我們常說的硫分析儀實際包括硫化氫分析儀和總硫分析儀。

硫化氫分析儀是分析氣體中硫化氫含量的儀器，根據測量原理的不同，硫化氫分析儀有如下幾種類型。

①醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀。它具有可靠，價格適中的優點，廣泛用于硫化氫含量分析，是國標GB/T18605-2001規定的天然氣中硫化氫含量測定方法。

②紫外吸收法硫化氫分析儀。它可同時測量硫化氫和二氧化硫的含量，常用于硫磺回收裝置，測量硫化氫和二氧化硫的比值。用于酸性氣體和空氣的進料配比。由于價格較貴，一般不用于單獨測量硫化氫的含量。

氣相色譜法硫化氫分析儀。采用TCD檢測器可測量常量硫化氫，采用FPD檢測器可測量為了硫化氫，常用于包括硫化氫在內的原料氣體的全組分分析。由于價格昂貴，一般不用于單獨測量硫化氫。

電化學法硫化氫檢測儀。它測量精度不高，價格較低，一般用于有毒氣體監測報警系統，不能作為在線分析儀器使用。

總硫分析儀——是用來分析樣品中無機硫和有機硫總含量的儀器。

根據測量原理的不同，總有下述幾種類型：

①醋酸鉛紙帶法總；

②化學發光法總；

③微庫侖滴定法總；

④氣相色譜法總。

⑤紫外熒光法總

前三種方法只能測得總硫含量，氣相色譜法可測得各種硫化物的含量。微庫侖滴定法總、化學發光法總常用于實驗室分析中。隨著紫外熒光法總、氣相色譜法總的推廣，醋酸鉛紙帶法總已應用正在逐步減少。

10.1醋酸鉛紙帶法硫化氫和總

測量原理

   當恒定流量的氣體樣品從浸有醋酸鉛的紙帶上面流過時，樣氣中的硫化氫與醋酸鉛發生化學反應生成硫化鉛褐色斑點，反應式如下：

   H₂S+PbA_C2一PbS+2HA_C

   反應速率即紙帶顏色變暗的速率與樣氣中H₂S濃度成正比，利用光電檢測系統測得紙帶顏色變暗的平均速率，即可得知樣氣中的H₂S的含量。

   H₂S分析儀每隔一段時間移動紙帶，以便進行連續分析，新鮮紙帶暴露在樣氣中的這段時間叫做測量分析周期時間(一般為3min左右)。

   下圖是醋酸鉛紙帶法H₂S分析儀在一個測量分析周期時間(cycle time)內光電檢測系統輸出信號的波形，其分析過程如下。

A—B段——電機運轉并驅動紙帶進紙1／4英寸。

B—C段——采樣延遲時間(sampledelay)，一般為l40s。在這段時間，參加反應的紙帶開始慢慢變黑，反應曲線呈現輕微的非線性關系。分析儀測得紙帶變暗過程呈非線性關系，認為測量結果不夠，因此元需更新顯示結果和分析儀輸出。但此時的測量結果卻可以用于地預測樣氣濃度是否超過報警限。每隔4s，分析儀計算出該時間段的平均變化率和對應的硫化氫含量。如果含量超過報警限，分析儀將產生報警。產生報警時，分析儀將只顯示測量到的高實時數據。分析儀將一直處于預報警分析狀態，直到硫化氫含量低于報警限。

C—D段——采樣時間(sampleinterval)，30s。紙帶變黑速率在tl到t2時間段內呈現出線性關系。分析儀計算出線性開始時刻tl處的紙帶黑度讀數，30s后再計算出時刻t2處的黑度讀數。系統軟件用此兩點的數據計算出紙帶變黑的速率并換算成硫化氫的濃度。          

D—E段——分析儀將紙帶卷動進紙，新的一個測量分析周期重新開始。

醋酸鉛紙帶法光電檢測系統輸出信號的波形圖

醋酸鉛紙帶法硫化氫儀器的結構組成

樣品處理系統

通常由過濾器、減壓閥、流量計、增濕器組成。過濾器采用旁通過濾器，其作用是除塵并加快樣氣流動以減小分析滯后。減壓閥出口壓力一般設定在15psi(g)[1．05bar(g)]。樣氣流量通過帶針閥的轉子流量計來控制，樣氣流量通常為100mL／min。增濕器的作用是使樣氣通過醋酸溶液加濕，以便與醋酸鉛紙帶反應。增濕器的結構一般是一個鼓泡器，將樣氣通入醋酸溶液中鼓泡而出，也有采用滲透管結構的，醋酸溶液滲透入管內對樣氣加濕。醋酸溶液是將50mL冰醋酸(CH₃COOH)加入蒸餾水中制成lL的溶液(5％冰醋酸溶液)。   

醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀系統組成簡圖（galvanic902型）

走紙系統

由紙帶密封盒、醋酸鉛紙帶、導紙輪、卷紙馬達和壓紙器等組成。紙帶事先用5％醋酸鉛溶液浸泡，并在無HzS條件下干燥。HzS分析儀每隔一段時間移動紙帶，以便進行連續分析。

光電檢測系統

 由樣氣室和光電檢測器組成。樣氣室的結構見下圖，樣氣經過孔隙板上的孔隙與紙帶接觸。

醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀樣氣室側視圖

光電檢測器采用一個紅色發光二極管作為光源來照射紙帶，光探頭是一個硅光敏二極管，可將紙帶的明暗程度轉化成電信號，此電信號經過傳感器放大電路放大成0～25m號。

數據處理系統

 由微處理器、數字顯示器、打印機等組成。

10.2紫外吸收法硫化氫、二氧化

紫外線氣體分析儀的原理

紫外線氣體分析儀是紫外一可見分光光度計中的一種，其分析方法屬于紫外吸收光譜法，工作原理基于朗伯一比耳定律。

朗伯一比耳定律——在公式中，是入射光強度，透射光強度，為物質在特定波長下的吸收系數。當光源、波長和樣品池厚度確定后，它們就成了常數。這時透過樣品的光強度僅與樣品中待測組分的濃度有關。紫外線氣體分析儀就是根據這一原理工作的。

紫外線氣體分析儀的主要類型及其工作原理

分光束式分析儀——其原理結構如圖所示。

分光束式紫外線氣體分析儀結構原理圖

當被測氣體通過測量室時，光源發射的紫外光照射在被測氣體上，其中某一波長的光被氣體吸收，光束被半透明半反鏡分成兩路，每一路通過一個單色器（光柵濾光器）到達檢測器。測量通道上的單色器（光柵濾光器）只讓被測氣體吸收波長的光通過，參比通道上的單色器（光柵濾光器）只讓未被氣體吸收的某一波長的光通過，測量對數放大器的輸出值與參比對數放大器的輸出值之差與被測氣體的濃度成正比。

切光濾光式分析儀——其原理結構如圖所示。由電機轉動帶動切光片交替切光，切光皮上安裝有兩個光柵濾光器，其中一個光柵濾光器只讓被測氣體組分吸收波長通過，而另一個光柵濾光器只讓未被氣體吸收的某一波長的光通過。前者作為測量光路，后者作為參比光路。檢測器接收交替變化的光波信號并將其轉變為交變的電信號，此交變電信號的振幅與被測氣體組分的濃度成正比。

切光濾光式氣體分析儀結構原理圖

雙光路濾光式分析儀——其原理結構如圖所示。光源發出的紫外光經透鏡變成平行光，再通過光柵濾光器濾波后，只讓被測氣體組分吸收波長的光和參比波長的光通過，接著由半透明半反射鏡將光束分成兩路。其中一路穿過測量室，另一路經反射鏡反射后穿過參比室。兩路光分別通過測量室和參比室，再經過各自的光柵濾光器濾波后照射到光電管上，并轉換為電信號。測量電信號和參比電信號同時、分別進入各自的對數放大器，兩個放大器輸出的電信號差值與被測氣體的濃度成正比。

雙光路濾光式氣體分析儀結構原理圖

分光式（光纖式）分析儀——分光式（光纖式）紫外線氣體分析儀采用光電二極管矩陣式接收器（PDA）作為測量原件，其工作原理見圖。它有兩種工作方式：一種是采用光纖傳輸信號，測量室可以遠離光源和檢測器；另一種是光源直接照射在測量室上，不采用光纖。光源采用氘燈或脈沖式氙燈，放出的紫外-可見光區域很寬。用透鏡或光纖射向測量室。在測量室內被測氣體吸收了一部分波長的光，從測量室出來的光經聚焦后直接或者通過光纖照射在全息光柵上，然后被反射到線性的發光二極管矩陣檢測器，檢測器的輸出信號與被測氣體的濃度有一定的關系。

分光式（光纖式）氣體分析儀結構原理圖

10.3紫外線吸收法氣體分析儀的應用

紫外線吸收法氣體分析儀主要用在克勞斯硫回收裝置中，在克勞斯硫回收裝置中，主要成分為硫化氫的酸性原料氣首先在燃燒爐內與空氣混合一起燃燒，部分硫化氫轉化為二氧化硫。然后，硫化氫和二氧化硫進入反應室，在催化劑作用下進行催化轉化反應，生成的單質硫經過冷凝和氣液分離后固化為成品，尾氣去后續處理裝置。

