總有機(jī)碳換算法氫氧基.ppt

第13章成分檢測(cè)技術(shù) 成分分析內(nèi)容 一是定性分析 確定物質(zhì)的化學(xué)組成二是定量分析 確定物質(zhì)中各種成分的相對(duì)含量成分分析儀器指專門用來(lái)測(cè)定物質(zhì)化學(xué)組成和性質(zhì)的一類儀器的總稱成分分析儀器分類 實(shí)驗(yàn)室分析儀器和過(guò)程分析儀器兩大類 第13章背景 13 1熱導(dǎo)式氣體分析儀器13 2紅外式成分檢測(cè)13 3水及大氣環(huán)境質(zhì)量檢測(cè) 第13章 13 1熱導(dǎo)式氣體分析儀器 熱導(dǎo)式氣體分析儀工作原理 利用混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù) 隨組分氣體的體積百分含量不同而變化這一物理特征來(lái)進(jìn)行分析的 物體的導(dǎo)熱能力通常用導(dǎo)熱系數(shù) 來(lái)表示 物體的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象可用傅立葉定律來(lái)描述 即單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量和溫度梯度以及垂直于熱流方向的截面積成正比 即 13 1 13 1 1基本原理 在相同的溫度梯度情況下 通過(guò)單位介質(zhì)微元等溫面?zhèn)鲗?dǎo)的熱量dQ與介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù) 成正比 導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系 13 2 常見(jiàn)氣體的相對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)及其溫度系數(shù)見(jiàn)表13 1 氣體的相對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)是指氣體導(dǎo)熱系數(shù)與相同條件下空氣導(dǎo)熱系數(shù)的比值 13 1 1基本原理 13 1 1基本原理 多組分混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù) 13 3 對(duì)多組分的混合氣體 設(shè)待測(cè)組分含量為Cl 背景組分含量為C2 C3 這些量都是未知數(shù) 僅利用式 13 3 來(lái)求待測(cè)組分C1的含量是不可能的 必須應(yīng)保證混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)僅與待測(cè)組分含量成單值函數(shù)關(guān)系 為此 需滿足下列條件 13 1 1基本原理 1 混合氣體中除待測(cè)組分Cl外 各背景氣體組分的導(dǎo)熱系數(shù)必須相同或十分接近 如待測(cè)組分為i 1 則應(yīng)滿足 因?yàn)镃1 C2 Cn 1則式 13 3 可改寫為 13 4 或 13 5 只要測(cè)出混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù) m 就可以根據(jù)組分的導(dǎo)熱系數(shù) 1和 2 求得待測(cè)組分的含量 2 待測(cè)組分與背景組分的導(dǎo)熱系數(shù)要有明顯差異 差異越大 越有利于測(cè)量 對(duì)式 13 4 微分 可得 13 6 13 1 1基本原理 兩組分導(dǎo)熱系數(shù)相差越大 儀器的靈敏度就越高 例如 測(cè)量煙氣中CO2氣體的含量 已知大多數(shù)煙氣中含有CO2 SO2 N2 O2及H2O 水蒸氣 等成分 由表13 1可知SO2的存在將嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果 所以它是測(cè)量CO2含量的干擾組分 在混合氣體進(jìn)入分析儀器之前就應(yīng)當(dāng)通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)去除 這樣 煙氣中的待測(cè)組分二氧化碳和其余組分的導(dǎo)熱系數(shù)有一定差異 同時(shí)滿足了上述兩個(gè)條件 13 1 1基本原理 13 1熱導(dǎo)式氣體分析儀器 1 熱導(dǎo)池的工作原理 13 1 2熱導(dǎo)池 檢測(cè)器 熱導(dǎo)式氣體分析儀將導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)換成為電阻的測(cè)量 實(shí)現(xiàn)將混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電阻值變化的部件 稱為熱導(dǎo)池或檢測(cè)器 它是熱導(dǎo)式氣體分析儀的核心組成部件 熱導(dǎo)池的特性方程 13 14 隨著科技發(fā)展 熱導(dǎo)池不斷地升級(jí)換代 圖13 2是硅傳感器熱導(dǎo)池的示意圖 13 1 2熱導(dǎo)池 檢測(cè)器 2 影響熱導(dǎo)池特性的因素為了提高熱導(dǎo)池的工作性能 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮以下幾方面內(nèi)容1 熱導(dǎo)池內(nèi)壁半徑rc的選取2 腔壁溫度的影響3 電阻絲的參數(shù)4 工作電流 13 1 2熱導(dǎo)池 檢測(cè)器 3 熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)1 結(jié)構(gòu)類型 圖13 3 a d 分別表示了熱導(dǎo)池的四種結(jié)構(gòu) 直通式 對(duì)流式 擴(kuò)散式和對(duì)流擴(kuò)散式 13 1 2熱導(dǎo)池 檢測(cè)器 直通式氣室與主氣路并列 兩者之間有節(jié)流孔 樣氣大部分從主氣路通過(guò) 少部分從裝有電阻絲的氣室中通過(guò)對(duì)流式氣室與主氣路下端連通 并不分流 氣室與循環(huán)管形成一熱對(duì)流回路擴(kuò)散式氣體靠擴(kuò)散方式進(jìn)入氣室 