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Z-nose便攜式快速分析儀在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用
點擊次數(shù)：623 發(fā)布時間：2014-10-30
便攜式快速分析儀在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用
韓佳真 田雋 陳鵬
（北京市西城區(qū)環(huán)境保護監(jiān)測站 北京 100035）
摘要：根據(jù)環(huán)境突發(fā)事件的應(yīng)急監(jiān)測需要，通過采用便攜式快速分析儀對環(huán)境中污染物進行定性定量分析，現(xiàn)場快速得出結(jié)論。
關(guān)鍵詞：應(yīng)急監(jiān)測，快速，定性定量，氣相色譜
一、概述
?。ㄒ唬?span lang="EN-US"> 儀器簡介
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境狀況日益復(fù)雜，污染物種類繁多，對環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測能力要求越來越高。在現(xiàn)有的應(yīng)急監(jiān)測儀器中，存在著體積大，檢測項目單 一，數(shù)據(jù)處理滯后等問題。便攜式快速分析儀（圖一），簡稱電子鼻（zNose），采用快速氣相色譜技術(shù)對混合物進行分離，化合物從色譜柱依次流出后，被表 面聲波檢測器（SAW）檢測到，在電腦上顯示分析圖以及全貌指紋圖譜，能對數(shù)百種揮發(fā)性半揮發(fā)性有機物進行定性定量分析。
電子鼻是基于快速毛細(xì)管色譜技術(shù)與高靈敏的聲學(xué)傳感器及氣體指紋圖譜技術(shù)相結(jié)合的一種高科技產(chǎn)品。這種技術(shù)檢測速度快，靈敏度高，檢出限低，且定性定量準(zhǔn)確。氣體樣品可以直接進行測定，對于液體或土壤樣品，可使用的附件解析出樣品蒸汽再通過吸附和解析的方式導(dǎo)入進樣口，然后通過色譜柱分離后到達(dá)表 面聲波檢測器進行定性定量分析。
?。ǘ┛焖贇庀嗌V電子鼻技術(shù)
圖2是一種使用表面聲波檢測儀的新型快速氣相色譜系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括加熱槽， 氣體預(yù)濃縮器，可程序升溫的氣相色譜柱，以及SAW檢測器。表面聲波檢測儀的靈敏度相當(dāng)高，可以檢測到pg級的濃度。系統(tǒng)的進樣口可以直接吸收環(huán)境空氣，土壤樣品中釋放的氣體或液體樣品中的頂空蒸汽。樣品在石英晶體表面冷凝和蒸發(fā)使表面聲波檢測儀產(chǎn)生不同的頻率。
圖3是檢測器頻率圖、色譜圖以及指紋圖譜。在分析開始和結(jié)束, 作出0度或90度的時間輻射圖就得到了這個圖。下面的圖是頻率圖，上面的圖是衍生（色譜）圖，它們的色譜峰是相似的。SAW檢測儀測量的是色譜峰的積分，因此也被稱為積分檢測儀。
快速色譜的檢測為10秒，峰寬為百萬分之幾秒，保留時間在百萬分之二十秒之內(nèi)。因此，500個傳感器可以在10秒鐘內(nèi)依次進行記錄。傳感器響應(yīng)信號的重合減少到zui小。這種特性決定了可以使用標(biāo)準(zhǔn)混合品來保證很低的檢出限水平。
傳感器隨輻射角的信號或衍生信號的時間坐標(biāo)和電子鼻的譜圖識別的算法。表面聲波檢測儀檢測石英表面凝結(jié)（和蒸發(fā)）的組分的量，它的頻率會對凝結(jié)的單一組分量的量作出響應(yīng)。表面聲波晶體是*的積分型GC檢測儀，檢測器的衍生信號只是用來確定保留時間的。由傳感器頻率可以確定被測組分含量。
二、快速分析儀在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用
