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奥式气体分析仪由 Orsato在 1874年发明，是历史最悠久的气体分析仪器之一。其基本原理是依靠多种吸收剂吸收混合气体中不同组分的气体，然后测量气体样本体积每次的减少量判断所吸收组分的含量，从而求得该组分气体浓度 [3] 。最早的奥式气体分析仪只用于检测CO 2 在样本中的浓度，经过不断发展与改良，此类设备已经可以同时检测气体样本中的多种组分气体含量了。奥式气体分析仪主要由量气瓶、吸收瓶和燃烧管组成，吸收瓶通过化学吸收的方法实现混合气体中的组分分离，燃烧管通过燃烧的方式去除可燃的氢气和饱和烃气体。
现代奥式气体分析仪原理上并没有变化但增加了许多电控组件，纯手动操作、观测的旧式仪器在部分高校和工厂的实验室依然可以看到。本章还是以手动操作的奥式气体分析仪为例对其工作原理进行讨论。
量气瓶是奥式气体分析仪器的重要组成部分，在一次分析中需要多次用到，其测量的准确性会直接影响仪器性能。常用的有单管量气管以及复式量气管（图3-3），两种量气管都由量管和基准瓶构成，区别在于前者的量管仅由一个带刻度的细直玻璃管构成，由于长度与直径的限制只适用于少量气体的体积测量，而复式量气管则由细直玻璃管和包含多个定容积储气玻璃球的容气筒组成，结构更加复杂但能够测量总量较多的气体样本。基准瓶内注入封闭液，瓶底端由软管和玻璃量管底端相连，顶端与大气相通，使用时通过调节基准瓶的水平位置实现对气路中样本气体的吸收与放出，当基准瓶内液面低于量管液面时气体样本由吸收气路抽出进入量管，逐渐调整基准瓶位置使瓶内液面与量管液面平齐就可以进行读数。单管量气管只需在基准瓶与量管中的液面平齐时进行读数，而采用复式量气管时先用图3-3（b）左侧复式玻璃量管容气筒进行储气，无法充满一个定容积玻璃球的剩余气体用右边带刻度的量管进行测量。
图3-3 量气管
奥式气体分析仪的常用吸收剂以及对应的有效气体可以参考第2章中所讨论的内容，其常用的吸收剂及制备方式如下：
（1）KOH溶液吸收剂，用于吸收气体样本中的 CO 2 ，通常采用质量比为 33%的 KOH溶液，配制方法是用1份质量的KOH溶解在2份质量的水中。
（2）焦性没食子酸碱性溶液吸收剂，用于吸收气体样本中的O 2 ，采用焦性没食子酸溶液和33%的KOH溶液按照1:2的体积比进行配制。
（3）H 2 SO 4 吸收剂，10%左右硫酸溶液用于吸收NH 3 、NO，而浓硫酸常被用来做干燥剂去除水分。
（4）饱和溴水溶液吸收剂，用于吸收不饱和烃气体组分。
（5）氯化亚铜氨溶液吸收剂，用于吸收CO气体，配制方法是NH 4 Cl、Cu 2 Cl 2 、水按照5:4:15的质量比配制溶液后再加入体积比为1:8的氨水。
奥式气体分析仪的燃烧管用于去除样本气体中的可燃组分，常用的燃烧管有两种：
（1）氧化铜燃烧管。氧化铜颗粒作为氧化剂在加热的条件下（280℃），可以在无氧气的背景下吸收气体组分中的H 2 生成水和铜金属。由于气体样本体积对温度变化非常敏感，在多次通入燃烧管充分吸收后需要冷却到室温再进行体积测量。
（2）铂丝燃烧管。铂丝燃烧管内通过对铂金属丝加热促使气体组分中的饱和烃成分与加入的 N 2 、O 2 混合物反应实现对饱和烃成分的吸收。由于奥式分析仪通过体积变化实现组分浓度检测，而铂丝燃烧管的本质是通过饱和烃与O 2 的燃烧进行工作的，加入反应的气体量和成分必须已知，燃烧生成副产品水蒸气和 CO 2 以及多余的 O 2 也需要完全消除才能保证最后检测结果的准确性。因此必须多次进行气体体积测量，并用吸收管对样本中的CO 2 、O 2 重复吸收才能正确测量。
