Ứng dụng của máy phân tích khí

Máy Phân Tích Khí

Phân tích khí là phương pháp phân tích được sử dụng để xác định nồng độ của một loại khí đã biết trong một hỗn hợp khí hoặc một bầu khí quyển có chứa các loại khí khác nhau. Máy phân tích khí cho kết quả chính xác cả với lượng khí cần phân tích rất nhỏ.

Phân tích khí là gì?

Rất nhiều loại khí tồn tại xung quanh bầu khí quyển của chúng ta. Một số loại khí có mùi đặc trưng để nhận diện. Còn lại hầu hết gần như không thể phát hiện được bằng cảm giác của con người. Phát hiện sự có mặt của một loại khí trước hết trở thành mối quan tâm. Khi một số loại khí được chứng minh là có tác dụng gây hại đến sức khỏe con người.

 Phân tích khí từ thời xa xưa

Trong Thế Kỷ 19 và đầu Thế Kỷ 20, các công ty khai thác đã dùng chim hoàng yến làm công cụ phân tích khí. Chim hoàng yến được đưa vào các mỏ than để phục vụ như một phương pháp phát hiện carbon monoxide, carbon dioxide và methane. Với sự hiện diện của các loại khí đe dọa đến tính mạng, chim hoàng yến sẽ ngừng hót. Điều này báo hiệu cho những người khai thác phải sơ tán. Đây là một trong những phương pháp được biết đến sớm nhất để phân tích khí.

Phân tích khí hiện đại

Ngày nay, một loạt các phương pháp để phát hiện và phân tích khí chính xác hơn ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Máy dò carbon monoxide được lắp đặt trong các hộ gia đình để cảnh báo các gia đình nếu có khí nguy hiểm. Các sân bay sử dụng sắc ký khí để phát hiện chất nổ. Và bệnh viện sử dụng máy phân tích hơi thở của con người làm công cụ chẩn đoán cho bệnh nhân.

Một vài loại khí thường rất khó bị phát hiện. Khả năng phân tích thành phần của chúng rất quan trọng đối với sức khỏe và sự an toàn của con người. Thành phần khí cho chúng ta manh mối về cách các quá trình khác nhau đang hoạt động và cho phép chúng ta cải thiện chúng. Hiện nay, tồn tại một số công nghệ phân tích khí quang, laser và quang phổ. Ba công nghệ chính bao gồm quang phổ hấp thụ laser, quang hóa và phân tích thuận từ (paramagnetism)

 Nguyên tắc hoạt động và ứng dụng

Quang phổ hấp thụ laser

Nguyên lý hoạt động của nhiều công nghệ phân tích khí được thực hiện dựa trên quang phổ hấp thụ laser. Vì các phân tử khí khác nhau hấp thụ các bước sóng ánh sáng khác nhau. Điều này giúp định danh phân tử khí. Lượng năng lượng mà khí hấp thụ giúp xác định mật độ có mặt của khí của nó. Việc phát hiện ra phổ hấp thụ đặc trưng đã dẫn đến việc phát hiện và phân tích khí rất chính xác.

Máy quang phổ Laser Diode có thể điều chỉnh (TDLS)

Tunable Diode Laser Spectrometers (TDLS) là một loại máy phân tích khí dựa trên nền tảng laser. TDLS được sử dụng để đo khí với nồng độ thấp. Các loại khí như metan, hơi nước, amoniac hoặc carbon dioxide. Tunable Diode Laser Spectrometers (TDLS) sử dụng công nghệ hấp thụ laser. Trong TDLS, bước sóng phát xạ của laser được điều chỉnh theo cùng các đường hấp thụ của phân tử khí cần đo. Sau đó, một photodiode phát hiện sự giảm cường độ tín hiệu do sự hấp thụ và xác định nồng độ khí cần đo.

Thách thức đằng sau TDLS là lựa chọn một dòng hấp thụ phù hợp cho hợp chất được đề cập. Tuy nhiên, khi được sử dụng đúng cách, TDLS có độ đặc hiệu và độ nhạy cao.

Quang phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy-IR)

Tương tự như TDLS, máy phân tích quang phổ hồng ngoại nhắm vào thành phần khí. Bằng cách đo độ hấp thụ của nguồn sáng qua mẫu khí. Tuy nhiên, quang phổ hồng ngoại đặc biệt tập trung vào các bước sóng IR để kích thích các phân tử của khí. Ánh sáng hồng ngoại thường gặp trong cuộc sống hàng ngày. Mặc dù nó vô hình với mắt người. Nhưng nó thường được cảm nhận bằng nhiệt.

Công nghệ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)

Trong quang phổ hồng ngoại, một công nghệ có tên là Công nghệ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). FTIR bao gồm sự phát ra ánh sáng với sự kết hợp của tần số ánh sáng tại một mẫu và đo độ hấp thụ của khí. Quá trình này được lặp lại nhiều lần. Với các kết hợp tần số ánh sáng khác nhau. Xử lý số liệu sau đó chuyển đổi dữ liệu hấp thụ thô thành kết quả bằng thuật toán Fourier Transform. Nó có thể đo cùng lúc hơn 20 loại khí khác nhau. Và nó phù hợp với hầu hết mọi loại khí hấp thụ IR.

