化學發光法(CLD)是測量氮氧化物(NO?)的國際標準方法,以其高靈敏度、高選擇性和快速響應著稱。其核心原理基于一氧化氮(NO)與臭氧(O?)的氣相化學反應。
一、從NO到NO?的檢測邏輯
該儀器的檢測邏輯遵循一個精妙的“分步測量”設計,核心部件是兩個反應室和一套切換閥路。
NO的直接測量:
待測氣體首先直接進入第一反應室,與儀器內部臭氧發生器產生的過量O?混合。
發生關鍵反應:NO+O?→NO?*+O?。其中約10%的二氧化氮分子處于激發態(NO?*)。
當NO?*從激發態躍遷回基態時,會釋放出一個波長在600-3000nm范圍內的光子。通過緊貼反應室的紅敏光電倍增管(PMT)檢測這種微弱的化學發光,其光強與NO的濃度嚴格成正比。
NO?(總氮氧化物)的測量與NO?的間接推導:
另一路氣體流經一個鉬轉化器(或高溫轉化器)。該裝置能將樣品氣中的所有氮氧化物(包括NO?)催化還原為NO。
反應為:NO?+Mo→NO+MoO。
此后,這股“全部轉化為NO”的氣體進入第二反應室,同樣與O?反應并檢測其化學發光信號。此信號對應的濃度即為NO?(NO+NO?)。
最終,通過計算:NO?濃度=NO?濃度-NO濃度,從而間接得出二氧化氮的濃度。
二、誤差控制要點
轉化器效率:鉬轉化器效率衰減或對其它含氮化合物(如NH?)的交叉敏感性是主要誤差源。需定期校準(如通入標準NO?氣體驗證效率>96%),或使用更特異的光解轉化法。
化學發光干擾:某些物質(如烯烴、CO)與O?反應也會產生微弱發光,造成正誤差。通過優化反應室壓力(低壓可有效淬滅大部分干擾)、使用選擇性濾光片來控制。
效應:樣品氣中的CO?、水蒸氣等會碰撞淬滅激發態的NO?*,導致信號降低,產生負誤差。需使用干燥劑除去水汽,并通過校準曲線進行補償。
系統維護:定期清潔反應室以防污染,檢查臭氧發生器的穩定性,確保PMT處于最佳工作溫度,是保證長期數據準確性的基礎。
通過這種精密的物理化學設計并結合嚴格的誤差控制措施,CLD分析儀能夠實現對NO和NO?精準、可靠的定量分析。