一种氨气的在线高速监测方法技术

本发明专利技术公开了一种对大气环境中的氨气进行灵敏、准确、高速在线监测的新方法。采用离子迁移谱的正离子模式，吸气采样方式，建立了离子迁移谱高速在线监测氨气的新方法。本发明专利技术通过提高迁移管的温度减少大气环境中水汽的干扰，从而提高仪器分辨率。通过改变采样体积和平均次数，实现对大气环境中氨气较大浓度范围的高速监测。

【技术实现步骤摘要】
一种氨气的在线高速监测方法
本专利技术涉及一种检测限可达0.1ppb级的对大气环境中的氨气进行灵敏、准确、高速在线监测的新方法。采用离子迁移谱的正离子模式，吸气采样方式，建立了离子迁移谱高速在线监测氨气的新方法。本专利论述了提高迁移管的温度减少大气环境中水汽的干扰，提高仪器分辨率方法。通过改变采样体积和平均次数，实现对大气环境中氨气较大浓度范围的高速监测的方法。同时做出一定采样量下的氨气浓度校准曲线，实现对大气环境中氨气长期稳定的在线监测。
技术介绍
近年来随着我国工业化、城市化和现代化进程的加快，我国几大城市群大气灰霾事件频繁发生，对我国的空气质量和人们的身体健康产生严重的影响。大气环境污染问题日益严重，已成为影响和制约我国地区经济可持续发展的一个重要因素。而氨气是大气环境中含量最大的碱性气体，其参与二次气溶胶的成核反应，加剧灰霾天气的生成，对大气环境和人们的身体健康产生重要的影响。研究表明，二次气溶胶可占总PM2.5的30–77％，是我国严重灰霾天气的主要贡献者。而大气环境中氨气浓度的上升则会加剧了气溶胶成核速率，加剧灰霾天气的生成。因为在气溶胶新生粒子成核过程中，大气环境中的氨气与硫酸蒸汽成核，大大降低了水-硫酸体系(二元成核理论)所需的蒸汽压，促进大气新粒子的生成，即三元成核理论(氨-硫酸-水)。与二元成核理论相比，氨气参与的三元成核具有更高的成核速率，所需要的硫酸蒸汽浓度小几个数量级。在此过程中形成的铵盐所具有的物理化学性质对气溶胶的酸碱性、吸湿性、挥发性、以及光学特性等产生重要的影响，是导致城市能见度降低的主要化学成分。另一方面，氨气是具有刺激性和腐蚀性的气体，影响人们的身体健康。氨气对上呼吸道有刺激，人对氨气的嗅阈为0.5-1mg/m3；氨气具有腐蚀作用，能使组织蛋白变性，脂肪皂化，并能破坏细胞膜结构，使人体免疫力下降等。氨气也可以融入血液中，并结合血液中的血红蛋白，通过一系列的破坏使得运氧功能丧失从而导致中毒。因此在线快速检测大气中的氨气含量对灰霾天气的生成过程研究和避免人体受氨的危害具有重要的实用价值。离子迁移谱(IMS)具有灵敏度较高(ng，甚至pg级)、检测快速(s级)、结构简单、操作方便、价格低廉、体积较小、功耗较低等优点，不需要特殊的化学试剂，因此适合长期外场监测，被广泛应用于毒品稽查、化学战剂与爆炸物安检、生物医药和环境检测等领域。离子迁移谱是一种大气压条件下，基于不同离子在电场中迁移率不同来对气相目标物进行快速分离与检测的一项技术。由此，本专利基于离子迁移谱技术，设计了一种氨气的高速在线监测方法，实现对大气环境中氨气长期稳定的在线监测。
技术实现思路
通过真空泵的作用将漂气和样品气吸入迁移谱中，在电离源的作用下，生成反应离子和铵根离子，然后通过迁移区进行分离，并在正高压的作用下达法拉第盘，从而使氨气得以检测。在真空泵的作用下，一定量的漂气和样品气被吸入迁移管，同时用质量流量计测量漂气和尾气的流量，二者流量之差即为采样量。大气样品在进入迁移管前经过空气过滤器，除去大气环境中的颗粒物。离子迁移谱的电离源可以是镍源或紫外灯电离源等。迁移管温度控制在150℃，温度浮动范围在1℃以内。气路所采用的导管均为四氟管，以减少氨残留。漂气流速为400ml/min，尾气排放气的流速大于400ml/min，小于900ml/min。在测量大气环境中氨气的过程，迁移管温度维持在150℃即能将环境湿度的影响降至最低，又能避免降低仪器的分辨率。对大气环境中的氨气的检测限可达0.1ppb对大气环境中的氨气的线性范围为1–1000ppb。附图说明图1为吸气式离子迁移谱装置图，其中，1为真空泵，2为尾气，3为流量计，4为Ni电离源，5为空气过滤器，6为大气样品气，7为法拉第盘，8为漂气。图2为氨的离子迁移谱图图3为迁移管温度对测氨的影响图4为连续高速在线监测氨浓度变化具体实施方式所述离子迁移谱由电离源、迁移管、离子门、信号接收系统、质量流量计、真空泵、四氟管等组成。图1给出该专利技术的组成和气路分布。图2为离子迁移谱的工作参数：迁移管温度为150℃，漂气流速为400ml/min，尾气排放气的流速为450ml/min，即采样流量为50ml/min时，10ppb浓度氨气标准气的离子迁移谱图。通过改变迁移管的温度，得到一系列该方法测氨的谱图，如图3所示。迁移管的温度对方法测氨影响较大。在较低温度下不利于氨的分离检测，在高于150℃时造成分辨率下降，因此迁移管的温度宜维持在150℃。在大气环境中氨气的浓度较低浓度时，可以采用增大尾气排放气流速，从而增大采样量的方式，达到降低迁移谱的检测限。在环境浓度较高时，可以通过减小尾气的排放量，从而减小进样量的方式，增大迁移谱的检测上限。通过改变进样气的相对湿度，考察大气环境湿度的影响。结果表明该方法对环境湿度具有较强的免疫能力，信号强度在不同湿度环境中基本维持不变。通过稀释标准气，配制一系列浓度氨气，然后利用该方法测量，得到氨气的校准曲线。通过上百次连续在线监测不同浓度的氨气，得到该方法的测量氨气的相对标准偏差在1％以内。氨和试剂离子峰的位置约在5ms左右，因此可在10ms以内完成一个采样周期。为了使测量结果更为准确可靠，每5次测量结果做一平均，因此该方法的测量频率最高可达20Hz。在迁移管温度为150℃，漂气流速为400ml/min，尾气排放气的流速为450ml/min，即采样流量为50ml/min，可作用于监测典型大气环境中的氨气。图4为上述条件，使用测量频率为1Hz的情况下，连续在线监测一天的氨气浓度分布图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨气的在线高速监测方法，其特征在于：采用离子迁移谱在线监测，通过真空泵的作用将漂气和大气样品气吸入迁移谱中，在电离源的作用下，生成反应离子和铵根离子，然后通过离子迁移谱的迁移区进行分离，并在正高压的作用下到达离子迁移谱的法拉第盘，从而使氨气得以检测。

