CN101915743B

CN101915743B - 一种在线臭氧分析仪的标定方法

Info

Publication number: CN101915743B
Application number: CN2010102213983A
Authority: CN
Inventors: 高健; 柴发合; 王淑兰; 张萌
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: CN101915743A

Abstract

本发明涉及一种在线臭氧分析仪的标定方法，其包括以下步骤：1)设置一用于对在线臭氧分析仪进行标定的配气***；2)测定在线氮氧化物分析仪的氮氧化物转化率；3)对在线氮氧化物分析仪的测量准确性进行标定；4)通过在线臭氧分析仪大致确定气体标定仪中的臭氧发生装置在某一产生臭氧的能力下，产生的臭氧浓度；5)通过在线氮氧化物分析仪，并结合在线氮氧化物分析仪的测量准确度，得到二氧化氮的准确浓度值，即得到步骤4)中臭氧发生装置产生的臭氧的准确浓度值；6)将步骤5)中得到的臭氧准确浓度值和步骤4)中在线臭氧分析仪大致确定的臭氧浓度值进行比较，对在线臭氧分析仪进行标定；7)返回步骤4)，重新设置臭氧发生装置产生的臭氧能力，对在线臭氧分析仪进行多点标定。

Description

一种在线臭氧分析仪的标定方法

技术领域

本发明涉及一种标定方法，特别是关于一种在线臭氧分析仪的标定方法。

背景技术

对流层大气臭氧是影响大气环境质量、能见度、大气氧化性和人体健康的重要二次光化学污染物之一，由于其区域性影响明显，逐渐引起环保部门和环境科研单位的关注，因此，对对流层大气臭氧的观测也逐渐被纳入到环保部门日常空气质量监测体系当中。目前，对于臭氧浓度的测定方法有很多，其中，靛蓝二磺酸钠分光光度法、紫外分光光度法和化学发光荧光法，为1996年我国《环境空气质量标准》(GB3095-1996)中推荐的三种臭氧分析测定方法。而紫外分光光度法是目前应用最为广泛、技术最成熟的方法，其原理是利用臭氧分子吸收254nm下的紫外光，依据朗伯-比尔定律，可以直接根据样品气体对紫外光的吸收度计算样品气体中的臭氧浓度。此类方法在实现过程中，需要用到在线臭氧分析仪，在线臭氧分析仪的构造简单，运行情况稳定。但是由于仪器在搬运、安装、部件老化和反应池污染等情况下，使用一定时间后会出现漂移值过大的情况，但由于该仪器随时间漂移量较小，野外观测中往往不易发现。

