的每種化合物的濃度。

 

令人驚喜的是，由于樣氣僅與光束相互作用，分析儀的校準(zhǔn)曲線可以在儀器壽命內(nèi)保持不變。經(jīng)過(guò)適當(dāng)配置（與所有 MAX-iR 分析儀一樣），校準(zhǔn)曲線可在儀器之間轉(zhuǎn)移。