奥式气体分析仪的基本结构如图 3-4所示，仪器主体由量气管、吸收瓶和燃烧管构成，各主要部件之间由带有多个阀门的气路相连接，通过控制阀门的开关以及调整基准瓶的高度使样本气体在各个吸收瓶与量气瓶间流动，实现对混合气体样本中组分的逐个吸收以及在各个步骤中对气体体积的检测。
下面以煤气为分析对象，通过实验说明奥式气体分析仪的基本使用方法。燃料煤气是由煤炭干馏工艺得到的，其主要成分是 H 2 、饱和烃（以CH 4 为主）、不饱和烃（以C 2 H 4 为主）、CO、CO 2 、N 2 [4] ，因此选择饱和溴水、KOH溶液、氯化亚铜氨溶液、氧化铜燃烧管和铂丝燃烧管进行分组分吸收，同时接入焦性没食子酸碱性溶液和H 2 SO 4 溶液作为辅助吸收剂，消除分析过程中出现的干扰物质。
图3-4 奥式气体分析仪的基本结构
使用前需要对吸收瓶、量气管和连接气路进行清洗、干燥，然后加入吸收剂和封闭液，连接气路并检查整个实验系统的气密性。在气密性确认以后，打开样本气体与量气管间的连接阀门，放低基准瓶的位置，通过量气管内封闭液面的下降将样本气体吸入实验系统，通过观察量气管内液面对应的刻度确定引入样本气体总量。
由于吸收不饱和烃和 CO时气路中会混入溴蒸气和氨气影响实验结果，因此先对 CO 2 进行吸收。打开量气管和 KOH吸收瓶与气路相连的阀门并确保其他阀门是封闭的，抬高基准瓶的高度用封闭液将量气管中的样本气体压入 KOH吸收瓶。吸收后降低基准瓶的高度，再将样本气体抽回量气瓶并进行读数。为保证吸收完全，要将上述过程重复多次直至相邻两次读数间没有显著变化为止。此时所剩气体量与样本气体总量之差即为CO 2 在样本中所占体积。
H 2 和饱和烃难以被吸收剂吸收，需要用燃烧管进行分离，而CO和不饱和烃在燃烧管内也会产生消耗，因此需要在吸收阶段将 CO和不饱和烃去除。依次采用对应吸收剂吸收不饱和烃及 CO并通过量气管读数得到其所占体积。需要注意的是，在饱和溴水吸收不饱和烃时气路中会不可避免地混入溴蒸气。为保证读数准确，需要将吸收后气体压入 KOH去除溴蒸气。在用氯化亚铜氨溶液吸收CO时会产生少量氨气，也需要用H 2 SO 4 溶液等酸性吸收剂再次处理。
3.3.1节已经介绍，氧化铜燃烧管可以去除气体样本中的 H 2 ，氧化铜在加热催化的条件下可以与H 2 发生氧化还原反应生成水与金属铜，这一过程在温度得到控制（氧化铜在280℃条件下可以与H 2 反应）且没有氧气混入的情况下不会影响到饱和烃组分，因此有时会在进入燃烧管阶段前对氧气先进行滤除。
铂丝燃烧管与氧化铜燃烧管的原理不同。铂金属丝通过加热促使气体中的可燃成分与氧气混合燃烧实现去除此类气体的目的。在使用时先向量气管中加入定量的 O 2 和 N 2 （O 2 、N 2 体积比为 1:3）混合物，与剩余气体混合后压入铂金燃烧管，通过铂丝通电加温使饱和烃与O 2 充分反应生成水和 CO 2 ，这一过程也需要反复操作直至反应完全，然后将反应后的气体逐次导入KOH和焦性没食子酸碱溶液去除新生成的CO 2 和多余的O 2 。样本中剩余的气体即为 N 2 ，在计算样本中的 N 2 体积时需要用剩余气体量减去饱和烃燃烧时加入的N 2 量。