來完成。流入第二 樣品池416的氣體經(jīng)過洗滌單元420,所述洗滌單元420降低來自氣體混合物的反應(yīng)性氣 體的濃度以制得第一背景樣品。取決于分析儀400的構(gòu)造,入射光可經(jīng)過第一窗口 424,如 圖4所示。在每個樣品池中的氣體可吸收部分束流強度,然后第一光束410和第二光束412 分別撞擊第一檢測器426和第二檢測器430。第一檢測器426和第二檢測器430每個可以 為定量在檢測器的表面或孔入射的光強度的設(shè)備。在一些具體實施方案中,檢測器426和 430可為光電檢測器,包括但不限于砷化銦鎵(InGaAs)、砷化銦(InAs)、硅(Si)或鍺(Ge) 光電二極管;碲鎘汞(MCT)或硫化鉛(PbS)光電檢測器;或者對400至50000納米波長范 圍的光敏感的另一光電檢測器。取決于構(gòu)造,光束可通過第二窗口 432而離開第一和第二 樣品池。如圖4所示的實施例描繪了單程構(gòu)造的第一和第二樣品池,其中光束經(jīng)第一窗口 424進入各自的樣品池,通過包含在每個樣品池中的氣體,并經(jīng)第二窗口 432離開各自的樣 品池。包括經(jīng)過樣品池的多程光束的其他構(gòu)造也在公開的范圍內(nèi)。
[0059] 第一檢測器426將撞擊它并由此通過第一樣品池 414的第一光束的強度定量為波 長的函數(shù)。類似地,第二檢測器430將撞擊它并由此通過第二樣品池 416的第二光束的強 度定量為波長的函數(shù)。如此,第一檢測器426定量第一樣品(在該實施例中為洗滌的背景 樣品)的穿透強度,第二檢測器430定量未洗滌的第二樣品的穿透強度。得自第一檢測器 426和第二檢測其430的數(shù)據(jù)傳至例如微處理器的控制單元434,該控制單元434記錄和/ 或處理來自檢測器的數(shù)據(jù)以生成差分光譜,由該光譜可計算第二樣品中的反應(yīng)性氣體的濃 度。反應(yīng)性氣體的濃度取決于反應(yīng)性氣體分子的摩爾分?jǐn)?shù)以及被測量氣體混合物的溫度和 壓力。因此,監(jiān)測和/或控制在第一樣品池 414和第二樣品池 416中的溫度和壓力。
[0060] 為解決檢測器漂移及其他潛在的人工產(chǎn)物,某些變化可定期記錄不含氣體的每個 樣品池的吸收光譜以確定檢測器的暗電流"零點"或定期地反轉(zhuǎn)流動以使得第一樣品池414 被提供未洗滌的氣體,第二樣品池被提供經(jīng)洗滌的背景樣品。
[0061] 在某些實施方案中,光源404可在基本上對應(yīng)于反應(yīng)性氣體吸收譜線的光譜非常 窄的波長下操作,此時氣體混合物的背景組合物發(fā)生最小的吸收,因此由于激光的極高光 譜純度(窄的譜線寬度)而最小化干擾的影響。目前的系統(tǒng)可引入激光器作為其光源,發(fā) 射400納米至20, 000納米的波長??墒褂冒l(fā)射的光波長為400納米至3000納米的可調(diào)二 極管激光器。此外,還可使用發(fā)射的光波長為4000納米至20, 000納米的量子級聯(lián)激光器 (例如由 J. Faist,F(xiàn). Carpasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson,S. N. G. Chu 和 A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72,680(1998)描述的那些,在此引入其內(nèi)容作為參考)。或者,光譜窄光源也可 通過合適激光器的非線性差分及和頻混合進行構(gòu)造。但是,非線性混頻是光學(xué)復(fù)雜的,且對 于實際商業(yè)應(yīng)用而言過于昂貴?;蛘?,可使用色心激光器,但是這樣的激光器由于其相對大 的物理尺寸、高能量消耗、高維修要求、需要低溫冷卻和費用而不總是適合用于商業(yè)領(lǐng)域的 裝置。
[0062] 光源404可任選地為單頻二極管激光器或在目標(biāo)波長發(fā)射且在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)波長的 頻率或波長范圍可掃描的其他光源。目標(biāo)波長的示例性例子公開如下。也可使用反應(yīng)性 氣體分子具有強吸收譜線,且來自氣體混合物的背景組合物中其他氣體物種(例如CH4、H20 和CO2)的干擾吸收相對較弱的其他波長?;蛘撸庠?04可任選地為量子級聯(lián)激光器等。 在一些變體中,可通過改變注入電流并保持激光器溫度為常數(shù)來使得可調(diào)二極管激光器光 源404的波長掃描反應(yīng)性氣體吸收特征。在某些實施方案中,可通過使激光器與熱電冷卻 器(Peltier冷卻器)密切接觸來控制激光器溫度,其溫度用熱敏電阻測量并用反饋電路控 制。
