氮氧化物分析仪的改进设计

改进设计

在DJ4-2仪器的长期运行中，发现随着仪器工作时间的增长，仪器的灵敏度有下降的趋势。在仪器运行的前三天内相对灵敏度保持恒定并稳定在0.6，而从第四天开始仪器的灵敏度严重下降，一星期后下降为0.45。可见仪器在连续工作的一周内灵敏度下降了25%，此时DJ4-2型化学发光氮氧化物分析仪的数据已失真，说明仪器在设计上还需要进一步的改进。

经对DJ4-2分析仪排查后发现仪器灵敏度的下降是由于反应室的玻璃窗受污染从而导致进入PMT的光子数减少造成的。再经分析和化验玻璃片上的污染成分，得知此污染物为臭氧与零气中的甲醛、甲苯等挥发性有机气体反应的产物，此污染物受到双喷嘴喷出气体的冲击后吸附在PMT前的玻璃窗上。因此，需对反应室的结构、零气系统及臭氧参数等进行改进，从而提高仪器的长期工作稳定性。 

反应室设计

反应室是氮氧化物分析仪中的核心部件，NO与O3的发光效率及从反应室玻璃窗进入光电倍增管的光强都是保证仪器数据稳定的关键因素，因此反应室的结构设计是整个系统设计的重要环节。

为解决玻璃窗的污染问题，在设计时应尽量避免反应室内的反应气体与玻璃窗直接接触。因此本文对反应室的内部构造改进方案为：增大双喷嘴的直径，在保持臭氧和样气的流量不变的情况下，可使两气体从双喷嘴处喷出的速度减小，避免了反应室内的气体快速的冲击玻璃窗；减小反应空间的高度，使得反应室内的负压更大，有利于反应后的废气迅速抽走，不至于长时间滞留在反应室内；在双喷嘴口处加一凹型挡片，可以使臭氧及样气在反应室的双喷嘴口处更好的混合，从而有利于发光反应的进行。

图为反应室的结构示意图，其中和分别为双喷嘴的内喷嘴和喷嘴的直径，hc为反应室内反应空间的高度。在DJ4-2氮氧化物分析仪的基础上只更换改进后反应室，先通入零气，记录仪器的NO本底数据。然后通入NO标准气体，同时记录仪器前面板上显示的NO数据，最后计算出仪器的灵敏度。反应室改进后仪器的相对灵敏度在6天内都稳定在0.6，之后缓慢下降，10天后相对灵敏度下降为0.5。与反应室改进前相比，仪器连续工作工作时间提升了1倍，灵敏下降的更缓慢，说明了玻璃窗的污染减少且污染速度减慢。 

零气发生系统

零气发生系统为臭氧发生器提供干燥的气体，这样臭氧发生器的效率才会高。其次，零气发生系统为仪器校准提供了洁净的气体，从而来测量仪器木身的木底信号。

改进后的零气发生器由二部分构成，第一个容器里装的是硅胶，它能够吸收大气中的水蒸气，保持空气的干燥，这才使臭氧发生器能有较高的臭氧产生率。第二个容器是分子筛和活J睦炭。分子筛是选择性吸附和催化，活性炭的作用卞要用十吸

附空气中的一些干扰成分，像CO，CO2，SO2，NO2，NH3、乙烯和苯等物质。且分子筛和活性炭是分层装入的，这样可以更好地过滤杂质。最后气体再经过高温炉，经过高温可以把残余的水分及甲醛和甲苯等有机气体除去，以免在高压制臭氧时与臭氧再次发生反应产生其它的杂质。此外，将采用工业纯氧制作零气，大大减少了其它杂质气体的影响，这是从根源上减少反应室玻璃窗污染的重要措施。 

臭氧参数优化

DJ4-2型仪器样机中臭氧发生器的发生效率为1000mg/H,经实验验证是过量的，因此为寻求最佳的臭氧浓度，先对臭氧发生器产生的臭氧进行稀释，然后通回仪器，通过仪器对NO标气的响应度来确定最佳的臭氧浓度。

在保持其它条件不变的情况下，采用零气作为稀释气体，通过调节流量计的流量来控制臭氧的稀释比例。把稀释后的气体通入DJ1-2仪器的反应室，先测量仪器的本底值，当仪器显示数值稳定后再通入0.5ppm的NO标气，同时记录DJ1-2分析仪的NO显示值。改变稀释比例，记录仪器在不同稀释比下的NO显示值，最后把显示值与本底相减，最终的到NO的测量值。