半导体激光气体分析仪的技术特点及优势

半导体激光气体分析仪是根据气体组分在近红外波段的吸收特性，采用半导体激光光谱吸收技术进行测量的一种光学分析仪器。其技术特点和优势在于：

（1）单线吸收光谱，不易受到背景气体的影响

传统非色散红外光谱吸收技术采用的光源谱带较宽，在近红外波段，其谱宽范围内除了被测气体的吸收谱线外，还有其他背景气体的吸收谱线。因此，光源发出的光除了被待测气体的多条吸收谱线吸收外还被一些背景气体的吸收谱线吸收，从而导致测量误差。

而半导体激光吸收光谱技术中使用的激光谱宽小于0.000 1 nm，为红外光源谱宽的10-6~10-5，远小于被测气体一条吸收谱线的谱宽。例如，经计算，在2 000 nm波长处，3 MHz激光线宽相当于4×10-5 nm，而红外分析仪使用的窄带干涉滤光片带宽一般为10 nm，所以激光线宽是红外带宽的4/106。半导体激光气体分析仪首先选择被测气体位于特定频率的某一吸收谱线，通过调制激光器的工作电流使激光波长扫描过该吸收谱线，从而获得如图10.16所示的“单线吸收光谱”。

图10.16　“单线吸收光谱”测量技术示意图

需要说明的是，激光光谱的这一优势，主要表现在780~2 526 nm的近红外波段。近红外波段是中红外基频吸收的倍频和合频吸收区，是各种化合物吸收的“指纹区”，吸收谱带密集，交叉和重叠严重，红外分析仪的光源谱带较宽，即使采用窄带干涉滤光片，仍难避开各种干扰，而单线吸收的激光光谱便表现出明显的优势。

（2）粉尘与视窗污染对测量的影响很小

当激光传输光路中的粉尘或视窗污染造成光强衰减时，透射光强的二次谐波信号与直流信号会等比例下降，二者相除之后得到的气体浓度信号，可以克服粉尘和视窗污染对测量结果的影响。实验结果表明粉尘和视窗污染导致光透过率下降到3%以下时，仪器的噪声才会显著增大，示值误差随之增大。激光气体分析仪广泛用于烟道气的原位分析而无须进行样品除尘、除湿处理正是基于这一优势。(www.xing528.com)

（3）非接触测量

光源和检测器件不与被测气体接触，只要测量气室采用耐腐蚀材料，即可对腐蚀性气体进行测量。天然气中含有的粉尘、气雾、重烃及其对光学视窗的污染对仪器的测量结果影响很小。

各种干扰气体对不同微量水测量方法影响的比较见表10.2。

表10.2　各种干扰气体对不同的测量法影响比较表

注：√——对仪器无影响；+——要求时常校正和清洗仪器；●——会对仪器造成损坏，甚至永远性损坏传感器；∗——使传感器反应速度变慢：⊕——会带来不准确的读数。

当采用激光分析仪测量<5 ppmV的微量H2O或H2S时，应选择测量气室为海洛特腔或怀特腔的激光分析仪，这种气室通过光线的30~40次反射来实现长达10~30 m的测量光程，从而使气室的长度和体积大为缩减，可以减轻采用单光程长气室时对H2O或H2S的吸附现象，同时也便于实现气室的恒温、恒压控制，防止样气温度、压力波动造成的测量误差。

目前，测量天然气中水分含量的激光气体分析仪，采用单次反射气室的测量下限仅能达到5 ppmV，采用多次反射气室的测量下限可以达到0.1~0.5 ppmV。