CN110763775A - 复合气体的气味浓度计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合气体的气味浓度计算方法,包括以下步骤:复合气体样品组分检测:对复合气体样品进行全谱分析,测得样品中所有组分及其含量;选择一个合适的嗅阈值数据库:首先,数据库中嗅阈值数据的测定方法与复合气体评价方法的测试条件要保持一致;其次,选择的嗅阈值数据库中应包含尽可能多的复合气体样品组分;对于复合气体中未包含在嗅阈值数据库中的组分,根据该组分的物性参数,代入拟合公式进行计算得到该组分的嗅阈值信息;计算复合气体的气味浓度。本发明采用公式计算的方法确定气味浓度,省去了繁琐的嗅阈值测试工作,节省资源和时间,避免了嗅阈值测定对人员造成的潜在危害。
Description
技术领域
本发明涉及复合气体的气味浓度计算方法,尤其是涉及嗅阈值计算的气味浓度计算方法。
背景技术
恶臭作为一种扰民和危害人体健康的污染已成为公众身边比较突出的环境问题。恶臭污染属于感觉公害,具有以人的嗅觉感知为判断标准的特殊性。目前国内外气味测试评价主要人工嗅辨方法。实验在无臭室中进行,实验员为多名嗅辨经验丰富的嗅辨员,化学物质的浓度稀释率为2倍或3倍系列稀释率递增法,把多名嗅辨员都能够确认的最小浓度作为该物质的气味浓度。该方法主要存在以下问题:第一,气味评价完全依赖嗅辨员的主观评价,工作量大,且危害人员身体健康,同时没有固定的参考源,结果差异性大;第二,测试方法多样,包括嗅觉测试方法,嗅辨员人数,样品稀释梯度以及浓度测试序列,确认方式等不能统一;第三,未能确认引起气味的关键物质,无客观数据的支持。
除上述主观气味评价溯源方法外,气味活度值(Odor Activity Value,OAV),也称阈稀释倍数,也越来越多的被应用于室内或车内空气的气味溯源研究中。对于成分复杂的气体,它用来确切地评价单一化合物对整体气味的贡献作用,其数值为气味化合物浓度与其嗅阈值的比值。该溯源方法通过全谱分析结合化合物的嗅阈值信息来进行气味活度值的计算排序,确认引起气味的关键化合物。解决了主观评价方法无客观数据支持,气味贡献物质不明确的问题,但是存在以下不足之处:第一,恶臭物质种类繁多,仅凭人的嗅觉即可感知到的恶臭物质有4000多种,但是能获得嗅阈值信息的化合物仅600多种,大部分化合物嗅阈值的信息还是空白,全谱分析中多数化合物因缺少嗅阈值信息无法进行气味活度评价;第二:现有嗅阈值数据是各国研究者多年研究累积的成果,但是研究测试方法不统一,经常遇到相同物质嗅阈值结果相差几个数量级的情况,气味活度评价结果可靠性有待考究;第三,嗅阈值的测定对人体存在潜在的危害。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种复合气体的气味浓度计算方法,用以代替传统人工测试的气味评价方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案包括以下步骤:
复合气体样品组分检测:对复合气体样品进行全谱分析,测得样品中所有组分及其含量;
选择一个合适的嗅阈值数据库:首先,数据库中嗅阈值数据的测定方法与复合气体评价方法的测试条件要保持一致;其次,选择的嗅阈值数据库中应包含尽可能多的复合气体样品组分;
对于复合气体中未包含在嗅阈值数据库中的组分,根据该组分的物性参数,代入拟合公式进行计算得到该组分的嗅阈值信息;
计算复合气体的气味浓度。
优选的,组分检测时,挥发性有机组分采用热脱附/毛细管气相色谱/质谱联用法分析,将得到的总离子流色谱图与标准谱图进行匹配检索,结合色谱保留时间定性,采用外标法进行定量分析,得到挥发性有机组分的定量分析结果和半定量全谱分析结果;醛酮组分采用固相吸附/高效液相色谱法分析,得到醛酮组分的定量分析结果。