为了保证在线臭氧分析仪的精确运行，需要定期对其进行标定。在线臭氧分析仪器的传统标定方法是使用标准臭氧发生器，产生一定量、定浓度的臭氧作为标准物质，打入在线臭氧分析仪后，考察输入标准值与仪器读出值之间的差别，以此考察在线臭氧分析仪的精确性。目前常用的臭氧发生器的原理为使用高压电弧制造高浓度臭氧，经过配气***配成标准浓度的输出臭氧。由于标准臭氧发生器造价较高且携带不便，多数环保部门和科研机构并没有对在线臭氧分析仪单独配备标准臭氧发生器，因此，在一定程度上制约了在线臭氧分析仪的观测效果。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作性强、所用设备成本低、准确实时性高，适用于野外环境观测的在线臭氧分析仪的标定方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种在线臭氧分析仪的标定方法，其包括以下步骤：1)设置一用于对在线臭氧分析仪进行标定的配气***，所述配气***包括零气发生器、气体标定仪、在线氮氧化物分析仪、在线臭氧分析仪、NPN标准气体钢瓶和一氧化氮标准气体钢瓶；所述气体标定仪中设置有三个流量控制器、一混合仓和一臭氧发生装置；所述在线氮氧化物分析仪中设置有热催化转化炉；2)将NPN标准气体钢瓶连接到气体标定仪后，NPN标准气体钢瓶和零气发生器同时向气体标定仪中打入气体，通过气体标定仪中的流量控制器在混合仓中产生定浓度定流量的NPN标准气体，将产生的定浓度定流量的NPN标准气体打入到在线氮氧化物分析仪中，利用在线氮氧化物分析仪中的热催化转化炉将定浓度定流量的NPN标准气体中含有的氮氧化物，转化为一氧化氮；观察输入的定浓度定流量NPN标准气体值与在线氮氧化物分析仪读出的一氧化氮值之间的差别，确定在线氮氧化物分析仪中热催化转化炉对NPN标准气体中的氮氧化物的转化效率A；3)将一氧化氮标准气体钢瓶连接到气体标定仪后，一氧化氮标准气体钢瓶和零气发生器同时向气体标定仪中打入气体，通过气体标定仪中的流量控制器在混合仓中产生定浓度定流量的一氧化氮标准气体，将产生的定浓度定流量的一氧化氮标准气体打入到在线氮氧化物分析仪中，观察输入的定流量定浓度一氧化氮标准气体值与在线氮氧化物分析仪读出的一氧化氮值之间的差别，配合转化效率A确定在线氮氧化物分析仪的测量准确度B；4)开启气体标定仪中的臭氧发生装置，设置臭氧发生装置此时产生的臭氧的能力为a％，a的取值范围为0～100，产生一定量的未知浓度臭氧，将这部分臭氧通过流量控制器打入在线臭氧分析仪中，通过在线臭氧分析仪大致确定打入的臭氧浓度值C；5)开启一氧化氮标准气体钢瓶，向气体标定仪中打入一氧化氮标准气体，同时保持臭氧发生装置开启，通过气体标定仪中的流量控制器控制进入混合仓中的一氧化氮标准气体浓度和臭氧发生装置产生的臭氧浓度，其中，进入混合仓中的一氧化氮标准气体浓度需超过在线臭氧分析仪大致确定的臭氧浓度C的1～2倍；过量的一氧化氮标准气体与臭氧反应生成二氧化氮和氧气，生成的二氧化氮和氧气与剩余的一氧化氮标准气体保留在气体标定仪中的混合仓内，然后将混合仓内的气体直接打入在线氮氧化物分析仪中，记录在线氮氧化物分析仪读出的二氧化氮浓度值，结合在线氮氧化物分析仪的测量准确度B，得到二氧化氮的准确浓度值D，即得到步骤4)中臭氧发生装置在产生臭氧能力为a％的情况下，产生的臭氧浓度的准确值D；6)在线臭氧分析仪的标定：将步骤5)中得到的臭氧浓度的准确值D和步骤4)中在线臭氧分析仪大致确定的臭氧浓度值C进行比较，对在线臭氧分析仪进行标定；7)返回步骤4)，重新设置a％的值，对在线臭氧分析仪进行多点标定。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用环保部门和科研单位目前常用的大气污染物分析仪器、标定仪器等野外观测中的常用设备组成配气***，并采用常用试剂用于对在线臭氧分析仪进行标定，而无需对在线臭氧分析仪单独配备标准臭氧发生器，因此，不仅节约了成本，并且具有操作性强、方便快捷、准确性高、适用于野外环境观测等特点。2、本发明通过零气发生器和气体标定仪以及NPN标准气体和一氧化氮标准气体，可以确定在线氮氧化物分析仪对NPN标准气体中的氮氧化物的转化率，根据转化率可以确定在线氮氧化物分析仪的测量准确度，为精确标定在线臭氧分析仪奠定基础。3、本发明通过设置气体标定仪中臭氧发生装置产生臭氧的能力，产生一定量的未知浓度臭氧，通过在线臭氧分析仪大致确定臭氧浓度值；然后通过气体标定仪中一氧化氮标准气体与臭氧的反应，生成二氧化氮和氧气，根据在线氮氧化物分析仪的测量准确度，可以准确测定二氧化氮的准确浓度值，即得到臭氧浓度的准确值，该臭氧浓度的准确值与大致确定的臭氧浓度值进行比较，即可对在线臭氧分析仪进行标定。4、本发明可以通过设置气体标定仪中，臭氧发生装置产生臭氧的不同能力值，进而可以对在线臭氧分析仪进行多点标定。本发明构思巧妙，操作方便，精确度高，可广泛用于在线臭氧分析仪的标定过程中。

