Hvordan vi måler uden at slå knude på skorstenen. En gennemgang af de anvendte målere og måleprincipper, samt deres indplacering i kravene fra IED, Miljø- godkendelser og EN14181. 2 timer (10 minutters pause efter ca. 1 time)
Vi vil se på måling af TOC ved FID, og på anvendelsen af FTIR som erstatning for FID-målere. Vi ser også på O 2 -målere, på Hgmålere og på multikomponentmålere (NDIR og FTIR). Ved at se på målefysikken, ser vi på mulige fejlkilder, ofte forekomne misforståelser og muligheden for span- og nulpunkts-kontrol.
FID måler Flamme ionisations detektor. Måler total kulstofatomer fra kulbrinter på gasform (VOC). Direktivet taler om TOC, men faststof filtreres fra inden målingen finder sted. Gassen føres ind i brændkammeret sammen med brændgas (H 2 + He) og forbrændingsluft (atmosfærisk luft) tilføres. Under forbrændingen ioniseres gassen, og kulstof-ionerne tælles ved at måle den elektriske strøm gennem forbrændingsgassen.
FID måler Måleren er krydsfølsom for sampleflow og tryk, som derfor styres ret præcist. Undertiden ses krydsfølsomhed for ilt og SO 2 det afhænger af brændkammerets udformning. Dette mindske ved at tilsætte He til brænd-gassen. Eneste ikke-overvåget fejlkilde er tilsmudsning af brændkammer (elektroder) og brænd-dyse. Især forekomsten af Si i form af SiOH kan danne et glas-lag på elektroder og dyse, der så skal udskiftes.
QAL2: FID måleren skal QAL2- kalibreres hvert 5 år (IED) mod en anden FID-måler, idet FID også er referencemetode (EN12619). (FTIR) Baseret på standarden for equivalence EN14793, kan andre metoder anvendes som referencemetode. (FID) I dette tilfælde er en FTIR anvendt, der kun måler få af de kulbrinter som FID en er følsom for, måske derfor den store afvigelse. Og mon så ikke dette er en outlier? Og 1:1 er kunne være den rette kalibrering og ikke faktor 3:1?
QAL3 FID-måleren kan gennemfører automatisk nul- og span-punkts kontrol med testgas (og intern kompensation) hver uge, hvis de udstyres med testgasflasker. Oftest sættes 15 % akkumuleret afvigelse til for-alarm, og samlet 50% akkumuleret afvigelse fører til service request. Yderligere QAL3-målinger skal ikke gennemføres.
Forsøg med anvendelse af FTIR som TOC-måler. Det har været forsøgt at kalibrere en FTIR mod TOC, for at spare de relativt store driftsomkostninger, der kommer med en FID, men som vi har set, undertiden ikke med særligt godt resultat. Ved måling i skorsten over 1 år sammenlignes ½-times værdier af CH 4 og VOC for at eliminere samtidighedsproblemet. Ideen var, at metan, CH 4, ville andrage en næsten konstant andel af TOC, og derved ville methan-målingen være kalibrerbar. Forsøget gav imidlertid overraskende resultater.
Anvendelse af FTIR som TOC-måler. Faktor: 0,8965 Offset: 1,8189 90% af FID-målingen svarer til CH 4 -indholdet. Absolut ikke usandsynligt.
Anvendelse af FTIR som TOC-måler. Faktor: 0,9319 Offset: 1,4949 93% af FID-målingen svarer til CH 4 -indholdet. Absolut ikke usandsynligt.
Anvendelse af FTIR som TOC-måler. Faktor: 0,6980 0,3182 Offset: 3,4777 2,3784 Nu bliver det sværere, for nu skulle i ét tidsrum CH 4 indholdet svare til 70% og i et andet tidsrum skulle det være 32%.
Anvendelse af FTIR som TOC-måler. Faktor: 1,3667 Offset: 2,4789 137% af FID-målingen svarer til CH 4 -indholdet. Det er jo ikke særligt sandsynligt.
