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-气体检测与监控.ppt
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1、第三章第三章 气体检测与监控气体检测与监控.第一节第一节 实验室检测与现场监控实验室检测与现场监控第二节第二节 常用气体传感器响应原理常用气体传感器响应原理第三节第三节 传感器的选用传感器的选用第四节第四节 便携式气体检测仪便携式气体检测仪第五节第五节 固定式气体检测报警系统固定式气体检测报警系统第六节第六节 传感器设置与维护传感器设置与维护第七节第七节 泄漏追踪检测与事故应急监控泄漏追踪检测与事故应急监控.第一节第一节 实验室检测与现场监控实验室检测与现场监控 实验室检测实验室检测:是指用采样器在作业现场:是指用采样器在作业现场采集气体样品,将采集的气体样品带到实采集气体样品,将采集的气体样
2、品带到实验室,用实验室检测仪器对样品进行检测验室,用实验室检测仪器对样品进行检测的方法。的方法。检测的主要对象是作业场所空气中对人检测的主要对象是作业场所空气中对人体有毒有害的气态物质,如气体和蒸汽体有毒有害的气态物质,如气体和蒸汽 .第一节第一节 实验室检测与现场监控实验室检测与现场监控 现场监控现场监控:一是对作业场所空气中有害气:一是对作业场所空气中有害气态物质进行的监督性检测;二是用便携式态物质进行的监督性检测;二是用便携式检测仪或固定式检测仪对特定场所进行的检测仪或固定式检测仪对特定场所进行的监视性检测。监视性检测。检测对象包括有毒有害和可燃可爆气态物检测对象包括有毒有害和可燃可爆气
3、态物质。质。.一、常用的实验室型检测仪器一、常用的实验室型检测仪器 1、气相色谱仪气相色谱仪.(1)气相色谱分析法:气相色谱分析法:是一种分离测定多组份是一种分离测定多组份混合物的方法。由分离和检测两部分构成,理化混合物的方法。由分离和检测两部分构成,理化性质(如沸点、极性、相对分子质量等)只有微性质(如沸点、极性、相对分子质量等)只有微小差异的各组份得到有效地分离后,依次送入检小差异的各组份得到有效地分离后,依次送入检测器测定,达到分离、定量分析各组分的目的。测器测定,达到分离、定量分析各组分的目的。分离过程是在固定相和流动相两相之间进行的。分离过程是在固定相和流动相两相之间进行的。用气体作
4、为流动相时,称为用气体作为流动相时,称为气相色谱法气相色谱法;用液体;用液体作为流动相时,称为作为流动相时,称为液相色谱法液相色谱法。.(2)气相色谱仪流程示意图:气相色谱仪流程示意图:.(3)气相色谱流出曲线气相色谱流出曲线:各组分由载气携带着:各组分由载气携带着依次通过检测器时,则检测器依次对各组分产生依次通过检测器时,则检测器依次对各组分产生响应,检测器响应信号随时间的变化曲线,称为响应,检测器响应信号随时间的变化曲线,称为色谱流出曲线,通常称为色谱流出曲线,通常称为色谱图色谱图。.2、高效液相色谱仪高效液相色谱仪LC3100高效液相色谱仪高效液相色谱仪.液相色谱法液相色谱法:以液体作流
5、动相的色谱法称:以液体作流动相的色谱法称为液相色谱法。分离效率高、分析速度快为液相色谱法。分离效率高、分析速度快的液相色谱法称为的液相色谱法称为高效液相色谱高效液相色谱(HPLC)按分离机理归类按分离机理归类,离子对色谱和离子抑制,离子对色谱和离子抑制色谱属于分配色谱,因它们的分析对象都色谱属于分配色谱,因它们的分析对象都是离子型化合物,所以又常常将它们与离是离子型化合物,所以又常常将它们与离子交换色谱、离子排斥色谱一起统称为离子交换色谱、离子排斥色谱一起统称为离子色谱。子色谱。.(1)分配色谱的方法原理)分配色谱的方法原理 将固定相液体包覆于惰性载体(基质)上,基于将固定相液体包覆于惰性载体
