【環境監測係統】VOCs分析儀，VOCs監測係統（tǒng）原理

2019-03-06 11:18:13 admin

大部分揮發性有機物(VOCs)屬於易燃易爆品，部分（fèn）有毒甚至劇毒，並且可以通過反應生（shēng）成PM2.5和臭（chòu）氧等大氣汙染物，及時（shí）檢測出VOCs的濃度能夠有效減少爆炸事件的發生和降低其（qí）對大氣的汙染（rǎn）程度。
國內常用VOCs檢測方（fāng）法主（zhǔ）要有氣相色譜-火焰離子化檢（jiǎn）測法（GC-FID）、傅裏葉紅外法（FTIR）、光離子化檢測法（PID）等。
石（shí）化行（háng）業VOCs檢測儀指南
《石化企業泄（xiè）漏檢測與修複（fù）工作指南》適用於石油煉製工業、石油化學工業開展設（shè）備、密封（fēng）點揮（huī）發性（xìng）有機物泄漏（lòu）檢測（cè）與（yǔ）修複（fù）工作。
標準中規定開展LDAR應配備氫火焰離子化檢（jiǎn）測儀，結合企業受控密封點類別及相應的數（shù）量（liàng）配置檢測儀數量，並（bìng）且規定儀器量程（chéng）及分辨率、采樣流程及探頭應符合HJ733的規（guī）定。
而（ér）在2015年初頒布的（de）《HJ733-2014泄漏和敞開液麵排放的揮發性有機物檢測技術導則》中儀器檢測器類型包括火焰離子化檢測器、光離子化檢測器（qì）和紅外吸收檢測器等，也可以是其它類型的檢測器。
一、氣相色譜
組成（chéng）：氣路係（xì）統、進樣係統（tǒng）、分離係統、溫控係統、檢（jiǎn）測記錄（lù）係統。

組（zǔ）分能否分開，關鍵在於（yú）色譜柱；分離後組分能否鑒定出來則在於檢（jiǎn）測器，所（suǒ）以分離係統（tǒng）和檢測係統是儀器的核心。

1.色譜柱

氣相色譜柱有多種類（lèi）型，按（àn）照色譜柱內（nèi）徑的大小和長度，可分為填（tián）充柱（zhù）和毛細管柱（zhù）：填充柱的內徑在2-4mm，長度為1-10m左右，毛細管柱內徑在（zài）0.2-0.5mm，長度一般在25-100m。

2.檢測器

●熱導檢測器（TCD）：

基於不同物質具有不同的熱導係數，幾乎對所有VOCs都有響應，可（kě）以檢測各種VOCs，且（qiě）樣品不被破壞，但靈敏度相對較低。

●氫火焰離子化檢測器（FID）：

利用有機物在（zài）氫火焰的作用下化學電離而形成離子流，借（jiè）測定離子流強度進行檢測。

檢測時樣品被破壞，一般隻能檢測那些在氫火焰中（zhōng）燃燒產生大量碳正離子的有機化合物。

●電（diàn）子捕獲檢測器（ECD）：

利用電負性物質捕獲電子的能力，通過測定電子流（liú）進行（háng）檢測。ECD具有靈敏度高、選擇（zé）性好，是目前分析痕量電（diàn）負性有機化（huà）合物最（zuì）有效的檢測器。

●火焰光度檢測器（qì）（FPD）：

對含硫和含磷的化合物有比較（jiào）高的靈敏度和選擇（zé）性，當（dāng）含磷和含硫物質在富氫火（huǒ）焰中燃燒時，分別發（fā）射具有特征的光譜（pǔ），透過幹涉濾光（guāng）片，用光電倍增管測量特征光（guāng）的強度。

●質譜（pǔ）檢測器（qì）（MSD）：

采用高（gāo）速電子撞擊氣態分子或（huò）原子，將（jiāng）電離後（hòu）的正（zhèng）離子加速導入質量分析器中，按質荷比（m/z）的大小順序進（jìn）行收集和記錄，是一種（zhǒng）質量型、通用型檢測器。

