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固定污染源VOC檢測技術(shù)

來源:申貝科學儀器(蘇州)有限公司   2023年05月21日 19:40  

VOC常見的檢測方法包括氣相色譜(GC)、氣相色譜—質(zhì)譜法(GC-MS)、、高效液相色譜法(HPLC)、熒光分光光度法、傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)等,此外還有反射干涉光譜法、離線超臨界流體萃取 GC-MS 法和脈沖放電檢測器法等,其中應(yīng)用最多的是 GC 和 GC-MS 法。


1. GC–FID 氫火焰離子化法


1.1 檢測原理:被檢測VOC氣體在流經(jīng) H2 與空氣的高溫氫火焰中燃燒時,發(fā)生高溫電離,反應(yīng)產(chǎn)生的電子在電場的作用下被收集,形成微弱的電離電流,電流強度與被測組分的濃度成正比,從而對待測樣品 VOC進行判斷。該技術(shù)對于各類組分的 VOCs 氣體都能響應(yīng),尤其對碳氫或碳揮發(fā)性有機物具有的靈敏度,因而多用于此類 VOC廢氣的監(jiān)測中。但 FID 體積及重量通常較大,且須 H2 作為輔助而危險性高,且 VOC廢氣中的氣態(tài)水、O2 以及 N、O 以及鹵素原子等的存在往往會使監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)誤差。

1.2 工作原理:采樣探頭負責煙氣采樣,內(nèi)置陶瓷濾芯用于過濾煙氣中的粉塵,伴隨管線高溫伴熱避免煙氣中水蒸氣冷凝,溫壓流用于測量煙囪或煙道內(nèi)煙氣的溫度、壓力和流 速。溫度儀用于測量煙囪或煙道內(nèi)煙氣的濕度,控制機柜內(nèi)置控制單元,工控機、加熱盒、高溫泵等。標氣用于校準分析儀表,零氣發(fā)生器、氫氣發(fā)生器、高純氮氣瓶提供氣源??諌簷C 產(chǎn)生壓縮空氣,用于對伴熱管線、采樣探頭、溫壓流進行定期反吹。

1.1檢測范圍:檢測廢氣中的甲烷、總烴、非甲烷總烴、低碳酵酮、苯系物(苯、甲苯、二甲苯、乙苯、異丙苯等)和部分鹵代烴類等氣體有機污染物,以及廢氣的濕度、溫度、 壓力、流速等參數(shù)。

1.3 特點與特色:

1. 氣相色譜/火焰離子化檢測法(GC+FID)是認可VOC檢測標準方法。具有高精確度,高靈敏度和高穩(wěn)定性的特點,運行穩(wěn)定可靠,維護簡便,適合復(fù)雜苛刻環(huán)境條件的工業(yè)廢氣中揮發(fā)性有機物的在線分析和監(jiān)測;

2.系統(tǒng)可監(jiān)測總烴、非甲烷總烴、苯系物、酮類、烯烴、醇類等多種有機廢氣,可滿足 不同客戶的監(jiān)測需求;

3.FID 檢測器具有自動點火功能,火焰熄滅后自動點火,安全可靠,超溫自動保護功能, 避免器件的損壞,可靠穩(wěn)定的色譜部件和氣路設(shè)計。使用經(jīng) Silcosteel 處理氣路管路,大大降低了氣體樣品在管壁內(nèi)的吸附殘留。

1.4 應(yīng)用范圍:

石油煉制與石油化學、醫(yī)藥制造、涂料與油墨制造、橡膠制品制造、塑料制品制造、黑色金屬冶煉、電子工業(yè)、印刷行業(yè)、汽車表面涂裝、家具表面涂裝、其他 表面涂裝、其他 VOCs 排放行業(yè)。

2.氣相色譜/火焰光度檢測器法(GC+FPD)

2.1 FPD 檢測機理

FPD 是根據(jù)硫、磷化物在富氫火焰中燃燒時,發(fā)射出波長分別為 394nm 和 526nm 特征光的原理而制成的,它主要利用以下 3 個條件來達到檢測之目的。

1. 富氫火焰:檢測器中有富氫火焰存在,為含硫、磷的有機化合物提供了燃燒和激發(fā)的 基本條件。

2. 特征波長:樣品在富氫火焰中燃燒時,含硫有機物和含磷有機物能發(fā)射出其波長的特征光。

3. 光電轉(zhuǎn)換:檢測器設(shè)有濾光片和光電倍增管,通過濾光片選擇后光電倍增管把光轉(zhuǎn)換 成電信號。

2.2 基本構(gòu)造

FPD 主要由火焰噴嘴、濾光片和光電倍增管等三部分所組成,其燃燒室與氫焰檢測器燃燒室的構(gòu)造很相似,若經(jīng)適當改進并在噴嘴上方加裝收集極,也許又可作氫焰檢測器使用。

