В области экологического мониторинга точность и достоверность данных имеют решающее значение. Кварцевая трубка , как высокоэффективный стеклянный материал, стала незаменимым основным компонентом многих ключевых инструментов для анализа окружающей среды благодаря своим уникальным оптическим, термическим и химическим свойствам.

Характеристики материала кварцевой трубки: основа превосходных характеристик

Преимущество в производительности кварцевых трубок (в основном состоящих из диоксида кремния высокой чистоты) является предпосылкой для их стабильной работы в суровых условиях мониторинга окружающей среды. Его основные особенности включают в себя:

1. Высокий коэффициент пропускания: он имеет чрезвычайно высокий коэффициент пропускания ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного света (до 93% и более), особенно при анализе, требующем высокой чувствительности к ультрафиолету, который незаменим.

2. Устойчивость к высоким температурам: температура размягчения достигает около 1730 ℃, и он может стабильно работать в течение длительного времени в условиях высоких температур выше 1000 ℃ без деформации или кристаллизации.

3. Термическая стабильность: коэффициент теплового расширения чрезвычайно низок (около 5,5 × 10 ⁻⁷/℃), и он может выдерживать резкие изменения температуры без растрескивания.

4. Химическая инертность: за исключением плавиковой кислоты и горячей фосфорной кислоты, она практически не вступает в реакцию с другими кислотными веществами, обладает высокой устойчивостью к кислотной и щелочной коррозии и не легко загрязняется пробами газов или жидкостей.

Эти характеристики делают кварцевые трубки идеальным «окном» и «реакционной камерой» для соединения суровых условий отбора проб с прецизионными оптическими/электрическими системами обнаружения.

Основные области применения и конкретные проявления продукта

Применение кварцевых трубок в экологических приборах в основном отражается в следующих аспектах:

Приложение 1: Система непрерывного мониторинга выбросов (CEMS) для выбросов дымовых газов.

Применение продукта: Кварцевые трубки используются в качестве ячеек для проб/проточных газовых ячеек в недисперсионных инфракрасных (NDIR) газоанализаторах и системах ультрафиолетовой дифференциальной абсорбционной спектроскопии (DOAS).

Основная проблема, которую необходимо решить, заключается в том, что промышленные дымовые газы обычно имеют характеристики высокой температуры, высокой влажности и сильной коррозионной активности (содержат SO ₂, NOx, HCl и т. д.). Обычные стеклянные или металлические резервуары могут испытывать снижение точности измерений или даже повреждения из-за коррозии, адсорбции или высокотемпературной деформации.

Роль и преимущества кварцевых трубок:

Коррозионностойкое окно: в качестве входного и выходного окна для анализа оптического пути кварцевые трубки могут подвергаться воздействию агрессивного дыма в течение длительного времени, сохраняя оптическую поверхность чистой и обеспечивая стабильную передачу оптических сигналов.

Бассейн с высокотемпературными образцами: высокотемпературный дымовой газ можно подавать непосредственно в бассейн с кварцевыми образцами для анализа без необходимости сложной предварительной обработки охлаждением, которая потенциально может привести к потере компонентов, обеспечивая мониторинг на месте и в режиме реального времени.

Случай, поддающийся проверке: например, в CEMS-анализаторах Siemens ULTRAMAT 23 или ABB AO2000 ячейки для проб основных измерительных блоков изготовлены из кварцевого стекла высокой чистоты, чтобы обеспечить точное измерение таких газов, как SO ₂ и NO.

Приложение 2: Анализ качества воды — онлайн-анализатор общего фосфора/общего азота

Применение продукта: Кварцевые трубки используются в качестве пробирок для разложения в онлайн-анализаторах общего фосфора/общего азота, основанных на принципах разложения при высокой температуре и высоком давлении.

Основная проблема, которую необходимо решить, заключается в том, что соединения фосфора и азота в пробах воды должны полностью растворяться и превращаться в измеримый ортофосфат или нитрат при высокой температуре (обычно 120-150 ℃), высоком давлении и присутствии сильных окислителей (персульфат калия).

Роль и преимущества кварцевых трубок:

Устойчивость к экстремальным средам растворения: кварцевые трубки могут одновременно выдерживать высокие температуры, высокое давление и сильную окислительную коррозию, что делает их одним из немногих материалов, которые могут стабильно работать в течение длительного времени в таких сложных и суровых условиях.

Оптическая прозрачность: после завершения разложения некоторые конструкции приборов позволяют оптическому пути проходить непосредственно через стенку кварцевой трубки для колориметрического анализа раствора для разложения, что упрощает конструкцию протока и снижает перекрестное загрязнение.

Подтвержденные случаи: онлайн-анализатор общего азота/общего фосфора серии NPW-160 от компании Hach и анализатор серии QuickTON от компании LAR в Германии явно используют пробирки для разложения из кварцевого стекла в качестве основных компонентов высокотемпературной реакции.

Приложение 3: Онлайн-мониторинг летучих органических соединений (ЛОС)

Применение продукта: В онлайн-системе мониторинга ЛОС, основанной на технологии газовой хроматографии (ГХ), кварцевые трубки используются в качестве вкладышей и устанавливаются внутри хроматографического инжекционного порта.

Основная проблема, которую необходимо решить, заключается в том, что образцы ЛОС в окружающем воздухе должны мгновенно испаряться в порту ввода, прежде чем попасть в хроматографическую колонку. Этот процесс может привести к неточному количественному определению, искажению формы пиков и загрязнению системы из-за неполного испарения или термического разложения некоторых компонентов с высокой температурой кипения.

Роль и преимущества кварцевых трубок:

Инертная поверхность: химическая инертность кварца гарантирует, что его поверхность не будет адсорбировать или катализировать реакции с чувствительными молекулами ЛОС, обеспечивая целостность образца.

Быстрая и равномерная теплопроводность: кварцевые трубки могут быстро достигать заданной температуры, что позволяет образцу достичь мгновенного испарения, уменьшая термическое разложение, получая острые и симметричные хроматографические пики и повышая количественную точность.

Случай, поддающийся проверке: почти все распространенные онлайн-системы мониторинга ГХ-МС или ГХ-ПИД, такие как онлайн-ГХ серии Trace 1300 компании Thermo Fisher, стандартно поставляются с деактивированными кварцевыми лайнерами для инжекционных портов или рекомендуют их использование.

Применение кварцевых трубок в экологических приборах не случайно, а является неизбежным результатом того, что свойства их материала полностью соответствуют строгим требованиям мониторинга. Он эффективно решает ряд технических проблем, таких как высокая температура, коррозия, адсорбция и термическая нестабильность в основных областях, таких как CEMS, онлайн-анализ качества воды и мониторинг ЛОС, играя ключевые роли, такие как резервуары для проб, пробирки для разложения и хроматографические вкладыши, тем самым обеспечивая точность, производительность в реальном времени и надежность данных мониторинга окружающей среды.

В связи с ужесточением экологических стандартов и постоянным развитием технологий мониторинга предъявляются более высокие требования к чистоте, дизайну геометрической структуры и технологии обработки поверхности кварцевых трубок. В будущем индивидуальные и функциональные кварцевые компоненты будут продолжать играть незаменимую роль в повышении предела обнаружения, стабильности и уровня автоматизации экологических приборов.

Luverre Quartz может производить кварцевые трубки по индивидуальному заказу различной формы, например, спиральные, квадратные, круглые, с обработкой, включая резку, гибку, сварку и т. д., и доступны в различных цветах, например, прозрачные кварцевые трубки, непрозрачные кварцевые трубки, молочно-белые кварцевые трубки, красные кварцевые трубки и так далее.