MAX-iR FTIR 氣體分析儀的獨特性

 

過去，F(xiàn)TIR 氣體分析儀只能在中濃度十億分之一（ppb）級范圍下進行測量。然而，隨著 FTIR 氣體分析技術取得新進展，我們現(xiàn)在可以在低濃度十億分之一（ppb）級至中濃度萬億分之一 (ppt) 級范圍下進行常規(guī)雜質測量。這意味著與氣相色譜技術相比，光學增強型 FTIR （OE-FTIR）可達到與之相媲美的靈敏度，同時具有更快的分析速度和更低的投資成本。在本次采訪中，AZoM 對話了賽默飛 Marty Spartz。

 

Marty 擁有堪薩斯州立大學分析化學博士學位。他現(xiàn)在是賽默飛的氣體分析研發(fā)高級總監(jiān)。Marty 的研究重點是開發(fā)可測量復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 分析的開發(fā)？

 

在賽默飛氣體分析解決方案團隊中，我們開發(fā)了一種新型超靈敏技術，它讓我們能夠在 ppt 級別下測量大宗和特種氣體等物質中的雜質。

 

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 機架安裝設計，開發(fā)時盡可能降低了維護量。這款光譜儀具有一系列獨特性。

 

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，可進行極低含量的測量。

 

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，儀器僅需極少維護即可運行10至20年，成為過程和環(huán)境應用的理想之選。

 

MAX-iR 分析儀可以配備三種檢測器。氘化硫酸三甘氨酸 (DTGS) 檢測器是系統(tǒng)中的標準配置，可實現(xiàn)整個中紅外光譜的測量。從某種意義上說，這意味著我們可以測量樣品中可能存在的所有有機和無機氣體。

 

與 MAX-iR 氣體分析儀搭配的 DTGS 檢測器的檢測限在數(shù)十 ppb 范圍內。需要進行更低含量的測量時，可以選用碲鎘汞 (MCT) 或砷化銦 (InAs) 檢測器。MCT 和 InAs 檢測器經過半導體制冷，無需液氮即可運行。

 

然后，它們與光學帶通濾光片或長通濾光片耦合，盡可能以最低的檢測限獲得最高的信噪比。這些配置將檢出限降低三個數(shù)量級，達到萬億分之幾十。

 

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

 

MAX-iR 氣體分析儀具有許多獨特而有趣的特性。

 

首先，它在氣體池中使用非球面光學器件來確保盡可能高的光通量；

 

其次，氣體池及相關反射鏡設計用于在真空至10個大氣壓的范圍內運行，而且它們的運行是動態(tài)的，因此測量時氣體池中的壓力可以變化。

 

Thermo Scientific™ StarBoost™ 光學增強技術也為 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，這項技術是光學增強 FTIR (OE-FTIR) 一詞的起源。

 

03您能否進一步向我們介紹一下 StarBoost 技術？

 

StarBoost 技術使 MAX-iR 氣體分析儀具有極高的信噪比，讓用戶能夠實現(xiàn)超低含量的測量。它的工作原理是采用極高靈敏度檢測器并將其與光學濾光片耦合。光學濾光片可針對特定測量去除所有非目標測量物質的頻率。

 

例如，如果想要測量一種化合物，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器的光強，檢測器的靈敏度會顯著升高。隨著到達檢測器的光強減少，我們可以提高檢測器增益，從而獲得更高的信噪比。

 

04您能否簡要介紹系統(tǒng)的運行方式？

 

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”）和紅外檢測器。MAX-iR 分析儀中的氣體池具有48次反射，光程長度為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，同時使紅外光束通過包含樣氣的氣體池到達檢測器，從而連續(xù)收集紅外光譜。

 

氣體池中存在的任何有機或無機氣體都會吸收一部分紅外光。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)每個頻率下吸收的光強，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，分析儀的校準曲線可以在儀器壽命內保持不變。經過適當配置（與所有 MAX-iR 分析儀一樣），校準曲線可在儀器之間轉移。