污染源有机物在线监测技术

摘　要：污染源有机物在线监测是污染源废气检测的重要内容，对防止有毒、致癌物质的扩散，保护人类健康有重要的意义。污染源有机物在空气样品中浓度很低，直接取样远远不能满足在线监测的灵敏度要求，这一问题已经成为污染源有机物在线监测的瓶颈问题。本论文介绍的污染源空气样品在线富集分离技术能够在常温条件下，通过对空气样品自动采集、富集浓缩、热解吸进样和高沸点物质切割分离，实现污染源有机物在线监测样品的预处理，使污染源有机物在线监测技术可有效实现。

关键词：污染源 有机物在线监测 在线富集分离

1. 引言
　　污染源废气监测中，有机物监测是十分重要的内容。如：油漆有机溶剂废气、造漆厂废气、集装箱制造厂喷涂废气、化工、石油化工等行业都有污染源排放苯、甲苯、二甲苯等有机物。这类有毒、有害物质严重影响人类健康，被国际癌症研究机构确认为有毒致癌物质。
　　目前对于有机物的监测国内主要还是停留在实验室分析阶段【1】【2】。污染源废气经专用采样设备采样富集后，通过样品预处理装置净化，提纯后再进实验室分析仪测试，最后经数据处理后得到监测数据。实验室分析存在监测数据有一定的滞后性，样品采集、储存、运输过程中存在样品组分损失等问题。高质量的在线自动监测装置极大部分均是从国外引进的。今后环境监测市场需要大量国产化的，性能稳定、可靠的国产污染源有机物自动监测装置。
　　空气样品中所含有机污染物的浓度较低，一般直接取样还远不能满足监测的要求，需要采用一定的方法，将大量空气样品进行浓缩富集，使其满足监测方法灵敏度的要求【3】。
　　空气样品的在线富集分离技术是污染源有机物自动监测系统的关键技术之一，是实现污染源有机物自动监测的前提。本文从污染源空气样品在线富集分离技术原理入手，介绍了污染源空气样品在线富集分离装置的工作流程。
2. 在线富集分离技术原理
      污染源空气样品在线富集分离采用动态预浓缩技术【4】，其原理图如图1和图2所示。
      首先在采集气泵的作用下，吸取一定体积的空气样品流过吸附柱，然后快速加热吸附柱，通过热解吸技术【5】将所吸附的有机物导入预分离柱，等到预先设定的某种高沸点有机物从预分离柱洗脱时，将预分离柱与色谱分离系统隔离，以保护分离柱免受污染。隔离以后吸附柱及预分离柱进入反吹清洗流程，而分离柱进入待测组分分离检测流程。
　　根据本原理设计的在线富集分离装置可在30min内快速高效完成空气样品富集分离过程，实现空气样品预处理的在线化。

3. 工作流程
      污染源空气样品在线富集分离装置包括空气样品吸附富集流路、空气样品热解吸预分离流路、空气样品组分分离流路。流路切换通过十通阀实现，十通阀包括阀座也称定子，和阀芯也称转子两部分构成。阀座上均匀分布十个阀孔，通过阀芯的连接将阀座上的十个阀孔两两相连，如图1的装置A状态所示，阀孔1和2、阀孔3和4、阀孔5和6、阀孔7和8、阀孔9和10彼此连通。将阀芯顺时针旋转36°后，切换为阀孔2和3、阀孔4和5、阀孔6和7、阀孔8和9、阀孔10和1彼此连通，如图2装置B状态所示。
      污染源空气样品在线富集分离装置组成单元中的各流量控制装置、吸附柱、预分离柱、分离柱、检测器均设温度控制装置，在非工作状态下所有部件均处于关闭状态，其中阀3在关闭状态下b-c端导通。装置的工作流程分如下几个阶段：
     1、监测准备阶段。开启阀1、阀2，调整流量控制装置2、流量控制装置3至规定流量，开启检测器，启动各路恒温控制装置。
     2、空气样品吸附富集阶段。十通阀处于A状态，启动取样泵，计算并调整通过吸附柱空气流量，当通过吸附柱的空气样品体积符合规定值后，关闭取样泵。

                      
      3、吸附柱热解吸和预分离阶段。启动吸附柱热解吸加热装置，到达到规定温度值后，切换十通阀，使其处于B状态，关闭阀1，热解吸结束后关闭吸附柱热解吸加热装置，同时采集检测器输出信号。预分离结束后切换十通阀，使其处于A状态。
      4、组分分离，预分离柱反吹，吸附柱反吹阶段。当十通阀再次处于A状态时，进入了有机组分的组分分离流程，待所有组分分离检测后，开启阀1，以一定流量反吹预分离柱，将高沸点物质从预分离柱脱附。开启阀3（a-c端导通），以一定流量反吹吸附柱，反洗结束后关闭阀3。
      5、监测降温阶段。当反吹清洗流程结束后，关闭检测器，关闭各路恒温控制装置。当各路温度降至规定值后，关闭阀1和阀2。
      6、取样器清洗阶段。空气样品吸附采集阶段发现通过吸附柱的流量变化达到清洗要求时，需实施取样器清洗流程。将十通阀处于B状态，开启阀3（a-c端导通），以一定流量反吹清洗取样器。
4. 小结
      本文介绍的污染源空气样品在线富集分离装置能够在常温条件下对空气样品进行自动采集、实现了低浓度待测组分的吸附浓缩；适当利用了十通阀的流路切换功能，实现了样品采集、预分离、组分分离、反吹清洗等流程的自动控制。实现了连续采集，满足污染源有机物自动监测样品预处理的要求，从而完成对污染源有机污染物的连续自动监测。
  
参考文献:
【1】 徐东群，刘晨明，张爱军等 Tenax TA吸附/二次热解吸/毛细管气相色谱法测定环境空气中苯系物的方法 《卫生研究》 2004，第33卷第4期。第425-427页
【2】 李冰清,吴诗剑,马微 空气中苯系物测定方法的比较 《环境科学与技术》 2005年 第28卷第3期。第55-56页
【3】 刘景允，孙宝盛，张海丰 空气中挥发性有机物在线监测技术研究进展 《化工进展》 2008年，第27卷第5期， 第648-653页。
【4】 苗虹，关亚风，王涵文等 气体样品的动态预浓缩方法 《色谱》 2001年，第19卷第1期，第71-73页。
【5】 孙景欣，刘晓艳，毛国成等 油田含油污泥处理技术研究进展 《中国资源综合利用》 2006年，第24卷第6期，第18-22页。