Anvendelse af FTIR som TOC-måler. Faktor: 0,2579 Offset: 2,0683 26% af FID-målingen svarer til CH 4 -indholdet. Absolut ikke sandsynligt.
Anvendelse af FTIR som TOC-måler. Som det ses, andrager CH 4 andelen af VOC fra 25% til 137% af TOC (VOC). Det er vanskelligt at give en fornuftig forklaring på fænomenet. Konklusionen blev derfor: 1. Man kan kortvarigt (nogle uger) godt finde et éntydigt sammenhæng mellem FTIR-målingen af specifikke kulbrinter. 2. Sammenhænget synes imidlertid at skifte, uden man fra processide kan sige, hvad der er sket i forbrændingen. 3. Vi ikke kunne få FTIR godkendt hos myndighederne som TOCmåler under EU Direktivets og Miljøgodkendelsens betingelser 4. Vi blev nød til at købe FID ere
Anvendelse af FTIR som TOC-måler. Konklusionen understøttedes af en rapport fra NPL, Teddington, UK. Sammen med det finske Gasmet kørte et lignende forsøg næsten samtidigt med vores, dog således at Gasmet målte mange kul-brinter, og samlede resultaterne til et TOC-estimat, for at få en equevalence godkendelse i.h.t. EN14793.
Det engelske testhus siger dog noget andet:
Iltmåler på ZiO 2. Strømprincippet Sensoren må opvarmes til >650ºC, oftest omkring 800ºC. Ved denne temperatur ioniserer al O 2 til O -- Ved at påtrykke en spænding over ZiO 2 -laget trækkes O -- ionerne gennem platinoverfladen Strømmen vil derfor være proportional med forskellen på O -- koncentrationerne på hver side af platinoverfladerne. Spændingsprincippet Med spændingsprincippet måles blot den spænding, der genereres af de ioniserede ilt molekyler på de to sider af ZrO 2 sensoren. Der er ikke nogen transport af O -- ioner. Spændings-princip-målere er ulineær (logaritmisk) da den følger Nernst lov
Kalibreringskurve af en ZiO 2 iltmåler efter spændingsprincippet
Iltmåler ZiO 2 måler in situ - Fysisk udformning ZiO 2 målingen er en elektrokemisk celle, som ældes, slides og tilsmudses. Derfor kræver den tilsyn og regelmæssig udskiftning af cellen med 1 eller et par års mellemrum.
Iltmåler ZiO 2 måler ekstraktiv til indbygning i f.eks. et FTIR-skab Sample gas Diffusionsmembran Elektrode Elektrolyt Modelektrode Forstærker
Der er begrænsninger i anvendelse af zirkoniumoxid analysatorer, hvis der optræder brændbare gasser som CO, H 2, kulbrinter (f.x. methan) i væsentlige mængder, fordi de i målerens høje temperatur (800ºC) vil forbrænde, og forbruge O 2, og derfor måler for lidt. En anden risiko er decideret forgiftning. Gasser, der kan forgifte sensoren er halogener (f.x. klor), halogeneret kulbrinter (f.x. methylklorid), svovlholdige produkter (f.x. hydrogensulfid), blyholdige produkter (f.x. blysulfid). De fører alle til lavere følsomhed. Indeholder gassen blot nogle af disse komponenter i målbare koncentrationer, bør zirkoniumoxid-målere ikke anvendes. 800ºC
QAL2 Der er ikke krav om QAL2- kalibrering af ilt-målere, hverken i direktivet eller i miljøgodkendelserne. Det er dog anbefalingsværdigt at man gennemfører et kalibreringscheck af ilt-målere sammen med andre perifere målere, når QAL2 gennemføres af forureningsstofferne. Målingerne er til rådighed, så det er kun papirarbejde. 1:1 Dog skal sådan en kalibrering (se den lille kurve) ikke implementeres uden eftertanke; hvis der er afvigelser, skal den serviceres, ikke kompenseres. At implementere kalibreringskurven vil dog ikke have den store effekt, da måleværdierne ligger meget fast omkring de 8% 9 %.
