傅里葉紅外便攜式氣體分析儀在應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用

張曉勇，楊國慶，李 程，王 珂

（1.江蘇省環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心，南京 210036；2.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，南京 210037）

傅里葉紅外便攜式氣體分析儀在應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用

張曉勇1,2，楊國慶1，李 程1，王 珂1

（1.江蘇省環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心，南京 210036；2.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，南京 210037）

傅里葉紅外便攜式氣體分析儀是應(yīng)急監(jiān)測中最常用的儀器之一，它具有掃描速度快、分辨率和靈敏度高、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。為了使其更好地為大氣應(yīng)急監(jiān)測服務(wù)，本文首先介紹了GasID便攜式氣體分析儀的工作原理、構(gòu)成、操作方法，然后與其他應(yīng)急監(jiān)測儀器進(jìn)行比較，最后通過實(shí)例說明了該儀器在應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，該儀器攜帶輕便、分析快速，可以用于大氣應(yīng)急監(jiān)測。

傅里葉變換紅外光譜；大氣環(huán)境；突發(fā)；應(yīng)急監(jiān)測

近年來，突發(fā)環(huán)境事件時(shí)有發(fā)生，為了快速鎖定污染物，必須及時(shí)開展應(yīng)急監(jiān)測。突發(fā)環(huán)境事件中產(chǎn)生的氣體具有量大、時(shí)間短、變化快等特點(diǎn)，在開展現(xiàn)場大氣監(jiān)測時(shí)，須結(jié)合污染物類型選擇合適的監(jiān)測儀器，以獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在眾多便攜式監(jiān)測儀器中，GasID傅里葉紅外便攜式氣體分析儀是常用的儀器之一，此儀器具有掃描速度快、分辨率和靈敏度高、攜帶方便等特點(diǎn)，基本可以滿足應(yīng)急監(jiān)測需要[1-3]。

1 儀器介紹

1.1 工作原理

GasID便攜式氣體分析儀工作原理是基于傅里葉變換紅外光譜技術(shù)（FT-IR），干涉儀將光源發(fā)出的光分成兩束后，再以不同的光程差重新組合，發(fā)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)兩束光的光程差為λ/2的偶數(shù)倍時(shí)，落在檢測器上的相干光則互相疊加，產(chǎn)生明線，相干光強(qiáng)度出現(xiàn)極大值；相反，當(dāng)兩束光的光程差為λ/2的奇數(shù)倍時(shí)，落在檢測器上面的相干光相互取消，產(chǎn)生暗線，相干光強(qiáng)度有極小值[4-8]。由于多色光的干涉圖等于所有含單色光干涉圖的加合，因此得到的是具有中心極大，并向兩邊迅速衰減的對稱干涉圖。

干涉圖包含光源的全部頻率和與該頻率相對應(yīng)的強(qiáng)度信息，所以如有一個(gè)有紅外吸收的樣品放在干涉儀的光路中，由于樣品能吸收特征波數(shù)的能量，結(jié)果所得到的干涉圖強(qiáng)度曲線就會相應(yīng)地產(chǎn)生一些變化。關(guān)于每個(gè)頻率強(qiáng)度信息的干涉圖，人們可借助數(shù)學(xué)上的Fourier變換技術(shù)對每個(gè)頻率的光強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算，從而得到吸收強(qiáng)度或透過率和波數(shù)變化的普通光譜圖。

1.2 儀器構(gòu)成

GasID便攜式氣體分析儀核心部件有邁克遜干涉儀、紅外光源、動(dòng)鏡、定鏡、分束器和檢測器。主要配套設(shè)施有吸附管采樣模塊、Tedlar?袋采樣模塊、手持采樣泵、電源和電池等。此儀器有兩種進(jìn)樣方式：直接進(jìn)樣和預(yù)濃縮熱解析進(jìn)樣，直接進(jìn)樣方式無需加熱，若采用預(yù)濃縮熱解析進(jìn)樣，采樣部位會被加熱升溫到180℃[9]。

