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從化學發(fā)光到量子激光:HORIBA如何重塑氮氧化物監(jiān)測的技術邊界
更新時間:2025-12-12
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在半導體制造車間內,一臺比家用冰箱還小的設備正以每秒5組數(shù)據(jù)的速度,同時監(jiān)測著28種不同的廢氣成分,而這一切在十年前需要一個房間的儀器才能完成。
HORIBA APNA-370能夠檢測低至0.5 ppb的氮氧化物濃度,這個數(shù)值比一粒鹽溶解在一個標準游泳池中的濃度還要低一千倍。
氮氧化物作為主要大氣污染物,不僅會形成光化學煙霧和酸雨,還直接影響人體健康。隨著環(huán)保標準不斷升級,氮氧化物監(jiān)測面臨著的技術挑戰(zhàn)。
現(xiàn)代排放測試環(huán)境需要同時應對多種新型污染物,如歐7和國7法規(guī)新增的NH?、N?O等非常規(guī)污染物,傳統(tǒng)單一檢測器已無法滿足需求。
排放監(jiān)測場景也日益復雜,從傳統(tǒng)的固定監(jiān)測站拓展到實際道路行駛排放測試,設備需要在劇烈振動和溫度變化下保持數(shù)據(jù)精度。
“臺設備能否同時測量多種污染物?"成為行業(yè)亟待解決的技術難題。
HORIBA的技術演進呈現(xiàn)出清晰的階梯式發(fā)展路徑,從成熟的化學發(fā)光法到創(chuàng)新的激光光譜技術,每一步都對應著不同的應用場景和性能需求。
化學發(fā)光法(CLD) 作為成熟技術,在APNA-370中采用雙向交替流動調制設計,實現(xiàn)了單檢測器同時對NO、NO2和NOx的連續(xù)監(jiān)測。該技術檢測下限可達0.5 ppb,響應時間在120秒以內。
量子級聯(lián)激光(QCL) 技術則代表了新突破。MEXA-ONE-QL-NX分析儀將基于量子級聯(lián)技術的光源與高精度調整的雙路徑池相結合,能夠直接、同時實時測量NO、NO2、N2O和NH3四種成分。
IRLAM™技術 是HORIBA自主創(chuàng)新的紅外氣體測量方法,實現(xiàn)了低干擾、低噪聲的測量,同時兼具高靈敏度和寬量程的特性。
下面的表格展示了這三大技術路徑的核心特征:
| 技術類型 | 代表產品 | 核心技術原理 | 測量成分 | 響應時間 | 適用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 化學發(fā)光法(CLD) | APNA-370 | NO與O?反應產生化學發(fā)光 | NO、NO?、NOx | 120秒以內 | 環(huán)境空氣監(jiān)測 |
| 量子級聯(lián)激光(QCL) | MEXA-ONE-QL-NX | 中紅外光譜區(qū)的有效激光技術 | NO、NO?、N2O、NH? | <2秒(前三者),NH?<5秒 | 發(fā)動機研發(fā)、后處理系統(tǒng)開發(fā) |
| IRLAM™紅外技術 | MEXA-ONE-XL-NX | 獨特紅外氣體測量方法 | 氮氧化物相關組分 | - | 內燃機和燃氣輪機排放監(jiān)測 |
HORIBA FTX-ONE-CS/RS系列直接將多組分同步監(jiān)測推向全新高度,基于傅里葉變換紅外光譜技術,形成了“多組分同步檢測、無稀釋直接測量、全程高溫防凝、高速響應"四大優(yōu)勢。