進(jìn)入氣室的氣體與主氣路氣體進(jìn)行熱交換后再經(jīng)主氣路排出對(duì)流擴(kuò)散式它是在擴(kuò)散式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個(gè)支氣路 形成分流以減小滯后 它綜合了對(duì)流式和擴(kuò)散式的優(yōu)點(diǎn) 樣氣由主氣路先擴(kuò)散到氣室中 然后由支氣路排出 13 1 2熱導(dǎo)池 檢測(cè)器 2 電阻絲的結(jié)構(gòu)及其固定方法若采用裸露的電阻絲 則固定方式有弓形 V形和直線形3種 如圖13 4所示 13 1 2熱導(dǎo)池 檢測(cè)器 13 1熱導(dǎo)式氣體分析儀器 測(cè)量特定環(huán)境空氣中的H2 CO2含量 在電解法制氫 制氧設(shè)備中 用來(lái)分析純氫中的氧 或純氧中的氫 以確保安全生產(chǎn) 防止爆炸 化肥廠合成氨生產(chǎn)中 測(cè)定循環(huán)氣體中的氫氣含量 測(cè)定氯氣中的含氫量 以確保安全生產(chǎn) 測(cè)定特殊的保護(hù)氣氛中氫氣的含量 如氫冷發(fā)電機(jī)中氫氣的純度 或純氮?dú)饷撗豕に囘^(guò)程中的氫氣含量 測(cè)定空分設(shè)備中 粗氬餾分中Ar氣的含量 測(cè)定硫酸廠和磷肥廠流程氣體中的SO2含量 測(cè)定金屬材料在熱處理過(guò)程中的氨氣分解率 以控制熱處理過(guò)程 13 1 3熱導(dǎo)式氣體分析儀的應(yīng)用 13 2紅外式成分檢測(cè) 光學(xué)分析儀器分為吸收式和發(fā)射式兩大類 紅外線是指波長(zhǎng)為0 76 1000 m范圍內(nèi)的電磁輻射 紅外線成分檢測(cè)儀器是利用被測(cè)樣品對(duì)紅外波長(zhǎng)的電磁波能量具有特殊吸收特性的原理而進(jìn)行成分 含量分析的儀器 紅外線成分檢測(cè)儀器實(shí)際使用的紅外線波長(zhǎng)大約在2 25 m 13 2 1紅外式成分檢測(cè)的原理 量子理論表明 原子 分子或離子具有不連續(xù)的 數(shù)目有限的量子化能級(jí) 所以物質(zhì)僅能吸收與兩個(gè)能級(jí)之差E1 E0相同或?yàn)槠湔麛?shù)倍的能量 即 13 15 大部分的有機(jī)和無(wú)機(jī)氣體在紅外波段內(nèi)都有其特征吸收峰 有的氣體還有兩個(gè)或多個(gè)特征吸收峰 如表13 2所示 部分氣體的紅外線特征吸收峰如圖13 5所示 13 2 1紅外式成分檢測(cè)的原理 13 2 1紅外式成分檢測(cè)的原理 紅外線通過(guò)吸收物質(zhì)前后強(qiáng)度的變化與被測(cè)組分濃度的關(guān)系服從吸收定律即朗伯 比爾定律 13 16 從式 13 16 可以看出 1 光強(qiáng)度為I0的單色平行光通過(guò)均勻介質(zhì)后 能量被介質(zhì)吸收一部分 剩余光強(qiáng)度的大小I隨著介質(zhì)濃度c和光程的長(zhǎng)短l按指數(shù)規(guī)律衰減 2 吸收系數(shù)k的大小取決于介質(zhì)的特性 不同介質(zhì)具有不同的k值 而一種介質(zhì)的k值又會(huì)隨著光的波長(zhǎng) 值而變化 13 2 1紅外式成分檢測(cè)的原理 13 2紅外式成分檢測(cè) 1 紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀是一種吸收式 非色散型 不分光型 氣體分析儀器 即光源發(fā)出的紅外線連續(xù)光譜全部投射到被分析氣樣上 利用氣體的特征吸收波長(zhǎng)及其積分特性來(lái)進(jìn)行定性和定量分析 紅外線氣體分析儀的測(cè)量對(duì)象主要是CO CO2 NH3及CH4 C2H6 C2H4 C3H6 C2H2氣態(tài)炔烴類等 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 1 空間雙光路紅外線氣體分析儀 1 工作原理 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 反射鏡將紅外輻射光源分成兩條波長(zhǎng)及能量相同的光束 經(jīng)切光片調(diào)制成脈沖光源 左邊的光束通過(guò)參比氣室 濾波氣室 到達(dá)左半邊氣室 稱為參比光路 右邊的光束通過(guò)工作氣室 濾波氣室 到達(dá)右半邊氣室 稱為測(cè)量光路 參比氣室 濾波氣室 檢測(cè)器均封入某種特定的氣體 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 如圖13 6所示 被測(cè)組為A 吸收峰譜帶為 ac 干擾組為B 吸收峰譜帶為 bd 它們的重疊部分為 bc 比較 和 知兩束反射光能量相等 譜帶連續(xù) 并全部進(jìn)入氣室 比較 和 知左邊參比氣室沒(méi)有能量的衰減 右邊波長(zhǎng)在a d間的能量被吸收了一部分 再比較 和 左邊濾波氣室把光束波長(zhǎng)為b d間的能量全部吸收 右邊濾波氣室把光束波長(zhǎng)為b d間剩余的能量全部吸收 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 比較 和 發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)a d范圍內(nèi)只剩下波長(zhǎng)為a b的能量 而a b正是被測(cè)組分A吸收能量的范圍 左邊光束中a b波長(zhǎng)的能量未被吸收 而右邊光束中a b波長(zhǎng)的能量被吸收一部分 a b波長(zhǎng)的光束能量在檢測(cè)室中會(huì)全部被吸收 圖 和 中斜線部分為被檢測(cè)室吸收的能量 左右檢測(cè)室吸收的能量存在差別 若被分析氣樣中A組分越多 差別就越大 能量差別大則引起兩個(gè)檢測(cè)室內(nèi)溫度產(chǎn)生差別 引起壓力差 使電容器動(dòng)片與定片間距離變小 電容量加大 通過(guò)檢測(cè)電容量的大小即可知道被測(cè)組分A的濃度大小 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 