《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實驗》 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)物生成藍綠色化合物，根據(jù)顏色深淺，用分光光度計測定。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)準狀況下的采樣體積，L；按REF_Ref22942\h式（1）計算。分光光度計都是基于紫外-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)吸光度計算出被測組分的含量。計算的理論依據(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，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1）721型分光光度計這是一種可見分光光度計，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指針式微安表，靈敏度高。該類型分光光度計的波長范圍是360~800mm，其結(jié)構(gòu)原理如REF_Ref31691\h圖1所示。圖1721型分光光度計的光路圖1—光源；2—聚光透鏡；3—色散棱鏡；4—準直鏡；5—保護玻璃；6—狹縫；7—反射鏡；8—光欄；9—聚光透鏡；10—吸收池；11—光門；12—保護玻璃；13—光電倍增管；14—放大器；15—檢流計由光源發(fā)出的白光，經(jīng)聚焦鏡至平面反射鏡，轉(zhuǎn)角90°進入入口狹縫，經(jīng)準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)過準直鏡的反射進入出口狹縫。轉(zhuǎn)動模鏡就可使光譜在出射狹縫上移動，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751型分光光度計是一種紫外-可見分光光度計，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正好位于球面準直鏡的焦面上，因此入射光線到達準直鏡上反射后，就以一束平行光線射向棱鏡，光線進入棱鏡后色散，色散后的光線經(jīng)準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型分光光度計原理圖1—鎢燈；2—氫燈；3—凹面聚鏡；4—平面反射鏡；5—石英透鏡；6—入射狹縫S；7—準直鏡；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：需要進行分離的混合物的樣品，在流動相的推動作用下，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間長短發(fā)生不同的變化，達到分離混合物組分的目的。當(dāng)采用液體作為流動相時，則稱為液相色譜法；當(dāng)采用氣體（載氣）作為流動相時，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組分的儀表，常常被用來對樣品組分進行鑒定和定量測量。氣相色譜儀由載氣系統(tǒng)、進樣系統(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載氣連續(xù)運行的密閉系統(tǒng)，包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量氣流的流量計、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氣、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氣和助燃氣。各氣路都應(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)子流量計指示，柱后流量必要時可用皂膜流量計測量。2）進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)包括進樣器、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、天然氣的進樣通常采用六通進樣閥。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)流動氣體（稱為流動相或者載氣，一般為N2、He等）運載著進入色譜柱時，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行速度就不同，經(jīng)過一定的柱長后，各個組分便彼此分離，按順序離開色譜柱進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適用范圍有機物和無機物含碳有機物鹵素及親電子物、農(nóng)藥含硫，磷化合物、農(nóng)藥火焰離子檢測器是利用碳氫化合物（HnCm）在火焰中的電離現(xiàn)象對HC組分進行濃度測量。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動，到達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—進樣口；6—色譜柱；7—檢測器；8—電子部；9—計算機圖5氫火焰離子檢測器原理圖1—殼體；