2.3檢測過程

FPD 的檢測過程如下:GC 柱后流出的載氣與空氣和氫氣混合后經(jīng)噴嘴流出,在噴嘴上燃燒。當柱后流出的樣品組分與載氣一道進入此富氫火焰燃燒時,硫、磷化合物發(fā)出其特征光。 含磷有機物以 HPO 碎片的形式發(fā)射其特征光,含硫有機物以激發(fā)態(tài) S2 分子的形式發(fā)射其特征光。磷化物用 526nm 的濾光片進行選擇;硫化物可用 394nm 或 384nm 的濾光片進行選擇。光電倍增管把所濾過的光轉(zhuǎn)換成電信號,此電信送至微電流放大器放大后輸至記錄設(shè)備(記錄儀、色譜數(shù)據(jù)處理機或色譜工作站等),進行數(shù)據(jù)處理、圖象顯示、打印圖譜和打印分析結(jié)果等。

2.4 特點與特征

1. FPD 屬于專用型微分檢測器,對含硫、磷的化合物有很高的靈敏度。FPD 的最小檢出量達 10-11g,線性范圍:有機磷可達 104;硫化物則不是線性關(guān)系,用雙對數(shù)作圖其線性范圍為 102。

2. FPD 必須是富氫火焰,氧氣與氫氣流速之比在 0.2~0.5 范圍可獲得高靈敏度。

3. 各種氣體的實用流速、溫度對檢測靈敏度影響較大。例如測磷測時流速:氫氣 160~180mL/min,空氣 150~200 mL/min,氮氣 40~80mL/min;測硫時流速:氮氣流速為 90~100 mL/min 時其靈敏度較高;檢測室過高使測硫時檢測靈敏度下降。實用流速與儀器型號、樣品種類以及其他操作條件和分析要求等有關(guān),故應(yīng)根據(jù)具體情況來確定它們的流速。

4. 氣相色譜/火焰光度檢測器法在石油化工、環(huán)境保護、食品衛(wèi)生、生物化學等分析領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

3.氣相色譜光離子化(GC-PID)分析法

3.1 工作原理:

1. PID (光電離檢測器)由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成,在離子室有正負電極,形成電場,紫外燈產(chǎn)生高能紫外光。有機氣體流入測量池(離子室)后,在紫外光源的激發(fā)下 會離子化,被離子化的微?!八槠睅в姓撾姾桑瑥亩趦蓚€電極之間產(chǎn)生電流信號,該電流與氣體濃 度線性相關(guān)根據(jù)待測氣體濃度與電流信號的線性關(guān)系計算得出待測氣體濃度。PID 是一種非破壞性檢測器,離子被檢測后可重新復(fù)合成為原來的氣體分子。PID 檢測器響應(yīng)快、靈敏度高且無須 H2、空氣做輔助,同時攜帶較為方便,因而在現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測、室內(nèi)監(jiān)測以及危險氣體預(yù)警等方面十分適用。但受紫外燈能量的限制,使得部分種類的VOCs 氣體(例如短鏈烷烴類)的響應(yīng)慢,甚至檢測不到。

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2. 氣相色譜(GC)一般由氣路系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、檢測記錄系統(tǒng)組成。色譜柱是組分能否分開的關(guān)鍵;色譜柱按照柱內(nèi)徑的大小和長度,可分為填充柱和毛細 管柱。填充柱的內(nèi)徑在 2~4mm,長度為 1~10m 左右,毛細管柱內(nèi)徑在 0.2~0.5mm,長度一般在 25~100m。分離后組分能否鑒定出來則在于檢測器,所以分離系統(tǒng)和檢測記錄系統(tǒng)是 GC 儀器的核心。

3. 根據(jù)VOCs 組分的不同,采用氣相色譜色譜柱可有效分離 VOCs 氣體成分,分離后的氣體分子由PID 檢測器檢測,以實現(xiàn)對多個組分的監(jiān)測與分析。待測 VOCs 氣體經(jīng)過 PID 后所產(chǎn)生的電信號輸出到記錄儀器,并得到峰面積與有機化合物質(zhì)量呈正比的色譜圖,然后通過色譜圖對待測VOCs 廢氣開展定性與定量分析。

4. GC-PID 技術(shù),采用超過 120℃的高溫全程伴熱進行樣品的采集與傳輸,并采用抗腐蝕性能強和惰性材料,從而大大減少了樣品傳輸過程中的吸附現(xiàn)象,其對于揮發(fā)性有機物廢氣 檢測的可選擇性強、靈敏度高,且操作起來較為便捷,測量結(jié)果較為穩(wěn)定、可靠,并能實現(xiàn)對多個組分的同時測量,因而得到了廣泛的應(yīng)用。






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