6、(基质)上,基于样品分子在固定相液体和流动相液体之间的分配样品分子在固定相液体和流动相液体之间的分配平衡的色谱方法,称为分配色谱。平衡的色谱方法,称为分配色谱。由于固定相的液体往往容易溶解到流动相中去,由于固定相的液体往往容易溶解到流动相中去,所以重现性很差,已很少被人们采用。现在所以重现性很差,已很少被人们采用。现在HPLC的固定相是把固定液通过化学键合的方法的固定相是把固定液通过化学键合的方法结合到惰性载体上,制成化学键合型固定相,不结合到惰性载体上,制成化学键合型固定相,不仅解决了流失问题,而且分离效率显著提高。仅解决了流失问题,而且分离效率显著提高。.(2 2)仪器结构与原理)仪器结构
7、与原理.3、离子色谱法离子色谱法是利用离子交换原是利用离子交换原理,连续对共存多理,连续对共存多种阴离子或阳离子种阴离子或阳离子进行分离、定性和进行分离、定性和定量的方法。定量的方法。.(1)离子色谱分析流程图)离子色谱分析流程图.(2)离子色谱图)离子色谱图.二、气体样品采集二、气体样品采集 1 1、采集空气样品的基本要求采集空气样品的基本要求(1 1)应满足工作场所有害物质职业接触限值对)应满足工作场所有害物质职业接触限值对采样的要求。采样的要求。(2 2)应满足职业卫生评价对采样的要求。)应满足职业卫生评价对采样的要求。(3 3)应满足工作场所环境条件对采样的要求。)应满足工作场所环境条
8、件对采样的要求。(4 4)在采样的同时应作对照试验,即将空气收)在采样的同时应作对照试验,即将空气收集器带至采样点,除不连接空气采样器采集集器带至采样点,除不连接空气采样器采集空气样品外,其余操作如同样品采集,作为空气样品外,其余操作如同样品采集,作为样品的空白对照。样品的空白对照。.(5 5)采样时应避免有害物质直接飞溅入空气收)采样时应避免有害物质直接飞溅入空气收集器内;空气收集器的进气口应避免被衣物集器内;空气收集器的进气口应避免被衣物等阻隔。用无泵型采样器采样时应避免风扇等阻隔。用无泵型采样器采样时应避免风扇等直吹。等直吹。(6 6)在易燃、易爆工作场所采样时,应采用防)在易燃、易爆工
9、作场所采样时,应采用防爆型空气采样器。爆型空气采样器。(7 7)采样过程中应保持采样流量稳定。长时间)采样过程中应保持采样流量稳定。长时间采样时应记录采样前后的流量,计算时用流采样时应记录采样前后的流量,计算时用流量均值。量均值。.(8 8)工作场所温度、压力与标准值偏差大时,)工作场所温度、压力与标准值偏差大时,应对温度和压力进行校正,将采样体积校正应对温度和压力进行校正,将采样体积校正到标准状态下的体积。到标准状态下的体积。(9 9)在样品的采集、运输和保存的过程中,应)在样品的采集、运输和保存的过程中,应注意防止样品的污染。注意防止样品的污染。(1010)采样时,采样人员应注意个体防护。
