Analytische Anwendung der Infrarot-Spektroskopie mit Gittern

Summary

The influence of instrument parameters on the quantitative analysis of C₂H₂, N₂O, and CO has been investigated by means of a series of low-concentration mixtures of each of these gases in nitrogen. Concentrations ranging between 100 ppm and close to the detection limit have been examined under varied scanning conditions in a 1 m gas cell used in two different grating instruments and in one NaCl prism instrument. Extinction coefficients, confidence levels, and detection limits were calculated.

According to the distance between their rotational lines, the investigated absorption bands show varying dependence on the spectral slit width ΔS. N₂O gives rise to a weak effect only. With CO and C₂H₂, the fine structure is better resolved at decreasing ΔS; the molar extinction coefficients of the analytical lines increase by a factor of 4 to 6 when ΔS is reduced from 4 to 0.6 cm⁻¹ (C₂H₂) or from 18 to 0.5 cm⁻¹ (CO), respectively.

Due to the high dispersion of grating instruments, flexible operating conditions may be chosen even for quantitative analysis: small ΔS for high-sensitivity measurements of higher concentrations; wide slits for achieving a favourable signal-tonoise ratio at relatively high resolution for measurement in the lower ppm range with ordinate scale expansion.

The concentration range of the detection limits is the lower, the smaller ΔS and the higher the signal-to-noise ratio can be chosen. For a 1m cell, under the best conditions (Model 225, ordinate expansion factor 50), the detection limit for CO was found to be 2.5 ppm, for N₂O 0.4 ppm, and for C₂H₂ 0.1 ppm. These values are within a range which, without ordinate scale expansion, could he explored only with a 10 m gas cell.

Zusammenfassung

Der Einfluß der apparativen Parameter auf die quantitative Analyse von C₂H₂, N₂O und CO wurde an Verdünnungsreihen dieser Gase in Stickstoff geprüft. Konzentrationen zwischen 100 ppm und nahe der Nachweisgrenze wurden an zwei Gittergeräten und einem NaCl-Prismengerät in einer 1 m-Gasküvette unter Variation der Registrierbedingungen gemessen. Extinktionskoeffizienten, relative Vertrauensbereiche und Nachweisgrenzen wurden errechnet.

Die geprüften Gasbanden reagieren je nach Abstand der Rotationslinien mit unterschiedlicher Empfindlichkeit auf die spektrale Spaltbreite ΔS. N₂O gibt einen schwachen Effekt. CO und C₂H₂ zeigen zunehmend aufgelöste Feinstruktur mit abnehmender ΔS; die molaren Extinktionskoeffizienten der analytischen Linien steigen auf das 4–6 fache, wenn ΔS von 4 auf 0,6 cm⁻¹ (C₂H₂) bzw. von 18 auf 0,5 cm⁻¹ (CO) fällt.

Die hohe Dispersion der Gittergeräte erlaubt auch unter den Bedingungen der quantitativen Analyse flexible Einstellung der Registrierparameter: kleines ΔS für hochempfindliche Messung größerer Konzentrationen; breite Spalte für günstiges Signal/Rausch-Verhältnis bei relativ gutem Auflösungsvermögen zur Messung im unteren ppm-Bereich mit gedehnter Ordinate.

Die Nachweisgrenzen liegen in um so niedrigeren Konzentrationsbereichen, je kleiner ΔS und je größer Signal/Rausch-Verhältnis werden können. Für 1 m Weglänge wurden im günstigsten Fall (Gerät 225 mit 50 facher Ordinatendehnung) die Nachweisgrenzen für CO zu 2,5 ppm, für N₂O zu 0,4 ppm und für C₂H₂ zu 0,1 ppm bestimmt. Diese Werte liegen in einem Bereich, der ohne Ordinatendehnung nur mit einer 10 m-Gasküvette analytisch zugänglich wird.