—— PROUCTS LIST
水質(zhì)VOC監(jiān)測儀的研究
1 背景
工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和人類活動(dòng)的日益加劇,有毒有害污染物被排放到湖泊、河流、海洋,環(huán)境污染造成的毒性危害也越加嚴(yán)重,的有毒化合物給水質(zhì)監(jiān)測帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。在過去幾十年,盡管分析方法的靈敏度已經(jīng)大為改善,但化合物的毒性效應(yīng)是所有組成物質(zhì)拮抗作用或抑制作用的綜合結(jié)果,所以單純的化學(xué)物質(zhì)的限定不能為水體的安全提供充分的保障。在此情況下,人們開始利用生物學(xué)的方法對污染物的毒性進(jìn)行測定,從而終判定環(huán)境樣品的VOC效應(yīng)。生物毒性檢測能直觀地反映污染水體對生物種群的VOC,是預(yù)測和控制化學(xué)物質(zhì)污染的一種*的輔助手段,因而得到了廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。
因此檢測其毒性的任務(wù)也越來越緊迫,我國以前的毒性檢測均采用特定物質(zhì)分析方法,也就是針對某種有害化學(xué)物進(jìn)行化學(xué)定量分析,確定其含量。這種方法的分析結(jié)果比較,但是分析前需要大概知道可能存在有害物質(zhì)種類,分析時(shí)間也很長。由于毒害物質(zhì)種類眾多,難以評價(jià)多種毒物的VOC和生物效應(yīng)。
2 核心部件描述
VOC檢測技術(shù)與其他廠家的大區(qū)別就是檢測器不同,根據(jù)檢測器的調(diào)研報(bào)告分析,終選定光離子化檢測器作為技術(shù)方案,下面是光離子檢測器的資料介紹。
光離子化檢測器(PID, photo ionization detector)使用一只具有 10.6 eV能量的真空紫外無極放電燈作為光源,可使空氣中大多數(shù)有機(jī)物和部分無機(jī)物電離,但仍保持空氣中的基本成分如N2、O2、H2O、CO2不被電離(這些物質(zhì)的電離電位大于 10.6 eV)。被測物質(zhì)的成分由色譜柱分離后進(jìn)入離子化室,經(jīng)過真空紫外無極放電燈照射電離,然后測量離子電流的大小,即可得到物質(zhì)的含量。物質(zhì)的種類根據(jù)色譜柱保留時(shí)間定性。
3 設(shè)計(jì)方案
3.1 儀器結(jié)構(gòu) 儀器的核心部分是真空紫外光源和離子化池,被分析的氣體樣品經(jīng)注射口注入,然后由載氣帶入色譜柱。被測物質(zhì)經(jīng)色譜柱分離后進(jìn)入離子化池,離子化池的上蓋為真空紫外無極放電燈的窗口,兩側(cè)是電極。電極收集在真空紫外輻射下產(chǎn)生的離子,并產(chǎn)生離子電流,電離電流經(jīng)放大后,由下位機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī),然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、記錄、顯示和存儲(chǔ)。儀器使用的載氣是氮?dú)?,進(jìn)入色譜柱之前需經(jīng)凈化,除去其中的微量有機(jī)物。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示:
3.1.1 載氣單元 載氣單元包括凈化管、流量調(diào)節(jié)裝置和氣泵,由于采用空氣作為載氣,而空氣中含有很多微量有機(jī)物,因此,需要通過凈化管對空氣進(jìn)行凈化,凈化管內(nèi)部填充了活性炭,可以有效吸收的微量有機(jī)物,減少對檢測造成干擾,可以采用中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制的復(fù)合型載氣凈化管。氣泵采用無刷技術(shù)的電機(jī),能穩(wěn)定可靠的工作,得到穩(wěn)定的載氣流量。流量調(diào)節(jié)裝置可以根據(jù)氣泵的流量大小進(jìn)行微調(diào),可以得到有效的分離度。
