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教程:PID傳感器在固定污染源VOCs監(jiān)測技術(shù)中的應用

2022-11-15
來源:智能傳感

  揮發(fā)性有機物是一類重要的環(huán)境污染物,,長時間攝入會有致癌、致畸,、致突變的危害,。此外,,VOCs為臭氧和二次有機顆粒物(SOA)生成的主要前體物,具有較強的光化學反應活性,可引發(fā)城市光化學煙霧,。據(jù)研究表明,,中國的排放主要來源交通、工業(yè)和生物質(zhì)燃燒三大部門,,而中國工業(yè)固定污染源的VOCs排放總量將呈現(xiàn)大幅度增長的趨勢,。為了控制固定污染源VOCs排放,保護環(huán)境,,保障人體健康,,我國逐步將VOCs控制納入大氣污染物控制體系,逐漸建立和不斷完善排放標準和相關(guān)管理辦法,。

  固定污染源VOCs監(jiān)測技術(shù)

  VOCs 常見的分析方法包括氣相色譜(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,,其中應用最多的是 GC 和 GC-MS 法。

  1. GC–FID 氫火焰離子化法

  3.1.1 檢測原理:被監(jiān)測VOCs 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 VOCs 進行判斷。該技術(shù)對于各類組分的 VOCs 氣體都能響應,,尤其對碳氫或碳揮發(fā)性有機物具有極高的靈敏度,,因而多用于此類 VOCs 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 VOCs 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。

  3.1.2 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。

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  1.1檢測范圍:監(jiān)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),。

  1.2 特點與特色:

  1.氣相色譜/火焰離子化檢測法(GC+FID)是國際公認的 VOCs 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,。

  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,。

  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)射出其特有波長的特征光。

  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,。

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  FPD系統(tǒng)示意圖

  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

  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,。

  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,。

  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),,故應根據(jù)具體情況來確定它們的流速,。

  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)域中得到廣泛的應用。

  3.氣相色譜光離子化(GC-PID)分析法

  3.1 工作原理:

  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,,被離子化的微粒“碎片”帶有正負電荷,,從而在兩個電極之間產(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合成為原來的氣體分子,。PID 檢測器響應快、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)場應急監(jiān)測,、室內(nèi)監(jiān)測以及危險氣體預警等方面十分適用,。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)的響應慢,,甚至檢測不到,。

  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,。

  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,。

  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用,。

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  GC-PID 工作原理

  3.2 技術(shù)參數(shù)

  1.英國 PID-AH 傳感器技術(shù)參數(shù)

  分辨率:1ppb,;

  靈敏度:>20mv/ppb;

  測量氣體:電離電勢<9.6eV,<10.6eV,<11.7eV 的 VOCs

  監(jiān)測范圍:PID-AH:1ppb~50ppb(異丁烯),,高靈敏度

  供電電壓:3.2~3.6VDC

  輸出信號:Offset Voltage to Vmax(Vmax = Vsuppply-0.1v)

  功耗:27mA 典型值(浪涌電流 112mA<0.2s)

  響應時間:T90<3s(擴散模式)

  溫度范圍:-40℃~55℃,;濕度范圍:0~95%RH(無凝結(jié)) 使用壽命:5 年(不含燈泡和柵極)

  響應時間:在自由擴散情況下<3s 2.

  便攜式監(jiān)測儀器設(shè)備技術(shù)參數(shù)

  可檢測:苯,甲苯,,二甲苯,,苯乙烯等(可擴展其他氣體)

  離子化:標準UV 燈(10.6 eV) 靈敏度:0.5 ppb(以苯計)

  濕度:0-90% RH

  數(shù)據(jù)輸出:集成 GUI、4-20mA(模擬),、RS-232(可選),、RS-458(可選)、USB(可選),、LAN/WLAN(可選)

  功率:100V-240V/50-60Hz

  鋰電池續(xù)航時間:大于 8 小時載氣:無需載氣

  儀器尺寸(L*W*H:mm):280*100*280

  重量(kg) 7

  使用溫度(℃):-10~50

  同時,,工采網(wǎng)提供各種量程的PID傳感器可供客戶選擇:PID-AH5,PID-AR5,,PID-AY5,,PID-A15,PID-AH,,PID-A1,,具體如下:

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  pid傳感器



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