2 空間雙光路紅外線氣體分析儀的基本部件結(jié)構(gòu) 光源和切光片如圖13 7 a b 所示 光源及調(diào)制部分由光源 反射鏡 切光片及同步電機(jī)組成 其任務(wù)為產(chǎn)生兩束具有一定調(diào)制頻率 2 12Hz 能量相等且穩(wěn)定的平行紅外光束 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 氣室和濾光器氣室包括測(cè)量氣室 工作氣室 參比氣室和濾光氣室3種 其結(jié)構(gòu)一般為圓筒形 氣室必須密封 光潔 平直 室壁不吸附氣體 氣室內(nèi)壁的光潔度對(duì)儀表的靈敏度有很大影響 因?yàn)榧t外線有很大一部分要經(jīng)過(guò)氣室內(nèi)壁的多次反射才能到達(dá)檢測(cè)室 所以內(nèi)壁的光潔度要求極高 一般要鍍金 氣室兩端用透光材料密封 既保證密封性 又具有良好的透光性 并且因各種透光材料允許透過(guò)光波長(zhǎng)的不同 起到了濾光作用 常用的透光材料有藍(lán)寶石 A12O3 氟化鋰 LiF 等 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 檢測(cè)器薄膜電容檢測(cè)器也叫薄膜微音檢測(cè)器或光聲接收器 其結(jié)構(gòu)如圖13 8所示 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 1為窗口的光學(xué)玻璃 2為殼體 3為薄膜 在其下部帶有動(dòng)片 4為定片 5為絕緣體 6為支架 7和8為薄膜隔開(kāi)的兩個(gè)氣室 9為后蓋 10為密封墊圈 2 時(shí)間雙光路紅外線氣體分析儀隨著高科技的迅速發(fā)展 近年來(lái)人們研制出窄通帶的干涉濾光片和高靈敏度的半導(dǎo)體光敏元器件 由此而產(chǎn)生了新型的時(shí)間雙光路紅外線氣體分析儀 時(shí)間雙光路系統(tǒng)與空間雙光路系統(tǒng)不同 它只有一支光源 一條光通道和一組氣室 圖13 9所示為時(shí)間雙光路紅外線氣體分析器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖 從光源發(fā)出的紅外輻射光被光路中的切光盤調(diào)制 切光盤上裝有4組干涉濾光片 如圖13 10所示 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) HSGXH 1050型紅外線分析器 可以連續(xù)測(cè)量氣體濃度 如CO CO2 CH4 C2H4 C3H8 C4H10 N2O NH3 SO2 NO C2H5OH等氣體濃度 2 紅外線水分儀固體物質(zhì)中所含水分的百分?jǐn)?shù)稱為固體的含水量 通常以物質(zhì)中所含水分質(zhì)量與總質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示 測(cè)量含水量的傳統(tǒng)方法是烘干稱重法 此方法的計(jì)算公式為 13 17 W1為被測(cè)樣品的質(zhì)量 W2為烘干后樣品的質(zhì)量 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 設(shè)水的吸收波長(zhǎng)為 0 兩個(gè)參比波長(zhǎng)分別為 1和 2 0 1 2的反射能量分別為S0 R1 R2 因質(zhì)地引起的傾斜誤差為r 則有雙波長(zhǎng)時(shí) 13 18 三波長(zhǎng)時(shí) 13 19 由式 13 18 可見(jiàn) 雙波長(zhǎng)紅外線水分儀由于質(zhì)地的影響將產(chǎn)生測(cè)量誤差 而三波長(zhǎng)紅外水分儀的測(cè)量則不受質(zhì)地的影響 如式 13 19 所示 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 圖13 12為三波長(zhǎng)紅外線水分儀的結(jié)構(gòu)示意圖 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) 13 2 2紅外式分析儀的結(jié)構(gòu) SFY 60A紅外線快速水分測(cè)定儀 水分測(cè)定范圍 0 01 100 樣品重量 0 5g 60g稱量最小讀數(shù) 0 002g水分含量可讀性 0 01 13 2紅外式成分檢測(cè) 工業(yè)過(guò)程紅外線分析儀選擇性好 靈敏度高 測(cè)量范圍廣 精度較高 常量為1 2 5級(jí) 低濃度 10 6 為2 5級(jí) 響應(yīng)速度快 能吸收紅外線的CO CO2 CH4 SO2等氣體 液體都可以用它來(lái)進(jìn)行分析 紅外線分析儀廣泛應(yīng)用于大氣檢測(cè) 大氣污染 燃燒過(guò)程 石油及化工過(guò)程 熱處理氣體介質(zhì) 煤炭及焦炭生產(chǎn)過(guò)程等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中 13 2 3紅外檢測(cè)儀的應(yīng)用 13 3水及大氣環(huán)境質(zhì)量檢測(cè) 1 常規(guī)五參數(shù)及其檢測(cè)技術(shù)常規(guī)五參數(shù) 水溫 pH 溶解氧 DO 電導(dǎo)率和濁度 1 水溫水溫一般用感溫元件如鉑電阻 熱敏電阻做傳感器進(jìn)行測(cè)量 2 pHpH的測(cè)定方法主要有玻璃電極法 比色法 銻電極法 氫醌電極法等 3 DODO的測(cè)定方法主要有化學(xué)分析方法和膜電極法 在線監(jiān)測(cè)儀器一般采用膜電極法 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 4 電導(dǎo)率電解質(zhì)溶液依靠離解形成的陰 陽(yáng)離子 如金屬導(dǎo)電一樣遵從歐姆定律 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率 通常是用電極法 將鉑電極或鉑黑電極插入待測(cè)溶液中 測(cè)量?jī)呻姌O間的電阻R來(lái)確定 通過(guò)測(cè)定水樣的電導(dǎo)率 