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VOC监测——FTIR技术

发布人:zlzhao 来源: 发布时间:1490250582

 
VOC介绍

挥发性有机化合物(VOC)是一组有机化合物,在室温下具有较低的蒸气压,因而很容易蒸发进入环境空气。VOC指的是很多不同种类的有机化合物,如烷烃、烯烃、醇类、醛类、芳香族和很多其他化合物。

很多工业过程中都会产生复杂的VOC混合物,无论是出于监管或过程控制,都需要进行识别和定量。不同种类VOCs对于测量具有不同的要求。

 
VOC测量

目前,最常见的在线连续VOC监测方法使用火焰离子化检测(FID)技术。FID检测器通过有机气体在H2或H2/He混合气中热解来测量。FID检测器只能得到单一的总有机组分(TOC)浓度,无法给出测试的是何种物质。

每一个有机分子在FID检测器中的热解反应响应不同。含有C-O键的分子,如醛类、醇类和胺类,响应并不好。对于混合气体的识别,FID不是最佳技术。当与气相色谱法(GC)联用时,识别才变成可能。但缓慢的测量时间、和气相色谱复杂的设置与校准问题,使其并不适宜于废气排放和工业过程监测。


使用Protea FTIR技术,可以快速而准确的对几百种复杂VOC混合气体进行识别,如下表列出的来自发动机排放应用的25种以上气体,以AtmosFIR FTIR气体分析仪为例。

气体种类 化学式 浓度范围(mg/m3 低检测限(ppm)
烷烃
甲烷 CH4 0~1000 0.07
乙烷 C2H6 0~1000 0.16
丙烷 C3H8 0~1000 0.53
异丁烷 C4H10 0~100 0.18
正戊烷 C5H12 0~100 0.11
正己烷 C6H14 0~100 0.12
C7+烷类 C7+ 0~100 0.74
烯烃
乙烯 C2H4 0~1000 0.20
丙烯 C3H6 0~100 0.54
正丁烯 C4H8 0~100 0.84
异丁烯 C4H8 0~100 0.52
丁二烯 C4H6 0~100 0.09
戊烯 C5H10 0~100 0.91
庚烯 C7H14 0~100 0.90
炔烃
乙炔 C2H2 0~100 0.12
醛类
甲醛 HCHO 0~20 0.29
乙醛 CH3CHO 0~100 0.18
丙醛 C3H6O 0~100 0.12
苯甲醛 C7H6O 0~100 0.03
丙烯醛 C3H4O 0~100 0.06
芳香族化合物
C6H6 0~100 0.42
甲苯 C7H8 0~100 0.02
苯乙烷 C8H10 0~100 0.54
邻二甲苯 C8H10 0~100 0.23
C10H8 0~100 0.04
总芳香族化合物 —— 0~100 0.80
总有机碳 —— 0~1000 1.34

 
VOC分类监测

使用Protea FTIR分析仪产品进行VOC分析时,可以将待分析气体根据官能团进行分类,然后为每一类物质建立一个单独的分析模型,我们可以为此选择光谱最合适的区域来分析。当某一类型的未知气体出现时,这种方法可以更加精确的预测。例如,当一种新的醇类出现时,它会被算入醇类物质总浓度结果中,并能降低其他结果的错误读数。下图总结了气体是如何被分类的以及在红外光谱中所使用的波段。


官能团 典型化合物 IR区域(cm-1
烷烃 甲烷、丙烷 3000~3099

2799~2949

C7+烷烃 癸烷、壬烷 2828~3017
炔烃 乙炔 3200~3379
烯烃 乙烯、正丁烯 2860~2930

879~1022

二烯烃 丁二烯 864~1078
醛类 乙醛、苯甲醛 2675~2845

1679~1780

1080~1220

芳香族 苯、甲苯 3000~3149

2799~2914

醇类 甲醇、丙醇 960~1190
羧酸 乙酸、甲酸 1740~1840

1145~1220

PAH 3041~3096

 

上图展示的是C8~C13正构烷烃的重叠吸收峰。