根據工藝的反應機理，反應后的尾氣中硫化氫與二氧化硫的比值達到2：1時，裝置的硫磺回收率高，廢氣的排放濃度低，對環境污染少。硫化氫與二氧化硫的含量取決于燃燒反應，主要受助燃空氣的影響，所以要控制尾氣中的硫化氫與二氧化硫的比值，就必須重點控制燃燒空氣的流量。這樣就形成了一個酸性氣/空氣配比控制系統。在這個系統中，由紫外線分析儀執行硫化氫與二氧化硫的濃度測量，輸出信號通過DCS與其他工藝參數組態，實現燃燒空氣流量的控制。因此，在硫磺回收裝置中，為了提高經濟效益和降低環境污染，紫外線氣體分析儀具有重要的作用。

10.4 Ametek 880-NSLH₂S／S0₂比值分析儀

Ametek(阿美特克)公司西方研究分析儀器是紫外吸收法硫化氫／二氧化硫比值分析儀的傳統生產廠家，以前生產的4620型H₂S／SO₂比值分析儀、900系列空氣定值分析儀在克勞斯硫磺回收裝置中使用較多，由于樣品處理系統復雜，故障率較高。該公司新推出的880-NSL型H₂S／SO₂比值分析儀可直接安裝在取樣管道上，取消了樣品傳輸環節，消除了樣品傳輸管路的堵塞問題。

880-NSL的系統構成和工作原理

   880-NSL比值分析儀由正壓通風的電氣箱、加熱的樣氣箱和檢測器箱三個主要部分組成。一個大口徑密封的不銹鋼管作為光路基座，它的一部分在樣氣箱內，一部分在檢測器箱內并與樣氣箱連通，檢測器箱與樣氣箱之間由石英玻璃窗在管內隔離。

880-NSL分析儀的心臟部分是一個多波長、無散射的紫外分光光譜儀，其原理結構圖如下;

880-NSL型紫外分光光譜儀的原理結構圖

它測量四路互不干涉的紫外光吸收率，其中三路分別測量硫化氫、二氧化硫和硫蒸氣的濃度，第四路波長作為參比基準，以補償和修正由于石英窗不干凈、光強變化和其他干擾對測量精度的影響。在880-NSL中，一束由氙燈發出的紫外閃爍光能通過樣氣室后再進入檢測器。儀器完成一系列計算，包括把測量吸收率轉換成H₂S和SO₂的濃度，H₂S和SO₂的測量值由背景硫蒸氣吸收率、樣氣溫度和樣氣壓力所修正。

   該儀器光電檢測器中有四個硅光電二極管，每個二極管前都有特定波長的濾光片。在測量周期內，各光電二極管檢測到的紫外光能量轉換成一個成比例的電流信號，隨即被累積成各自的總電流。然后，每個電流信號再轉換成電壓信號，輸入到對數放大器，并修正分析器通道的零位偏移。放大后的模擬信號(-5～5VDC)與在光電管測量波長的吸收率數值成比例。后，每個原始吸收率數據都從檢測器板送到控制器主板進行處理。四個信號中的三個是232nm、280nm、254nm的測量信號，分別對應H₂S、S0₂、硫蒸氣的特征吸收波長，另一個是400nm的參比信號。

   在硫磺回收工藝流程的尾氣中，氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、氬和水是不吸收紫外線的，只有羰基硫(COS)、二硫化碳(CS₂)和硫蒸氣是影響測量的潛在干擾因素。CS₂在280nm波長時，吸收系數是SO₂的1／200，在232nm波長時，吸收系數是H₂S的1／l00。因此，CS₂的干擾可不考慮。COS在280nm時沒有吸收，但在232nm波長處吸收系數為H2S的一半。所以樣品中的COS會給H₂S的測量結果帶來正的偏差。如果工藝操作正常，樣品中的COS含量不會超過0.05％，對測量結果影響不大。

   硫蒸氣對H₂S的干擾是對SO₂干擾的2倍。當尾氣中H₂S／SO₂比值等于2：1時，硫蒸氣對比值的干擾可以忽略。但在實際的裝置運行中，通常比值會偏離2：1，硫蒸氣的存在會對測量結果造成影響。在880-NSL尾氣分析儀中，專門設置了測量硫蒸氣的光路，從而解決了硫蒸氣的干擾問題。

880-NSL中的取樣和樣品處理

尾氣中的硫磺呈霧狀存在，一旦進入分析器，將污染樣品室，甚至堵塞測量管路。所以要采取措施，包括把取樣點設在工藝管道頂部，取樣閥盡量靠近取樣點，取樣管路和閥門采用蒸汽加熱保溫，閥后要設置除霧器等。

