High Resolution Analysis of Gases Related to Air Pollution and Global Warming

Význam tématu

V dnešní době je sledování stopových plynů klíčové pro posuzování kvality ovzduší, prevenci kyselých dešťů a omezení skleníkových emisí. Fourierova transformace v blízké infračervené oblasti (FTIR) umožňuje rychlou, necílovou a vysoce specifickou identifikaci nízkomolekulárních plynů díky jejich vibračně-rotačním spektrům. Vyšší rozlišení a citlivost navíc otevírají cestu k monitorování plynů v nízkých koncentracích a ke kvantitativnímu hodnocení jejich emisí v průmyslových i výzkumných podmínkách.

Cíle a přehled studie

V tomto příspěvku je představena aplikace nového přístroje IRXross™ FTIR od Shimadzu Corporation zaměřená na analýzu plynů NO, N₂O, SO₂ a CH₄. Hlavním cílem bylo ověřit schopnost přístroje zachytit vibračně-rotační spektrum s nejvyšším rozlišením 0,25 cm⁻¹ a porovnat výsledky s nižšími rozlišeními. Studie demonstruje kvalitu dat a přínos vysokého rozlišení pro přesnou identifikaci úzkých absorpčních pásů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro stanovení plynů byly využity následující podmínky:

• Přístroj: IRXross FTIR (KBr okno)
• Detektor: standardní DLATGS
• Plynové kyvety: krátké dráhy 5 cm (pro NO, SO₂, CH₄) a 10 cm (pro N₂O)
• Rozlišení spektra: 0,25, 0,5 a 1,0 cm⁻¹
• Akumulace signálu: 30 naskenování
• Apodizační funkce: Square Triangle

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza N₂O spekter při různé rozlišovací moci prokázala, že pouze při 0,25 cm⁻¹ je možné detailně rozeznat úzké vibračně-rotační pásy a vícečetné subbandy kolem 2230 cm⁻¹. Při 1,0 cm⁻¹ jsou patrné pouze dvě hlavní špičky, což výrazně omezuje schopnost identifikace. Vysoké rozlišení rovněž umožnilo zachytit charakteristické „hřebínkovité“ tvary absorpčních pásů u všech testovaných plynů:

• NO: zřetelné pásy kolem 1900–1960 cm⁻¹
• SO₂: výrazné přechody v oblasti 1100–1400 cm⁻¹
• CH₄: silné absorpce v pásmech 2900–3200 cm⁻¹ a jemné struktury kolem 1300 cm⁻¹

Detailní spektrální informace jsou klíčové pro přesnou kvantifikaci a rozlišení více složek v komplexních směsích plynů.

Přínosy a praktické využití metody

Vysoké rozlišení FTIR přístroje IRXross přináší:

• Možnost necílové analýzy více plynů současně bez nutnosti separačních technik
• Rychlou detekci stopových koncentrací při optimalizaci délky plynové kyvety
• Vysokou reprodukovatelnost a robustnost měření v rutinních i výzkumných provozech
• Podporu při monitorování emisí skleníkových plynů a průmyslové kvality ovzduší

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj se očekává v oblasti kvantitativních analýz s dlouhými plynovými kyvetami (>10 m) a citlivějšími detektory (MCT). Integrace FTIR s automatizovanými odběrovými systémy a umělou inteligencí pro zpracování spekter by mohla zkrátit dobu analýzy a zvýšit přesnost detekce stopových složek. Dále se počítá s miniaturizací přístrojů pro terénní měření a kombinací s chromatografickými technikami pro komplexnější složení plynů.

Závěr

Studie potvrdila, že IRXross FTIR poskytuje nejvyšší dostupné rozlišení 0,25 cm⁻¹ a dostatečnou citlivost při měření nízkomolekulárních plynů s DLATGS detektorem a krátkými plynovými kyvetami. Vysoká kvalita spekter usnadňuje identifikaci i kvantifikaci kritických environmentálních plynů. Doporučuje se volba optimální konfigurace přístroje dle cílové koncentrace analyzovaných par.