CN108088889B - 负离子模式离子迁移谱在线检测甲醛的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对甲醛进行在线检测的新装置及方法。检测装置包括：滤膜、采样泵、气体过滤器、热反应器、三通、离子迁移谱、真空泵、流量计、信号放大器、信号采集及显示设备。由于甲醛易与空气中的氧气反应或歧化反应，生成甲酸，本方法通过滤膜和气体过滤器除去空气中其它物质的干扰，采用负离子模式离子迁移谱检测生成的甲酸，来间接测量空气中甲醛的含量。

Description

负离子模式离子迁移谱在线检测甲醛的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种负离子模式离子迁移谱在线高通量现场检测甲醛的方法及装置。采用负离子模式离子迁移谱，通过滤膜、气体过滤器和热反应器前处理样品。通过检测前处理后的特定产物来间接快速检测甲醛的方法。
背景技术
由于甲醛化学活性，原料纯度高、价格便宜，是一种广泛应用的有机原料，主要用于塑料工业，如制酚醛树脂、脲醛塑料、合成纤维、皮革工业、医药、染料等。据中国甲醛行业协会统计数据显示，2014年我国有甲醛生产企业626家，共有915套甲醛生产装置，其中5万吨/年及以上装置有563套，总产能4604.5万吨。
在生产、运输和使用的过程中，甲醛不可避免的释放到空气中，对人体健康造成严重的危害。当甲醛浓度达到0.1mg/m3时，就会引发人们的不适反应；当浓度达到0.6mg/m3时就会引发咽喉不适、咳嗽；当浓度更高时，就会导致胸闷、呕吐等急性反应症状。长期接触甲醛会对人的皮肤、呼吸道及内脏造成损害，导致免疫力下降、慢性呼吸道疾病、染色体异常、诱发癌症等，进而危及生命安全。国际癌症研究所将已将甲醛列为可疑致癌物质。我国国家标准(GB 50325-2001)规定一类民用建筑工程甲醛浓度要小于0.08mg/m3，二类民用建筑工程甲醛浓度要小于0.12mg/m3。
目前，甲醛的检测方法有：分光光度法、电化学法、色谱法等。分光光度法技术较为简单，但为离线分析，操作过程也较为繁琐，稳定性差，且易受还原组分的干扰，如乙醛、酚、葡萄糖，应用范围受到很大的限制。电化学法操作较为简便、选择性较好,但对样品的前处理要求较高。色谱法具有灵敏度高、定量准确、抗干扰等优点，但是对设备要求较高，衍生化及分离时间较长，难以满足现场快速检测的需求。目前还没有一种较为理想的现场快速检测甲醛的方法。
由此，本发明专利基于离子迁移谱技术，公开了一种负离子模式离子迁移谱在线高通量现场检测甲醛的新方法及装置。
发明内容
一种负离子模式离子迁移谱在线高通量现场检测甲醛的方法及装置。
本发明采用的技术方案如下：
检测装置包括：滤膜、采样泵、气体过滤器、热反应器、三通、真空泵、第一质量流量计、离子迁移谱、第二质量流量计、信号放大器、信号采集及显示设备；
离子迁移谱系统气路包括漂气口、进样口、尾气口；漂气经第二质量流量计与离子迁移谱系统漂气口相连；样品气经滤膜、采样泵、气体过滤器和热反应器后与三通的一个接口相连，三通的第二个接口与离子迁移谱的进样口相连，三通的第三个接口放空；
离子迁移谱系统尾气口的尾气经第一质量流量计与真空泵的进气口相连；尾气经质量流量计由真空泵排出；
离子迁移谱系统输出的电信号经信号放大器后由数据采集卡采集并输出至显示设备(如计算机)；
气体过滤器为内部填充有碱性填充物质的容器，填充物质为Na2CO3、NaHCO3、CaO等碱性颗粒物中的一种或二种以上；
热反应器为一带有电加热装置的气体管路。
样品依次经过滤膜、采样泵、气体过滤器。经过滤膜除去气体样品中的颗粒物；经气体过滤器除去气体样品中的酸性气体，避免干扰物的存在。利用甲醛易于氧化生产甲酸的特性，使甲醛在热反应器中经110℃至230℃中的某一特定温度的作用下生成甲酸。然后，通过负离子模式离子迁移谱检测生成的甲酸间接检测样品中的甲醛。
气体过滤器内部填充物质为Na2CO3、NaHCO3、CaO等碱性颗粒物中的一种或几种以除去空气中的NOx、SO2、HCOOH等酸性气体的干扰。
本发明的优点如下：
1.与目前常见的甲醛检测方法相比，本发明方法能够在线现场直接检测甲醛，单次样品分析时间极短(＜10s)，满足多点、多样、大通量快速检测的需要。
2.本发明方法及装置测量甲醛，装置结构简单、造价较低，便于推广应用。
3.本发明方法及装置不需要额外提供试剂和人力辅助分析等，运行成本较低。
附图说明
图1为负离子模式离子迁移谱在线高通量现场检测甲醛的装置图，其中，1为滤膜、2为采样泵、3为气体过滤器、4为热反应器、5为三通、6为真空泵、7和9为流量计、8为离子迁移谱、10为信号放大器、11为信号采集及显示设备。
图2为经过本装置检测的甲醛离子迁移谱图
图3为空气中可能出现的化合物离子迁移谱
具体实施方式
以下实施例说明本发明的使用，但不限制所述的应用范围。
实施例1
一种负离子模式离子迁移谱在线高通量现场检测甲醛的装置工作时，迁移区电压设为400V/cm，漂气流量设为400ml/min，尾气流量设为600ml/min，采样量即为200ml/min。当样品为干净空气时，离子迁移谱图中仅在6.18ms处有一个试剂反应离子峰。当有甲醛样品进样时在离子迁移谱图，除了6.18ms处的谱峰外，在6.53ms处将出现峰，如图2所示。6.53ms处峰的强度与甲醛的浓度成一一对应的关系。根据此峰的强度推算出甲醛的浓度。
实施例2
利用负模式模式离子迁移谱检测乙酸、甲酸、甲酸甲酯、乙醇、甲醇等，考察上述大气常见物质对检测甲醛的影响。如图3所示，甲酸甲酯、乙醇、甲醇等在离子迁移谱的负模式下均不出峰；乙酸出峰位置较靠后，与测得甲醛的信号区别较大。上述大气中常见的物质对离子迁移谱负离子模式下测甲醛均不构成影响。因甲醛通过反应生成甲酸得以检测的方式，因此甲酸和甲醛的位置相同，但样品气中的甲酸将在样品前处理部分被气体过滤器除去，因此上述物质均不影响负模式模式离子迁移谱在线高通量现场检测甲醛。
实施例3
在不使用本发明装置气体过滤器检测时，空气中酸性气体，如SO2、甲酸等将在负模式模式离子迁移谱中出现响应信号。这些气体的出峰位置与甲醛的出峰位置接近或相同，影响负模式模式离子迁移谱对甲醛的定性及定量检测。
实施例4
在不使用本发明装置热反应器检测时，空气中的甲醛不能完全氧化生成甲醛，甲醛仅能依靠离子迁移管内部的温度来氧化生成甲酸进行检测。因此不使用热反应器将影响负模式模式离子迁移谱对甲醛检测的灵敏度。
实施例5
本发明装置热反应器温度低于110℃时，热反应器的温度则可能低于离子迁移谱的温度，甲醛生成甲酸的反应主要在离子迁移管中进行，不能体现出热反应器的作用。
实施例6
本发明装置热反应器温度高于230时，甲醛与空气中的氧发生剧烈的反应生成二氧化碳，而不能生成甲酸，影响离子迁移谱通过测量甲酸的方式测量甲醛。

