红外线CO2气体分析器在粮食储藏工程中的应用

红外线气体分析器能分析被测气体是基于异原子分 子在近红外区有选择性吸收的特点。最早可以追溯 到1938年德国科学家卢福特，他发明的气动式红外 线检测器一直延用到现在，被称做卢福特检测器。 异原子分子的原子间存在振动，所以当连续的红外 能量照射到被测分子上时，被测分子会吸收相同波 长的能量而使该波长的红外线衰减，所以红外线分 析器是由异原子分子间不同的振动波长来定性的， 非常准确。而同原子分子或单原子分子不吸收红外 线能量，也就是说以空气为背景的被测气体，空气 中的N2或O2等对被测气体不产生干扰误差。对被测 气体的定量是基于比尔定律，即I=I0e-KCL。式中 I0是原始能量，K是气体吸收常数，L为介质（被测 气体）厚度，C为被测气体浓度。所以当L（即气室 长度）被确定后，I只与C有关，即I=f(C)。通常称 C与L的乘积为光学深度。当光学深度等于1时，将 比尔定律用泰勒级数展开忽略高次项后，I与C的关 系可以近似为线性。具体到气调库所使用的红外线 CO2分析器，一个很重要的问题就是要解决如何保 证0-100%量程内的线性度。因为当被测气体浓度很 高（接近饱和）时，要想保证光学深度接近1，就 必须减小L，小到工件的加工几乎是不可能的，即 使加工出来，也由于气室非常窄小而产生强大的阻 力，而且极轻微的污染就会改变气室长度而影响重 现性。GXH-3010D型CO2分析器作到了在不牺牲仪 器可靠性及稳定性的前提下保证仪器的线性度，主 要是采用了国际上先进的气体滤波技术。在国外， 红外线气体分析器采用气体滤波技术已经有几十年 历史了。我们可以查到20年前英国科学家的气体滤 波相关专利。华云研究所的数名技术人员曾在1987 年远赴美国大西比公司引进了先进的气体滤波相关 （G、F、C）技术。大西比公司的相关红外至今在 我国环保领域仍占主流地位。华云研究所研制的GX H-3011系列相关CO分析仪自92年投放市场至今， 在卫生防疫部门仍占90%以上的市场份额。 仪器的长期稳定性也是一个重要指标，CO2气调库 的特殊性不允许经常到现场去调整仪器的零点，所 以至少要保证仪器一周的零点漂移不大于百分之 二，因此仪器必须整机恒温，并做到外界温度变化 几十度时仪器光学部件的温度变化不大于±2℃。 通过在绵阳库的运行，不断总结完善，使整个系统 的性能达到了令人满意的效果，并得出对CO2分析 器的要求是：①必须用响应时间快的主动式红外线 CO2分析器；②取样系统的大流量抽气泵与仪器内 置小流量抽气泵配合使用；③CO2分析器要具有良 好的线性度，重复性和长期稳定性（即必须用在线 式并整机恒温控制的仪器）；④CO2分析器要有恒 流输出及电源、泵开关控制接口以便于计算机远程 控制。 仪器系统方框图见图二 图二：红外线CO2分析器系统方框图 4.结论和展望 通过绵阳气调示范库的建设成功，证明了该项技术 在我国的实施应用是可行的，示范库中采用的GXH- 3010D型（流程式）主动式不分光红外线CO2分析仪 极好地解决了气调仓中CO2浓度的自动监测问题， 对示范的成功起到了关键作用。 随着我国经济的迅速发展和人们物质文化生活水平 的日益提高，对粮油食品的卫生、质量要求越来越 高，对生态环境保护也越来越重视；我国即将加入 WTO，粮食参与全球化市场贸易竞争也迫在眉睫， 优质、新鲜、无污染、无公害的绿色产品将是未来 粮食市场发展的必然趋势。而“绿色粮库”的概念 也必将被广大人们所接受。中央储备粮绵阳直属库 建成的CO2气调库只是一个示范，气调储粮这一国 际先进技术还正在我国处在推广阶段，今年在国家 2001年200亿斤国家粮库建设中，经过专家多次论 证和国家粮食局领导审批，通过了扩大5个CO2气调 试点库建设的项目。我们认为绵阳库的示范的成功 必将在全国范围内获得推广，并为我国带来积极的 社会效应和巨大的经济效益。 参考文献 1. 林均挺等，中国红外产品指南，北京电子工业 出版社 2. 《澳大利亚粮食储藏技术》专辑. 商业部粮 食储运局 1987.5 3. B.E.里普主编 路茜玉等译. 《粮食储藏气 调与熏蒸》 郑州粮食学院 1986.10 4. Annis,P.C.,and van Someren Greve,J.(19 84b). The use of carbon dioxide for qu ality preservation in small sheeted bag s tacks,in Controlled Atmosphere and Fumiga tion in Grain Storages. 5. Banks,H.J.,and Annis,P.C.(1980b). Co nversion of Existing Grain Storage Struct ures for Modified Atmosphere use.In’Cont rolled Atmosphere Storage of Grains’. 6. Banks,H.J.,Annis,P.C.,Henning,R.C.,an d Wilson,A.D.(1980a). Experimental and Commercial Modified Atmosphere Treatment s of Stored Grain in Australia.In ‘Contr olled Atmosphere Storage of Grains’. 7. H.J.Banks and B.E.Ripp. Sealing of Grain Storages for Use with Fumigants An d Controlled Atmospheres. Proc.3nd In t. Working Conf. Stored-Prod. Entomol.,Ma nhattan.Oct.1983(1984). 8. H.J.Banks . Stored Grain Research Lab oratory,Division of Entomology,CSIRO,Canb erra. Reprinted form:Champ.B.R.,and Hi ghley,E.,Eds(1984).Proceedings of the Aus tralian Development Assistance Course on the Preservation of Stored Cereals,Vol.2. (CSIRO Division of Entomology:Canberra.) 9. B.E.Ripp:leak detection in sealed Gra in Storages:1983 B.E.Ripp(ed) internation al symposiun Controlled Atmosphere and fu migation in Grain Storages . 10. 丁谢巴尔编，詹继吾等译1983.12 《谷物 的气调储藏》