优选的,所述标准谱图采用NIST17标准谱图。
优选的,选择嗅阈值数据库时,选取复合气体中的2-5个组分,采用复合气体评价方法的测试条件,由嗅辨员进行嗅阈值测定,测得的嗅阈值与数据库数据对比,辅助判断嗅阈值数据库的适用性;
优选的,拟合公式为:
Log(1/ODT)=ax+aEE+aSS+aAA+aBB+aVV
公式中:ODT为嗅阈值,单位mg/m3
E,S,A,B,V是化合物的物性参数,E为摩尔折射率,单位(dm3mol–1)/10,S为偶极性/极化率,A为氢键的酸度和,B为氢键的碱度和,V为原子和化学键贡献数据;
aE,aS,aA,aB,aV分别为E,S,A,B,V的贡献系数,ax为类别系数(醇类、醛类、酸类、酯类、酮类),将嗅阈值数据库中多种已知嗅阈值信息的化合物的物性参数和嗅阈值代入公式,并进行拟合,得到aE,aS,aA,aB,aV和ax的数值。
优选的,计算复合气体气味浓度时,首先计算复合气体中各组分的阈稀释倍数,阈稀释倍数为组分浓度与嗅阈值的比值;然后用总和法或最大法计算复合气体的气味浓度:
总和法:气味浓度=Σ(各组分的阈稀释倍数)
最大法:气味浓度=Max(各组分的阈稀释倍数)。
与现有复合气体气味评价方法相比,本发明所述的复合气体的气味计算方法具有以下优势:第一,采用公式计算,省去了繁琐的嗅阈值测试工作,节省资源和时间,避免了嗅阈值测定对人员造成的潜在危害;第二,选用单一数据库为本发明的嗅阈值数据库,避免测试方法不同引起的化合物嗅阈值不同导致的气味评价结果差异;第三,对于缺少嗅阈值信息的化合物,采用了依据同一嗅阈值数据库统计分析拟合出的计算公式,解决了化合物嗅阈值信息缺少的问题,同时保证了嗅阈值来源的一致性,气味评价分析充分可靠。
具体实施例
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1:常温情况下动车组司机室内气味溯源
包括以下步骤:
1)复合气体组分检测:
按照TB/T 3139-2006的要求对司机室进行布点,打开车窗、车门通风6h,然后关闭车门和车窗封闭12h后,用Tenax-TA管采集苯系物和TVOC,流速200mL/min,采集15min,用DNPH管采集醛酮类物质,流速800mL/min,采集15min。挥发性有机组分采用热脱附/毛细管气相色谱/质谱联用法分析,将得到的总离子流色谱图与标准谱图进行匹配检索,结合色谱保留时间定性,采用外标法进行定量分析,得到挥发性有机组分的定量分析结果和半定量全谱分析结果;醛酮组分采用固相吸附/高效液相色谱法分析,得到醛酮组分的定量分析结果。
2)选择单一嗅阈值数据库;
整车气味测试评价主要依据-德国汽车行业标准VDA270方法,研究该方法的测试条件,发现其与Nagata嗅阈值数据的测定方法基本一致;并且在步骤1)中检测得到的气体主要组分有18种,其中在Nagata数据库中已,给出16种,因此采用Nagata嗅阈值信息为本发明的基础数据库。对于步骤1)中测得的18种化合物组分,具体嗅阈值情况如表1所示。
表1:18种关注化合物的嗅阈值信息
为进一步确定嗅阈值数据库的适用性,选取复合气体中的2个组分乙醛和苯,采用复合气体评价方法的测试条件,由嗅辨员进行嗅阈值测定,测得乙醛的嗅阈值为0.0029mg/m3,苯的嗅阈值为9.51mg/m3,因此可采用Nagata数据库。
3)对于上表中没有嗅阈值信息的化合物苯甲醛和苄醇,首先依据Nagata数据库中醛类和醇类化合物统计分析得出的醛类和醇类的拟合公式:
Log(1/ODT)=ax+aEE+aSS+aAA+aBB+aVV
通过多种醛类物质的物性参数代入公式,拟合得到各个贡献参数和类别参数的数值,得到醛类拟合公式为:
Log(1/ODT)=0.386+1.099E+0.990S+1.188A+1.390B+1.373V
通过多种醇类物质的物性参数代入公式,拟合得到各个贡献参数和类别参数的数值,得到醇类拟合公式为:
Log(1/ODT)=-0.208+1.012E+0.973S+1.567A+0.891B+1.215V
苯甲醛和苄醇的物性参数通过查找文献和采用Gaussian软件计算模拟得到。计算结果见表2。
表2:苄醇和苯甲醛计算参数及嗅阈值信息
4)计算复合气体气味浓度
首先计算复合气体中各组分的阈稀释倍数,阈稀释倍数为组分浓度与嗅阈值的比值,计算结果如表3:
表3:18种关注化合物阈稀释倍数评价结果
根据上表中各组分的阈稀释倍数计算复合气体的气味浓度:
总和法:气味浓度=Σ(各组分的阈稀释倍数)=176.697
最大法:气味浓度=Max(各组分的阈稀释倍数)=66.212。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已,不能以此来限定本发明之权利范围,依本发明申请专利范围所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种复合气体的气味浓度计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
复合气体样品组分检测:对复合气体样品进行全谱分析,测得样品中所有组分及其含量;
选择一个合适的嗅阈值数据库:首先,数据库中嗅阈值数据的测定方法与复合气体评价方法的测试条件要保持一致;其次,选择的嗅阈值数据库中应包含尽可能多的复合气体样品组分;
对于复合气体中未包含在嗅阈值数据库中的组分,根据该组分的物性参数,代入拟合公式进行计算得到该组分的嗅阈值信息;
计算复合气体的气味浓度。
2.如权利要求1所述的复合气体的气味浓度计算方法,其特征在于,组分检测时,挥发性有机组分采用热脱附/毛细管气相色谱/质谱联用法分析,将得到的总离子流色谱图与标准谱图进行匹配检索,结合色谱保留时间定性,采用外标法进行定量分析,得到挥发性有机组分的定量分析结果和半定量全谱分析结果;醛酮组分采用固相吸附/高效液相色谱法分析,得到醛酮组分的定量分析结果。
3.如权利要求2所述的复合气体的气味浓度计算方法,其特征在于,所述标准谱图采用NIST17标准谱图。
4.如权利要求1所述的复合气体的气味浓度计算方法,其特征在于,选择嗅阈值数据库时,选取复合气体中的2-5个组分,采用复合气体评价方法的测试条件,由嗅辨员进行嗅阈值测定,测得的嗅阈值与数据库数据对比,辅助判断嗅阈值数据库的适用性。
5.如权利要求1所述的复合气体的气味浓度计算方法,其特征在于,所述拟合公式为:
Log(1/ODT)=ax+aEE+aSS+aAA+aBB+aVV
公式中:ODT为嗅阈值,单位mg/m3
E,S,A,B,V是化合物的物性参数,E为摩尔折射率,单位(dm3mol–1)/10,S为偶极性/极化率,A为氢键的酸度和,B为氢键的碱度和,V为原子和化学键贡献数据;
aE,aS,aA,aB,aV分别为E,S,A,B,V的贡献系数,ax为类别系数(醇类、醛类、酸类、酯类、酮类),将嗅阈值数据库中多种已知嗅阈值信息的化合物的物性参数和嗅阈值代入公式,并进行拟合,得到aE,aS,aA,aB,aV和ax的数值。
6.如权利要求1所述的复合气体的气味浓度计算方法,其特征在于,计算复合气体气味浓度时,首先计算复合气体中各组分的阈稀释倍数,阈稀释倍数为组分浓度与嗅阈值的比值;然后用总和法或最大法计算复合气体的气味浓度:
总和法:气味浓度=Σ(各组分的阈稀释倍数)
最大法:气味浓度=Max(各组分的阈稀释倍数)。
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