QAL3 Der er heller ikke krav om QAL3 måling af perifere målere i direktivet eller i miljøgodkendelsen Men måleren kontrol-måles ofte automatisk 2 x dagligt (ofte sammen med den FTIR, de er monteret i) med atmosfærisk luft (20,9 % O 2 ). Herudover gennemføres en lav-koncentration måling ved testgas mellem 2% og 4% O 2 i N 2. For-alarm gives ofte ved 6% fejl, og alarm for fejltilstand ved 15% afvigelse. Disse 2 målinger kontrollerer ilt-målerens tilstand tilfredsstillende.
Paramagnetisk iltmåling Paramagnetisk iltmåling er et godt alternativ, især hvis man anvender massebalance-metoder (Bioma eller WS- Biocarbon) til bestemmelse af fossilt CO 2, idet præcisionen af CO 2, H 2 O og O 2 målingerne er uhyre vigtige for præcisionen af resultatet af massebalance metoden. Herom senere af Mogens Weel. Interessant er det også, at den nye standard for bærbare FTIR som SRM (CEN TC264 WG36) forlanger anvendelse af paramagnetisk ilt-måling, med mindre equivalence i.h.t. EN14793 er bevist.
Paramagnetisk iltmåling: EN 14789 At O 2 er paramagnetisk, betyder at det kan magnetiseres, at den tiltrækkes af et inhomogent magnetfelt, og derved ændre magnetfeltet omkring sig. Der er 3 standardiseret metoder, dækket af forslag til standard EN14789: 1. Magneto-Termisk 2. Magneto-pneumatisk (akustisk) 3. Magneto-mekanisk
Paramagnetisk iltmåling Magneto-termisk 2 separate kamre, reference og målekammer, placeres parallelt i gasstrømmen, og udstyres med termofølsomme modstande, f.eks. Pt100, som kobles i en Wheatstone bridge. Målekammeret placeres i et inhomogent magnetfelt, mens referencekammeret ikke er i et magnetfelt. P.gr.a. O 2 s paramagnetisme vil gasstrømmen i målekammeret med magnetfeltet være mindre end i referencekkammeret uden magnetfelt, og derved køle Pt100- sensoren anderledes. Inhomogent magnetfelt Målegas Målekammer Termosensor Målegas Referencekammer Termosensor
Paramagnetisk iltmåling Magneto-termisk Her en skitse af hvordan det kan udformes. Her styres auxilary gas strømmen af sample gas strømmen, og derfor måles kun på auxilary gas mængden, der er renset, og derved tilsmudses målecellen ikke.
Paramagnetisk iltmåling Magneto-pneumatisk (magneto-kapacitance) Røggassen og en referencegas med kendt O 2 -indhold gennemstrømmer et kammer, udsat for et vekslende inhomogent magnetfelt, men adskilt af en membran. Afhængig af O 2 -indholdet, vil membranen blive trykket mere eller mindre til den side, hvor O 2 - koncentrationen er højest (fortrænge N 2 -koncentrationen). Membranens kapacitet aftastes ligesom i en mikrofon og forstærkes til et signal proportionalt med O 2 - koncentrationen. Inhomogent magnetfelt Referencegas Målegas Membran og kondensatorplade
Paramagnetisk iltmåling Magneto-pneumatisk (magneto-kapacitance) Her et billede af et system, hvor den trykfølsomme celle er bragt ud af magnetfeltet.
Paramagnetisk iltmåling Magneto-mekanisk Kuglerne er fyldte med N 2, der er diamagnetisk, d.vs. påvirkes ikke af magnetfeltet. Når der kommer O 2 i målekammeret, vil det, fordi det er paramagnetisk, forsøge at fortrænge N 2 fra områder med højest feltstyrke, spidsen af magneten, men de holdes på plads af en elektrisk spole, der også arbejder i magnetfeltet. Strømmen, det kræver at holde disse på plads, er afhængig af iltkoncentrationen.
Paramagnetisk iltmålingsmodul fra SICK. Indbygget i en SIDOR-analysator.
