红外线分析器的测量原理

红外线是电磁波谱中的一段，介于可见光区和微波区之间，因为它在可见光谱红光界限之外，所以得名红外线。在整个电磁波谱中红外波段的热功率最大，红外辐射主要是热辐射。在红外线气体分析器中，使用的波长范围通常为1~16 μm。

红外线通过待测介质层时具有吸收光能的待测介质就吸收一部分能量，使通过后的能量较通过前的能量减少。下面分析待测介质（即待分析组分）对红外光线能量的吸收规律。入射光为平行光，光的强度I0，出射光的强度为I，吸收室内待测介质的厚度为l，如图3.1所示。

图3.1　待测介质对光能的吸收

取吸收室内一薄层介质对光能的吸收，设薄层的厚度为dl，其中能吸收光能的物质摩尔百分浓度为c，进入该薄层的光强度为I′，实践证明，对光能的吸收量与入射光的强度I′、薄层中的能吸收光能物质的分子数dN成正比，即dl层中的吸光能量为：

式中　k——比例常数，即待测介质对光能的吸收系数。

“-”号表示光能量是衰减的。显然：

对式（3.8）进行积分，并取积分限为I0→I′，0→l，则得：

即：(www.xing528.com)

式（3.11）就是朗伯—比尔定律。公式表明待分析物质是按照指数规律对射入它的光辐射能量进行吸收的。经吸收后剩下来的光能可用式（3.12）来求得：

应该指出的是，吸收系数k对单色光（特征吸收波长）来说是常数，而且随波长不同而不同，但实际上由光源得到的光大多数不是单色光。所以严格地说k应写作k（λ），即对应不同波长的吸收系数。

公式（3.12）也称为指数吸收定律。e-kcl可根据指数的级数展开为：

当待测组分浓度很低时，kcl≪1，略去以后各项，式（3.13）可以简化为：

此时，式（3.14）所表示的指数吸收定律就可以用线性吸收定律来代替。

式（3.15）表明，当cl很小时，辐射能量的衰减与待测组分的浓度c成线性关系。