MAX-iR FTIR 气体分析仪的独特性

 

过去，FTIR 气体分析仪只能在中浓度十亿分之一（ppb）级范围下进行测量。然而，随着 FTIR 气体分析技术取得新进展，我们现在可以在低浓度十亿分之一（ppb）级至中浓度万亿分之一 (ppt) 级范围下进行常规杂质测量。这意味着与气相色谱技术相比，光学增强型 FTIR （OE-FTIR）可达到与之相媲美的灵敏度，同时具有更快的分析速度和更低的投资成本。在本次采访中，AZoM 对话了赛默飞 Marty Spartz。

 

Marty 拥有堪萨斯州立大学分析化学博士学位。他现在是赛默飞的气体分析研发高级总监。Marty 的研究重点是开发可测量复杂样品中超痕量组分的下一代 FTIR 气体分析系统。

 

01您的研究如何帮助支持下一代 FTIR 分析的开发？

 

在赛默飞气体分析解决方案团队中，我们开发了一种新型超灵敏技术，它让我们能够在 ppt 级别下测量大宗和特种气体等物质中的杂质。

 

赛默飞分析仪器：Thermo Scientific™ MAX-iR™ FTIR 气体分析仪是一款紧凑型工业气体分析仪。它采用5U 机架安装设计，开发时尽可能降低了维护量。这款光谱仪具有一系列独特性。

 

首先，单晶硒化锌分束器使系统具有极高的热稳定性和更高的基线稳定性，可进行极低含量的测量。

 

系统采用垂直腔面发射（VCSEL) 二极管激光器替代氦氖激光器。这样，仪器仅需极少维护即可运行10至20年，成为过程和环境应用的理想之选。

 

MAX-iR 分析仪可以配备三种检测器。氘化硫酸三甘氨酸 (DTGS) 检测器是系统中的标准配置，可实现整个中红外光谱的测量。从某种意义上说，这意味着我们可以测量样品中可能存在的所有有机和无机气体。

 

与 MAX-iR 气体分析仪搭配的 DTGS 检测器的检测限在数十 ppb 范围内。需要进行更低含量的测量时，可以选用碲镉汞 (MCT) 或砷化铟 (InAs) 检测器。MCT 和 InAs 检测器经过半导体制冷，无需液氮即可运行。

 

然后，它们与光学带通滤光片或长通滤光片耦合，尽可能以最低的检测限获得最高的信噪比。这些配置将检出限降低三个数量级，达到万亿分之几十。

 

02与其他现有系统相比，本系统具有哪些独特的特性？

 

MAX-iR 气体分析仪具有许多独特而有趣的特性。

 

首先，它在气体池中使用非球面光学器件来确保尽可能高的光通量；

 

其次，气体池及相关反射镜设计用于在真空至10个大气压的范围内运行，而且它们的运行是动态的，因此测量时气体池中的压力可以变化。

 

Thermo Scientific™ StarBoost™ 光学增强技术也为 FTIR 气体分析仪提供了尽可能高的灵敏度。特别值得一提的是，这项技术是光学增强 FTIR (OE-FTIR) 一词的起源。

 

03您能否进一步向我们介绍一下 StarBoost 技术？

 

StarBoost 技术使 MAX-iR 气体分析仪具有极高的信噪比，让用户能够实现超低含量的测量。它的工作原理是采用极高灵敏度检测器并将其与光学滤光片耦合。光学滤光片可针对特定测量去除所有非目标测量物质的频率。

 

例如，如果想要测量一种化合物，比如 HCl，我们可以将仪器配置为仅查看 HCl 吸收的红外光谱区域。这样，由于我们限制了照射到检测器的光强，检测器的灵敏度会显著升高。随着到达检测器的光强减少，我们可以提高检测器增益，从而获得更高的信噪比。

 

04您能否简要介绍系统的运行方式？

 

MAX-iR 是一款基于 FTIR 的气体分析仪。FTIR 气体分析仪中的主要部件包括红外光源、FTIR 光谱仪、多次反射气体池（“怀特池”）和红外检测器。MAX-iR 分析仪中的气体池具有48次反射，光程长度为9.86 m，体积小于500 mL。

 

系统以每分钟0.5-10升的流量将样气送入气体池，同时使红外光束通过包含样气的气体池到达检测器，从而连续收集红外光谱。

 

气体池中存在的任何有机或无机气体都会吸收一部分红外光。根据所吸收的红外光的频率，用户可以知道存在哪些化合物。根据每个频率下吸收的光强，用户可以知道存在的每种化合物的浓度。

 

令人惊喜的是，由于样气仅与光束相互作用，分析仪的校准曲线可以在仪器寿命内保持不变。经过适当配置（与所有 MAX-iR 分析仪一样），校准曲线可在仪器之间转移。