[发明专利]生物气中硅氧烷的测量方法及装置

说明书

交叉引用

本发明要求由本申请的受让人所有的申请于2012年1月17日的第61/587,391号美国临时专利申请的优先权，提供引用的方式将其合并入本文。本发明为申请于2010年3月9日的第12/720,542号美国专利申请的部分接续案，第12/720,542号美国专利申请为申请于2009年9月28日的第12/567,981号美国专利申请的部分接续案，第12/567,981号美国专利申请为申请于2008年5月12日的第12/119,244号美国专利申请(现为第7,595,887号美国专利)的接续案，第12/119,244号美国专利申请为申请于2005年9月30日的第11/240,799号美国专利申请(现为第7,372,573号美国专利)的接续案。 

技术领域

本发明主要涉及吸收光谱仪，尤其涉及例如生物燃料或生物气体中硅氧烷化合物浓度的监测和测量。本技术还涉及判断例如生物燃料或生物气体中的所有硅氧烷的总浓度及/或所有含硅化合物的总浓度。 

背景技术

光谱学主要研究电磁辐射与样品(例如，含一或多种气体，固体，及液体)之间的相互作用。辐射与具有样品相互作用的方式取决于样品的属性(例如，分子组成)。一般地，随着辐射穿过样品，样品内的分子吸收特定波长的辐射。所吸收辐射的特定波长与具体样品内的各个分子的波长相同。通过识别所吸收辐射的波长，由此有可能识别样品中存在的具体分子。 

举例来说，红外光谱学系这样的特定光谱学领域，即，其使得样品(例如，其气体，固体，及液体)经受红外电磁能量而判断样品的各分子的浓度。一般地，红外能量表征为能量波长为约0.7μm(频率14,000^-1)～约1000μm(频率10cm^-1)的电磁能量。对红外能量进行导向使之穿过样品，并且能量与样品内的分子相互作用。由检测器(例如，电磁检测器)检测穿过样品的能量。然后，使用所测得的信号例如来判定样品的分子组成以及样品内的具体分子的浓度。 

傅里叶变换红外(FTIR)分光仪是一种具体类型的红外分光仪。其广泛应用于各行各业，例如，空气质量监测，爆炸物和生物制剂检测，半导体处理，及化学品生产。FTIR分光仪的不同应用要求不同的检测灵敏度，从而使得使用者能够分辨样品中存在的不同分子以及判定不同分子的浓度。一些应用中， 必须能够识别样品中各个分子小于十亿分之一(ppb)级别的浓度。随着工业应用越来越要求更高的灵敏度，现有光谱系统的优化以及采用新的光谱成分可使得所述系统可重复并且可靠地解析样品中越来越小的浓度。 

FTIR分光仪也可用于监测(例如，玻璃中的)化合物的浓度。生物燃料(例如，生物气体)用于为包括涡轮发电机在内的多种设备供给动力。使得生物气体燃烧以为设备供给动力。生物气体(例如，来自动物排泄物，废水或垃圾填埋物)可包括多种化合物(包括硅氧烷化合物)。生物气体中的硅氧烷化合物也被燃烧而生成氧化物(例如，S₁O₂(硅石，或沙))。S₁O₂会涂覆在涡轮叶片以及涡轮轴承上，从而导致涡轮的性能降低甚至出故障。生物气体中的硅氧烷水平越高，涂覆的过程约快。生物气体制造商通常使用活性炭过滤器来分离硅氧烷，然而，当过滤器失效时，硅氧烷的水平上升。 

现有的监测生物气体中的硅氧烷浓度的方法是通过对从生物气体中采的的样品进行分析而离线进行。例如，现有技术涉及使用GC/MS(即，气相色谱法/质谱法)技术以从背景气体中分离出硅氧烷并且对其进行测量。为了分析样品气体，通常进行采样用以分析和在GC/MS系统上测试。通常从气体流中取出区域样品，并且将其导入不锈钢罐，泰德拉(Tedlar)样品袋，或使用甲醇溶剂冲击采样器收集。然后，将这一样品送回分析实验室并且进行分析；通常要过好几天才能知道分析结果。样品中组份通常区域凝结，从而很难评定样品中的真实成分。以类似方式采样的样品仅可提供对含量进行分析时这一单个时间点的数据，由此无法表征样品的真实成分。样品的GC/MS分析还会花费几个小时来分析样品中的硅氧烷化合物，由此，操作者有可能来不及进行干预。若硅氧烷水平上升，则可能已经没有机会进行任何可实施的措施了。增强生物气体中的硅氧烷及/或含硅成分的浓度进行监测和测量的努力，可延长涡轮的寿命。此外，能够监测并且快速检测和量化硅氧烷及/或硅含量可使得有较多的时间进行可实施措施/干预。 

发明内容