可以間接推測(cè)水中離子成分的總濃度 5 濁度濁度計(jì)是測(cè)定水體污濁程度的儀器 6 常規(guī)五參數(shù)分析儀常規(guī)五參數(shù)分析儀經(jīng)常采用流通式多傳感器測(cè)量池結(jié)構(gòu) 無(wú)零點(diǎn)漂移 無(wú)需基線校正 具有一體化生物清洗及壓縮空氣清洗裝置 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 2 BOD及其檢測(cè)技術(shù)生化需氧量 BiologicalOxygenDemand 簡(jiǎn)稱BOD 是指在有溶解氧的條件下 好氧微生物在分解水中有機(jī)物的生物化學(xué)氧化過(guò)程中所消耗的溶解氧的量 1 BOD的測(cè)定方法BOD的測(cè)定方法有稀釋與接種法 HJ505 2009 測(cè)壓法 庫(kù)侖法 微生物傳感器法 HJ T86 2002 等 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 1 稀釋與接種法用已溶解足夠氧氣的稀釋水 按一定比例將污水水樣稀釋后 分裝于兩個(gè)培養(yǎng)瓶中 一瓶測(cè)當(dāng)天的溶解氧 DO1 另一瓶水樣密封后 于20 條件下培養(yǎng)5d 測(cè)定其溶解氧 DO5 二者之差即為BOD5 2 測(cè)壓法在密閉的培養(yǎng)瓶中 水樣中溶解氧被微生物消耗 微生物因呼吸作用產(chǎn)生與耗氧量相當(dāng)?shù)腃O2 當(dāng)CO2被吸收劑吸收后使密閉系統(tǒng)的壓力降低 根據(jù)壓力計(jì)測(cè)得的壓降可求出水樣的BOD值 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 3 微生物傳感器法 微生物電極法 微生物電極是一種將微生物技術(shù)與電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的傳感器 其結(jié)構(gòu)如圖13 13所示 主要由溶解氧電極和緊貼其透氣膜表面的固定化微生物組成 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 響應(yīng)BOD物質(zhì)的原理是 將其插入底液 微生物電極輸出一穩(wěn)態(tài)電流 在適宜的BOD物質(zhì)濃度范圍內(nèi) 電極輸出電流降低值與BOD物質(zhì)濃度之間呈線性關(guān)系 而BOD物質(zhì)濃度又和BOD值之間有定量關(guān)系 以此計(jì)算出水樣的BOD值 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 2 BOD在線監(jiān)測(cè)儀1 生物反應(yīng)器法生物反應(yīng)器內(nèi)的特殊中空材料可吸附大量微生物 當(dāng)待測(cè)水樣進(jìn)入反應(yīng)器后 經(jīng)攪拌使微生物迅速降解水樣中的有機(jī)物 通過(guò)檢測(cè)水樣反應(yīng)前后的溶解氧 并與內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比得到BOD值 2 微生物電極法工作原理與前面介紹的微生物反應(yīng)器法原理相同 微生物傳感器因?yàn)樾枰ㄆ谟脴?biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn) 而標(biāo)準(zhǔn)溶液極易降解 所以必須采用低溫及殺菌裝置使其能較長(zhǎng)時(shí)間保存 3 UV法UV法采用紫外或紫外 可見(jiàn)光光源 按光源波長(zhǎng)分為定波長(zhǎng) 多波長(zhǎng)及連續(xù)掃描等幾種 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) BOD檢測(cè)儀 1 自動(dòng)攪拌BOD電極 單手操作2 可實(shí)現(xiàn)快速大批量測(cè)試3 耗氧量極低 保養(yǎng)省 一次填充可用6個(gè)月4 OxiCal ST快速校正5 IMT溫度補(bǔ)償 3 COD及其檢測(cè)技術(shù)化學(xué)需氧量 ChemicalOxygenDemand 簡(jiǎn)稱COD 是指水體中能被氧化的物質(zhì)在規(guī)定的條件下 指特定的氧化劑 溫度及反應(yīng)時(shí)間 進(jìn)行化學(xué)氧化所消耗的氧化劑的量 以每升水消耗氧的毫克數(shù)表示 單位為mg L 1 COD的基礎(chǔ)分析方法測(cè)定COD的傳統(tǒng)分析方法常用重鉻酸鉀法 CODCr 和高錳酸鹽指數(shù)法 CODMn 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 1 重鉻酸鉀法樣品中的有機(jī)物質(zhì)在50 硫酸溶液中于回流溫度下被重鉻酸鉀氧化 2小時(shí) 以硫酸銀作催化劑 加硫酸汞以除去氯化物的干擾 過(guò)剩的重鉻酸鹽以鄰菲洛啉作指示劑 用標(biāo)準(zhǔn)的硫酸亞鐵銨滴定 根據(jù)實(shí)際消耗的重鉻酸鉀的量 計(jì)算水樣的化學(xué)耗氧量 反應(yīng)式如下 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 2 高錳酸鹽指數(shù)法水樣中加入一定量的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液和硫酸 對(duì)高鹽度水樣 有時(shí)加入催化劑硝酸銀 在沸水浴上加熱30分鐘 高錳酸鉀將水中的某些有機(jī)物和無(wú)機(jī)還原性物質(zhì)氧化 反應(yīng)后加入過(guò)量的草酸鈉還原高錳酸鉀 再用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴過(guò)量的草酸鈉 其反應(yīng)式如下 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 3 快速消解分光光度法在試樣中加入已知量的重鉻酸鉀溶液 在強(qiáng)硫酸介質(zhì)中 以硫酸銀作為催化劑 經(jīng)高溫消解后 