Analizatory gazów UV-DOAS — technologia różnicowej absorpcji w nadfiolecie

Krótka odpowiedź: UV-DOAS warto wybrać, gdy gaz docelowy absorbuje promieniowanie ultrafioletowe (SO₂, NO₂, Cl₂, NH₃, O₃, związki aromatyczne), a próbka jest wilgotna lub wieloskładnikowa. NDIR pozostaje domyślnym wyborem dla gazów o wyraźnych pasmach absorpcji w średniej podczerwieni, ale bez pasm w UV (CO, CO₂, CH₄, czynniki chłodnicze). W przypadku wilgotnych spalin UV-DOAS pozwala uniknąć konieczności suszenia próbki i stosowania optyki GFC, z czym wiąże się NDIR. W systemach CEMS monitorujących kominy, w których występują mieszaniny gazów kwaśnych i poślizg NH₃, UV-DOAS zwykle zapewnia przewagę dzięki jednoczesnemu pomiarowi wielu gazów za pomocą jednej głowicy optycznej.

Zwykle nie. Para wodna praktycznie nie absorbuje promieniowania w zakresie 190–400 nm w wąskopasmowej strukturze wykorzystywanej przez UV-DOAS do dopasowania widma. Dlatego ta technologia jest domyślnym wyborem w przypadku wylotów z mokrego odsiarczania spalin i mokrych skruberów spalarni. Potrzebne są natomiast kompensacja temperatury i ciśnienia (wbudowana), ochrona okna UV przed osadzaniem się pyłu i kondensatu (przedmuch oraz okresowe czyszczenie) oraz planowa wymiana lampy źródłowej. Zaleta związana z obecnością pary wodnej jest rzeczywista, ale nadal wymagane jest staranne podejście inżynierskie.

To dwa zakresy długości fal tej samej metody. DOAS w głębokim UV (190–250 nm) wykorzystuje źródła deuterowe lub diody LED emitujące głębokie UV, detektory niewrażliwe na światło słoneczne oraz okna szafirowe lub z MgF₂. Służy do pomiaru SO₂, NH₃ i NO, których najsilniejsze absorpcyjne struktury drobne występują w tym zakresie. Szerokopasmowy UV-DOAS (250–400 nm) wykorzystuje łukowe lampy ksenonowe lub diody LED UV, standardowe szkło kwarcowe klasy UV i służy do pomiaru NO₂, Cl₂, O₃ oraz związków aromatycznych, które absorbują promieniowanie powyżej 250 nm. Większość przemysłowych platform CEMS łączy oba zakresy, aby mierzyć wiele gazów w kominie. W przypadku długodrogowego DOAS do pomiarów stężeń w otoczeniu często wybiera się jeden zakres, dopasowany do mieszaniny gazów docelowych.

Różnią się zakresem widma i sposobem rozdzielania sygnałów. UV-DOAS działa w zakresie 190–400 nm i dopasowuje wąskopasmowe struktury różnicowe do widm niewielkiej liczby dobrze scharakteryzowanych absorberów UV. FTIR działa w całym zakresie średniej podczerwieni i wykorzystuje transformatę Fouriera skanowanego interferogramu, aby rozdzielać szerokie, nakładające się pasma nawet dla 10–20 składników. FTIR zapewnia szerszy zakres analiz chemicznych oraz elastyczność w zastosowaniach laboratoryjnych i badawczych. UV-DOAS sprawdza się lepiej w prostych, ukierunkowanych systemach CEMS do pomiaru wielu gazów, wiąże się z niższym kosztem początkowym i nie jest podatny na zakłócenia powodowane przez parę wodną. Metody te się uzupełniają, a nie konkurują ze sobą.

Rtęć pierwiastkowa Hg absorbuje promieniowanie przy pojedynczej, wąskiej linii rezonansowej atomowej 253.65 nm — nie w molekularnym paśmie wibronowym. Regulacyjne analizatory CEMS do pomiaru Hg wykorzystują atomową fluorescencję zimnych par (CVAF) lub dedykowane fotometryczne analizatory Hg oparte na absorpcji UV, zoptymalizowane pod kątem tej jednej linii. Nie stosują ogólnego spektrometru DOAS do wielu długości fal. GESHINE nie oferuje własnego analizatora rtęci. Projekty CEMS do pomiaru Hg na potrzeby zgodności z przepisami realizuje się z użyciem specjalnie zaprojektowanych urządzeń partnerskich, dobieranych do danego projektu, a nie uniwersalnego modelu UV-DOAS.

Nie. Pomiar absorpcji UV (DOAS) określa, jaka część padającej wiązki UV jest pochłaniana przy docelowych długościach fal. Pomiar fluorescencji UV polega na wykrywaniu wtórnej emisji wzbudzonych cząsteczek (SO₂ emituje fluorescencję po wzbudzeniu fotonami o długości fali 214 nm) za pomocą detektora o innej geometrii. Obie metody wykorzystują promieniowanie ultrafioletowe, ale różnią się fizyką pomiaru, układem detektora i konstrukcją ogniwa pomiarowego. Analizator fluorescencyjny UV firmy GESHINE (ZS6200-SO2 UVF) należy do kategorii analizatorów SO₂ / NOₓ. To przyrząd UVF, a nie UV-DOAS, dlatego przy wyborze należy porównywać go według kryteriów właściwych dla UVF.

W UE standardowe ramy zatwierdzania typu obejmują MCERTS (brytyjska Agencja Ochrony Środowiska) oraz EN 15267 / EN 14181 QAL1 / QAL2 / AST. Metody odniesienia to EN 14791 (SO₂), EN 14792 (NOₓ) i EN ISO 21877 (NH₃). W USA instrumentalne monitorowanie emisji z kominów regulują 40 CFR Part 60 Appendix B Performance Specifications (PS-2, PS-3, PS-6) oraz 40 CFR Part 75. W specyfikacji należy wyraźnie wskazać wymagane certyfikaty, zamiast polegać na oznaczeniach dostawcy.

Niekoniecznie — określenie „analizator gazów UV” jest niejednoznaczne, dlatego należy ustalić, co faktycznie robi przyrząd. Ogólne sformułowania, takie jak nadfioletowy, absorpcja UV, pomiar online UV czy fotometryczny pomiar wielu gazów w UV, niemal zawsze wskazują na UV-DOAS (różnicową spektroskopię absorpcyjną w nadfiolecie). Metoda ta dopasowuje wąskopasmowe struktury UV dla SO₂, NO₂, Cl₂, NH₃ i O₃ na jednej drodze optycznej. Wyszukiwanie „fluorescencja UV” lub „UV SO₂” oznacza natomiast metodę opartą na emisji. Opisano ją na stronie analizatora fluorescencyjnego UV (UVF). Wyszukiwanie „UV NOx” zwykle najlepiej kieruje do strony analizatora SO₂/NOx, na której pomiar NO₂ metodą UV-DOAS łączy się z pomiarem NO metodą chemiluminescencyjną. Jeśli określenie UV nie wskazuje jednoznacznie metody odpowiedniej dla mierzonych składników i matrycy gazowej, warto skonsultować się z inżynierem, który dobierze metodę do warunków pracy.