Lưu ý với phép đo nồng độ sử dụng tia hồng ngoại, đó là hơi nước

Đặc điểm yếu nhất, hay gót chân Achilles, của phương pháp đo nồng độ khí bằng tia hồng ngoại (IR), đặc biệt là loại không phân tán (NDIR), chính là sự giao thoa do chồng chéo quang phổ (spectral overlap interference). 

Nói một cách đơn giản, nguyên lý này hoạt động bằng cách chiếu một bước sóng hồng ngoại cụ thể mà một loại khí mục tiêu (ví dụ: CO₂) sẽ hấp thụ. Tuy nhiên, vấn đề phát sinh khi trong mẫu khí có chứa các khí gây nhiễu (interfering gases) khác cũng hấp thụ năng lượng ở cùng một bước sóng đó.

Khi điều này xảy ra, máy phân tích không thể phân biệt được phần năng lượng nào bị hấp thụ bởi khí mục tiêu và phần nào bị hấp thụ bởi khí gây nhiễu. Kết quả là, máy sẽ báo về một giá trị nồng độ cao hơn so với thực tế, gây ra sai số dương.

Trong số tất cả các khí gây nhiễu tiềm tàng, hơi nước (H₂O) và carbon dioxide (CO₂) là hai tác nhân phổ biến và gây ra nhiều vấn đề nhất.

Để hiểu tại sao hơi nước lại gây ảnh hưởng lớn đến vậy, chúng ta hãy hình dung một cách đơn giản như sau:

Hãy tưởng tượng mỗi loại phân tử khí giống như một người có một "giọng hát" đặc trưng ở một nốt nhạc (bước sóng) nhất định. Máy phân tích IR giống như một chiếc micro siêu nhạy, được điều chỉnh để chỉ "nghe" đúng nốt nhạc đó.

"Giọng hát" của Khí mục tiêu: Giả sử chúng ta muốn đo khí CO. Phân tử CO có một "giọng hát" rất đặc trưng và mạnh mẽ ở một nốt nhạc (bước sóng) cụ thể. Máy phân tích IR sẽ chiếu đúng "nốt nhạc" này qua mẫu khí và lắng nghe xem nó bị "hát át đi" (hấp thụ) bao nhiêu để xác định nồng độ CO.

"Giọng hát" của Hơi nước: Vấn đề là, phân tử nước (H₂O) lại là một "ca sĩ" cực kỳ mạnh mẽ và hát ở rất nhiều nốt nhạc khác nhau. Phổ hấp thụ của hơi nước rất rộng và phức tạp, nó bao trùm lên rất nhiều dải bước sóng hồng ngoại.

Sự Chồng chéo: Điều tai hại là, một trong những "nốt nhạc" mà hơi nước hát rất to lại trùng chính xác với "nốt nhạc" đặc trưng của CO, CO₂, SO₂ và nhiều loại hydrocacbon khác.

Kết quả: Khi có cả CO và hơi nước trong mẫu, chiếc micro (máy phân tích IR) sẽ nghe thấy một tín hiệu bị hấp thụ rất mạnh. Nó không có cách nào phân biệt được đó là giọng hát của CO, của hơi nước, hay là của cả hai cộng lại. Nó chỉ biết rằng "nốt nhạc" đó đã bị yếu đi và sẽ báo về một nồng độ CO cao hơn nhiều so với thực tế.

Nói theo cách kỹ thuật, dải hấp thụ quang phổ rộng của H₂O gây ra sự giao thoa nghiêm trọng, làm cho phép đo không còn tính chọn lọc (non-selective) nữa. Vì lý do này, đối với hầu hết các ứng dụng đo lường chính xác bằng IR, bước đầu tiên và quan trọng nhất là phải loại bỏ hoàn toàn hơi nước ra khỏi dòng khí mẫu trước khi đưa nó vào buồng đo của máy phân tích.

Với các sản phẩm của s::can, các máy đo đều dùng quang phổ UV, UV-Vis và có truy xuất footprint, nên luôn đảm bảo chính xác khi đo đa chỉ tiêu.