FTIR固定污染源VOCs在线监测系统

摘要：

挥发性有机物(VOCs)造成了全球环境污染,给人们日常生活工作带来不利影响.对挥发性有机物进行高效准确监测成为我国大气环境治理的热点.与其他污染物气体相比,VOCs更易挥发并可以和其他污染物发生反应,其物理化学性质的复杂性对已有的检测方法提出了很高的要求.在众多的气体检测方法中,光谱检测技术以其方便快捷、检测准确等优点得到了广泛应用.傅里叶变换红外光谱(FTIR)作为光谱检测技术中重要的一员,不仅可以多通道快速检测,还可以分析上百种污染物种类并实时计算污染物浓度,解决了VOCs气体性质复杂带来的困扰.开展了固定污染源VOCs在线监测系统的研制,整套系统基于傅里叶变换红外光谱,干涉仪出射的红外干涉信号被10 m光程的气体池中的目标气体吸收后进行傅里叶变换,得到含有气体特征吸收峰的红外光谱;将红外光谱与标准谱库的数据进行对比分析即可实现对目标气体的种类鉴定和浓度测量.系统覆盖650～4000 cm-1光谱范围,由于大多数VOCs在中红外指纹区具有相对独立的吸收峰,因此可实现对多种气体的分析检测.光谱分辨率为1 cm-1,浓度检测范围为1.6～319.47 m g·m-3(以苯为例).系统对甲苯、丙酮、乙酸乙酯等十几种VOCs进行分析测试,得到不同气体的红外光谱图,与标准数据库吻合得很好,并且可以根据不同气体的吸收峰对其进行区分.为了得到气体的准确浓度,需要对仪器进行标定.为降低气体在气体池内腔和反射镜上的吸附并控制水蒸气含量,加入温控系统对气体池温度进行实时监测.实验中通入不同浓度的二甲苯标准气体,利用五点标定法得到分析浓度与标准浓度之间的关系,分析浓度的相对偏差小于0.06％.为验证系统在实际工作场景下的性能,选取某喷涂车间,对喷漆过程中溶剂和稀释剂挥发形成的VOCs污染进行一周的监测,得到苯、甲基乙基酮、异丙醇以及乙酸乙酯四种主要污染气体的浓度变化.设定浓度安全阈值为安全作业提供参考.从长时间测试数据分析,系统平均无故障时间(M TBF)长达1000 h,可长时间稳定可靠地实时监测.

关键词：傅里叶变换红外光谱技术、挥发性有机化合物、气体分析、在线监测

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分类号：O433.4(光学)

资助基金：国家重大科学仪器设备开发专项2013YQ060615 ,北京市自然科学基金青年项目8174061 ,北京市教育委员会科技计划一般项目KM201710005009

在线出版日期：2018-10-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：3106-3111