Paramagnetisk iltmåling fra Siemens
Optisk gasanalyse
Gasanalyse ved spektralanalyse Optisk gasanalyse baseres på individuelle gasarters molekyler absorberer lys ved forskellige bølgelængde. Ganske få gasarter absorberer i det synlige område, og derfor har gasarten en farve for mennesker, som f.eks. NO 2, der er orange-brunlig (og giftig!). Iflg. SICK er følgende komponenter målbare i IR-området: HCl, NH 3, SO 2, NO, NO 2, N 2 O, CH 4, CO, CO 2, H 2 O Det eneste problem er NO 2, der p.gr.a. den lave koncentration og vand-spektret, der dækker hele området. Følgende er målbare i UV-området NH 3, SO 2, NO, NO 2
Gasanalyse ved spektralanalyse Her er hvad OPSIS angiver er målbart i IR og UV området.
In Situ gasanalyse. Det vigtigste fænomen ved in-situ målinger er, at man ikke rør gassen, d.v.s. alt måles i driftstilstand. Alle problemer, som ekstraktive systemer har med ektraktion og konditionering bortfalder. Ulemperne er at man måler i driftstilstand, d.v.s. man er undertiden nød til at introducere en vanddampmåling for at kunne regne tilbage til normtilstand, tør.
In Situ gasanalyse, NDIR. NDIR betyder Non Dispersive Infra Red. d.v.s. man måler i ét smalt bølgelængde område af gangen. NDIR er relativ robust, da den anvender et glødende keramikstykke som IR-lyskilde og almindelig glas i optikken.
NDIR anvendt for CO, CO 2 og H 2 O. Metoden er ikke ulig den kendte filterkorrelationsmetode, kendt fra de første ekstraktive analysatorer.
NDIR som ekstraktiv analysator
NDIR som ekstraktiv analysator som højtemperatur måling.
NDIR som ekstraktiv analysator, som med køler til lavtemperaturmåling.
In Situ gasanalyse, her NDIR, her fra OPSIS. De omtaler det selv som spektralanalyse, men det er NDIR-analyse, idet de enkelte komponenter måles med et smalbåndsfilter. Analysatoren forbindes til skorstenen med lysledere.
In Situ gasanalyse, her NDIR: Systemet er udviklet som et in-situ system, men anvendes også i by-pass.
In Situ gasanalyse, her NDIR fra OPSIS. Det ses at den samme enhed kan udstyres med IR og UV lyskilder og lysledere. Beamsplitteren sendes lys tilbage til henholdsvis UV (med blåfilter) og IR-analysatoren.
In Situ gasanalyse, her NDIR fra OPSIS Her ses hvordan QAL3 og funktionstestens linearitets-check gennemføres med separat lyskilde. Det er ikke i overensstemmelse med EN15267-3, men TÜV har udstedt et certifikat alligevel. Problemet er kun, at man næppe kan tillade sig at efterjustere på basis af QAL-3 målinger, heller ikke internt automatisk.
In Situ gasanalyse, her NDIR fra OPSIS Her ses hvordan ekstern QAL3 og funktionstestens linearitets-check gennemføres med separat apparat og lyskilde. Det er ikke i overensstemmelse med EN15267-3, men TÜV har godkendt test og der er udstedt et certifikat alligevel. OPSIS foreskriver at lyskilden i analysatoren skal skiftes hvert år.
In Situ gasanalyse, med spektralanalyse, her UV DOAS (differential optical absorption spectroscopy).
In Situ gasanalyse, her UV spektralanalyse DOAS (differential optical absorption spectroscopy). Metoden anvender UV-lampe som lyskilde, og tilsvarende specialglas i optikken (almindeligt glas blokkerer for UV-lys, det er derfor man ikke kan blive solbrændt gennem et lukket vindue ), hvilket begge dele gør den dyr i produktion og brug (UV-lamper er ret kostbare)
Til gengæld sidder de på kanalen, og kræver ikke anden plads.
