瓦斯便携仪工作原理

中国矿业大学爆炸，1死4伤震惊网友。中国矿业大学爆炸初步原因认定为瓦斯爆炸，数百米外的宿舍楼都听到了爆炸声。中国矿业大学爆炸中三名伤者1人重伤，主要伤在腿部，3人伤势较轻，具体情形还在调查中。中国矿业大学爆炸给人警醒，应当如何应对瓦斯爆炸呢？http://www.instrument.com.cn/lib/editor/UploadFile/20154/2015479729772.jpg　　中国矿业大学发生爆炸的实验室位于该校化工学院教学楼三楼南侧，事发楼层可以看到多块玻璃已脱落、窗框严重变形，楼周围散落着不少玻璃碎片。　　有学生表示，这次事故是瓦斯爆炸，在数百米远的宿舍楼里都听到了爆炸声，而现场脱落的窗框最远距离大楼有30多米。　　伤者被送往徐州市中心医院救治。5名伤者为3男2女，都是化工学院学生，其中2人是大四，3人是研一。其中，1人因伤势过重，抢救无效死亡。3人伤势较轻，还有1名伤者伤情较重，入院后就被送入手术室。医生称，其主要为腿部受伤。　　昨日下午，矿大官方微博发布通报称：4月5日12:40许，我校南湖校区化工学院实验室发生爆燃事故，造成5人受伤， 1人经抢救无效死亡，其余4人正在救治中（其中3人轻微伤）。　　该校官方微博晚间就中国矿业大学爆炸通报称，学校已启动事故处置机制，并成立由校党委书记和校长负总责的事故处置工作组，下设事故调查、善后工作和信息发布3个小组，由相关分管校领导任组长。工作组已全面展开工作。　　中国矿业大学爆炸给人警醒，应当如何应对瓦斯爆炸呢？瓦斯爆炸有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为5%-16%　　当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为9.5%时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16%以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。　　瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。　 　引火温度　　瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为，瓦斯的引火温度为650℃-750℃。但因受瓦斯的浓度、火源的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。当瓦斯含量在7%-8%时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引燃温度即降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。

[B]摘 要[/B] 环境化学的特殊需要，决定环境分析、检测仪器的特征。近年来，随着环境科学的发展，适应这种要求的环境分析检测仪器也得到了长足进展。其中，机动灵活的便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的研制与应用，引起了广大环境分析化学工作者的高度重视。不同检测原理的检测器，决定了各种便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的性能。本文从检测器检测原理出发，分析几种常用便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的主要特征，以便从事环境分析化学工作的科技工作者，根据实际工作要求，选[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]时参考。本文简要介绍，配备热导池检测器（TCD）、氢火焰检测器（FID）、电子俘获检测器（ECD）、光离子化检测器（PID）、氩离子化检测器（AID）、表面声波检测器（SAW）、氦离子化检测器（HID）的便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]性能。[B]关键词[/B] 色谱 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url] 检测器Characterizations of Various Portable Gas ChromatographsX O Lee Y Zhang S L Jing*（Beijing East and West Electronic Technology Institute Beijing China 100085）Abstract Characterizations of environmental analysis and detection depend on the special needs of environmental chemistry. Recently, the instrumentations in the field of environmental analysis and detection have being developed very fast. Among them, the developments and applications of the portable gas chromatographs have been paid very much attention to, by scientists and technicians in the field of environmental chemistry. The different working principles decide different performances of portable gas chromatographs. Therefore, authors have discussed the major characterizations, including the working principles of several portable gas chromatographs in common use. The detectors in use are TCD、FID、PID AID and SAW. The purpose of the paper is to provide scientists in the instruments according the needs of their own research work. Key Words Chromatograph Gas Detectors环境分析监测仪器发展的动力来自环境科学的需要。环境科学的特征决定了环境分析监测仪器的特点。随着环境科学的发展，要求分析监测的是大量基体中浓度越来越低的化学物质；环境污染物中相当大的一部分具有很强的时间性和空间性；化学结构类似的化合物往往对环境污染会有不同的影响。因此，研制灵敏度高、分辨力强、速度快，性能价格比好的分析检测仪器，是环境分析、检测仪器研制、开发工作者致力解决的重要课题。具有机动、灵活性的便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]就是适应这种要求而诞生和发展的。便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的主要性能取决于它使用的检测器，因此，本文从检测器的性质阐述、分析几种常用便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的主要特征，以便广大从事环保事业的科技工作者根据实际工作需求，选择仪器时参考。[B]一、热导检测器[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url][/B]热导检测器（TCD，thermal conductivity detector）是利用被测组分和载气热导系数不同而响应的浓度型检测器，它是整体性能检测器，属物理常数检测方法。热导检测器基本理论，工作原理和响应特征，早在上个世纪六十年代就已成熟。由于它对所有的物质都有响应，结构简单，性能可靠，定量准确，价格低廉，经久耐用，又是非破坏型检测器。因此，TCD 始终充满着旺盛的生命力。近十几年来，应用于商品化[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的产量仅次于FID，应用范围较广泛。与其它检测器相比，TCD 的灵敏度低，这是影响它应用于环境分析与检测的主要因素。据文献报道，以氦作载气，进气量为2mL 时，检出限可达ppm 级（10-6 g/g）。因此，使用这种检测器的便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]，不适于室内外一般环境污染物分析与检测。大多用于污染源和突发性环境污染事故的分析与检测[B]二、氢火焰[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url][/B]氢火焰检测器（FID，flame ionization detector）是利用氢火焰作电离源，使被测物质电离，产生微电流的检测器。它是破坏性的、典型的质量型检测器。它的突出优点是对几乎所有的有机物均有响应，特别是对烃类化合物灵敏度高，而且响应值与碳原子数成正比；它对H2O、CO2和CS2等无机物不敏感，对气体流速、压力和温度变化不敏感。它的线性范围广，结构简单、操作方便。它的死体积几乎为零。因此，作为实验室仪器，FID 得到普遍的应用，是最常用的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]检测器。FID 的主要缺点是需要可燃气体-氢气、助燃气体和载气三种气源钢瓶及其流速控制系统。因此，制作成一体化的便携式仪器非常困难，特别是应对突发性环境污染事件的分析与检测就更加困难，因为它需要点“一把火”，增加了引燃、引爆的潜在危险性。上海精密科学仪器有限公司推出的GC190 微型便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]，主要特点是，柱上加热；温度范围为，环境温度至250℃；微型FID 检测器，灵敏度达5×10-11 g/s；线性范围105，氢气作载气「1」。以氢气作载气主要问题是，调节载气流量时，无法控制氢火焰稳定性。[B]三、电子俘获检测器（ECD）[/B]电子俘获检测器（ECD）是卤代烃等电子亲和势较高化合物的选摘性检测器，灵敏度高。但它使用放射性同位素63Ni，根据我国相关法律，不宜制成随意移动的便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]「2」「3」。本文介绍的重点是自上个世纪八十年代迅速发展起来， 在西方科学技术发达国家得到广泛应用，目前在我国尚未得到很好应用的便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]，它们使用的检测器是光离子化检测器（PID，Photo ionization detector ）、氩离子化检测器（AID，Argon ionization detector）、表面声波检测器（SAW，Surface Acoustic Wave）。[B]四、光离子化痕量检测、分析技术[/B]1．光离子化痕量检测、分析技术及其光源的发展Lossing 和Tanaka 等人在1955 年首先阐述了光离子化的原理，当光子能量高于受辐照物质分子的电离能时，该物质可以被电离。1957 年Robinson[4] 首先将此原理用于实际[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]检测器，1961 年，Lovelock [5] 在对色谱分析技术的各种离子化技术的评论中，把光离子化检测器（PID）与氢火焰离子化检测器（FID）相比较，显示出PID 是相当有前途的检测方法。Sawyer 对气体放电的研究表明，使用惰性气体放电可以有效地限制放电的辐射波长，使输出光辐射主要为惰性气体的共振谱线，因此当时的PID 光源大多使用Ar 或He 气放电。早期的PID 光源与离子化池并不分开，而是在同一空间进行。虽然Lovelock 发现放电光源中,置入空心阴极时放电效率和稳定性都有显著的提高，但由于高效共振辐射出现在低气压下，而被分析物质离子化检测的最大灵敏度则在一个大气压左右，这使紫外光源和光离子化池都不能工作在最佳状态，因此在六十年代PID 的研究与应用发展缓慢。