【技术特征摘要】
1.一种氨气的在线高速监测方法，其特征在于：采用离子迁移谱在线监测，通过真空泵的作用将漂气和大气样品气吸入迁移谱中，在电离源的作用下，生成反应离子和铵根离子，然后通过离子迁移谱的迁移区进行分离，并在正高压的作用下到达离子迁移谱的法拉第盘，从而使氨气得以检测。2.根据权利要求1所述的氨气的高速在线监测方法，其特征在于：所述离子迁移谱的工作气路共为三路，即漂气、大气样品气、尾气；在真空泵的作用下，漂气和大气样品气被吸入迁移管，同时用质量流量计测量漂气和尾气的流量，二者流量之差即为大气样品气采样量；经过测量后的尾气由真空泵排出。3.根据权利要求1所述的氨气的高速在线监测方法，其特征在于：大气样品气在进入迁移管前经过空气过滤器，除去大气中的颗粒物，避免对仪器内部造成污染。4.根据权利要求1所述的氨气的高速在线监测方法，其特征在于：离子迁移谱的电离源可以是镍源或紫外灯电离源等，在离子迁移谱的正离子模式下得以检测；气路所采用的导管...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄卫，李海洋，王卫国，陈创，李扬，王祯鑫，鞠帮玉，刘骥巍，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21