Méthode d'absorption optique: capture du spectre "d'empreinte" du gaz

Au cœur du principe: exploiter les propriétés d'absorption sélective de la lumière à des longueurs d'onde spécifiques par les molécules de gaz à effet de serre.

Chaque molécule de gaz a un spectre d'absorption unique (comme une « empreinte moléculaire»), par exemple co₂ a une forte absorption de la lumière infrarouge à une longueur d'onde de 4,26 μm et ch₄ est sensible à la lumière infrarouge à 3,31 μm et 7,66 μm. Les dispositifs de surveillance en ligne émettent de la lumière à une longueur d'onde spécifique par l'intermédiaire d'une source lumineuse, et lorsque la lumière traverse le gaz à mesurer contenant un gaz à effet de serre, une partie de la lumière est absorbée par le gaz et le degré d'atténuation de l'intensité lumineuse est directement proportionnel à La concentration du gaz (suivant la loi de Lambert - beer).

En détectant les variations d'intensité lumineuse, la concentration de gaz est inversée. Dans ce type de méthode, la méthode infrarouge non décentralisée (Ndir) est largement utilisée pour la surveillance en ligne des sources fixes de pollution (par exemple, les cheminées d'usine) et de l'air ambiant en raison de sa structure simple et de sa réponse rapide; La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) peut surveiller plusieurs gaz simultanément, ce qui convient aux conditions de travail complexes.

Spectrométrie laser: mesure précise de la concentration avec un laser

Principe de base: avec le LASER comme source de lumière, utilisez les lignes d'absorption des molécules de gaz pour la détection de haute sensibilité.

Le laser a la particularité d'être monochromatique et réglable en longueur d'onde, ce qui permet de cibler avec précision des raies d'absorption spécifiques pour les molécules de gaz à effet de serre (comme le pic d'absorption qui ajuste la longueur d'onde du laser à ch₄). Lorsque le laser traverse le gaz à mesurer, les molécules de gaz absorbent l'énergie du laser, ce qui entraîne une diminution de l'intensité du laser, dont l'ampleur est liée à la concentration du gaz.

Les techniques courantes de spectroscopie laser comprennent la spectroscopie d'absorption laser à semi - conducteur accordable (tdlas) et la spectroscopie d'absorption laser à cavité améliorée (celas). Ce type de méthode est très résistant aux interférences et présente de faibles limites de détection (jusqu'à la classe ppb) et convient à la surveillance en ligne de faibles concentrations de gaz à effet de serre (par exemple, ch₄ dans l'air ambiant) ou d'impuretés traces dans des gaz de haute pureté.

Chromatographie en phase gazeuse: détection des gaz mélangés après séparation

Principe de base: séparer d'abord les différents composants du gaz mélangé, puis détecter la concentration un par un.

Le gaz à mesurer est introduit dans la colonne de chromatographie par le système d'échantillonnage et la phase stationnaire à l'intérieur de la colonne, telle qu'un adsorbant, produit des effets d'adsorption - désorption différents sur les différentes molécules de gaz à effet de serre, ce qui entraîne des temps de rétention différents pour chaque composant dans la colonne de chromatographie, ce qui permet la séparation. Le gaz séparé passe successivement dans un détecteur (tel que le détecteur à ionisation de flamme fid pour la détection du ch₄ et le détecteur à conduction thermique TCD pour la détection du co₂) qui génère un signal électrique en fonction de la réaction du gaz avec un réactif particulier (tel que la combustion du ch₄ dans fid pour produire un flux d'ions), l'intensité du signal étant directement proportionnelle à la concentration.

La chromatographie en phase gazeuse est très précise, capable d'analyser plusieurs gaz simultanément, mais avec une réponse plus lente (généralement des données uniques en quelques minutes) et convient aux scénarios nécessitant une grande précision, mais sans surveillance à haute fréquence, tels que la surveillance des gaz à effet de serre à la frontière du parc.

Spectrométrie de masse: identification des gaz par rapport à la charge de la masse ionique

Noyau du principe: ioniser les molécules de gaz en ions, différencier les différents gaz et calculer les concentrations en fonction du rapport masse - charge (M / z) des ions.

Le gaz à mesurer est ionisé après son entrée dans la source d'ions (par exemple ionisation par bombardment d'électrons), les ions résultants subissent une déflexion dans un champ électrique ou magnétique, les trajectoires de déflexion des ions diffèrent d'une masse à l'autre et finissent par former différents pics de signal sur le détecteur. L'espèce gazeuse peut être identifiée par la position du Pic (M / z correspondant à 44 pour co₂ et 16 pour ch₄) et l'intensité du pic reflète la concentration.

La spectrométrie de masse réagit rapidement, détecte simultanément de nombreux gaz et ne nécessite pas de prétraitement complexe, mais est coûteuse en équipement, complexe à entretenir et utilisée dans des laboratoires ou des scénarios industriels spéciaux (tels que le suivi en temps réel des gaz à effet de serre lors de réactions chimiques).

Résumé: scénarios d'application de différents principes

Toutes les techniques de surveillance en ligne des gaz à effet de serre permettent essentiellement de mesurer la concentration en identifiant les caractéristiques physico - chimiques uniques des molécules de gaz. La méthode d'absorption optique et la spectrométrie laser dominent la surveillance continue en ligne avec l'avantage d'être rapide et en temps réel; La chromatographie en phase gazeuse gagne avec une grande précision et convient à la détection périodique; Les lois de spectrométrie de masse jouent un rôle dans l'analyse de composants complexes. Ensemble, ces technologies constituent un moyen central de surveillance des émissions de gaz à effet de serre dans les domaines de la pétrochimie, de l'électricité, de la protection de l'environnement, etc., fournissant un support de données pour les décisions de réduction des émissions.