10、)采样时,采样人员应注意个体防护。(1111)采样时,应在专用的采样记录表上,边)采样时,应在专用的采样记录表上,边采样边记录。采样边记录。.2、气态样品的采集方法、气态样品的采集方法(1)直接采样法直接采样法:对现场采集的气体样品不进行任:对现场采集的气体样品不进行任何处理,用注射器、采样袋等直接取回的方法称何处理,用注射器、采样袋等直接取回的方法称为直接采样法。适用于被测物质浓度高的情况为直接采样法。适用于被测物质浓度高的情况(2)浓缩采样法浓缩采样法:是指对被测物质进行浓缩或富集:是指对被测物质进行浓缩或富集的方法,是目前采用最多的方法。分为溶液吸收的方法,是目前采用最多的方法。分为溶液
11、吸收法、吸附剂填充管法、固定点采样法和个体计量法、吸附剂填充管法、固定点采样法和个体计量采样法。采样法。.三、气体检测方法三、气体检测方法 (1)气相色谱法)气相色谱法 (2)紫外光谱法)紫外光谱法 (3)红外气体吸收法)红外气体吸收法 (4)定电位电解法)定电位电解法 (5)原子吸收光谱间接法)原子吸收光谱间接法 注意注意:在实际的安全检测工作中,要使检测结果:在实际的安全检测工作中,要使检测结果具有可比性、权威性,应尽量采用国家发布的标具有可比性、权威性,应尽量采用国家发布的标准检测方法。准检测方法。.第二节第二节 常用气体传感器响应原理常用气体传感器响应原理 传感器传感器:在各类报警检测
12、仪器中,将被测气体:在各类报警检测仪器中,将被测气体的浓度信号转化成电信号的组成部分称为传感的浓度信号转化成电信号的组成部分称为传感器,它是检测系统的核心部分器,它是检测系统的核心部分。.传感器分类传感器分类:1、从检测对象角度、从检测对象角度 (1)可燃气体检测器)可燃气体检测器 (2)有毒气体检测器)有毒气体检测器 2、从检测器的响应原理、从检测器的响应原理 (1)接触燃烧式检测器)接触燃烧式检测器 (2)气敏半导体式检测器)气敏半导体式检测器 (3)电化学式检测器)电化学式检测器 (4)红外吸收式检测器)红外吸收式检测器 (5)光致离子化检测器)光致离子化检测器 (6)高分子气体检测器)
13、高分子气体检测器.3、从检测器采样的方式、从检测器采样的方式(1)吸气式:利用泵吸作用将被测气体吸入,)吸气式:利用泵吸作用将被测气体吸入,流经产生信号的部位,通常灵敏度较高,响流经产生信号的部位,通常灵敏度较高,响应时间较短;应时间较短;(2)扩散式:利用浓度差的推动力,被测组分)扩散式:利用浓度差的推动力,被测组分通过扩散进入到产生信号的部位处,响应速通过扩散进入到产生信号的部位处,响应速度受扩散速度的制约,一般响应时间稍微长度受扩散速度的制约,一般响应时间稍微长些。固定式检测报警系统多数采用。些。固定式检测报警系统多数采用。.便携式便携式固定式固定式.扩散式检测器扩散式检测器.泵吸式检测
14、器泵吸式检测器.一、光离子化检测仪一、光离子化检测仪.检测原理图检测原理图.二、接触燃烧式检测器二、接触燃烧式检测器分为两种:分为两种:(1)直接接触燃烧式检测器)直接接触燃烧式检测器(2)催化接触燃烧式检测器)催化接触燃烧式检测器 两种检测器实现浓度信号和电信号转换的过两种检测器实现浓度信号和电信号转换的过程都是在程都是在惠斯顿平衡电桥惠斯顿平衡电桥上完成的,因其响应过上完成的,因其响应过程都与热敏电阻温度有关,所以又称为热学式检程都与热敏电阻温度有关,所以又称为热学式检测器。测器。.1、接触燃烧式检测器原理图、接触燃烧式检测器原理图.检测原理检测原理:(1)无可燃性气体时,电桥平衡无信号输
