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Z-nose便攜式快速分析儀在環境應急監測中的應用
點擊次數：629 發布時間：2014-10-30
便攜式快速分析儀在環境應急監測中的應用
韓佳真 田雋 陳鵬
?。ū本┦形鞒菂^環境保護監測站 北京 100035）
摘要：根據環境突發事件的應急監測需要，通過采用便攜式快速分析儀對環境中污染物進行定性定量分析，現場快速得出結論。
關鍵詞：應急監測，快速，定性定量，氣相色譜
一、概述
?。ㄒ唬?span lang="EN-US"> 儀器簡介
隨著科學技術的不斷發展，環境狀況日益復雜，污染物種類繁多，對環境應急監測能力要求越來越高。在現有的應急監測儀器中，存在著體積大，檢測項目單 一，數據處理滯后等問題。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，能對數百種揮發性半揮發性有機物進行定性定量分析。
電子鼻是基于快速毛細管色譜技術與高靈敏的聲學傳感器及氣體指紋圖譜技術相結合的一種高科技產品。這種技術檢測速度快，靈敏度高，檢出限低，且定性定量準確。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入進樣口，然后通過色譜柱分離后到達表 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
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。整個系統包括加熱槽， 氣體預濃縮器，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高，可以檢測到pg級的濃度。系統的進樣口可以直接吸收環境空氣，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使表面聲波檢測儀產生不同的頻率。
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。因此，500個傳感器可以在10秒鐘內依次進行記錄。傳感器響應信號的重合減少到zui小。這種特性決定了可以使用標準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（和蒸發）的組分的量，它的頻率會對凝結的單一組分量的量作出響應。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、快速分析儀在環境應急監測中的應用
?。ㄒ唬┈F場有毒有害氣體快速應急監測
現場檢測中，電子鼻能夠分析有毒有害揮發性有機化合物（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。電子鼻能夠幫助監測人員在現場快速得到環境中的氣體組成。對復雜氣體，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轉化為視覺響應。操作人員和計算機都可以通過專業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。電子鼻能夠在現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，這樣每次分析的結果就包含了檢測的時間，緯度和經度。生成的表格里會顯示濃 度，緯度和經度。用電子鼻和GPS接收器可以繪制化學濃度的空間坐標圖，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大的圓點對應的是zui高的 PHA濃度。
?。ㄈ┘佑驼究偸蜔N（TPH）的檢測
石油碳氫化合物是造成大氣和地下水污染的主要原因之一。石油在儲存和使用過程中發生泄漏，就會造成污染。大量的地下儲油罐常常成為污染源。發生泄漏的地方需要花費大量資金清除那些碳氫化合物。電子鼻監測方法符合美國EPA方法，用它進行現場檢測可以節省大量資金。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、結論
電子鼻為環境應急監測領域提供了新的技術。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場做應急監測分析，并且分析時間短，出具結果快。它能夠作出含有數百種化學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 用于各種不同環境領域。揮發性有機物（VOC）的zui低檢出限通常為ppb級，對半揮發性化合物（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，穩定性好，是目前zui靈敏的GC檢測器。電子鼻是非常有用的現場檢測工具，與氣相色譜相比，具有更強的靈活性，現場無需標定，內存專業譜圖庫，在現場結合《危險化學品信息查詢系統》的使用，可對現場污染物種類、濃度、毒性、影響范圍做出快速分析判斷，為環境污染事 故現場決策提供依據，較好的適用于環境突發事件的應急監測工作。
參考文獻：1、李國剛 環境化學污染事故檢測技術與裝備 化學工業出版社 2005-9-1
2、國家* 增強環境污染源事故應急監測能力 2006-6-24
3、曲格平 環境保護知識讀本 北京紅旗出版社 1999-6