用分光光度法測(cè)定COD值 當(dāng)試樣中COD值為100 1000mg L 將三價(jià)鉻的吸光度換算成試樣的COD值 當(dāng)試樣中COD值為15 250mg L 將總吸光度值換算成試樣的COD值 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 2 COD在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀COD在線分析儀的技術(shù)原理主要有以下五大類 重鉻酸鉀法 高錳酸鹽指數(shù)法 總有機(jī)碳換算法 氫氧基 臭氧 氧化 電化學(xué)測(cè)量法 紫外分光光度法 254nm 1 基于重鉻酸鉀法的在線分析儀此儀器可以根據(jù)水質(zhì)情況調(diào)整消解系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間設(shè)置以保證污染物被充分氧化 確保測(cè)試可靠 以難以氧化分解的高濃度有機(jī)化合物氨基乙酸 NH2CH2COOH COD5000mg L 為例 消解溫度達(dá)到175 3min后 COD數(shù)值就達(dá)完全消解值的95 以上 且此數(shù)值在隨后的20min內(nèi)一直比較穩(wěn)定 見(jiàn)圖13 14 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 2 基于高錳酸鹽指數(shù)法的在線分析儀分類高錳酸鹽氧化 化學(xué)測(cè)量法 高錳酸鹽氧化 電流 電位滴定法和UV計(jì)法 與在線COD儀類似 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 3 基于總有機(jī)碳 TOC 換算法的在線分析儀水體中TOC的分析技術(shù)已經(jīng)比較成熟 TOC值與COD和BOD值具有相關(guān)性 只需乘上一個(gè)系數(shù)就可給出另一種數(shù)據(jù) 4 基于氫氧基 臭氧 氧化 電化學(xué)測(cè)量法的在線分析儀在過(guò)電壓下 電極 PbO2 在水中電解氧氣產(chǎn)生羥基OH 羥基氧化難以氧化的水中組分 待測(cè)溶液中的有機(jī)物消耗電極周圍的羥基 使得電極又不斷產(chǎn)生新的羥基 新羥基的形成在電極系統(tǒng)中產(chǎn)生電流 若將氧化電極 工作電極 的電位保持恒定 那么工作電極的電流強(qiáng)度與有機(jī)物濃度及它們?cè)谘趸姌O的氧化劑 羥基 消耗量成一定的關(guān)系 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) Elox100型分析儀的組成如圖13 15所示 其主元件為測(cè)量室 測(cè)量室中有3個(gè)電極組件 分別為工作電極 參比電極和計(jì)數(shù)電級(jí) 用于樣品傳輸?shù)男⌒碗妱?dòng)泵 閥門 管道及用于對(duì)樣品傳輸進(jìn)行控制 結(jié)果顯示和外圍設(shè)備通訊的內(nèi)部計(jì)算機(jī) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) COD能否準(zhǔn)確測(cè)定主要取決于氧化劑的氧化能力 氧化力弱則氧化不完全 氧化力強(qiáng)能提高氧化率 但同時(shí)又會(huì)將氯離子的干擾也統(tǒng)計(jì)進(jìn)去 因此很難調(diào)適 從表13 3可看出幾種氧化劑的性能差別 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 5 基于紫外分光光度法 254nm 的在線分析儀不飽和有機(jī)物對(duì)波長(zhǎng)254nm的紫外光有最大的吸收效應(yīng) 而對(duì)可見(jiàn)光卻吸收甚微 因此 對(duì)特定水域或廢水 可根據(jù)其對(duì)紫外光的吸收大小來(lái)反對(duì)有機(jī)物的污染程度 這種方法易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 同時(shí)測(cè)定的吸光度A與BOD COD TOD之間有很好的相關(guān)性 6 幾種COD分析儀的比較從分析性能上講 在線COD儀的測(cè)量范圍一般在10 或30 2000mg L 因此 目前的在線COD儀僅能滿足污染源在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)的需要 難以應(yīng)用于地表水的自動(dòng)監(jiān)測(cè) 另外 與采用電化學(xué)原理的儀器相比 采用消解 氧化還原滴定法 消解 光度法的儀器的分析周期一般更長(zhǎng)一些 10min 2h 前者一般為2 8min 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 從儀器結(jié)構(gòu)上講 采用電化學(xué)原理或UV計(jì)的在線COD儀的結(jié)構(gòu)一般比采用消解 氧化還原滴定法 消解 光度法的儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 并且由于前者的進(jìn)樣及試劑加入系統(tǒng)簡(jiǎn)便 泵 管更少 所以不僅在操作上更方便 而且其運(yùn)行可靠性也更好 從維護(hù)的難易程度上講 由于消解 氧化還原滴定法 消解 光度法所采用的試劑種類較多 泵管系統(tǒng)較復(fù)雜 因此在試劑的更換以及泵管的更換維護(hù)方面較煩瑣 維護(hù)周期比采用電化學(xué)原理的儀器要短 維護(hù)工作量大 從對(duì)環(huán)境的影響來(lái)講 重鉻酸鉀消解 氧化還原滴定法 或光度法 或庫(kù)侖滴定法 均有鉻 汞的二次污染問(wèn)題 廢液需要特別的處理 而UV計(jì)法和電化學(xué)法 不包括庫(kù)侖滴定法 則不存在此類問(wèn)題 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) HI83224型高精度COD 多參數(shù)分析測(cè)定儀 測(cè)量氨氮 余氯 COD 硝酸鹽 總氮 