這一突破性系統(tǒng)能夠同步測量28種廢氣組分,覆蓋常規(guī)污染物到非常規(guī)污染物及VOCs,實現(xiàn)了真正意義上的全譜分析。相比傳統(tǒng)方案需要搭配5-6臺設備的繁瑣配置,F(xiàn)TX-ONE系列只需一臺設備即可完成,節(jié)省了約70%的實驗室空間。
系統(tǒng)的直接測量和全程高溫設計有效解決了傳統(tǒng)稀釋法導致的易凝組分損失問題。采樣管線、光學池全程加熱至113℃±6℃或191℃±6℃,適配重型柴油機、船舶發(fā)動機等高溫高濕排放場景。
HORIBA在儀器設計上同樣展現(xiàn)出革命性思維。ENDA-600ZG系列煙氣監(jiān)測系統(tǒng)采用直接觸摸式顯示屏,界面友好,易于操作,其體積縮小至舊機型的50%。
緊湊化設計背后的技術創(chuàng)新令人印象深刻:分析儀將多個單元整合成一個緊湊系統(tǒng),相比傳統(tǒng)系統(tǒng)減少了約50%的管子和管道數(shù)量,同時功耗大幅降低。
在智能化方面,F(xiàn)TX-ONE-CS/RS采用了自適應基線校正算法,能自動消除環(huán)境溫度、壓力變化對光譜基線的影響。內置交叉干擾校正模型,針對28種組分的光譜重疊區(qū)域進行算法補償,確保低濃度組分測量準確。
維護優(yōu)化也是設計創(chuàng)新的重要體現(xiàn)。APNA-370配置了具有自動循環(huán)功能的干燥單元,為臭氧發(fā)生器提供干燥空氣,使長期連續(xù)監(jiān)測成為可能。
HORIBA的氮氧化物監(jiān)測技術已形成完整的產品矩陣,能夠覆蓋從環(huán)境空氣監(jiān)測到發(fā)動機研發(fā)的全場景需求。
環(huán)境空氣質量監(jiān)測 是APNA-370的主要應用領域。這款儀器適用于城市空氣質量監(jiān)測站、背景站和區(qū)域站等場景,其高靈敏度特性能夠精確監(jiān)測環(huán)境空氣中低濃度的氮氧化物。
發(fā)動機與后處理系統(tǒng)研發(fā) 則是MEXA-ONE系列的專長領域。隨著歐7/VII和國7等下一階段排放法規(guī)的實施,對N2O和NH3等組分的監(jiān)測需求日益增加,而MEXA-ONE系列正好滿足了這些新興需求。
實際道路排放測試 要求設備具備便攜性和抗干擾能力。MEXA-ONE系列能夠在受控和實際環(huán)境中均大限度減少測量誤差,集成HORIBA的IRLAM™技術具有的抗振動和溫度變化穩(wěn)定性。
HORIBA正在將氮氧化物監(jiān)測技術拓展至更廣闊的應用領域。在半導體制造領域,公司推出的非接觸式化學濃度監(jiān)測儀CS-900采用吸收光譜原理,能夠直接、穩(wěn)定地測量化學物質濃度。
支持碳中和燃料分析成為新的技術方向。MEXA-ONE系列已能支持來自氫、氨等碳中性燃料高含水量尾氣的分析,有助于推動下一代移動出行技術的發(fā)展。
值得一提的是,HORIBA甚至將監(jiān)測技術應用于特殊科研場景,如測量牛打嗝產生的甲烷和二氧化碳等特殊場景,展現(xiàn)了技術應用的廣泛可能性。
一輛搭載MEXA-ONE系列設備的測試車輛正行駛在山區(qū)公路上,系統(tǒng)以每秒5次的頻率采集排放數(shù)據(jù),實時分析多達28種污染物濃度。與此同時,城市另一端的空氣質量監(jiān)測站里,APNA-370正以0.5ppb的精度記錄著空氣中氮氧化物的微小變化。
這些看似獨立的監(jiān)測節(jié)點,通過數(shù)據(jù)網絡連接在一起,正構建著一張覆蓋從固定源到移動源、從傳統(tǒng)燃料到新能源的全面氮氧化物監(jiān)測網絡。
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