《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》 教案 3-33甲醛濃度測量

甲醛濃度測量測定原理酚試劑比色法的原理是甲醛與酚試劑反應(yīng)生成嗪，在高鐵離子存在下，嗪與酚試劑的氧化產(chǎn)物生成藍(lán)綠色化合物，根據(jù)顏色深淺，用分光光度計(jì)測定。乙酰丙酮分光光度法的原理是甲醛被水吸收，在pH值為6的乙酸-乙酸銨緩沖溶液里，與乙酰丙酮作用，在沸水浴條件下，迅速生成穩(wěn)定的黃色化合物，在波長413mm處用分光光度法測定。 空氣中甲醛的濃度（mg/m3）=WVn （式中W——樣品中甲醛含量，μm；Vn——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的采樣體積，L；按REF_Ref22942\h式（1）計(jì)算。分光光度計(jì)都是基于紫外-可見分光光度法（UV）。而紫外-可見分光光度法是選定一定波長的光照射被測物質(zhì)溶液，測量其吸光度，再依據(jù)吸光度計(jì)算出被測組分的含量。計(jì)算的理論依據(jù)是“吸收定律”，它是由朗伯定律和比爾定律結(jié)合而成，故又稱朗伯-比爾定律：當(dāng)一束平行單色光通過均勻、非散射的稀溶液時(shí)，溶液對光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比，即 A=kCL （2）式中A——吸光度；C——溶液濃度；L——液層厚度；k——比例常數(shù)。與很多因素有關(guān)，包括入射光的波長、溫度及吸收物質(zhì)的性質(zhì)等。國內(nèi)外使用的紫外-可見分光光度計(jì)種類很多，基本結(jié)構(gòu)原理與部件是類似的，一般主要由5個(gè)部分組成，即光源、單色器、吸收池（比色皿）、檢測器和信號顯示器。常見的分光光度計(jì)1）721型分光光度計(jì)這是一種可見分光光度計(jì)，光源為鎢絲燈，并采用晶體管穩(wěn)壓電源，所以穩(wěn)定性較好；光電轉(zhuǎn)換元件為真空光電管，并配合電流放大器將微弱光電流放大后推動(dòng)指針式微安表，靈敏度高。該類型分光光度計(jì)的波長范圍是360~800mm，其結(jié)構(gòu)原理如REF_Ref31691\h圖1所示。圖1721型分光光度計(jì)的光路圖1—光源；2—聚光透鏡；3—色散棱鏡；4—準(zhǔn)直鏡；5—保護(hù)玻璃；6—狹縫；7—反射鏡；8—光欄；9—聚光透鏡；10—吸收池；11—光門；12—保護(hù)玻璃；13—光電倍增管；14—放大器；15—檢流計(jì)由光源發(fā)出的白光，經(jīng)聚焦鏡至平面反射鏡，轉(zhuǎn)角90°進(jìn)入入口狹縫，經(jīng)準(zhǔn)直鏡變成一束平行光線射入背面鍍鋁棱鏡、色散后的光從鋁面反射回來，再經(jīng)過準(zhǔn)直鏡的反射進(jìn)入出口狹縫。轉(zhuǎn)動(dòng)模鏡就可使光譜在出射狹縫上移動(dòng)，這樣便可連續(xù)不斷地把不同波長的單色光引出照射至比色皿上。2）751型分光光度計(jì)751型分光光度計(jì)是一種紫外-可見分光光度計(jì)，波長范圍200~1000nm，在300、1000nm內(nèi)用鎢絲燈作光源、在200~320nm內(nèi)用氫燈作光源。它以石英棱鏡作單色器，光電管為光電轉(zhuǎn)換元件，配有GD-5紫敏光電管和GD-6紅敏光電管；前者適用于波長200~625nm范圍，后者適用于波長625~1000nm范圍。儀器配有石英和玻璃兩種比色皿，儀器的光路原理如REF_Ref31733\h圖2所示。由光源射出的連續(xù)輻射光線、射至凹面聚光鏡上，在反射至平面鏡上，然后在反射至狹縫S上，而狹縫S正好位于球面準(zhǔn)直鏡的焦面上，因此入射光線到達(dá)準(zhǔn)直鏡上反射后，就以一束平行光線射向棱鏡，光線進(jìn)入棱鏡后色散，色散后的光線經(jīng)準(zhǔn)直鏡反射回來聚集在出射狹縫S上，最后經(jīng)樣品池、檢測器至顯示系統(tǒng)。