15、出)无可燃性气体时,电桥平衡无信号输出(2)有可燃性气体时,通电后电流加热测量)有可燃性气体时,通电后电流加热测量电阻,达到燃点就燃烧,释放出的热量加电阻,达到燃点就燃烧,释放出的热量加热测量电阻,使其温度升高,阻值增大,热测量电阻,使其温度升高,阻值增大,电桥偏离平衡状态,电桥输出电信号,电电桥偏离平衡状态,电桥输出电信号,电信号的大小与可燃气体的浓度成正比。信号的大小与可燃气体的浓度成正比。.三、半导体气敏检测器三、半导体气敏检测器.1、气敏原件气敏原件:主要由金属氧化物或高分子半导体:主要由金属氧化物或高分子半导体材料制成,气敏元件接触待测气体时,其电阻或导材料制成,气敏元件接触待测气体
16、时,其电阻或导电性发生改变,其变化值与气体浓度相关。电性发生改变,其变化值与气体浓度相关。2、半导体气敏检测器分类半导体气敏检测器分类 (1)按基体材料分为:金属氧化物系、有机高分)按基体材料分为:金属氧化物系、有机高分子半导体系、固体电解质系;子半导体系、固体电解质系;(2)按制作方法和结构形式分为:烧结型、薄膜)按制作方法和结构形式分为:烧结型、薄膜型、厚膜型等;型、厚膜型等;(3)按产生信号的机理分为:电阻型、电容型、)按产生信号的机理分为:电阻型、电容型、二极管特性型、晶体管特性型、频率型等。二极管特性型、晶体管特性型、频率型等。.3、电阻型半导体气敏检测器响应原理电阻型半导体气敏检测
17、器响应原理 测定时,半导体气敏元件被加热到某一稳定测定时,半导体气敏元件被加热到某一稳定状态,气体接触气敏元件表面被物理吸附,失去状态,气体接触气敏元件表面被物理吸附,失去其运动动能,其中一部分分子蒸发,剩下的分子其运动动能,其中一部分分子蒸发,剩下的分子被吸附在固定处,同时发生电子转移。如果气敏被吸附在固定处,同时发生电子转移。如果气敏元件的功函数小于吸附分子的电子亲和力时,被元件的功函数小于吸附分子的电子亲和力时,被吸附的分子将从气敏元件夺取电子,分子带有负吸附的分子将从气敏元件夺取电子,分子带有负电荷,此种吸附称为负离子吸附;相反,称为正电荷,此种吸附称为负离子吸附;相反,称为正离子吸附
18、。离子吸附。自由电子或空穴的减少,使阻值发生变化,自由电子或空穴的减少,使阻值发生变化,浓度与阻值的变化成正比。浓度与阻值的变化成正比。.四、定电位电解式检测器四、定电位电解式检测器五、红外吸收式检测器五、红外吸收式检测器六、迦伐尼电池式检测器六、迦伐尼电池式检测器七、隔膜电极式检测器七、隔膜电极式检测器.第三节第三节 传感器的选用传感器的选用一、危险气体的分类一、危险气体的分类1、易燃易爆气体易燃易爆气体:与空气混合并达到一定浓度后:与空气混合并达到一定浓度后 就就形成爆炸性混合气体,如液化石油气、天然气、氢形成爆炸性混合气体,如液化石油气、天然气、氢气、一氧化碳等;气、一氧化碳等;2、有毒
19、有害气体有毒有害气体:浓度超过某一阈值(或限制)就:浓度超过某一阈值(或限制)就会对人造成中毒伤害,如氯气、硫化氢、氰化氢、会对人造成中毒伤害,如氯气、硫化氢、氰化氢、一氧化碳、氨气、二氧化氮等。一氧化碳、氨气、二氧化氮等。.二、不同类型气体对检测器的要求二、不同类型气体对检测器的要求 1、单纯易燃易爆气体:设置检测报警器的目的、单纯易燃易爆气体:设置检测报警器的目的是防止达到爆炸极限浓度,所用检测器的测定是防止达到爆炸极限浓度,所用检测器的测定范围是从范围是从0到爆炸下限(到爆炸下限(LEL)浓度,一般用)浓度,一般用0100%LEL表示。因此,常常把可燃气体检测表示。因此,常常把可燃气体检
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