?。ㄒ唬┈F(xiàn)場有毒有害氣體快速應(yīng)急監(jiān)測
現(xiàn)場檢測中，電子鼻能夠分析有毒有害揮發(fā)性有機化合物（VOCs），如苯，甲苯，乙苯及二甲苯等，還可以對半揮發(fā)性有機物（SVOCs），如萘等進行 分析，分析時間少于10秒，其定量可到ppb級。電子鼻能夠幫助監(jiān)測人員在現(xiàn)場快速得到環(huán)境中的氣體組成。對復(fù)雜氣體，可以通過它們的特定的圖譜形狀 對進行辨識。嗅覺譜圖將嗅覺響應(yīng)轉(zhuǎn)化為視覺響應(yīng)。操作人員和計算機都可以通過專業(yè)譜圖庫對視覺譜圖進行分析和辨識。圖4是一個10秒鐘的色譜圖，從中可以 看出SAW檢測器吸附和解析的速度是很快的。通過保留時間可以識別各種成分。
?。ǘ┧杏袡C污染物的現(xiàn)場快速檢測
河流、湖泊中也有水污染的問題。例如游船漏油或舉行水上活動時都會污染水質(zhì)。電子鼻能夠在現(xiàn)場對污染物定性定量測量。如圖5所示，用電子鼻來檢測水中 芳香族化合物（PHA）含量。指紋譜圖可以顯示污染物的特征。把電子鼻隨船帶到水面上，為使檢測結(jié)果有意義，在GC/SAW分析儀上接有GPS接收器，這 樣就可以同時記錄取樣地點了。電子鼻的軟件可以使GPS接收器的信息得以顯示，這樣每次分析的結(jié)果就包含了檢測的時間，緯度和經(jīng)度。生成的表格里會顯示濃 度，緯度和經(jīng)度。用電子鼻和GPS接收器可以繪制化學(xué)濃度的空間坐標(biāo)圖，可對污染狀況實地檢測。圖6中用紅色的圓點來表示濃度。zui大的圓點對應(yīng)的是zui高的 PHA濃度。
（三）加油站總石油烴（TPH）的檢測
石油碳?xì)浠衔锸窃斐纱髿夂偷叵滤廴镜闹饕蛑?。石油在儲存和使用過程中發(fā)生泄漏，就會造成污染。大量的地下儲油罐常常成為污染源。發(fā)生泄漏的地方需要花費大量資金清除那些碳?xì)浠衔铩ｋ娮颖潜O(jiān)測方法符合美國EPA方法，用它進行現(xiàn)場檢測可以節(jié)省大量資金。電子鼻被用來實時檢測對加油站中的泄漏有機污染物的檢測。圖7是加油站有機物的色譜圖。
三、結(jié)論
電子鼻為環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測領(lǐng)域提供了新的技術(shù)。具有簡單、便攜、快速的特點。儀器和軟件易于操作和使用，手持或車載均可帶至現(xiàn)場做應(yīng)急監(jiān)測分析，并且分析時間短，出具結(jié)果快。它能夠作出含有數(shù)百種化學(xué)組分的混合氣體的高確定性譜圖。與此同時，電子鼻可以對各種氣味中的化合物定量。正是這種通用性使它可以被 用于各種不同環(huán)境領(lǐng)域。揮發(fā)性有機物（VOC）的zui低檢出限通常為ppb級，對半揮發(fā)性化合物（Semi-VOC）的檢出限為1pg，ppt級。SAW檢 測器具有很高的靈敏度，適用于多種氣體檢測，穩(wěn)定性好，是目前zui靈敏的GC檢測器。電子鼻是非常有用的現(xiàn)場檢測工具，與氣相色譜相比，具有更強的靈活性，現(xiàn)場無需標(biāo)定，內(nèi)存專業(yè)譜圖庫，在現(xiàn)場結(jié)合《危險化學(xué)品信息查詢系統(tǒng)》的使用，可對現(xiàn)場污染物種類、濃度、毒性、影響范圍做出快速分析判斷，為環(huán)境污染事 故現(xiàn)場決策提供依據(jù)，較好的適用于環(huán)境突發(fā)事件的應(yīng)急監(jiān)測工作。
參考文獻(xiàn)：1、李國剛 環(huán)境化學(xué)污染事故檢測技術(shù)與裝備 化學(xué)工業(yè)出版社 2005-9-1
2、國家* 增強環(huán)境污染源事故應(yīng)急監(jiān)測能力 2006-6-24
3、曲格平 環(huán)境保護知識讀本 北京紅旗出版社 1999-6