Måling af kviksølv (Hg) Målerprincip Måleprincippet er en smalbånds spektralanalyse, kombineret med en eller anden form for ion-konvertering, der omdanner alle Hg-ioner til frit Hg. På den måde måles totalt-indholdet af Hg, også benævnt Hg TOT. Et af problemerne er at måleprincippet kun er følsomt for frit metallisk Hg, betegnet Hg 0. En røggas indeholder typisk tillige kviksølv kemisk bundet i salte eller lignende, d.v.s. på formen Hg -, kaldet Hg 1, og Hg --, kaldet Hg 2. Disse konverteres til frit Hg, kaldet Hg 0, på forskellig måde. Der ser vi på senere.
Måling af kviksølv (Hg 0 ) Fotometer -princippet Simpelt fotometri kaldes den metode, hvor en lysstråle fra en kendt lyskilde, her fra en kviksølv-udladningslampe (der udsender UV-lys med bølgelængde på 253,6 nm) sendes igennem en cuvette med den gas, vi vil måle på. Lyset absorberes delvist af Hg-dampe, og lystabet måles af et fotometer (lysmåler). Da man ved hvor meget kendte koncentrationer dæmper lyset, kan man herudfra beregne koncentration af Hg i målecellen. Men det forudsætter at der ikke er andre absorberende materialer i kuvetten.
Måling af kviksølv (Hg 0 ) Smalbånds spektralanalyse (Zeemann effekten) Simpel fotometri er følsom for alle komponenter, der ligger på samme bølgelængde, og derfor ikke særlig robust. Alle de andre forbrændings-produkter, f.eks. SO 2, ozon og støv-partikler er stadigvæk til stede, og de vil også absorbere lys i et bredt bølgeområde, og vil derfor føre til fejlmåling. Kviksølvlampen udsender lys i et meget smalt spektrum omkring 253,6 nm, og anvendtes kun måling ved denne bølgelængde, ville andre gasser, der er til stede i røggassen, blive målt med. Derfor må en såkaldt smalbånds spektralanalyse anvendes, som også kaldes Zeeman atomic adsorption spectroscopy (ZAAS).
Måling af kviksølv (Hg 0 ) Smalbånds spektralanalyse (Zeemann effekten) Derfor påtrykkes kviksølvlampen et kraftigt vekslende magnetfelt, der får bølgelængden fra kviksølvlampen til at varierer nogle få tiendedele nm i takt med magnetfeltet. Derved kan man meget præcist styre bølgelængden disse få tiendedele nm og derfor vil resultatet fra fotometret variere kraftigt på en lille variation i bølgelængde.
Måling af kviksølv (Hg 0 ) Smalbånds spektralanalyse Da man med magnetfeltet således kører op og ned ad den ene side af kviksølvs dæmpningskurve, vil de andre forbrændingskomponenter, der ikke har en spids ved den bølgelængde, ikke blive målt med. Således måles kun den samlede koncentration af Hg 0.
Måling af kviksølv (Hg) Alle kviksølvmålere må konvertere det bundne kviksølv (Hg 1 og Hg 2 ) til frit metallisk kviksølv (Hg 0 ) inden måling kan finde sted. Ældste metode: Ion konverteren ved tin-klorid Denne konvertering finder sted i ion-konverteren, hvor røggassen løber igennem en opløsning af tinklorid (SnCl 2 ) og saltsyre. Andre reagenser, f.eks. NaBH 4, kan også anvendes, men tinklorid er det mest anvendte. Herved frigøres kviksølvet, og der dannes tin-salte i stedet, som fjernes med kondensatvandet (tinkloridopløsningen ~ forbrugsmateriale). Det fri kviksølv føres herefter videre med røggassen, der tørres gennem køling til et lavt dugpunkt, ofte omkring +5 C, og de tin-salte, der dannes ved processen, føres væk, og herefter gennemføres målingen.
