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 | |||
苯 | 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 |
萘 | 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 | 萘 | 3041~3096 |
上图展示的是C8~C13正构烷烃的重叠吸收峰。
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