附图说明

图1是本发明用于标定的配气***示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明包括以下步骤：

1)设置一用于对在线臭氧分析仪进行标定的配气***：如图1所示，该配气***包括常规的零气发生器1、气体标定仪2、在线氮氧化物分析仪3、在线臭氧分析仪4、NPN标准气体钢瓶5和一氧化氮标准气体钢瓶6。其中，零气发生器1用于将空气中的臭氧、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等气体去除，从而产生清洁的气体，并将产生的清洁气体打入气体标定仪2中，作为平衡载气，稀释进入气体标定仪2中的高浓度标准气体，从而得到定浓度、定流量的标准气体。气体标定仪2中设置有三个流量控制器21、22和23，一混合仓24和一臭氧发生装置25。在线氮氧化物分析仪3中设置有热催化转化炉(图中未示出)，作用是将进入在线氮氧化物分析仪3中的氮氧化合物转换为一氧化氮。NPN标准气体为大气环境监测中常用气体之一，英文名称为N-propylnitrate，组成成份为：硝酸丙酯，NPN标准气体为标定氮氧化物转化率而用，可以直接购买。

2)测定在线氮氧化物分析仪3的氮氧化物转化率：将NPN标准气体钢瓶5连接到气体标定仪2后，NPN标准气体钢瓶5和零气发生器1同时向气体标定仪2中打入气体，通过气体标定仪2中的流量控制器21、23在混合仓24中产生定浓度定流量的NPN标准气体，将产生的定浓度定流量的NPN标准气体打入到在线氮氧化物分析仪3中，利用在线氮氧化物分析仪3中的热催化转化炉将定浓度定流量的NPN标准气体中含有的氮氧化物，转化为一氧化氮；观察输入的定浓度定流量NPN标准气体值与在线氮氧化物分析仪3读出的一氧化氮值之间的差别，确定在线氮氧化物分析仪3中热催化转化炉31对NPN标准气体中的氮氧化物的转化效率A。

3)对在线氮氧化物分析仪3的测量准确性进行标定：将一氧化氮标准气体钢瓶6连接到气体标定仪2后，一氧化氮标准气体钢瓶6和零气发生器1同时向气体标定仪2中打入气体，通过气体标定仪2中的流量控制器21、23在混合仓24中产生定浓度定流量的一氧化氮标准气体，将产生的定浓度定流量的一氧化氮标准气体打入到在线氮氧化物分析仪3中，观察输入的定流量定浓度一氧化氮标准气体值与在线氮氧化物分析仪3读出的一氧化氮值之间的差别，配合转化效率A确定在线氮氧化物分析仪的测量准确度B。

4)开启气体标定仪2中的臭氧发生装置25，产生一定量的未知浓度臭氧，由于设计原理，气体标定仪2中臭氧发生装置25的产生浓度无标准浓度设计，仅有百分比设计，臭氧发生装置25可产生臭氧的最大能力为100％，约上千ppb浓度，本步骤设置臭氧发生装置25产生臭氧的能力为a％＝30％，即臭氧发生装置25产生臭氧最大能力的30％，但不限于此，a的取值范围为0～100，将这部分臭氧通过流量控制器22打入在线臭氧分析仪4中，通过在线臭氧分析仪4大致确定打入的臭氧浓度C。

5)开启一氧化氮标准气体钢瓶6，向气体标定仪2中打入一氧化氮标准气体，同时保持臭氧发生装置25开启，通过气体标定仪2中的流量控制器23、22控制进入混合仓24中的一氧化氮标准气体浓度和臭氧发生装置25产生的臭氧浓度，其中，进入混合仓24中的一氧化氮标准气体浓度需超过在线臭氧分析仪3大致确定的臭氧浓度C的1～2倍。过量的一氧化氮标准气体与臭氧反应，生成二氧化氮和氧气，二氧化氮和氧气与剩余的一氧化氮标准气体保留在气体标定仪2中的混合仓24内，然后将混合仓24内的气体直接打入在线氮氧化物分析仪3中，记录在线氮氧化物分析仪3读出的二氧化氮浓度值，结合在线氮氧化物分析仪3的测量准确度B，可以得到二氧化氮的准确浓度值D。由于一氧化氮与臭氧反应的摩尔比为1∶1，而产生二氧化氮的量与所需一氧化氮的量的摩尔比也为1∶1，因此，根据二氧化氮浓度的准确浓度值D，可以得到气体标定仪2中臭氧发生装置25在产生臭氧能力为30％的情况下，产生的臭氧的准确浓度值，即与二氧化氮的准确浓度值D相同。