近红外波长瓦斯浓度检测技术 检测在煤炭、化工、石油和其它工业，尤其在矿物质的开采中极为重要。瓦斯气体是一种可燃、可爆性气体，其爆炸上限为１５Vol％，下限为5Vol％。 其引发的事故在矿山开采历史上造成了极大的危害。很久以来各国科学工作者对瓦斯浓度的测量作了不懈的努力。现已研制出的干式、湿式气敏元件、热电阻瓦斯传感器、半导体气敏元件等都在瓦斯浓度检测中起到了良好的作用，大大降低了瓦斯事故发生率。 近几年来，光导纤维传感技术在世界上逐渐兴起。光纤传感器具有一些常规传感器无可比拟的优点，如灵敏度高，响应速度快，动态范围大，防电磁干扰，超高绝缘，无源性，防燃防爆，适于远距离遥测，体积小,可灵活柔性挠曲等，很适于在恶劣和危险环境中应用，因而得到广泛重视。光纤瓦斯传感器的研究起步较晚，直到上世纪八十年代才有人报导了光纤瓦斯检测的实验。现在瓦斯检测的方法主要有两种，一是利用瓦斯气体的光谱吸收检测浓度；二是利用瓦斯浓度和折射率的关系用干涉法测折射率。 单波长吸收比较型 吸收法的基本原理均是基于光谱吸收，不同的物质具有不同特征吸收谱线。单波长吸收比较型属吸收光谱型传感器，根据Lambert定律：I=I0e-μcL 其中I，I0为吸收后和吸收前射线强度 μ为吸收系数 L为介质厚度 c为介质的浓度 从上式可以看出，根据透射和人射光强之比，可以得知气体的浓度。单波长吸收比较型的原理图见图１。 选择合适波长的光源。脉冲发生器使激光器发出脉冲光，或采用快速斩波器将连续光转变成脉冲光（斩波频率为数KHz），经透镜耦合进入光纤，并传输到远处放置的待测气体吸收盒，由气体吸收盒输出的光经接收光纤传回。干涉滤光片选取瓦斯吸收率最强的谱线，由检测器接收，经锁相放大器后送入计算机处理，根据强度的变化测量瓦斯浓度。 窄带谱线吸收型 瓦斯传感系统中，检测器所检测的光，其谱线宽度一般为0.02μm-0.1μm，而瓦斯气体的吸收谱线远窄于0.02μm。瓦斯在波长1.6μm-1.7μm的吸收谱线如下图所示。 由于检测谱线宽度远大于吸收谱线，即光谱中被吸收的成份很小，不利于高灵敏度检测。如果选择瓦斯吸收峰的窄带波长，则可获得大的检测对比度。但是选择单一波长则会由于模式噪声造成严重的干涉噪声，为了避免这个问题可以采用梳状滤波器来选择多个瓦斯峰位谱线，以降低光源的相干性，降低模式噪声。