總磷等項(xiàng)目 通過(guò)電子識(shí)別碼自動(dòng)識(shí)別測(cè)量項(xiàng)目和量程 多種操作模式 自動(dòng) 半自動(dòng) 手動(dòng)模式 預(yù)配制定量試劑管采用電子識(shí)別碼技術(shù) 4 TOC及其檢測(cè)技術(shù)總有機(jī)碳 TotalOrganicCarbon 簡(jiǎn)稱TOC 是水中有機(jī)物質(zhì)所含碳的總量 單位為mgC L 1 測(cè)定方法及原理TOC測(cè)定方法燃燒氧化 干式氧化 非分散紅外光度法 NDIR法 HJ501 2009 和濕式氧化 NDIR 或電導(dǎo) 法 根據(jù)燃燒溫度的不同 干式氧化又可分為680 燃燒氧化和900 950 燃燒氧化這兩種 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 燃燒法 非分散紅外法的測(cè)定原理將一定量水樣注入高溫爐內(nèi)的石英管 在900 950 溫度下 以鉑和三氧化二鉻為催化劑 使水樣中的有機(jī)物燃燒裂解轉(zhuǎn)化為二氧化碳 然后用紅外線氣體分析儀測(cè)定CO2含量 從而確定水樣中碳的含量 為獲得有機(jī)碳含量 可采用兩種方法 第一種方法為直接法 將水樣預(yù)先酸化 通入氮?dú)馄貧?驅(qū)除各種碳酸鹽分解生成的CO2后 再將試樣注入高溫燃燒管中 可直接測(cè)定總有機(jī)碳 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 第二種方法為差減法 使用同時(shí)帶有高溫爐和低溫爐的TOC測(cè)定儀 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 2 TOC自動(dòng)分析儀主要技術(shù)原理 催化 燃燒氧化 非分散紅外光度法 NDIR法 UV催化 過(guò)硫酸鹽氧化 NDIR法 UV 過(guò)硫酸鹽氧化 離子選擇電極法 ISE 法 加熱 過(guò)硫酸鹽氧化 NDIR法 UV TOC分析計(jì)法 根據(jù)非分散紅外線吸收法原理設(shè)計(jì)的TOC自動(dòng)分析儀有單通道和雙通道兩種類型 圖13 17為單通道型儀器流程圖 圖13 18為雙通道型TOC自動(dòng)分析儀工作原理圖 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 在線總有機(jī)碳TOC分析儀 5 總氮及其檢測(cè)技術(shù)總氮 TN 指可溶性及懸浮顆粒中的含氮量 即水中亞硝酸鹽氮 硝酸鹽氨 無(wú)機(jī)銨鹽 溶解態(tài)氨及大部分有機(jī)含氮化合物中氮的總和 總氮的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法 氣相分子吸收光譜法 HJ T199 2005 和堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法 GB11894 89 總氮自動(dòng)分析儀主要采用兩類測(cè)定原理 過(guò)硫酸鉀氧化 紫外吸收法和密封燃燒氧化 化學(xué)發(fā)光分析法 表13 6比較了幾種總氮自動(dòng)分析儀的特點(diǎn) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 6 氨氮及其檢測(cè)技術(shù)氨氮是指以游離氨 或稱非離子氨NH3 和離子氨 NH4 兩種形式存在的氮 這兩種形式可以相互轉(zhuǎn)化 二者的組成比例取決于水體的pH值 測(cè)定水中氨氮的實(shí)驗(yàn)室方法有 納氏試劑比色法 GB7479 87 水楊酸分光光度法 GB7481 87 電極法 蒸餾和滴定法 GB7478 87 和氣相分子吸收光譜法 HJ T195 2005 氨氮在線監(jiān)測(cè)儀的技術(shù)原理主要有滴定法 比色法和電極法 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 1 滴定法其工作原理是基于實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定氨氮的蒸餾和滴定法 是將國(guó)標(biāo)方法 GB7478 87 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 2 比色法其工作原理是基于實(shí)驗(yàn)室中的水楊酸分光光度法 是將國(guó)標(biāo)方法 GB7481 87 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 例如美國(guó)的HACHAmtaxTMCompact氨氮在線分析儀 3 電極法電極法又分為氨氣敏電極法和銨離子選擇電極法兩類 根據(jù)電極法設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)儀結(jié)構(gòu)一般較簡(jiǎn)單 法國(guó)SERES1000 SERES2000氨氮在線分析儀屬于直接利用銨離子選擇電極監(jiān)測(cè)氨氮濃度的儀器 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 7 磷酸鹽及其檢測(cè)技術(shù)在地表水和排放污水中 磷多以各種磷酸鹽的形式存在 一般為正磷酸鹽 偏磷酸鹽 焦磷酸鹽 聚磷酸鹽和有機(jī)態(tài)含磷化合物 如磷脂質(zhì) 有機(jī)磷農(nóng)藥 殺蟲劑 除草劑等等 測(cè)定方法 磷鉬藍(lán)比色法 GB1576 2001 磷釩鉬黃分光光度法 GB1576 2001 離子色譜法 GB T14642 93 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 8 總磷及其檢測(cè)技術(shù)總磷 TP 包括溶解的 顆粒的 有機(jī)的和無(wú)機(jī)磷 地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 HJ T91 2002 把總磷列為河流 湖泊水庫(kù)和集中式飲用水源地的必測(cè)項(xiàng)目 鉬酸銨分光光度法 GB11893 89 