آنالایزر گاز چیست و انواع آنالایزر گاز

آنالایزر گاز چیست ؟ و انواع آنالایزر گاز

یکی از موارد بسیار مهم در صنایع مختلف شناسایی و آشکار سازی انواع گازها و ذزات پراکنده در فضا می باشند، به همین منظور می بایست جهت حفاظت و مراقبت در برابر خطرات ناشی از نشت گاز، انفجار و حریق از وجود گازها در محیط آگاه شد. دستگاه آنالایزر گاز دستگاهی است که جهت تشخیص ، آشکار سازی و نمایش میزان گازهای آلاینده و گازهای قابل اشتعال و آشکارسازی نشتی گاز از مخازن یا محفظه از قبیل گازهای Co و Co2 به کار می رود. معمولا آنالایزرهای گاز Gas Analyzers قابلیت اتصال به کامپیوتر و انجام آنالیزهای مختلف را دارا می باشند و در برخی موارد دارای سنسور اختلاف فشار نیز می باشند.

مواد جامد یا مایع در اثر دریافت حرارت زیاد، گازهای سمی‌ای متصاعد می‌کنند که محیط اطراف خود را خطرناک مي‌كنند. این گازها بسيار شبيه به هوای تنفسی عمل می‌نمایند و از اتمسفر جدا نمي ‌شوند. مسمومیت‌ هایی که بواسطه این گازها ایجاد می‌شود، درصورت درمان‌نشدن به‌ موقع، موجب مرگ یا آسیب‌رسیدن به بخش‌ هایی از سیستم تنفسی و عصبی شخص می‌شود. گازهای سمی به دلیل آنکه ازطریق استنشاق وارد بدن می‌ شوند، به‌راحتی وارد جریان خون شده و پس از چند ثانیه خود را به مراکز عصبی رسانده و اثرات شدیدی از خود بر جای می گذارند. ازجمله این گازهای سمی می ‌توان اكسيدهاي كربن، اكسيدهاي سولفور، اكسيدهاي نيتروژن، هيدروكربن‌ها و اكسيد‌كننده‌ها را نام برد. از آنجا که برای کشف آنها نمی‌توان از یک فرمول یا روش معین استفاده کرد و می‌بایست برای هر یک از آنها روش بخصوصی بکار برد، از دستگاهی به نام آنالایزر گاز Analayzer  استفاده می‌ شود.

چگونگی کشف، آشکارسازی و نیز آگاه‌شدن از انواع بخارها، مایعات و ذرات پراکنده در هوا، توسط شیمیدان‌ها و کارشناسان صنایع نظامی، جدی‌تر به‌کار گرفته می‌شوند. آنالایزر گاز با هدف نظارت مداوم بر پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی گازها ساخته می‌شوند تا در کمترین زمان ممکن و در لحظات اولیه نشت گاز خطرناک، هشدار اتوماتیک و در سطحی پیشرفته‌ تر کنترل تجهیزات ایمنی و حفاظتی را برعهده گیرند و از بروز حوادث ناگوار جلوگیری نمایند. بطور مثال در میدان جنگ به آشکارسازهایی نیاز است که نسبت به عوامل شیمیایی، در هر شکل و حالتی، پاسخ دهند. در چنین شرایطی هرگونه هشدار درمورد سموم شیمیایی به‌کارگرفته‌ شده و تشخیص نوع آنها، می‌تواند از وقوع یک فاجعه جلوگیری کند.

انواع آنالایزر گاز

آنالایزر های گاز با توجه به نوع مصرف به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

 1-آنالایزرهای گاز محیط

آنالايزرهاي گازهاي محيط به دو بخش محیط صنعتی و هوای پاک تقسیم می‌شوند که بخش اول شامل دتکتورهای گاز و دتکتور تیوب و بخش دوم شامل ایستگاه‌های ثابت و سیار می‌باشند.

2-آنالایزرهای گاز حاصل از احتراق

آنالايزرهاي گازهاي حاصل از احتراق نیز به دو بخش خروجی دودکش صنایع و خروجی اگزوز خودرو تقسیم می‌شوند. آنالایزرهای خروجی دودکش صنایع به دو صورت ثابت و پرتابل می‌باشند که پرتابل آن، علاوه بر استفاده در صنایع نظامی و جنگ‌ها، در صنایع نفت و گاز کاربرد ویژه‌ای دارند.

