混合气体

两种以上组分超过规范的气体

混合气体 gas mixture，是指含有两种或两种以上有效组份，或虽属非有效组份但其含量超过规定限量的气体。

定义

几种气体组成的混合物，是工程上常用的工质。混合气体通常被当作理想气体研究。

道尔顿分压定律　混合气体的总压力p等于其中各组成气体分压力之和。而每一组成气体的分压力，是在混合气体的温度下该组成气体单独占据混合气体总容积时所具有的压力。这一定律的数学表示式为

p=p1+p2+…=∑pi

成分

混合气体的性质取决于组成气体的种类和成分。混合气体的成分有3种表示方法。

①容积成分：组成气体的分容积与混合气体的总容积之比，用ri表示

所谓分容积是指该组成气体在混合气体的温度和总压力下单独占有的容积。

②质量成分：组成气体的质量与混合气体的总质量之比，用wi表示

③摩尔成分：摩尔是物质的量单位。若一系统中所包含的基本单元（可以是原子、分子、离子、电子或其他粒子）数与0.012千克碳－12原子数目相等,则该系统的物质的量为 1摩尔。组成气体的摩尔数与混合气体的总摩尔数之比，用xi表示

检测

将混合气体看成一种纯物质时，常使用折合摩尔质量Μ和折合气体常数R混合气体的密度等于各组成气体在混合气体的总压力和温度下之密度与其容积成分的乘积之和，即

对于气体浓度进行检测有很多不同的方法，其中应用广泛的一些方法如下：

（1）电化学法：利用材料的电阻或电导率等电学参量随气体浓度的变化而改变来制作气体传感器。将阴阳两个电极同时插入电解液中，通过反应使得电子发生转移，进而产生电流变化，反应浓度相关信息。

（2）固态气体法：用加热器将制备成珠状或者薄片状的金属氧化物进行加温，氧气在它们的表面集聚，改变了电阻值，反应浓度信息的改变。

（3）催化性可燃气体：电阻值随着螺丝圈上的温度变化而变化，反应相关浓度信息，破坏电桥平衡，以电信号的形式表现出来。

（4）红外吸收方法：以朗伯比尔定律为基础，通过气体特征吸收方式来表示浓度相关信息。

红外混合气体检测已广泛应用于诸多领域，包括大气化学分析、工业过程控制、农业生产管理，城市环境质量检测、生命科学研究等。

在基于红外光谱技术的混合气体检测中，光学复用结构是检测系统的核心部分，它既是红外光传播的媒介，又是气体吸收红外光能的主要场所。根据光能变换过程的差别，可以将红外光谱检测技术分为两种：直接检测和间接检测。NDIR光谱技术中采用宽带光源，通过选择不同中心波长和带宽的滤光元件得到与气体吸收特性匹配的近似单色光，然后直接被探测器探测。

探测器通常集成了滤光元件，包括作用通道和参考通道，作用通道输出的信号分别与参考信号进行一定的运算，以消除光源、探测器不稳定以及外界干扰等因素带来的影响。光源的选择与控制、滤光元件参数的选取以及光源与探测器的匹配程度等问题，在NDIR光谱技术中都是值得深入研究的。Danilova等在实验中已经证明，适当降低驱动电流脉冲占空比可以提高光源发光效率。而合理选取滤光元件，有利于确定气体吸收的最优参数。为了避免红外热光源在调制频率较低（小于10Hz）的情况下带来的1/f噪声，选取高调制频率的LED光源和具有低时间常数的探测器，可以提高整个系统的检测速度，降低噪声。

案例

常见的混合气体

干燥空气：21%氧气和79%氮气的混合气体

二氧化碳混合气体：2.5%二氧化碳+27.5%氮气+70%氦气

准分子激光混合气体：0.103%氟气+氩气+氖气+氦气混合气体

焊接混合气体：70%氦气+30%氩气混合气体

高效节能灯泡填充混合气体：50%氪气+50%氩气混合气体

分娩镇痛混合气体：50%笑气+50%氧气混合气体

血液分析混合气体：5%二氧化碳+20%氧气+75%氮气混合气体

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