Расчет оптического газоанализатора СН4, CO2, H2, H2S

[Евгений_1234]

Помогите. Большая проблема я много не понимаю в этих процессах. Необходимо определить процентное соотношение СН4, CO2, H2, H2S. Наверно слышали про биогаз, концентрация меняется СН4=50-75%,CO2=20-40%, H2<1%, H2S<10%. Я нашел, как мне кажется, давольно дешевый способ определения применяя ик-диодов. Надо что-то расчитать, какой-то путь и размер кювенты. Больше я понимаю в электронике и далек от этого. Может существует как-нибудь литератера? Возможно ли сделать газоанализаторо на ик-диодах? Хватит ли мощности излучателя?
Расчитать бы прибор с точностью определения 0,1%, давление можно сказать практически постоянное и 20% больше атмосферного.
За советы и пожелания заранее спасибо

[StYV]

Уважаемый Евгений_1234!
Быть может проблему можно решить с помощью уже имеющихся газовых хроматографов, есть и методики определения таким образом искомых компонентов, а точность анализа весьма велика (ну не хуже 0.1%).
С уважением StYV.

[Евгений_1234]

я не знаю. Может существуют какие-нибудь опто-пары основанные ик излучении, которые способны анализировать эти газы. Моя задача расчитать датчик который способен мерять эти газы, еще влажность и температуру и детали были дешевые, чтобы конечный продук был доступен. Или может существуют методы определения концентрации которые ни нуждались в постоянной перезаправке реагентов и не ухудшали свои показатели в течении 3-4 лет.

[StYV]

Уважаемый Евгений_1234!
Видимо это шеф придумал такую задачу. Есть раздел в аналитической химии, как проанализировать такую смесь газов с помощью простых стеклянных бюреток. Долго, но точно. А здесь поставлена задача изобрести ИК-спектрометр - цель для хорошей лаборатории. Проще купить газовый хроматограф и принадлежности к нему и задача будет решена.
С уважением StYV.

[Евгений_1234]

какая ситуация, разбираться в другом уже времени нет, в этом хотябы я что-то понимаю. меня интересует возможно, ли сделать на ик-диодах и какая точность у него будет? я сам с кафедры электроники и микропроцессорных систем, они вообще в химии не секут, а вот эти диоды ближе к наше специальности. учебу надо заканчивать всетаки.
я думаю что для них будет достаточно, если я смогу расчитать частоты на которых поглащаются молекулы этих газов, размер кювенты и все что связано с химией. это надо бы сделать по быстрее чтобы перейти к тому, в чем я разбираюсь лучше.
помогите пожалуйста , консультируя в области химии, если есть возможность и время.
мой e-mail:elerr@mail.ru

[eukar]

я думаю что для них будет достаточно, если я смогу расчитать частоты на которых поглащаются молекулы этих газов

Это не надо расчитывать, надо посмотреть известные спектры.
Кстати, слово "кювета" пишется без буквы Н. Ее размер и есть оптический путь.

[StYV]

Уважаемый Евгений_1234!
Сложно что либо предложить в этой ситуатуции. Максимумы поглощения для этих соединений известны. Известны коэффициенты экстинкций для этих соединений при заданных длинах волн.
Но повторяю еще раз: вам нужно разработать ИК-спектрометр для решения этой задачи. Тем более точность 0.1%. Кроме того в спектре этого биогаза есть ведь и другие компоненты.
Тупиковая задача то.
Другой путь изложен ранее.
С уважением StYV.

[eukar]

Да, если стоит задача непременно использовать колебательную спектроскопию, я бы ставил на Рамана. Тем более, насколько я знаю, имеются готовые методики сканирования атмосферы.
По поводу предпочтительного метода, наверное, тоже согласен с написанным выше.
Но, надо сказать, у спектроскопии (в общем случае) есть преимущество по сравнеию с хроматографией - дистанционность.

[slavert]

я знаю точно что есть приборы которые меряют наличие утечки на газопроводе с вертолета с помощью ИК поглощения метана на длине волны СО2 лазера
Еще есть элементные анализаторы кооторые сжигают образец, а потом по ИК поглощению воды, СО2, и диоксида серы определяют соотношение элементов
А вообще 0.1 процент точность это не про ИК спектроскопию, думаю минимум 1 процент, может полпроцента (в том анализаторе)

[Евгений_1234]

Извиняюсь за "кювету". Ведь говорю, что в химии слабоват.

На счет других компонентов, которые находятся в биогазе, они меня мало волнуют, только эти 4 газа.
Если всетаки надо, то с чего мне начинать расчет. Я знаю давление, примерное процентное соотношение газов, температуру, влажность. Возможно ли сделать его простым?
Я нашел массу каждого газа в м3 при max возможном процентном содержании.

Еще, если менять интенсивность излучения и размер кюветы, т.е. сделатьих переменными(я не знаю может это так и действуют газоанализаторы), это улучшит точность определения концентрации?