Måling af kviksølv (Hg) Nyere metode: Ion konverteren ved guldfælde Et af de første alternativer til tin-klorid-konvertering var guldfælden. Kviksølv har en høj affinitet til guld, derfor blev kviksølv anvendt til guldudvinding i minerne i USA op til 1960 erne, og i dag stadigvæk i u-landene. Ved at føre røggassen igennem et kammer med guld-svamp eller guld-sand, fanges (adsorberes) kviksølvet på guldet, og ved bagefter at opvarme guldet, frigives kviksølvet til måling. Guldfælden har den åbenlyse fordel, ikke at anvende væsentlige forbrugsstoffer, dog skal guld-reaktionskamrerne renses med Argon før røggassen ledes derind, samt køles med Argon efter afgivelsen af kviksølvet. Desuden er det en batch-proces, med cyklustid på ca. 5 minutter.
Måling af kviksølv (Hg) Nyeste metode: Højtemperatur- Ion konverteren Et mere moderne alternativ til tinklorid-konverteren og guldfælden, er at opvarme gasstrømmen til over 1100ºC. Herved ioniseres al Hg og målingen kan foretages ved spektralanalyse, som for de andre metoder. Denne nyeste metode anvender ingen forbrugsstoffer.
Måling af kviksølv (Hg) Krydsfølsomheder Næsten enhver gasart har kraftigst absorption ved en eller flere bølgelængder, afhængig af dets molekylstruktur (ikke simple symmetriske molekyler, O 2, H 2, N 2 etc.). Men da målingen kun her er relativ (forholdet mellem top og bund af spektralspidsen) vil den kun være meget lidt følsom for andre komponenter, der ikke har den samme stejlhed ved denne bølgelængde. Der gennemføres nulpunkts-målinger med nulgas (omgivelsesluft) mellem hver time og hvert døgn. Hvis afvigelsen overstiger en fastsat grænse, gives alarm for fejltilstand.
Måling af kviksølv (Hg) Fejlmuligheder Systemet er en ekstraktiv måling, og har derfor af de normale risici forbundet med udsugning af gasprøven, d.v.s. utætheder, adsorption i rør og slange, utætheder og absorption i køler. Hg-måleren overvåger selv nogle af disse parametre, og giver alarm hvis der er uregelmæssigheder, for eksempel hvis sample-flow et ikke kan opretholdes, hvis sonde-temperatur eller måler-temperatur ikke kan holdes.
Måling af kviksølv (Hg) QAL2 QAL3 Hg-måleren er som andre gas-målere fabrikskalibreret, og skal QAL3- testes med et mellemrum svarende til maintenance interval fastlagt i typetest-certifikatet (NB: Ikke brochuren) Hvis Hg-måling er optaget i miljøgodkendelsen, skal den QAL2- kalibreres og AST kontrolleres ligesom andre gas-målere.
FTIR (ikke F-TIR)
FTIR måler for NO X, SO 2, NH 3, HCl, CO FT = Fourier transform en slags frekvensanalyse IR = Infra Rød Lyskilden er et opvarmet keramik-element. Selve måleren er bygget sammen med et udtræks-system for gasprøven, som skal analyseres, samt en computer, der styrer måling og selvcheck. Ofte sammenbygges de med ilt-målere og FID (måling af TOC).
FTIR involverer 2 gamle gutter Prof. Albert Abraham Michelson 1952-1931 Jean Baptiste Joseph Fourier 1768-1830
Hjertet i en FTIR er et interferometer, eller optiks interferens apparat. Forklaringen af virkemåden kan være lidt kompliceret, men jeg har prøvet at holde det til et minimum, og uden matematik
Interferometer
Interferometer
Prof. Albert Abraham Michelson Født i Preussen 1852, død i USA 1931. Studeret i Heidelberg, Berlin, Paris og Annapolis. Professor ved University of Chicago. Modtog i 1907 Nobelprisen i fysik for Interferometret. Anvendt til et eksperiment i 1888, hvor der blev påvist at der ikke var forskel i lysets hastighed målt i forskellige vinkler (lyshastighed) i forhold til fiksstjernerne. Herved beviste han det at der ikke var nogen lysets æter (et medie til at bære lyset, analogt til luften til at bære lyd), det såkaldte Michelson-Morley eksperiment
Interferometer
Interferometer med én laserstråle ~ én bølgelængde
Interferometer med én laserstråle ~ én bølgelængde
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram, d.v.s. intensiteten af lyset på detektoren afhængig af spejlets position med 1 monokromatisk lyskilde (laser).