儀器直接插在工藝管道上。正常采樣測量時，在儀表空氣驅動的抽吸器作用下，樣氣經進樣閥、除霧器到測量室，然后從抽吸器經樣品返回閥返回工藝管道。當儀器調零、校驗或進行自動吹掃時，三通電磁閥SVl切斷到抽吸器的動力氣源，吹掃空氣在進入測量室前分成兩路：一路經除霧器、樣品進口閥反吹進樣管路；另一路吹掃測量室、抽吸器和樣品返回閥，此時儀器樣品通路沒有進樣。除霧器的原理是利用冷的儀表空氣對除霧器局部降溫(冷卻到129℃)，使飽和硫蒸氣冷凝成液態硫，在重力作用下自動返回工藝管道，然后再將樣品升溫至143～160℃，這樣，送入后續的測量室等部件時就不會產生硫的冷凝現象，確保后面的樣品管路通暢。

反吹介質有空氣和蒸汽兩種。在一般情況下由空氣反吹，反吹是自動進行的。當氣樣中有氨氣存在時，會和二氧化碳反應生成銨鹽，銨鹽會堵塞反吹回路，再用空氣反吹不起作用，只能采用蒸汽反吹，蒸汽的水解作用可以清除氨鹽。

880-NSL型H₂S／S0₂比值分析儀氣路圖

880-NSL的特點

   ①具有四路單獨的硅光電二極管檢測系統，可同時測量H₂S、SO₂、硫蒸氣和參比氣，檢測器中配有高精度濾光器，可使四路獨立測量。

   ②光源采用壽命氙燈，使用壽命超過5年。

   ③采用了小容量氣室，響應速度快(T₉₀<10s)，有利于閉環控制，同時也減少硫和氨的污染

④儀器配有校準濾光鏡，儀器校準不需要標準氣。   

⑤無可移動和傳動部件，日常維護工作量小。

   ⑥分析儀直接安裝在工藝管道上，沒有樣氣傳輸管線，避免了傳輸管線堵塞帶來的麻煩和維護工作量。

   ⑦分析儀中裝有除霧器，可以除掉樣氣中夾帶的硫霧，同時降低硫蒸氣的壓力，以避免氣樣中硫磺冷凝并呈液態析出。

   ⑧配備有完善的反吹系統，可有效防止管路堵塞，減輕樣品對光學系統的污染。

880-NSL型H₂S／SO₂比值分析儀的系統構成

880_一NSL的主要性能指標

   測量范圍：H₂S0～2％(可調)；S0₂ 0～1％(可調)   測量精度：±2％FS

   靈敏度：±0.5％FS   線性誤差：±0.6％FS   重復性誤差：±1％FS   響應時間：測量90％小于3s，系統90％小于10～15s    ．

   樣氣流量：2 L／min

   環境溫度：-20～50℃

   公用設施：供電(120／230±10％)VAC，47～63Hz，功耗720W

儀表空氣490～700kPa   蒸汽385～420kPa

880-NSL的啟動和校準

儀器啟動步驟如下：

①接通儀表空氣并調整其壓力；

②用空氣吹掃電氣箱；

③接通電源；

④開啟樣品人口閥與樣品返回閥；

⑤依次進行特殊吹掃、吹掃調零和樣品吹掃；

⑥調整抽吸器空氣閥，保持適當壓力差以提供足夠樣品流量，進入跟蹤樣品周期；

⑦恒溫約lh后，儀器正常工作，輸出實時測量結果。

儀器的校準有兩項內容：零位與量程。

在校準零位時，以一種非吸收物質(通常為儀表空氣)吹掃樣品池，并測量每個通道的偏移值，然后儲存在存儲器內，直到下次校零前均用此數來校正每個光電管的零吸收率。量程校準時，樣品池仍在校零狀態，將校準濾光片插入光路，測量和顯示吸收率的數值，并調整到標準值。

880-NSL使用維護注意事項

   ①因接觸樣品的管道和閥門都是采用夾套保溫的，所以要保持蒸汽的暢通。要經常檢查蒸汽壓力與溫度是否符合規定，保證樣品氣體的溫度不低于129℃，否則會引起硫蒸氣冷凝而堵塞工藝管道，中斷系統工作。

   ②進入噴射器的儀表空氣要保持暢通，并具有足夠壓力，以便產生足夠的真空度，保證樣品正常循環。

   ③樣品室的石英窗、光路上的濾光片、光電管等元件要保證吹掃空氣質量，從而保持光學表面清潔，并驅除其他光路上的吸光物質。

   ④在裝置正常操作時，樣品系統中存在致命濃度的H₂S和其他混合氣體，因此維修前必須用零位氣體吹掃樣品管后與工藝流程隔離。必要時使用呼吸器。

   ⑤因紫外線對眼睛有害，應避免直接注視穿過光源燈末端窗口發出的光線，必要時戴上防護眼鏡。

   ⑥如果維修時要接觸電子電路板，不要讓其遭受靜電放電。

   ⑦電子線路板或靜電敏感部位，儲存租運輸時應放在靜電屏蔽的包裝箱內。 

⑧接觸光源燈及透光窗時，不要觸摸光學表面，以免手指上的油吸收紫外線。