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【環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)】VOCs分析儀，VOCs監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

2019-03-06 11:18:13 admin
大部分揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)屬于易燃易爆品，部分有毒甚至劇毒，并且可以通過(guò)反應(yīng)生成PM2.5和臭氧等大氣污染物，及時(shí)檢測(cè)出VOCs的濃度能夠有效減少爆炸事件的發(fā)生和降低其對(duì)大氣的污染程度。
國(guó)內(nèi)常用VOCs檢測(cè)方法主要有氣相色譜-火焰離子化檢測(cè)法（GC-FID）、傅里葉紅外法（FTIR）、光離子化檢測(cè)法（PID）等。
石化行業(yè)VOCs檢測(cè)儀指南
《石化企業(yè)泄漏檢測(cè)與修復(fù)工作指南》適用于石油煉制工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)開(kāi)展設(shè)備、密封點(diǎn)揮發(fā)性有機(jī)物泄漏檢測(cè)與修復(fù)工作。
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定開(kāi)展LDAR應(yīng)配備氫火焰離子化檢測(cè)儀，結(jié)合企業(yè)受控密封點(diǎn)類別及相應(yīng)的數(shù)量配置檢測(cè)儀數(shù)量，并且規(guī)定儀器量程及分辨率、采樣流程及探頭應(yīng)符合HJ733的規(guī)定。
而在2015年初頒布的《HJ733-2014泄漏和敞開(kāi)液面排放的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》中儀器檢測(cè)器類型包括火焰離子化檢測(cè)器、光離子化檢測(cè)器和紅外吸收檢測(cè)器等，也可以是其它類型的檢測(cè)器。
一、氣相色譜
組成：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、檢測(cè)記錄系統(tǒng)。
【環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)】VOCs分析儀，VOCs監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理
組分能否分開(kāi)，關(guān)鍵在于色譜柱；分離后組分能否鑒定出來(lái)則在于檢測(cè)器，所以分離系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)是儀器的核心。
1.色譜柱
氣相色譜柱有多種類型，按照色譜柱內(nèi)徑的大小和長(zhǎng)度，可分為填充柱和毛細(xì)管柱：填充柱的內(nèi)徑在2-4mm，長(zhǎng)度為1-10m左右，毛細(xì)管柱內(nèi)徑在0.2-0.5mm，長(zhǎng)度一般在25-100m。
2.檢測(cè)器
●熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）：
基于不同物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)，幾乎對(duì)所有VOCs都有響應(yīng)，可以檢測(cè)各種VOCs，且樣品不被破壞，但靈敏度相對(duì)較低。
●氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）： 
利用有機(jī)物在氫火焰的作用下化學(xué)電離而形成離子流，借測(cè)定離子流強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。
檢測(cè)時(shí)樣品被破壞，一般只能檢測(cè)那些在氫火焰中燃燒產(chǎn)生大量碳正離子的有機(jī)化合物。
●電子捕獲檢測(cè)器（ECD）：
利用電負(fù)性物質(zhì)捕獲電子的能力，通過(guò)測(cè)定電子流進(jìn)行檢測(cè)。ECD具有靈敏度高、選擇性好，是目前分析痕量電負(fù)性有機(jī)化合物最有效的檢測(cè)器。
●火焰光度檢測(cè)器（FPD）： 
對(duì)含硫和含磷的化合物有比較高的靈敏度和選擇性，當(dāng)含磷和含硫物質(zhì)在富氫火焰中燃燒時(shí)，分別發(fā)射具有特征的光譜，透過(guò)干涉濾光片，用光電倍增管測(cè)量特征光的強(qiáng)度。
●質(zhì)譜檢測(cè)器（MSD）：  
采用高速電子撞擊氣態(tài)分子或原子，將電離后的正離子加速導(dǎo)入質(zhì)量分析器中，按質(zhì)荷比（m/z）的大小順序進(jìn)行收集和記錄，是一種質(zhì)量型、通用型檢測(cè)器。
檢測(cè)原理
VOCs進(jìn)入汽化室后被即載氣帶入色譜柱，柱內(nèi)含有液體或固體固定相，由于樣品中各組分的沸點(diǎn)、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向于在流動(dòng)相和固定相之間形成分配或吸附平衡。
由于載氣的流動(dòng)，使樣品組分在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行反復(fù)多次的分配或吸附/解吸附，在載氣中濃度大的組分先流出色譜柱，當(dāng)組分流出色譜柱后，立即進(jìn)入檢測(cè)器。
檢測(cè)器能夠?qū)悠方M分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)的大小與被測(cè)組分的量或濃度成正比，電信號(hào)被放大記錄形成氣相色譜圖。
用途
氣相色譜可以分析VOCs的種類及含量。
二、PID檢測(cè)器
檢測(cè)原理:
使用紫外燈（UV）光源將有機(jī)物分子電離成可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子（離子化）。檢測(cè)器捕捉到離子化了的氣體的正負(fù)電荷幵將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)氣體濃度的測(cè)量。
氣體離子在檢測(cè)器的電極上被檢測(cè)后，很快會(huì)電子結(jié)合重新組成原來(lái)的氣體和蒸汽分子。PID 是一種非破壞性檢測(cè)器，它不會(huì)改變待測(cè)氣體分子?？梢詫?shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。
可測(cè)VOCs
● 芳香類：含有苯環(huán)的系列化合物，比如：苯、甲苯、乙苯、二甲苯等；
● 酮類和醛類：含有C=O 鍵的化合物。比如：丙酮、丁酮(MEK)、甲醛、乙醛等；