圖2751型分光光度計(jì)原理圖1—鎢燈；2—?dú)錈簦?—凹面聚鏡；4—平面反射鏡；5—石英透鏡；6—入射狹縫S；7—準(zhǔn)直鏡；8—石英棱鏡；9—出射狹縫S；10—樣品池；11—紫敏光電管；12—紅敏光電管氣相色譜儀氣相色譜分析儀是利用氣相色譜原理進(jìn)行組分分析的儀器，是建筑室內(nèi)環(huán)境空氣污染物測定的主要儀器之一，可以用來測定建筑室內(nèi)環(huán)境空氣中的一氧化碳、二氧化碳、甲醛、苯及苯系物、揮發(fā)性有機(jī)化合物等多種有害氣體的濃度。色譜法分離混合物組分的原理是：需要進(jìn)行分離的混合物的樣品，在流動(dòng)相的推動(dòng)作用下，流經(jīng)一支裝有固定相的色譜柱，受固定相的吸附或溶解作用，樣品中的各組分在流動(dòng)相和固定相中產(chǎn)生濃度變化。由于固定相對不同組分的吸附或溶解度不同，因此，各種組分在流動(dòng)相和固定相中的濃度分配情況，會產(chǎn)生不同的狀態(tài)和不同的參數(shù)變化，從而使各自從色譜柱中流出的時(shí)間長短發(fā)生不同的變化，達(dá)到分離混合物組分的目的。當(dāng)采用液體作為流動(dòng)相時(shí)，則稱為液相色譜法；當(dāng)采用氣體（載氣）作為流動(dòng)相時(shí)，則稱為氣相色譜法。根據(jù)色譜柱中固定填充物的狀態(tài)不同，氣相色譜又分為汽-固色譜和汽-液色譜兩種方式，汽-固色譜中的固定相為固態(tài)填充物，汽-液色譜中的固定相為液態(tài)填充物。氣相色譜儀是一種把混合物分離成單個(gè)組分的儀表，常常被用來對樣品組分進(jìn)行鑒定和定量測量。氣相色譜儀由載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、色譜柱、溫度控制系統(tǒng)、檢測器和信號記錄系統(tǒng)等組成，典型的氣相色譜分析儀的基本工作流程，見REF_Ref16840\h圖3。圖3氣相色譜分析儀基本工作流程載氣自鋼瓶經(jīng)減壓后輸出，通過凈化器穩(wěn)壓閥或穩(wěn)流閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)后、以穩(wěn)定的流量連續(xù)不斷地流過氣化室、色譜柱、檢測器最后放空。被測物質(zhì)（若液體須在氣化室內(nèi)瞬間氣化）隨載氣進(jìn)入色譜柱，根據(jù)被測組分的不同分配性質(zhì)，它們在柱內(nèi)形成分離的譜帶，然后在載氣攜帶下先后離開色譜柱進(jìn)入檢測器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出信號，并記錄成色譜圖。1）載氣系統(tǒng)氣相色譜儀的氣路是一個(gè)載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉系統(tǒng)，包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量氣流的流量計(jì)、壓力表等。常見的氣路系統(tǒng)有單柱單氣路和雙柱雙氣路。單柱單氣路適用于恒溫分析；雙柱雙氣路適用于程序升溫分析。氣相色譜常用的載氣為氮?dú)?、氫氣和氦氣等。載氣的選擇主要由檢測器性質(zhì)及分離要求所決定。載氣在進(jìn)入色譜儀前必須經(jīng)過凈化處理。載氣中若含有微量水會使聚酯類固定液解聚，載氣中的氧在高溫下易使某些極性固定液氧化。對電子捕獲檢測器，載氣中水分含量對儀器的穩(wěn)定性和檢測靈敏度的影響更大。某些檢測器除載氣外還需要輔助氣體，如火焰離子化和火焰光度檢測器需用氫氣和空氣作燃?xì)夂椭細(xì)?。各氣路都?yīng)有氣體凈化管。常用的氣體凈化劑為分子篩、硅膠、活性炭等。