Claims (9)

1.负离子模式离子迁移谱在线检测甲醛的装置，其特征在于：
装置包括：
检测装置包括：滤膜（1）、采样泵（2）、气体过滤器（3）、热反应器（4）、三通（5）、真空泵（6）、第一质量流量计（7）、离子迁移谱（8）、第二质量流量计（9）、信号放大器（10）、信号采集及显示设备（11）；
离子迁移谱系统气路包括漂气口、进样口、尾气口；漂气经第二质量流量计与离子迁移谱系统漂气口相连；样品气经滤膜（1）、采样泵（2）、气体过滤器（3）和热反应器（4）后与三通（5）的一个接口相连，三通（5）的第二个接口与离子迁移谱（8）的进样口相连，三通（5）的第三个接口放空；
离子迁移谱系统尾气口的尾气经第一质量流量计与真空泵的进气口相连；尾气经质量流量计由真空泵排出；
离子迁移谱系统输出的电信号经信号放大器（10）后由数据采集卡采集并输出至显示设备；
气体过滤器（3）为内部填充有碱性填充物质的容器，填充物质为Na2CO3、NaHCO3或CaO中的一种或二种以上；
热反应器（4）为一带有电加热装置的气体管路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述电加热装置为于气体管路的外部壁面上设有电加热丝、电加热管或电加热带、或气体管路置于一电加热套内。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：于气体管路侧壁面上设有测温热电偶，测温热电偶通过导线与温度控制器信号连接，电加热装置经温度控制器与外电路连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：滤膜（1）为聚四氟乙烯膜微孔滤膜。
5.一种采用权利要求1-4任一所述装置负离子模式离子迁移谱在线检测甲醛的方法，其特征在于：
在负离子模式下，含已知浓度甲醛的空气和/或氮气为标样气，标样气经滤膜（1）、气体过滤器（3）和热反应器（4）后进入离子迁移谱系统中进行标样气中甲醛含量的测量，获得标样气的离子迁移谱图；
样品气在采样泵（2）的作用下，依次经过滤膜（1）、采样泵（2）、气体经过滤器（3）和热反应器（4）到达离子迁移谱（8）进行检测；获得样品气的离子迁移谱图；
将样品气的离子迁移谱图与标样气的离子迁移谱图比对，获得样品气中甲醛的浓度；
干净的空气作为漂气经质量流量计（9）到离子迁移谱（8），并经第一质量流量计（7）在真空泵（6）的作用下排出；
离子迁移谱（8）发出的电信号经信号放大器（10）由信号采集及显示设备（11）输出。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：热反应器（4）的温度可维持在110℃至230℃中的某一特定值，甲醛在热反应器（4）中生成甲酸。
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：经过滤膜（1）除去气体样品中的颗粒物，经气体过滤器（3）除去气体样品中的酸性气体；
利用三通（5）排出经滤膜（1）、采样泵（2）、气体过滤器（3）和热反应器（4）前处理的多余气体。
8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：通过第一质量流量计（7）流量与第二质量流量计（9）的流量控制离子迁移谱（8）内部气流量；通过质量流量计（7）流量与质量流量计（9）之差，使离子迁移谱（8）从三通（5）中吸取所需检测的样品。
9.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：可直接在线高通量现场检测气体样品中的甲醛；对于固体、液体形态的样品，可通过加热的方式，检测释放到气体中甲醛的含量，得到固体和/或液体形态的样品中甲醛的含量。
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