3.1.2 進(jìn)樣單元 進(jìn)樣單元包括頂空進(jìn)樣器、注射器和微量切換閥,其中注射器采用微量注射器,能抽取1-10?滋L,精度達(dá)到±0.05?滋L。微量切換閥用于完成注射器進(jìn)樣動(dòng)作后,能迅速切換到載氣通道,其響應(yīng)時(shí)間50mS以內(nèi),無死體積。頂空進(jìn)樣器是水中VOC取樣的關(guān)鍵部件,如何水中的VOC能、可靠取樣,是重中之重。
3.1.3 色譜單元 色譜單元包括色譜柱和色譜恒溫箱,色譜柱采用20m(0.53mm)的毛細(xì)管柱,色譜恒溫箱的要求如下:
①溫度設(shè)定增減量(℃):0.1;
②控溫精度(℃):±0.1;
③溫度穩(wěn)定性(℃):±0.1。
色譜恒溫箱能夠、穩(wěn)定的控制色譜柱的工作溫度,優(yōu)良的溫度控制精度能有效提高柱效、改善色譜峰分離度、保護(hù)橫流泵并延長色譜柱的使用壽命和重現(xiàn)性,因此,色譜恒溫箱的溫度控制精度要求很高,本溫控箱采用*溫控器和傳感器,具備PID智能自整定,加熱元件采用的TPC及膜加熱技術(shù),使用壽命成倍增長。
3.1.4 檢測單元 檢測單元包括UV燈、離子化池和極化電源,UV燈能量主要有三種,分別為9.8 eV、10.6 eV和11.7 eV,能量越高能檢測的物質(zhì)種類也就越多,根據(jù)市場UV燈產(chǎn)能、成本、應(yīng)用領(lǐng)域以及檢測物質(zhì)需求等因素,本方案采用10.6 eV。離子化池采用不銹鋼材料,用于固定UV燈和檢測氣體。極化電源主要是給UV燈提供極化電壓,同時(shí)檢測極化電流,得到被檢測物質(zhì)的響應(yīng)電流信號。
3.1.5 顯示控制單元 顯示控制單元包括顯示工控機(jī)、MCU控制板和驅(qū)動(dòng)板,顯示工控機(jī)采用ARM9顯示屏與觸摸屏一體化的工控機(jī),主要負(fù)責(zé)與MCU控制板的通訊、數(shù)據(jù)結(jié)果運(yùn)算顯示和數(shù)據(jù)上傳等功能,將儀器結(jié)果顯示出來,同時(shí)提供操作顯示畫面、儀器控制信號顯示,以及與數(shù)據(jù)控制平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。MCU控制板采用C8051F120型號的CPU,主要負(fù)責(zé)與顯示工控機(jī)的通訊、儀器流程時(shí)序控制、光電信號采集和集成取水控制等,集成取水控制主要包括水位液位、水樣預(yù)處理等,光電信號采集主要包括光電信號、進(jìn)樣系統(tǒng)液位信號和溫度等信號的采集等。
3.2 可檢測的揮發(fā)性有機(jī)物參數(shù)
①苯系物:苯、甲苯、乙苯、對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、異丙苯、苯乙烯;②烷類有機(jī)物:環(huán)氧乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙烷、烷烴(直到辛烷);③鹵代烴:氯乙烯、氯乙烷、二氯甲烷及其它氯甲烷類和輕質(zhì)氯苯類;④烯烴類:異戊二烯、乙烯、丙烯、丁烯;
⑤其他有機(jī)物:硫化氫、輕質(zhì)硫醇類、有機(jī)硫(直至二甲基二硫),丙酮、胂、磷化氫、乙醛、醛類(直至己醛)乙二醇脂類、氟氯甲烷類(氟里昂)、異氰酸甲脂、 環(huán)己酮、丙烯酸乙酯、輕質(zhì)醇類。
4 結(jié)論
通過設(shè)計(jì)載氣單元、進(jìn)樣單元、色譜單元、檢測單元和顯示控制單元,成功研制了水質(zhì)VOC在線監(jiān)測儀器,能檢測絕大部分揮發(fā)性有機(jī)物。