此儀器內(nèi)置了有毒有害物質(zhì)譜庫（超過5 500種），用戶也可以自建譜庫，GasID內(nèi)置了美國國家職業(yè)病研究院的有毒化合物相關(guān)信息。數(shù)據(jù)庫包括：揮發(fā)性有機(jī)物（如丙酮、苯等）、易燃?xì)怏w（如丙烷、正己烷等）、有毒工業(yè)化學(xué)品和有毒工業(yè)物質(zhì)（如氨、氟利昂等）、腐蝕性氣體（如氯化氫、氮化物等）、殺蟲劑（如甲草胺、殺鼠靈等）、化學(xué)武器（如芥子氣）。不能鑒別惰性氣體（如氦氣、氖氣等）、共核雙原子氣體（如氫氣、氧氣、氮?dú)狻⒎鷼狻⒙葰?、溴）和氣溶膠（除可蒸發(fā)的小液滴外）。我國優(yōu)先登記的有毒化學(xué)品有40種，其中氯化氫、氮氧化物、二氧化硫、氯化氰、苯胺等可使用此儀器進(jìn)行現(xiàn)場測定。

1.3 操作步驟

主要操作步驟包括：開機(jī)、樣品連接、背景采集和結(jié)果顯示。接通電源后向上推開關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入GasID軟件，輸入用戶名和登錄密碼進(jìn)入；點(diǎn)擊START開始檢測，系統(tǒng)自動(dòng)檢查采樣部件的連接情況，指示燈為綠色，說明采樣部件連接正常；點(diǎn)擊Continue，系統(tǒng)首先采集背景數(shù)據(jù)，結(jié)束后開始分析所采集樣品，分析完成后，給出譜圖和最接近樣品的多個(gè)化合物的名稱及其相似性結(jié)果。

1.4 特點(diǎn)

氣相色譜-質(zhì)譜分析儀（GC-MS）也是目前應(yīng)急監(jiān)測中使用較多的儀器，兩種儀器比較，GasID有以下優(yōu)勢：一是操作簡單，分析速度快。中文可視界面，基本無需對樣品進(jìn)行前處理，從取樣到出結(jié)果的時(shí)間約20 min；二是體積小，重量輕，電池續(xù)航能力長。配置堅(jiān)固耐用的手提箱，單人可攜帶并在現(xiàn)場開展操作，4塊原配電池續(xù)航時(shí)間長，如不使用預(yù)濃縮熱解析進(jìn)樣，可以連續(xù)操作4 h左右；三是對操作環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。分束器能在極端潮濕（0～100%RH）和極冷極熱（-7℃～50℃）的環(huán)境條件下操作，完全防水設(shè)計(jì)，離開污染區(qū)域后，可以直接整體洗消；四是內(nèi)置電腦，觸屏操作，結(jié)果直讀，現(xiàn)場無需攜帶其他電腦；五是顯示的信息全面。顯示結(jié)果后，可啟動(dòng)“NIOSH”按鈕查看物質(zhì)的關(guān)鍵信息和數(shù)據(jù)。

2 實(shí)例分析

2.1 概況

2016年，某地發(fā)生一起環(huán)境突發(fā)事件，一輛貨車在道路上追尾前方裝有苯乙烯的槽罐車，導(dǎo)致部分苯乙烯泄露。事件發(fā)生后，環(huán)保部門采取筑壩封堵控制擴(kuò)散，使用吸油氈和活性炭吸附泄露的苯乙烯。

2.2 現(xiàn)場監(jiān)測

為了掌握苯乙烯在大氣中的擴(kuò)散情況，監(jiān)測人員根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向以及周邊環(huán)境情況，在下風(fēng)向50 m、100 m、200 m、250 m、500 m處布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，使用便攜式氣體分析儀對空氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，兩次取樣間隔為20 min。監(jiān)測結(jié)果表明，監(jiān)測1 h后，100 m處苯乙烯明顯，500 m處苯乙烯不明顯。苯乙烯明顯的原因可能是事發(fā)位置地勢低洼，不利于空氣中苯乙烯的稀釋和擴(kuò)散，導(dǎo)致空氣中苯乙烯積累。監(jiān)測5 h后，250 m處大氣中苯乙烯不明顯。