اجزاء اصلی آنلایزر گاز

بطور كلي هر آنالایزر از چندين بخش تشكيل مي‌شود كه مهم‌ترين بخش آن، سنسور آن مي ‌باشد كه وظيفه تشخيص شاخص موردنظر را به عهده دارد. اطلاعات كسب‌ شده توسط سنسور مذکور، به‌ صورت داده‌هاي آنالوگ است كه معمولاً اين اطلاعات توسط مدارات حالت‌دهنده Conditioning Circuits به بازه مقادير قابل‌فهم براي مدارات تبديل آنالوگ به ديجيتال Analog to Digital Convertor و يا پردازشگرها تبديل مي‌شود. پس از ديجيتال‌شدن، اطلاعات براي پردازش به ريزپردازشگرهاي داخلي آشكارساز ارسال مي‌گردند و بعد از تحليل اين اطلاعات و دریافت نتيجه موردنظر در اين بخش، خروجي به مدارات انتقال داده، براي ارسال به پردازنده و كنترل‌كننده كلي سيستم تحويل مي‌شود كه از نظر نوع اين مدارات، داده‌ها به پروتكل‌هاي ارتباطي مختلف تبديل و ارسال مي‌گردند.
در تشخيص نوع گاز، انتخاب سنسور بسته به نوع کاربرد و انتظاري که از سيستم وجود دارد، بسيار مهم است. چنانچه نوع سنسور و آشکارساز گاز بطور نامناسب انتخاب شوند، عملکرد تمامي سيستم با اختلال همراه خواهد بود. بايد توجه نمود كه هر سنسور مزايا و محدوديت‌هاي خاص خود را دارا است. لذا انتخاب نادرست سنسور، احتمال خروج از بازه عملکرد مناسب و مواجهه با محدوديت‌ها و بعضاً خروجي‌هاي غيردقيق و نابه‌هنگام را در بر خواهد داشت.

نکات مهم در انتخاب یک آنالایزر گاز

•    نوع آنلایزر گاز با توجه به نیاز کاربردی(محیطی یا حاصل از احتراق )
•    قابلیت اندازه گیری گازهای مختلف (O2,CO,CO2,NO,NO2,SO2,HC)
•    محدوده اندازه گیری برای هر نوع گاز
•    قابلیت اندازه گیری فشار تفاضلی
•    قابلیت اندازه گیری فشار و سرعت گاز
•    نوع پراب
•    قابلیت اتصال به کامپیوتر و ذخیره اطلاعات
•    قابلیت پرینت مستقیم

انواع مختلف روش های آنالایز گاز

تشخیص بیشتر گازها بسیار دشوار است زیرا بی بو هستند. گازهای خاص در صورت استنشاق برای انسان بسیار مضر است. با توجه به موارد فوق ، محققان بسیاری از تکنیک های قدرتمند را برای تجزیه و تحلیل انواع مختلف گازهای موجود در محیط یا گازهایی که از فرآیندهای صنعتی آزاد می شوند ، توسعه داده اند.

در گذشته ، هنگام حفر معادن ، وجود گازهای مضر مانند مونوکسیدکربن ، متان و دی اکسید کربن برای اطمینان از ایمنی کارگران معدن تعیین می شد. محققان اولین روش های شناسایی گازهای مضر را که شامل استفاده از پرندگان مانند قناری ها بود ، جستجو کردند. این پرندگان به دلیل حساسیت به گازهای سمی به داخل معدن فرستاده می شدند. آنها در حضور چنین گازهایی دیگر آواز نمی خوانند. این حرکت نوعی سیگنالی برای تخلیه کارگران از معدن بود. در حال حاضر ، روش های مختلف نوری ، لیزری و طیف سنجی موثر برای تجزیه و تحلیل گازها وجود دارد.

آنالایزر گاز جرمی (MS) ، آنالایزر گاز مادون قرمز تبدیل فوری (FTIR) و آنالایزر گاز روش کروماتوگرافی (GC) سه تکنیک پرکاربرد برای آنالایزر گاز تکامل یافته (EGA) هستند. اخیراً ، روش تجزیه و تحلیل حرارتی EGA با دما سنجی (TG) همراه شده است. به عنوان مثال ، از TG-MS یا TG-FTIR برای تجزیه و تحلیل گازهای ساطع شده استفاده می شود. توزیع گاز ساطع شده به مشخصات جریان ، نسبت حجم و ضرایب انتشار مولکول های آن بستگی دارد. در زیر تکنیک های مختلفی برای تجزیه و تحلیل گازها استفاده می شود.