用過(guò)硫酸鉀 或硝酸 高氯酸 在中性條件下使試樣消解 將所含磷全部氧化為正磷酸鹽 在酸性介質(zhì)中 正磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng) 在銻鹽存在下生成磷鉬雜多酸后 立即被抗壞血酸還原 生成藍(lán)色的絡(luò)合物 該絡(luò)合物在700nm波長(zhǎng)有較強(qiáng)吸收 通過(guò)測(cè)量吸光度值 計(jì)算出水中的總磷濃度值 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 9 其他在線分析儀UV自動(dòng)分析儀 技術(shù)原理為比色法 254nm 具有簡(jiǎn)單 快捷 價(jià)格低的特點(diǎn) 不適于地表水的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè) 國(guó)外一般是用于污染源的自動(dòng)監(jiān)測(cè)TOD自動(dòng)分析儀 技術(shù)原理一般為燃燒氧化 電極法 油類自動(dòng)分析儀 技術(shù)原理一般為熒光光度法 酚類自動(dòng)分析儀 技術(shù)原理一般為比色法 硝酸鹽和氰化物自動(dòng)分析儀 技術(shù)原理主要有 1 離子選擇電極法 2 光度法 氟化物和氯化物自動(dòng)分析儀 技術(shù)原理一般為離子選擇電極法 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) SYSTEA氨氮分析儀 13 3 1水環(huán)境檢測(cè) 在線磷酸鹽分析儀 智能型蠕動(dòng)泵 可倒轉(zhuǎn)及快轉(zhuǎn) 便于維護(hù) 自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 確保加藥量準(zhǔn)確 泵管卡壓力恒定 無(wú)需手動(dòng)調(diào)節(jié) 泵管使用壽命長(zhǎng) 大于12個(gè)月 虹吸原理排污 無(wú)易耗機(jī)械部件 非接觸式氣泡探測(cè)器 監(jiān)測(cè)樣流和試劑并給出斷樣或斷試劑報(bào)警 13 3水及大氣環(huán)境質(zhì)量檢測(cè) 通過(guò)對(duì)環(huán)境空氣進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè) 我們可以及時(shí)了解環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀 掌握環(huán)境空氣質(zhì)量的時(shí)空變化特性和規(guī)律 分析影響環(huán)境空氣質(zhì)量變化的各種原因 為空氣污染防治的立法 管理 規(guī)劃及相關(guān)決策提供科學(xué)依據(jù) 空氣質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)一般采用濕法和干法兩種方式 濕法現(xiàn)已處于淘汰階段 干法以歐美國(guó)家為主 代表了目前的發(fā)展趨勢(shì) 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 表13 8列出了我國(guó)目前空氣例行質(zhì)量監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目 其中 SO2 NO2和空氣中的顆粒物是反映城市空氣污染的典型污染物 也是用來(lái)評(píng)價(jià)城市空氣質(zhì)量和污染變化的必要指標(biāo) 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 1 二氧化硫 SO2 檢測(cè)SO2的檢測(cè)方法 火焰光度法 溶液電導(dǎo)率法 庫(kù)侖滴定法 紫外 熒光法等 1 紫外 熒光法測(cè)定SO2的原理紫外熒光現(xiàn)象指物質(zhì)受到紫外光照射時(shí) 吸收了一定波長(zhǎng)的光之后 發(fā)射出比照射光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光 而當(dāng)紫外光停止照射后 這種光也隨之很快消失 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 通過(guò)第二個(gè)濾光片 用光電倍增管接收熒光 并轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 經(jīng)過(guò)放大器輸出 即可得到待測(cè)樣氣中的SO2濃度 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 由光源發(fā)射出的紫外光通過(guò)光源濾光片進(jìn)入反應(yīng)室 樣氣中的SO2在反應(yīng)室中吸收紫外光 生成激發(fā)態(tài)的SO2 主要通過(guò)放射出熒光過(guò)程回到基態(tài) 其發(fā)射的熒光強(qiáng)度與SO2的濃度成正比 如圖 SO2在紫外區(qū)域有三個(gè)吸收帶 340 390nm 250 320nm 190 230nm 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 吸收光能Ia符合朗伯 比爾定律 13 20 在波長(zhǎng)190 230nm范圍內(nèi) SO2對(duì)紫外線的吸收最強(qiáng) 而且空氣中的N2和O2及其他污染物基本不引起淬滅 所以選用此波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紫外線來(lái)激發(fā)SO2 紫外熒光SO2分析儀的結(jié)構(gòu)如圖13 21所示 零氣 標(biāo)氣或樣氣進(jìn)入儀器是由零氣 標(biāo)定電磁閥和采樣電磁閥控制的 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 2 紫外熒光SO2分析儀的結(jié)構(gòu) 樣氣經(jīng)過(guò)滲透膜干燥器脫水 再經(jīng)阻力毛細(xì)管和除烴器 