2.3 跟蹤監(jiān)測

為了確保事發(fā)地環(huán)境空氣質(zhì)量安全，事發(fā)生后第3天、第4天再次采用便攜式氣體分析儀對事發(fā)地空氣進(jìn)行監(jiān)測，采樣時(shí)間為當(dāng)日10時(shí)、12時(shí)和14時(shí)，結(jié)果顯示：200 m處，苯乙烯不明顯[10]。

3 結(jié)語

應(yīng)急監(jiān)測是突發(fā)環(huán)境事件處置的關(guān)鍵，迅速、準(zhǔn)確、全面的結(jié)果可以為決策者提供技術(shù)支撐。在應(yīng)急監(jiān)測中，人們必須結(jié)合污染現(xiàn)場狀況來選擇合適的監(jiān)測儀器。GasID便攜式氣體分析儀在大氣應(yīng)急監(jiān)測中具有輕便、快速等優(yōu)勢，使用者可以充分挖掘其潛能，發(fā)揮其作用。

1 嚴(yán) 暉.突發(fā)性水污染事故應(yīng)急監(jiān)測體系的研究[J].中國資源綜合利用，2012，30（8）：44-47.

2 劉鐵順，雷艷秋.突發(fā)性環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測與處理處置[J].中國資源綜合利用，2009，27（12）：30-32.

3 馬戰(zhàn)宇，龐曉露，高 亮，等.便攜式傅里葉紅外快速檢測環(huán)境中氣態(tài)污染物[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2007，23（4）：44-46.

4 尤小娟，趙 亮，苗其好.GasID的基本原理及其在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用[J].儀器儀表與分析監(jiān)測，2014，（1）：41-43.

5 黃振榮，陳 淵.便攜式傅里葉變換紅外多組分氣體分析儀在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2015，40（12）：133-135.

6 邊歸國.開放通道傅里葉變換紅外光譜法在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2003，19（4）：52-55.

7 朱 蕾，蘇 艷.傅里葉紅外光譜分析在環(huán)境試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].環(huán)境技術(shù)，2002，（3）：5-9.

8 郁建橋，張 璘，王 霞.FTIR光譜法在氣態(tài)環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用[J].分析儀器，2005，（1）：55-58.

9 郁建橋.三種環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測儀器的比較[J].分析儀器，2007，（1）：60-61.

10 魯寶權(quán)，汪 宵，王 亮，等.兩種環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測儀器在突發(fā)性環(huán)境污染事故中的作用[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010，2（2）：11-13.24.

The Application of Fourier Infrared Portable Gas Analyzer in Emergency Monitoring

Zhang Xiaoyong1,2，Yang Guoqing1，Li Cheng1，Wang Ke1
(1.Center of Environmental Emergency Response and Accident Investigation of Jiangsu Province,Nanjing 210036,China；2.College of Forest Resources and Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)

Fourier infrared portable gas analyzer is one of the most commonly used instruments in emergency monitoring,it has the advantages of fast scanning,high resolution and sensitivity,easy to carry and so on.In order to make it better for atmospheric emergency monitoring services,this paper first introduced the GasID portable gas analyzer working principle,composition,operation method,and then compared with other emergency monitoring instruments,and finally illustrates by an example of the instrument in emergency monitoring The application effect.The results show that the instrument portable light,fast analysis,can be used for atmospheric emergency monitoring.

FT-IR；atmospheric environment；abrupt；emergency monitoring

O657.33；X830.7

A

1008-9500(2017)11-0112-03

2017-09-18

本文系江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：15KJA220004）的階段性研究成果之一。

張曉勇（1980-），男，江蘇淮安人，高級工程師，博士研究生，從事環(huán)境應(yīng)急工作。