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram, d.v.s. intensiteten af lyset på detektoren afhængig af spejlets position med 1 monokromatisk lyskilde (laser) med den dobbelte bølgelængde.
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af de 2 monokromatiske lyskilder (laser)
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af summen af de 2 monokromatiske lyskilder (laser)
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af polykromatisk lys med 4 bølgelængder
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af polykromatisk lys med 6 bølgelængder
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af polykromatisk lys med 12 bølgelængder
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af bredbåndet lys Frekvensanalysen (Fourier transformationen) vil vise et fladt spektrum
Interferometer med gas i målecellen. Gas tilføres
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af bredbåndet lys med flere absorptionslinier (Frekvensanalysen (Fourier transformationen) vil vise de absorberede bånd)
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af bredbåndet lys Frekvensanalysen (Fourier transformationen) vil vise et fladt spektrum
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af bredbåndet lys med flere absorptionslinier Frekvensanalysen (Fourier transformationen) vil vise de absorberede bånd.
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af bredbåndet lys Frekvensanalysen (Fourier transformationen) vil vise et fladt spektrum
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af bredbåndet lys med flere absorptionslinier Frekvensanalysen (Fourier transformationen) vil vise de absorberede bånd.
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af bredbåndet lys Frekvensanalysen (Fourier transformationen) vil vise et fladt spektrum
Spetrum Interferencemønster Amplitude Kvotient Orden af bølgelængde -2-1 0 1 2 Spejlvandring Inferferogram af bredbåndet lys med flere absorptionslinier Frekvensanalysen (Fourier transformationen) vil vise de absorberede bånd.
Interferometer
Interferrometer oprindelig princip
Her strålegangen i en mere moderne Interferometer med dobbeltvirkende spejlgang. Øverste kammer er for at øge strålelængden med øget følsomhed til følge (Lambert-Beer s lov).
Interferrometer som den ser ud i dag
Interferogramm Fourier-Transformation Spektrum
Jean Baptiste Joseph Fourier 1768-1830 Fransk matematiker og fysiker. Blev forældreløs som 9-årig, og lærte matematik i hæren. Deltog meget aktivt i den franske revolution 1789, rejste med Napoleon til Ægypten 1798, og blev guvernør af nedre Ægypten. Efter Napoleons nederlag i Ægypten i 1801 tog han til Isère, hvor han blev Præfekt, og startede sine eksperimenter med udbredelse af varme. Fourier er den første der påviser drivhuseffekten i 1824, samt at jorden mister energi ved IR stråling, af Fourier kalder "mørk varme" (chaleur obscure). I 1822 fremsatte han det postulat, at enhver kontinuer funktion kan entydigt sammen sættes af sinusfunktioner med frekvensspring svarende til funktionens længde.
Amplitude Tid 0,1 10 20 30 40 50 60 Fekvens-domæner Tids-domæne Amplitude 10 20 30 40 50 60 frekvens
For at bestemme f.eks. 30 Hz komponenten, roterede Fourier hele funktionen i modsat retning med 30 Hz, og midlede over tid. Han gjorde det ved at gange funktionen analytisk med Amplitude e j t hvor er den frekvenskompone nt man søger. 10 20 30 40 50 60
Interferogramm Fourier-Transformation Spektrum
Fra Frekvens-spektret kan man identificere de spidser, der repræsenterer de enkelte komponenter, NO 2, NO, SO 2, NH 3, HCl, CO etc.
Derimod kan en FTIR ikke måle komponenter, der har symmetriske molekyler, ikke udviser ændringer i dipolkarakteristik, når de anslås af IR-lyset. Det er f.eks. O 2, Cl 2, N 2 (heldigvis ). Derfor udstyres de fleste FTIR-skabe med en indbygget zirkoniumoxid-celle.