[Sovetnik]

Может существуют какие-нибудь опто-пары основанные ик излучении, которые способны анализировать эти газы. Моя задача расчитать датчик который способен мерять эти газы, еще влажность и температуру и детали были дешевые, чтобы конечный продук был доступен.

Вероятно Вы плохо представляете всю сложность проблемы. Если Вы намерены использовать дешевые бытовые ИК диоды или оптопары с открытым оптическим каналом, то это утопия. Приемник (детектор) ИК излучения должен обладать очень высокой чувствительностью, а длина волны источника ИК излучения должна находиться в диапазоне 3-20мкм. Расчет же частот колебаний молекул - вообще непосильная задача, так как требует основательных знаний в области структурной химии и владение математическим аппаратом линейной и матричной алгебры.

[Евгений_1234]

А может существуют уже готовы датчики водорода, углекслоты, сероводорода, чтобы был у них аналоговый или цифровой выходы. Берешь эти датчики, подключаешь к контроллеру, пишешь прогу, небольшую систему управления и готово. Такое хоть есть, так наверно проще вообще для меня было бы.

[Sovetnik]

Евгений_1234, датчики по горючим газам и со2 существуют и широко применяются. В Инете информации по ним предостаточно. Правда большинство из них работает на другом принципе и я не уверен, что в сложной смеси газов можно точно определить содержание каждого газа в отдельности, если только не использовать на каждый газ свой датчик.

[Евгений_1234]

Евгений_1234, датчики по горючим газам и со2 существуют и широко применяются. В Инете информации по ним предостаточно. Правда большинство из них работает на другом принципе и я не уверен, что в сложной смеси газов можно точно определить содержание каждого газа в отдельности, если только не использовать на каждый газ свой датчик.

Sovetnik
Я и хочу чтобы каждый датчик на отдельный газ. Может знаешь адрес где можно взять информацию, капаясь по инету всякую фигню нахожу только.
Если ты в курсе, есть такие газовые анализаторы с переменной кюветой, переменной длиной пути?

[Holm99]

Занимаюсь сейчас схожей проблемой газоанализа, хотя состав смеси немного другой. Соображения такие.

1. По-моему, смотреть водород ИК-спектроскопией нельзя. Нечему там поглощать, молекула симметричная и слишком простая. Имеющиеся газоанализаторы водород смотрят "электрохимическим методом" (подробности не знаю в силу образования - физик я, а не химик).

2. Большинство имеющихся датчиков работают с гораздо меньшими концентрациями газов. Датчики на вашу смесь встречаются реже.
Плюс при больших концентрациях важен полный состав смеси, т.к. есть сильное взаимовлияние.

3. За такой прибор разработчику можно будет поставить памятник: При погрешности в 5 % простой одно- или двухкомпонентный оптический датчик стоит порядка 1 - 1,5 кило у.е. И с повышением точности цена сильно растет.

В целом, к сожалению, ИМХО без хроматографа в вашем случае не обойтись...

[eukar]

1. По-моему, смотреть водород ИК-спектроскопией нельзя. Нечему там поглощать, молекула симметричная и слишком простая.

А Раман? http://www.spectral.com/raman.htm

[marat]

1. По-моему, смотреть водород ИК-спектроскопией нельзя. Нечему там поглощать, молекула симметричная и слишком простая.

А Раман? http://www.spectral.com/raman.htm

Не слушайте его, он шутит А если серьезно, то Раман стоит как пять хроматографов.

[Sovetnik]

Евгений_1234, ИК спектроскопией я занимался много лет назад, поэтому о современных моделях датчиков ничего тебе посоветовать не могу. Замечу только, что датчики для горючих газов в основном используются для предупреждения образования взрывоопасных концентраций и работают в диапазоне ниже НПВ (нижний предел взрываемости). Важный момент - стоимость их достаточно высока, так как это практически уже готорые приборы (анализаторы), поэтому скорей всего тебе придется менять тему исследования.

[Евгений_1234]

Занимаюсь сейчас схожей проблемой газоанализа, хотя состав смеси немного другой. Соображения такие.............

Holm99 чем именно занимаешься. Какие газы и концентрация. Ты как сам сказал,что ты физик, а я электронщик(точнее автоматизация и управление). Что у тебя есть, какие идеи на счет этого. Я много прорыл всего но не нашел датчиков которые могут определять концентрацию более чем 10%. Есть у тебя литература по хотя бы по расчету простенького оптического анализатора или просто набор формул с пояснениями?

Может кто-нибудь ответит на эти вопросы?
Как расчитать оптический путь, зная концентрацию,и что еще для этого надо знать? Зависит ли опт. путь от интенсивности излучения источника излучения, если да, то как?

[Евгений_1234]

поэтому скорей всего тебе придется менять тему исследования.

Менять конечно это самый простой выход.
Может предложишь что -нибудь чтобы попытаться определить такую высокую концентрацию метана и углекислоты.