載氣流量由穩(wěn)壓閥或穩(wěn)流閥調(diào)節(jié)控制。穩(wěn)壓閥有兩個(gè)作用，一是通過改變輸出氣壓來調(diào)節(jié)氣體流量的大小，二是穩(wěn)定輸出氣壓。恒溫色譜中，整個(gè)系統(tǒng)阻力不變，用穩(wěn)壓閥便可使色譜柱入口壓力穩(wěn)定。在程序升溫中，色譜柱內(nèi)阻力不斷增加，其載氣流量不斷減少，因此需要在穩(wěn)壓閥后連接一個(gè)穩(wěn)流閥，以保持恒定的流量。色譜柱的載氣壓力（柱入口壓）由壓力表指示，壓力表讀數(shù)反映是柱入口壓與大氣壓之差，柱出口壓力一般為常壓。柱前流量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示，柱后流量必要時(shí)可用皂膜流量計(jì)測量。2）進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣器、汽化室，起到引入試樣并使之汽化的作用。一氧化碳、二氧化碳、天然氣的進(jìn)樣通常采用六通進(jìn)樣閥。3）色譜柱色譜柱是色譜儀的關(guān)鍵部件，其作用是分離樣品，主要有填充柱和毛開管柱（亦稱毛細(xì)管柱）兩大類。色譜柱為空心管，根據(jù)分析要求填充合適的固定相。當(dāng)汽化后的樣品被連續(xù)流動(dòng)氣體（稱為流動(dòng)相或者載氣，一般為N2、He等）運(yùn)載著進(jìn)入色譜柱時(shí)，由于固定相對各組分的吸附或溶解能力不同，因此各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度就不同，經(jīng)過一定的柱長后，各個(gè)組分便彼此分離，按順序離開色譜柱進(jìn)入檢測器檢測與記錄，系統(tǒng)按各組分物理、化學(xué)特性將各組分按順序轉(zhuǎn)換成的電信號，經(jīng)轉(zhuǎn)化和放大后，進(jìn)行存儲及顯示。4）溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)用于設(shè)置、控制和測量氣化室、柱室、檢測室等處的溫度。5）檢測器氣相色譜檢測器有10余種，常用的有熱導(dǎo)檢測器（TCD）、氫焰離子化檢測器（FD）、電子捕獲檢測器（ECD）、火焰光度檢測器（FPD）等。以上四種檢測器均為微分型檢測器。微分型檢測器的特點(diǎn)是被測組分不會在檢測器中積累，色譜流出曲線呈正態(tài)分布即呈峰形。峰面積或峰高與組分的質(zhì)量或濃度成比例。四種常用檢測器的性能列于REF_Ref7300\h表1中。表1常用檢測器的性能檢測器性能熱導(dǎo)大焰離子化電子捕獲大始光度類型濃度質(zhì)量濃度質(zhì)量通用性成選擇性通用基本通用選擇選擇檢測限10*mg/mL10*1*g/mL10-2g/s10-2g/m(P10-11g/s(S線性范圍10?103102=1010*(P103(S適用范圍有機(jī)物和無機(jī)物含碳有機(jī)物鹵素及親電子物、農(nóng)藥含硫，磷化合物、農(nóng)藥火焰離子檢測器是利用碳?xì)浠衔铮℉nCm）在火焰中的電離現(xiàn)象對HC組分進(jìn)行濃度測量。樣品在氫-空氣火焰中燃燒，變成帶電的離子。這些離子在由電極4、5產(chǎn)生的高壓電場中做定向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)收集電極從而形成離子流，通過測量這一電流大小，便可得知物質(zhì)的濃度。REF_Ref27026\h圖4是配火焰離子檢測器的氣相色譜儀流程示意圖。REF_Ref22248\h圖5為氫火焰離子檢測器原理圖。圖4氣相色譜儀示意圖1—分子篩脫水管；2—固定限流器；3—流量控制器；4—穩(wěn)壓器；5—進(jìn)樣口；6—色譜柱；7—檢測器；8—電子部；9—計(jì)算機(jī)圖5氫火焰離子檢測器原理圖1—?dú)んw；