除烴器的作用是排除某些烴類化合物對(duì)熒光測(cè)定的影響 進(jìn)入熒光反應(yīng)室 SO2產(chǎn)生的熒光被光電倍增管接收和放大 并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)被測(cè)量 最后在儀器上直接顯示SO2的濃度讀數(shù) 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 紫外熒光SO2分析儀 測(cè)量范圍 0 50ppb到0 20 000ppb全量程 用戶可選 支持雙量程和自動(dòng)調(diào)整量程 最低檢出限 0 4ppb零點(diǎn)漂移 0 5ppb 24小時(shí) 1ppb 7天跨度漂移 0 5 滿量程 24小時(shí) 1 滿量程 7天 2 氮氧化物氮的氧化物有多種形式 如NO NO2 N2O3 N3O4和N2O5等 大氣中的NO和NO2可以分別測(cè)定 也可以測(cè)定二者的總量 常用的檢測(cè)儀器一是采用原電池庫(kù)侖法 二是采用化學(xué)發(fā)光法 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 1 化學(xué)發(fā)光法測(cè)定氮氧化物的原理 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 化學(xué)發(fā)光是指化合物吸收化學(xué)能后 被激發(fā)到激發(fā)態(tài) 在由激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)時(shí) 以光子 h 形式釋放能量 通過(guò)測(cè)量化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度來(lái)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析測(cè)定的方法稱為化學(xué)發(fā)光法 發(fā)光強(qiáng)度 13 24 如果臭氧過(guò)量 M恒定 則發(fā)光強(qiáng)度I與NO濃度成正比 光子通過(guò)濾光片 被光電倍增管接收 并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?經(jīng)放大后被測(cè)量 利用本方法就可以測(cè)定大氣中NO和NO2的濃度及其總濃度 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 2 化學(xué)發(fā)光氮氧化物分析儀的結(jié)構(gòu)以O(shè)3為反應(yīng)劑的氮氧化物分析儀的結(jié)構(gòu)如圖13 23所示 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 由圖可見(jiàn) 氣路分為兩部分 一是O3發(fā)生氣路 空氣經(jīng)過(guò)濾器干燥凈化后進(jìn)入O3發(fā)生器 在紫外光照射下產(chǎn)生濃度約為860mg m3的O3送入反應(yīng)室作為反應(yīng)氣體 測(cè)量時(shí) 樣氣經(jīng)過(guò)灰塵過(guò)濾器后通入反應(yīng)室 通過(guò)旋轉(zhuǎn)NO2 NO轉(zhuǎn)化器前的測(cè)量選擇三通閥 就可以分別得到樣氣中總氮氧化物量 NO以及NO2 總氮氧化物量 NO 的濃度值 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 化學(xué)發(fā)光氮氧化物分析儀 采用化學(xué)發(fā)光法原理單反應(yīng)室 單光電倍增管設(shè)計(jì) 二個(gè)階段反應(yīng)的背景光相同零氣和標(biāo)氣通過(guò)分析儀同一入口 保證了測(cè)量條件的同一性采用DASIBI公司先進(jìn)的pipeline算法技術(shù) 有效提高計(jì)算精度 提高顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定性 3 飄塵 PM10 粒徑 嚴(yán)格地說(shuō)是空氣動(dòng)力學(xué)直徑 小于10 m的大氣顆粒物泛稱飄塵 也稱為可吸入顆粒物 用IP或PM10表示 測(cè)定飄塵的方法 重量法 壓電晶體振蕩法 射線吸收法及光散射法 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 1 射線吸收法測(cè)定PM10的原理 射線是一種電子流 當(dāng)其能量小于1MeV 穿透物質(zhì)的質(zhì)量小于20mg cm2而被吸收時(shí) 吸收量與它所透過(guò)的物質(zhì)質(zhì)量有關(guān) 而與物質(zhì)的物理 化學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān) 設(shè)同強(qiáng)度的 射線分別穿過(guò)空白濾紙和樣品濾紙后的強(qiáng)度分別為I0 粒子計(jì)數(shù) 和I 粒子計(jì)數(shù) 則兩者關(guān)系為 13 25 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 已知 粒子對(duì)特定介質(zhì)的吸收系數(shù) m 濾紙面積S和采樣體積V 即可計(jì)算出空氣中PM10的質(zhì)量濃度 計(jì)算公式如下 13 26 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 以AZFC 1A型 射線測(cè)塵儀結(jié)構(gòu)如圖13 24所示 它由樣品采集系統(tǒng) 采樣入口裝置 氣路 集塵濾紙 采樣泵 塵樣檢測(cè)系統(tǒng) 射線源 蓋格計(jì)數(shù)管 前置放大器 信號(hào)整形電路 微電腦控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 結(jié)果顯示系統(tǒng) 電源及操作面板等部分組成 安裝在同一小箱體內(nèi) 13 3 2大氣環(huán)境檢測(cè) 2 射線法PM10自動(dòng)分析