● 胺類和氨基化合物：含N的碳?xì)浠衔铩１热纾憾野返龋?/span>
● 鹵代烴類：如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等；
● 含硫有機(jī)物：甲硫醇、硫化物等；
● 不飽和烴類：丁二烯、異丁烯等；
● 飽和烴類：丁烷、辛烷等；
● 醇類：異丙醇(IPA)、乙醇等。
選擇性和靈敏性
PID可以非常精確和靈敏地檢測(cè)出PPM級(jí)的VOCs，但是不能用來(lái)定性區(qū)分不同化合物。
使用PID時(shí)特別要注意校正系數(shù)(CF，也稱之為響應(yīng)系數(shù))，它們代表了用PID測(cè)量特定某種VOCs氣體的靈敏度，它用在當(dāng)以一種氣體校正PID后，通過(guò)CF可以直接得到另一種氣體的濃度，從而減少了準(zhǔn)備很多種標(biāo)氣的麻煩。
用途:
●初始個(gè)人防護(hù)確定
● 泄漏檢測(cè)
● 事故區(qū)域確認(rèn)
● 泄漏物確認(rèn)
● 清除污染
三、差分光學(xué)吸收光譜儀
檢測(cè)原理:
基于痕量VOCs氣體成份對(duì)光輻射（紫外/可見(jiàn)）的“指紋”特征吸收，實(shí)現(xiàn)定性和定量測(cè)量，可同時(shí)測(cè)量多種氣體成份。 
優(yōu)點(diǎn)
●  測(cè)量精度高，檢測(cè)下限低；
●  非接觸測(cè)量，不改變被測(cè)氣體的性質(zhì)和濃度；
●  可實(shí)時(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)期運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低；
●  可同時(shí)監(jiān)測(cè)多種污染氣體；
●  遠(yuǎn)距離遙測(cè)、監(jiān)測(cè)范圍廣，數(shù)據(jù)具有代表性 。
應(yīng)用:
以其高分辨率和高精度并可同時(shí)對(duì)多種氣體進(jìn)行測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，排放源氣體監(jiān)測(cè)等場(chǎng)合。
四、紅外吸收檢測(cè)儀
傅里葉紅外多組分氣體分析儀（開(kāi)放式)
檢測(cè)原理:
儀器通過(guò)對(duì)大氣痕量氣體成分的紅外輻射 “指紋” 特征吸收光譜測(cè)量與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)多組分氣體的定性和定量在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
其工作原理為光譜儀的光學(xué)鏡頭接收來(lái)自紅外光源發(fā)射的紅外輻射，輻射的紅外線在開(kāi)放或密閉的空氣中傳播.
光譜儀接收到的紅外輻射后，經(jīng)由干涉儀的調(diào)制被紅外探測(cè)器檢測(cè)，再由光譜儀的電子學(xué)部件和相應(yīng)數(shù)據(jù)處理模塊完成干涉圖的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，并通過(guò)傅里葉變換，將干涉圖轉(zhuǎn)換成紅外光譜。
【環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)】VOCs分析儀，VOCs監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理
優(yōu)點(diǎn):
可以定量和定性分析，測(cè)定快速、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡(jiǎn)便、分析靈敏度較高。
五、激光檢測(cè)儀
檢測(cè)原理:
采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TDLAS）氣體分析技術(shù)。與傳統(tǒng)紅外光譜技術(shù)相同，TDLAS 氣體分析技術(shù)本質(zhì)上是一種吸收光譜技術(shù)，通過(guò)分析所測(cè)光束被氣體的選擇吸收獲得氣體濃度。
但與傳統(tǒng)紅外光譜技術(shù)不同，TDLAS 氣體分析技術(shù)采用的半導(dǎo)體激光光源的光譜寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬。
因此，TDLAS 技術(shù)具有非常高的光譜分辨率，可以對(duì)某一特定氣體的吸收譜線（常被稱為單線光譜分析技術(shù)）進(jìn)行分析獲得被測(cè)氣體濃度。 
優(yōu)點(diǎn):
TDLAS技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)等特點(diǎn)，利用波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)在 1 s 的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)限可達(dá)到ppm級(jí)甚至ppb 級(jí)；同時(shí)可以在高溫、高壓、高粉塵及強(qiáng)腐蝕環(huán)境下測(cè)量，因此成為了惡劣條件下氣體污染物在線監(jiān)測(cè)的首要選擇。
不足:
目前國(guó)內(nèi)外TDLAS技術(shù)大部分還只限于在線監(jiān)測(cè)N2、 O2、CO2 以及CH4、甲醇、乙醇、甲醛等低分子量物質(zhì)，對(duì)空氣中其它危害性較大的痕量 VOCs 成分的選擇性監(jiān)測(cè)存在一定的困難。
VOCs檢測(cè)儀對(duì)比:
GC-FID檢測(cè)技術(shù)對(duì)大部分VOCs成分均有響應(yīng)，并且是等碳響應(yīng)，適合用于VOCs總量監(jiān)測(cè)，也可通過(guò)更換色譜柱材料等方式實(shí)現(xiàn)特征成分的檢測(cè)。
FTIR檢測(cè)技術(shù)因其光譜范圍寬，可同時(shí)檢測(cè)多種VOCs特征成分含量，響應(yīng)速度快。
PID檢測(cè)器對(duì)低碳飽和烴響應(yīng)較弱，且響應(yīng)因子不一致，檢測(cè)器表面易受污染，不適合用于污染源VOCs在線監(jiān)測(cè)。
依據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)“Method25A”和歐洲標(biāo)準(zhǔn)“EN 12619”的技術(shù)要求，規(guī)定固定污染源VOCs在線監(jiān)測(cè)應(yīng)采用GC-FID檢測(cè)技術(shù)，采樣探頭、樣品輸送管路和分析儀中樣品管路應(yīng)采用120℃以上高溫伴熱，應(yīng)選用抗腐蝕和惰性化的材料，以減少樣品吸附。
 


  
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