Phương pháp này là lý tưởng để đo carbon dioxide và các hợp chất hữu cơ. Sử dụng điển hình bao gồm giám sát khí thải phương tiện, kiểm soát quá trình, độ tinh khiết của khí, khí thải nông nghiệp, khí nhà kính và khí bãi rác.

Intoxilyzer, một thiết bị nhắm vào nồng độ cồn trong hơi thở của con người. Intoxilyzer cũng hoạt động bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại. Và nó cực kỳ hữu ích trong lĩnh vực y tế và pháp y.

Cảm biến Amoniac

Cảm biến Amoniac là các thiết bị rất nhạy cảm. Cảm biến này cũng sử dụng quang phổ hồng ngoại để phát hiện nồng độ amoniac trong khí quyển trong môi trường.

Phân tích hơi thở, một thủ tục y tế phổ biến, là một phương pháp không xâm lấn. Nó dùng để phát hiện các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) có nguồn gốc từ hoạt động trao đổi chất bình thường hoặc các rối loạn bệnh lý được bài tiết qua thở ra. Máy phân tích hơi thở của con người được sử dụng trong chẩn đoán rối loạn thận hoặc mang thai bất thường ở người. Trong khi để có kết quả từ mẫu máu có thể cần 24-48 giờ. Máy phân tích hơi thở xác định nồng độ amoniac trong vòng chưa đầy 2 phút.

Quang hóa

Máy dò quang hóa (Photoionization detectors-PID), một công nghệ phân tích khí hữu ích khác. Thường được kết hợp với các thiết bị sắc ký khí. Các hợp chất trong một mẫu khí được tiếp xúc với các photon trong phạm vi cực tím (ultraviolet-UV). Các ion tích điện dương và âm hình thành khi các phân tử khí hấp thụ ánh sáng tia cực tím năng lượng cao. Các điện cực sau đó đo điện tích của các ion và chuyển đổi tín hiệu thành dòng điện biểu thị nồng độ của khí cần đo.

Các bộ vi xử lý cực kỳ nhạy cảm. Nó có thể phát hiện và đo lường các loại khí trong phạm vi phần triệu (ppm) hoặc phần tỷ (ppb). Tuy nhiên, màn hình không thể dễ dàng phân biệt giữa các hóa chất khác nhau và đòi hỏi các công nghệ bổ sung để phân biệt. Quang hóa thường được thực hiện trong các thiết bị cầm tay. Các thiết bị này được sử dụng để phòng ngừa an toàn và sức khỏe trong các cơ sở làm việc công nghiệp và hạn chế.

 

Máy phân tích thuận từ – Paramagnetic

Máy phân tích thuận từ là một công nghệ đặc biệt nhắm vào nồng độ oxy trong mẫu khí. Nguyên lý hoạt động duy nhất đằng sau công nghệ này là tính chất vật lý thuận từ của các phân tử oxy. Trong thiết kế đặc biệt này, hai quả cầu thủy tinh chứa đầy nitơ được treo trong một từ trường. Từ trường thu hút các phân tử oxy, dẫn đến một lực tác dụng lên các quả cầu thủy tinh gọi là mô-men xoắn. Ánh sáng từ một bộ phát phản xạ từ một gương được đặt ở giữa và vào một tế bào quang điện, giúp phát hiện mô-men xoắn và tạo ra tín hiệu. Điều này xác định hàm lượng oxy trong một mẫu. Công nghệ này linh hoạt vì nó có thể đo chính xác nồng độ oxy từ rất thấp đến cao.

Ứng dụng máy phân tích thuận từ

Các ngành công nghiệp thường sử dụng máy phân tích thuận từ để theo dõi lượng khí thải của xe. Phân tích thuận từ còn giám sát hiệu quả đốt cháy. Và xử lý phân tích khí hóa học và các ứng dụng khác. Trong y học, phân tích khí y tế là rất quan trọng. Vì nó cung cấp cơ sở cho các quy trình gây mê hiện đại. Nó hỗ trợ hồi sức và cung cấp sự hỗ trợ cuộc sống cho bệnh nhân. Quan trọng nhất, máy phân tích thuận từ đảm bảo bệnh nhân nhận được nồng độ oxy chính xác.

Phần kết luận

Tóm lại, phân tích khí được áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Từ y học đến khoa học công nghiệp. Các công nghệ này cung cấp kết quả nhanh chóng và chính xác.

Với dân số thế giới dự kiến ​​sẽ đạt 9,7 tỷ vào năm 2050. Các công nghệ chăm sóc sức khỏe được cải thiện sẽ càng trở nên quan trọng hơn. Đặc biệt là đối với các nước đang phát triển. Các phương pháp phát hiện nhanh, chi phí thấp và đáng tin cậy là yếu tố sống còn. Ứng dụng phân tích khí trong y học sẽ góp phần quan trọng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe. 

Ngoài ra, các chuyên gia dự đoán vào năm 2100, nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ tăng ít nhất 2,7°F nếu không giảm được lượng khí thải nhà kính. Để đối phó với biến đổi khí hậu, công nghệ phân tích khí sử dụng trong kiểm soát lượng khí thải của xe. Từ đó giảm lượng khí thải ra môi trường. 

Tìm hiểu thêm về:

Sắc ký khí và nguyên lý hoạt động

Khí phân tích

Khí hỗn hợp

Khí đặc biệt

Khí y tế