6)在线臭氧分析仪的标定：将步骤5)中得到的臭氧的准确浓度值D和步骤4)中在线臭氧分析仪4大致确定的臭氧浓度值C进行比较，对在线臭氧分析仪4进行标定。

7)由于已经准确获得气体标定仪2中的臭氧发生装置25，在产生臭氧的能力为30％的情况下的臭氧浓度，因此，可以返回步骤4)，重新设置臭氧发生装置25产生臭氧的能力a％，例如a％＝10％、a％＝50％等，确定不同能力条件下产生的臭氧浓度的准确值，因此可以非常容易的对在线臭氧分析仪4进行多点标定，从而准确的确定在线臭氧分析仪4的精确度。

本发明方法与传统标定方法的对比比较：

为了验证本发明方法的准确性，通过在现场的野外观测中使用该方法与标准臭氧发生器(49PS)进行了对比，对比结果表明，该方法标定误差在1％～3％之间，完全可以满足野外观测中对在线臭氧分析仪的标定要求。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种在线臭氧分析仪的标定方法，其包括以下步骤：

1)设置一用于对在线臭氧分析仪进行标定的配气***，所述配气***包括零气发生器、气体标定仪、在线氮氧化物分析仪、NPN标准气体钢瓶和一氧化氮标准气体钢瓶；所述气体标定仪中设置有三个流量控制器、一混合仓和一臭氧发生装置；所述在线氮氧化物分析仪中设置有热催化转化炉；

2)将NPN标准气体钢瓶连接到气体标定仪后，NPN标准气体钢瓶和零气发生器同时向气体标定仪中打入气体，通过气体标定仪中的流量控制器在混合仓中产生定浓度定流量的NPN标准气体，将产生的定浓度定流量的NPN标准气体打入到在线氮氧化物分析仪中，利用在线氮氧化物分析仪中的热催化转化炉将定浓度定流量的NPN标准气体中含有的氮氧化物，转化为一氧化氮；观察输入的定浓度定流量NPN标准气体值与在线氮氧化物分析仪读出的一氧化氮值之间的差别，确定在线氮氧化物分析仪中热催化转化炉对NPN标准气体中的氮氧化物的转化效率A；

3)将一氧化氮标准气体钢瓶连接到气体标定仪后，一氧化氮标准气体钢瓶和零气发生器同时向气体标定仪中打入气体，通过气体标定仪中的流量控制器在混合仓中产生定浓度定流量的一氧化氮标准气体，将产生的定浓度定流量的一氧化氮标准气体打入到在线氮氧化物分析仪中，观察输入的定流量定浓度一氧化氮标准气体值与在线氮氧化物分析仪读出的一氧化氮值之间的差别，配合转化效率A确定在线氮氧化物分析仪的测量准确度B；

4)开启气体标定仪中的臭氧发生装置，设置臭氧发生装置此时产生的臭氧的能力为a％，a的取值范围为0～100，产生一定量的未知浓度臭氧，将这部分臭氧通过流量控制器打入在线臭氧分析仪中，通过在线臭氧分析仪大致确定打入的臭氧浓度值C；

5)开启一氧化氮标准气体钢瓶，向气体标定仪中打入一氧化氮标准气体，同时保持臭氧发生装置开启，通过气体标定仪中的流量控制器控制进入混合仓中的一氧化氮标准气体浓度和臭氧发生装置产生的臭氧浓度，其中，进入混合仓中的一氧化氮标准气体浓度需超过在线臭氧分析仪大致确定的臭氧浓度C的1～2倍；过量的一氧化氮标准气体与臭氧反应生成二氧化氮和氧气，生成的二氧化氮和氧气与剩余的一氧化氮标准气体保留在气体标定仪中的混合仓内，然后将混合仓内的气体直接打入在线氮氧化物分析仪中，记录在线氮氧化物分析仪读出的二氧化氮浓度值，结合在线氮氧化物分析仪的测量准确度B，得到二氧化氮的准确浓度值D，即得到步骤4)中臭氧发生装置在产生臭氧能力为a％的情况下，产生的臭氧浓度的准确值D；

6)在线臭氧分析仪的标定：将步骤5)中得到的臭氧浓度的准确值D和步骤4)中在线臭氧分析仪大致确定的臭氧浓度值C进行比较，对在线臭氧分析仪进行标定；

7)返回步骤4)，重新设置a％的值，对在线臭氧分析仪进行多点标定。