آنالایزر گاز لیزری

این یک اصل عملیاتی است که بر اساس آن فن آوری های مختلفی برای تجزیه و تحلیل گازها تولید شده است. در این روش ، مولکول های مختلف گاز طیف نوری خاصی را جذب می کنند و مقدار انرژی گاز جذب شده نشان دهنده طیف جذبی مشخص است.
این طیف های جذب با دقت زیادی به شناسایی گازهای ناشناخته کمک می کنند. آنالایزر گاز لیزری که برای اندازه گیری غلظت بسیار کم گازها ، به عنوان مثال ، متان ، آمونیاک ، دی اکسید کربن و بخار آب استفاده می شود. این ابزار از یک فوتودیود برای اندازه گیری شدت سیگنال طول موج انتشار استفاده می کند.

داده های خام با استفاده از رایانه پردازش می شوند و نتیجه با استفاده از الگوریتم تبدیل فوری ، تبدیل می شود.

با استفاده از مادون قرمز IR بیش از 20 گاز مختلف به طور همزمان قابل شناسایی است. به اندازه گیری گازهایی مانند دی اکسید کربن و ترکیبات آلی ناشناخته کمک می کند. همچنین در ساخت یک سنسور آمونیاک ، دستگاهی بسیار حساس که برای تجزیه و تحلیل سطح آمونیاک جوی استفاده می شود. علاوه بر این ، می توان اندازه گیری دقیق پاسخ های فتوسنتز چرخه ای با واسطه نوکلئوتید به هورمون های گیاهی را انجام داد.

آنالایزر گاز جرمی (MS)

آنالایزر گاز جرمی پیرولیز (PYMS) تکنیکی است که در EGA استفاده می شود. این روش مشابه آنالیز حرارتی است ، با این حال ، PYMS برخلاف سایر روش های استاندارد از ستون استفاده نمی کند. نمونه ها به تدریج از دمای پایین به دمای بالاتر (800-50 درجه سانتی گراد) گرم می شوند و متعاقب آن گازها یا بخارات را از طریق دفع یا تجزیه آزاد می کنند. این گازها دارای اثرات حرارتی منحصر به فرد بوده و دچار تلفات جرمی می شوند. این تغییرات از نزدیک کنترل می شود. این روش به طور گسترده ای برای شناسایی پلیمرهای مختلف استفاده می شود.

آنالایزر گاز محیطی شامل تشخیص ترکیبات گازی موجود در محیط ، عمدتا آلی ، با غلظت کم (قطعات در میلیون (مول) یا کمتر) است.

MS بیشتر به دلیل حساسیت و انتخاب زیاد آن برای ردیابی گاز استفاده می شود. کارایی MS با ترکیب تکنیک های ورودی خاص یا فرآیندهای یونیزاسیون افزایش یافته است. به عنوان مثال ، یونیزاسیون با فشار بالا از نمونه و به دنبال آن یون های منفی می تواند باعث افزایش در دامنه تشخیص توسط قطعات در هر تریلیون (مول) هگزا فلورید گوگرد (یک ترکیب به شدت الکترون منفی) شود.

آنالایزر گاز خارج از محدوده

در مورد ارزیابی گازهای تکامل یافته در طی فرآیندهای بیولوژیکی ، آنالایزر گاز پشت سرهم انجام می شود. این روش هنگام تجزیه و تحلیل حالت پایدار استفاده می شود. به عنوان مثال ، مقدار اکسیژن مصرفی و دی اکسید کربن آزاد شده توسط یک کشت میکروبی با استفاده از این روش تجزیه و تحلیل می شود.

آنالایزر گاز صنعتی

در سال 1906 ، مفهوم “کروماتوگرافی” برای اولین بار توسط یک گیاه شناس روسی ، مایکل توست استفاده شد. روش GC به طور گسترده ای در تحقیقات پیشرانه مورد استفاده قرار می گیرد. از این نوع کروماتوگرافی در شیمی تحلیلی ، به ویژه برای جداسازی و توصیف ترکیباتی که می توانند بدون تجزیه بخار شوند ، استفاده می شود.

این روش خلوص یک ماده را تعیین می کند و اجزا را از یک مخلوط جدا می کند. GC یک روش سریع و دقیق برای تجزیه و تحلیل محصولات احتراق گازی است. متداول ترین ردیاب ها در کروماتوگرافی گازی ساده به شرح زیر است:

آنالایزر گاز هدایت حرارتی
آنالایزر گاز چگالی گاز
آنالایزر گاز یونیزاسیون
آنالایزر گاز مادون قرمز