[0063] 由于除去了背景樣品中的反應(yīng)性氣體,光源404可在400納米至20, 000納米之間 的任何反應(yīng)性氣體吸收譜線波長下操作。在一個實施方案中,可使用1500納米至1610納 米,包括但不限于1567納米、1569. 9納米、1574. 5納米、1576. 3納米、1578. 1納米、1581. 3 納米、1582. 1納米、1589. 2納米、1589. 8納米、1590納米和1601. 3納米的在經(jīng)濟上有利的 無線電通訊波段中的激光分析H2S。其他用于分析硫化氫的潛在有利的激光波長包括但不 限于在同時待決的美國專利申請No. 12/101,890中公開的那些,在此引入其公開內(nèi)容作為 參考。
[0064] 圖5描述了具有單光束排列的分析儀500。在樣品池502中,來自光源506 (其與 圖4中的光源404具有相同的特征)的光束504交替照射經(jīng)洗滌的第一樣品和未洗滌的第 二樣品。分別記錄第一樣品(經(jīng)洗滌的背景樣品)和第二樣品(未洗滌)的光譜。對于流 動系統(tǒng),該過程可對在樣品池502中交替分析的多個樣品和多個背景樣品連續(xù)、接近連續(xù) 和順序地進行。圖5中的分析儀500包括通過例如一對多路閥514(其任選地為電磁閥或氣 動閥)與樣品池502的氣體入口 512串聯(lián)的洗滌單元510。第二樣品不經(jīng)過洗滌單元510, 并因此保留了存在于被測量的氣體混合物中的反應(yīng)性氣體濃度。
[0065] 在如圖5所示的分析儀500的操作中,氣體可通過適當(dāng)操作二通閥514或者直接 地或者經(jīng)由洗滌單元510傳送至樣品池入口 512。檢測器516將撞擊它并由此通過樣品池 502的光束404的強度定量為波長的函數(shù)。這樣,當(dāng)經(jīng)過洗滌單元以降低其反應(yīng)性氣體濃度 的第一樣品在樣品池502中時,檢測器516定量第一樣品(在該實施例中為經(jīng)洗滌的背景 或參考?xì)怏w)的穿透強度。當(dāng)氣體直接流入樣品池而不經(jīng)過洗滌單元510時,檢測器516定 量包含初始反應(yīng)性氣體濃度的第二樣品的穿透強度。檢測器516可為如上所述的那些檢測 器426和430中的一種。來自檢測器516的信號傳至與圖4中的處理器434類似操作的處 理器426。與圖4 一樣,來自光源506的光504可經(jīng)由窗口 520和522穿過樣品池502。在 樣品池中的多程光504也能用于延長吸收路徑長度。氣體經(jīng)由出口 524流出樣品池502。
[0066] 在其他實施方案中,除去H2S對于防止有害的H2S直接排放至環(huán)境中或者源自燃燒 過程的二氧化硫(SO2)的排放也是重要的。在天然氣流中的H2S的痕量級(例如大約4ppmv 以下)檢測對于必須保持H2S水平(tariff levels)在4ppmv以下,并由此將通過燃燒天 然氣(以用于發(fā)電)和廣泛傳播的家庭取暖、烹飪等所產(chǎn)生的302的排放最小化的應(yīng)用是 重要的??刂茻捰蛷S燃料氣體中H2S的排放對于保持煉油應(yīng)用中的H2S排放低于可應(yīng)用的 規(guī)定限度也是重要的。如果不選擇性地洗滌H2S,則極大地?fù)p害例如通過差分光譜技術(shù)獲得 的敏感檢測。差分光譜通常通過從參考?xì)饬髦谐ツ繕?biāo)化合物,然后測量參考流以及未洗 滌氣流的吸收進行操作。比較兩個吸收值以計算目標(biāo)化合物的吸收。該技術(shù)在例如煉油廠 燃料氣流(其可具有多個重疊的背景分析物濃度,所述濃度容易快速并隨機地改變)中非 常有用。
[0067] 在其他實施例和應(yīng)用中,HCl的有效除去對于防止有害的環(huán)境排放以及保護某些 昂貴的催化劑也是重要的。
[0068] 例如NH3的堿性(堿的)目標(biāo)化合物也能通過利用目前的主題并引入能夠與堿 性反應(yīng)物形成非揮發(fā)性鹽或其他非揮發(fā)性化學(xué)化合物的洗滌材料而除去。用于除去這樣 的堿性化合物的洗滌材料包括但不限于粘土,例如活化的酸性氧化鋁、二氧化硅、焦磷酸硅 (SiP2O7),和磷酸硅(Si3(PO4) 4);有機酸,例如對甲苯磺酸(C7H8O3S)和檸檬酸(C 6H8O7);和無 機酸,例如亞磷酸(H3PO3)、磷酸(H3PO4)和硫酸(H 2SO4)。當(dāng)洗滌材料以非固相,例如H2S04、 H3PO4存在時,洗滌材料可吸附在例如二氧化硅、氧化鋁、砂子或埃洛石納米粘土的固體載體 顆粒上。這樣的載體顆??膳c如上所述的用于負(fù)載金屬氧化物催化劑的那些具有相似的尺 寸和性質(zhì)。當(dāng)洗滌材料為固體時,其可單獨使用或者吸附至固體載體上或者與固體載體結(jié) 合使用。