檢測原理

VOCs進入汽化室後（hòu）被（bèi）即載氣帶（dài）入色譜柱，柱內含有液體或（huò）固（gù）體固定相，由於樣品中各組分的沸點、極性（xìng）或吸附性能不（bú）同，每種（zhǒng）組分都傾向於在流動相和（hé）固定相之間形成分（fèn）配（pèi）或吸附平衡。

由於載氣的流動，使樣品組分在運動中進行反複多次的分配或吸附/解吸附，在載氣中濃（nóng）度（dù）大的組（zǔ）分先流出色（sè）譜柱，當組分流出色譜柱後（hòu），立即進入檢測器。

檢（jiǎn）測器（qì）能夠將樣品組（zǔ）分轉變為電（diàn）信（xìn）號，電信號的大小與（yǔ）被測組分的量或濃度成正（zhèng）比，電信號被放大記錄（lù）形（xíng）成氣相（xiàng）色譜圖。

用途

氣相色譜可以分析VOCs的種類及含量。

二、PID檢測器（qì）

檢測原理:

使用（yòng）紫外燈（UV）光源將有機物（wù）分子電離成（chéng）可被檢測器檢測到的正負離子（離子化）。檢測器捕捉到離子（zǐ）化了的（de）氣體的正負電（diàn）荷（hé）幵將其轉化為（wéi）電流信號實現氣體濃度的測（cè）量（liàng）。

氣（qì）體離子在（zài）檢測器的電極上被檢測後，很快會電子結合重新組成原來的氣體和蒸汽分子。PID 是一種非破壞性（xìng）檢測器（qì），它不會改變待測氣體分子（zǐ）。可以實現連續實時檢測。

可測VOCs

● 芳（fāng）香類：含有苯環（huán）的係列化合物，比如：苯（běn）、甲苯（běn）、乙苯、二甲苯等；

● 酮類和醛類：含有（yǒu）C=O 鍵的化合物。比如：丙酮、丁酮(MEK)、甲醛、乙醛等；

● 胺類和氨基（jī）化合物：含N的碳（tàn）氫化合物。比如：二乙胺等；

● 鹵代（dài）烴類：如三氯乙烯(TCE)、全（quán）氯乙烯（xī）(PCE)等；

● 含硫有機物：甲（jiǎ）硫醇、硫化物等；

● 不（bú）飽和烴類：丁二烯、異（yì）丁烯（xī）等；

● 飽和烴類：丁烷、辛烷等；

● 醇（chún）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出PPM級（jí）的VOCs，但是不能用來（lái）定（dìng）性區（qū）分不同化合物。

使用PID時特別（bié）要注意校正係數(CF，也稱之為（wéi）響應係數)，它們代表了（le）用PID測量（liàng）特（tè）定某種VOCs氣體的靈敏度，它用在當以一種氣（qì）體校正PID後，通過CF可以直接得到另一（yī）種氣體的濃度，從（cóng）而減少了準（zhǔn）備很多種標氣的（de）麻煩。

用途:

●初始個人防護確定

● 泄漏檢測

● 事故區域確認

● 泄漏（lòu）物確認

● 清除汙（wū）染

三、差分光學吸收光譜儀

檢測原理:

基於痕量VOCs氣（qì）體成（chéng）份對光輻射（紫外/可見）的“指紋”特征吸收，實現定性和定（dìng）量（liàng）測量，可同時測量（liàng）多種氣體（tǐ）成份。

優點

● 測量精度高，檢測下限低；

● 非（fēi）接觸測量，不改（gǎi）變被測氣體的性質和濃（nóng）度；

● 可實時（shí）、連續（xù）、長（zhǎng）期運行，操作簡單，運行（háng）成本低；

● 可同（tóng）時監測多種汙染氣體；

● 遠距離遙測、監測範圍廣（guǎng），數據具有代表（biǎo）性。

應用:

以其高分辨率和高精度並可同時對多種氣體（tǐ）進行測試的優點，廣泛應用於城市空氣質量監測，排放源氣體監測等場合。

四、紅外吸收檢測儀

傅裏葉紅外多組分氣體分析儀（開放式)

檢測原理:

儀器通過對大氣痕量氣體（tǐ）成分的（de）紅外（wài）輻射 “指紋” 特征吸（xī）收光譜測量與分析，實現對多組分（fèn）氣體的定（dìng）性和（hé）定量（liàng）在線自動監測。

其（qí）工（gōng）作原理為光譜儀的光學鏡頭接收來自紅外光源發射的紅外輻射，輻射的紅外線（xiàn）在開（kāi）放或密閉的空氣中傳播.

光譜儀接收到的紅外輻射後，經由幹涉儀的調製被紅外探測器檢測，再由光譜儀的電子學部件和相應數據處理模（mó）塊完成幹涉圖的轉換（huàn）和存儲，並通過傅裏葉變換，將幹（gàn）涉圖轉換成紅外光譜。

優點:

可以定量和定性分析，測定快速（sù）、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡便、分析靈敏度較高。

五、激光檢測儀（yí）

檢測原理:

采用可調諧半導體（tǐ）激光吸（xī）收（shōu）光譜（TDLAS）氣體分析技術。與傳統紅外光譜技（jì）術相同，TDLAS 氣體（tǐ）分（fèn）析技術本（běn）質（zhì）上是一種吸收（shōu）光譜技術，通過分析所測光束被氣體的選擇吸收獲得（dé）氣體濃度。

但與傳（chuán）統紅外（wài）光譜技術不同，TDLAS 氣體分析技術采（cǎi）用的半（bàn）導體激光光源的光譜（pǔ）寬（kuān）度遠（yuǎn）小於氣體吸收譜線的（de）展寬。

因此，TDLAS 技術具有非常高的光（guāng）譜分辨率，可以（yǐ）對某（mǒu）一特定氣體的吸收譜線（常被稱為單（dān）線光（guāng）譜分（fèn）析技術（shù））進行分（fèn）析獲得（dé）被測氣體濃度。

優點:

TDLAS技術具有（yǒu）靈敏度高、選擇性好、實時、動態等特點，利用波（bō）長調製技術在 1 s 的檢（jiǎn）測時間內（nèi）檢測限可達到ppm級甚至ppb 級；同時可以在高溫、高壓、高粉塵及（jí）強腐蝕環境下測量，因此成為了惡劣條件下（xià）氣（qì）體汙染物在（zài）線（xiàn）監測的首要選擇（zé）。

不足:

目前國內外TDLAS技術大部分還隻限於在（zài）線監測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（qí）它危害性（xìng）較大的痕量 VOCs 成（chéng）分（fèn）的選擇性監測存（cún）在（zài）一定的困難。

VOCs檢測儀對比:

GC-FID檢測（cè）技術對大部分VOCs成分均有響應，並（bìng）且是等碳響應，適合用於VOCs總量監測，也可通過更換（huàn）色譜柱材料等方（fāng）式實現（xiàn）特征成分（fèn）的檢測。

FTIR檢測技術因其光譜範圍寬，可同時（shí）檢測多種VOCs特征成分含量，響應速（sù）度快。

PID檢（jiǎn）測（cè）器對低碳飽和（hé）烴響應較弱，且響應因子不一致（zhì），檢測器表（biǎo）麵易受汙染，不適合用於汙染源VOCs在（zài）線監測。

依據美國標準“Method25A”和歐洲標準“EN 12619”的技術要求，規定固定汙染源VOCs在（zài）線監測（cè）應采用GC-FID檢（jiǎn）測技術，采樣探頭、樣品（pǐn）輸送管路（lù）和分析儀中樣品管路應采用120℃以上高溫伴熱，應選用（yòng）抗腐蝕和惰（duò）性化（huà）的材料，以減少樣品吸附。