水质VOC监测仪的研究.doc

1、1水质 VOC 监测仪的研究摘要： 通过研究水质 VOC 监测仪的结构，仪器包括载气单元、进样单元、色谱单元、检测单元和显示控制单元，实现了水质 VOC 的在线监测。 Abstract： The paper presents the structure of water VOC monitor， including a carrier gas unit， the injection unit， chromatographic unit， a detection unit， and a display control unit， and achieves the online monitorin

2、g of the water quality of VOC. 关键词： 色谱；在线监测；光离子检测器 Key words： chromatogram；online monitoring；photoionization detector 中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0306-02 1 背景 工农业的迅速发展和人类活动的日益加剧，大量有毒有害污染物被排放到湖泊、河流、海洋，环境污染造成的毒性危害也越加严重，大量的有毒化合物给水质监测带来了严重的挑战。在过去几十年，尽管分析方法的灵敏度已经大为改善，但化合物的毒性效应是所有组成物质拮抗作用或抑制作

3、用的综合结果，所以单纯的化学物质的限定不能为水体的2安全提供充分的保障。在此情况下，人们开始利用生物学的方法对污染物的毒性进行测定，从而最终判定环境样品的 VOC 效应。生物毒性检测能直观地反映污染水体对生物种群的 VOC，是预测和控制化学物质污染的一种不可缺少的辅助手段，因而得到了广泛应用和迅速发展。 因此检测其毒性的任务也越来越紧迫，我国以前的毒性检测均采用特定物质分析方法，也就是针对某种有害化学物进行化学定量分析，确定其含量。这种方法的分析结果比较精确，但是分析前需要大概知道可能存在有害物质种类，分析时间也很长。由于毒害物质种类众多，难以评价多种毒物的 VOC 和生物效应。 2 核心部件

4、描述 VOC 检测技术与其他厂家的最大区别就是检测器不同，根据检测器的调研报告分析，最终选定光离子化检测器作为技术方案，下面是光离子检测器的资料介绍。 光离子化检测器（PID， photo ionization detector）使用一只具有 10.6 eV 能量的真空紫外无极放电灯作为光源，可使空气中大多数有机物和部分无机物电离，但仍保持空气中的基本成分如N2、O2、H2O、CO2 不被电离（这些物质的电离电位大于 10.6 eV） 。被测物质的成分由色谱柱分离后进入离子化室，经过真空紫外无极放电灯照射电离，然后测量离子电流的大小，即可得到物质的含量。物质的种类根据色谱柱保留时间定性。 3

5、设计方案 3.1 仪器结构 仪器的核心部分是真空紫外光源和离子化池，被分析3的气体样品经注射口注入，然后由载气带入色谱柱。被测物质经色谱柱分离后进入离子化池，离子化池的上盖为真空紫外无极放电灯的窗口，两侧是电极。电极收集在真空紫外辐射下产生的离子，并产生离子电流，电离电流经放大后，由下位机将采集到的数据发送到上位机，然后进行数据处理、记录、显示和存储。仪器使用的载气是氮气，进入色谱柱之前需经净化，除去其中的微量有机物。其结构原理图如图 1 所示： 3.1.1 载气单元 载气单元包括净化管、流量调节装置和气泵，由于采用空气作为载气，而空气中含有很多微量有机物，因此，需要通过净化管对空气进行净化，

6、净化管内部填充了活性炭，可以有效吸收大量的微量有机物，减少对检测造成干扰，可以采用中国科学院大连化学物理研究所研制的复合型载气净化管。气泵采用无刷技术的电机，保证能长期稳定可靠的工作，得到稳定的载气流量。流量调节装置可以根据气泵的流量大小进行微调，保证可以得到有效的分离度。 3.1.2 进样单元 进样单元包括顶空进样器、注射器和微量切换阀，其中注射器采用微量注射器，能精确抽取 1-10？滋 L，精度达到0.05？滋 L。微量切换阀用于完成注射器进样动作后，能迅速切换到载气通道，其响应时间 50mS 以内，无死体积。顶空进样器是水中 VOC 取样的关键部件，如何保证水中的 VOC 能准确、可靠取

7、样，是重中之重。 3.1.3 色谱单元 色谱单元包括色谱柱和色谱恒温箱，色谱柱采用20m（0.53mm）的毛细管柱，色谱恒温箱的要求如下： 温度设定增减量（）：0.1； 控温精度（）：0.1； 4温度稳定性（）：0.1。 色谱恒温箱能够精确、稳定的控制色谱柱的工作温度，优良的温度控制精度能有效提高柱效、改善色谱峰分离度、保护横流泵并延长色谱柱的使用寿命和保证重现性，因此，色谱恒温箱的温度控制精度要求很高，本温控箱采用原装进口温控器和传感器，具备 PID 智能自整定，加热元件采用先进的及膜加热技术，使用寿命成倍增长。 3.1.4 检测单元 检测单元包括 UV 灯、离子化池和极化电源，UV 灯能量

8、主要有三种，分别为 9.8 eV、10.6 eV 和 11.7 eV，能量越高能检测的物质种类也就越多，根据市场 UV 灯产能、成本、应用领域以及检测物质需求等因素，本方案采用 10.6 eV。离子化池采用不锈钢材料，用于固定 UV 灯和检测气体。极化电源主要是给 UV 灯提供极化电压，同时检测极化电流，得到被检测物质的响应电流信号。 3.1.5 显示控制单元 显示控制单元包括显示工控机、MCU 控制板和驱动板，显示工控机采用 ARM9 显示屏与触摸屏一体化的工控机，主要负责与 MCU 控制板的通讯、数据结果运算显示和数据上传等功能，将仪器结果显示出来，同时提供操作显示画面、仪器控制信号显示，

9、以及与数据控制平台的数据传输等。MCU 控制板采用 C8051F120 型号的 CPU，主要负责与显示工控机的通讯、仪器流程时序控制、光电信号采集和集成取水控制等，集成取水控制主要包括水位液位、水样预处理等，光电信号采集主要包括光电信号、进样系统液位信号和温度等信号的采集等。 3.2 可检测的挥发性有机物参数 苯系物：苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、异5丙苯、苯乙烯； 烷类有机物：环氧乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙烷、烷烃（直到辛烷） ； 卤代烃：氯乙烯、氯乙烷、二氯甲烷及其它氯甲烷类和轻质氯苯类； 烯烃类：异戊二烯、乙烯、丙烯、丁烯； 其他有机物：硫化氢、轻质硫醇类、有机硫（直至二甲基二硫） ，丙酮、甲基乙基酮、胂、磷化氢、乙醛、醛类（直至己醛）乙二醇脂类、氟氯甲烷类（氟里昂） 、异氰酸甲脂、 环己酮、丙烯酸乙酯、轻质醇类。4 结论 通过设计载气单元、进样单元、色谱单元、检测单元和显示控制单元，成功研制了水质 VOC 在线监测仪器，能检测绝大部分挥发性有机物。参考文献： 1魏爱雪.EPA8260 方法测定水中 VOC 的质量保证J环境科学进展，1996. 2王向明，陈正夫，王玲利，胡耀铭，邵波.如何降低水中 VOC 分析的检测限J.环境监测管理与技术，1999. 3国家环保局.水和废水监测分析方法M.北京：中国环境科学出版社，1989：376-378.