Krydsfølsomheder Metoden opløser typisk spektret i så mange komponenter, at der ikke er tale om almindelige krydsfølsomheder Jo større spejlets vandring er, jo finere opløsning i spektret Jo længere den optiske vej er jo lavere detektionsgrænse (Lambert- Beer s lov) Mange komponenter, som ikke udlæses, beregnes alligevel, for at indgå i bestemmelsen af de komponenter, der ønskes udlæst. H 2 O er den vigtigste kilde til krydsfølsomhed, idet den breder sig over hele spektret, og derfor er H 2 O-kompensation så essentiel for FTIR-målere, og derfor bør den kontrolleres den ved hver funktionstest.
NO-spektrum Eksempler fra FTIR-standard SO 2 -spektrum 5,5 µm 5,5 µm HCl-spektrum 3,7 µm 3,5 µm 7,0 µm 7,7 µm
Absorptions-spektrum for H 2 O sammenlignet med FTIR måleområde. Som det ses dækker H 2 O hele spektret med uregelmæssig absorption. Den følger Lambert- Beert s lov, derfor er enheden [cm -1 ] FTIR måleområde
Fejlmuligheder Systemet er i bund og grund ekstraktivt, og har derfor af de normale risici forbundet med udsugning af gasprøven, heriblandt stratificering, som ikke kvantificeres udover QAL2-proceduren. FTIR-måleren overvåger selv en række temperaturer, flow, tryk og trykfald i udtrækssystemet, og giver alarm hvis der er uregelmæssigheder, d.v.s. hvis sample-flowet ikke kan opretholdes, hvis sonde-temperatur eller målerkammer-temperatur ikke kan holdes. Der gennemføres tillige to daglige referencemålinger med ren-gas, d.v.s. kunstig atmosfærisk luft fra flaske eller instrumentluft renset for H 2 O og CO 2. Disse daglige referencemåling af nulpunktsspektret må ikke afvige mere end 100 ppm fra nulpunktsreferencen ved ny måler; hvis det sker gives for-alarm. Hvis afvigelsen overstiger 250 ppm gives alarm for fejltilstand. Trykket af testgas til denne nul-reference måling overvåges også.
Fejlmuligheder, der ikke rapporteres FTIR-måleren har ikke fejlmuligheder, der ikke registres i computeren, og gives ud som for-alarm eller alarm for fejl (udover menneskelige fejl som forkert indstilling af vand-kompensation ved service ). FTIR kan derfor i almindelighed operere uden tilsyn, indtil den selv giver alarm. De fleste producenter foreskriver dog ofte at de skal serviceres mindst hvert 6. måned.
CO QAL2 FTIR-målere skal i reglen QAL2- kalibreres i henhold til Miljøgodkendelse (EU Direktiv) hver 5. år. CO kalibrering Dette resultat pålægger anlægget en rapportering beregnet som: 0,4 x målerens visning + 4 mg/nm³ tør Nogle af QAL2 resultaterne er således tvivlsomme, når man tager i betragtning at måleren lige er serviceret og testet med testgas.
NO x QAL2 FTIR-målere skal i reglen QAL2- kalibreres i henhold til Miljøgodkendelse (EU Direktiv) hver 5. år. 1:1 NOx kalibrering Dette resultat pålægger anlægget en rapportering beregnet som: 3 x målerens visning + 97 mg/nm³ tør Nogle af QAL2 resultaterne er således tvivlsomme, når man tager i betragtning at måleren lige er serviceret og testet med testgas.
QAL3 FTIR-måleren testes automatisk 1 eller 2 gange dagligt for nulpunkt (nul-spektret). Interferencemønster For at opfylde QAL3-kravet fra Miljøgodkendelserne skal der sættes testgas på måleren med et mellemrum svarende til maintenance intervallet og registrere afvigelsen. Kvotient -2-1 0 1 2 Spejlvandring Det kan gøre automatisk, hvis testgasflasker monteres ved skabet. For ældre FTIR-systemer kan det være billigere at anskaffe et nyere FTIR-system med 6 mdrs. vedligeholdelsesinterval.
Spørgsmål? Tak for opmærksomheden