CN114965277A - 空气中亚硝酸气的检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了空气中亚硝酸气的检测方法和装置，空气中亚硝酸气的检测装置包括流通池和检测单元；还包括：依次连通的第一通道、第一气液分离单元、第二通道和第二气液分离单元，第一气液分离单元的气体出口连通第二通道的进口，液体出口连通第一暂存单元；第二气液分离单元的液体出口连通第二暂存单元；第一泵的进口连通试剂瓶，出口连通所述第一通道的进口，第二泵的进口连通试剂瓶，出口连通所述第二通道的进口；切换模块用于使所述第一暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶，使所述第二暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶。本发明具有试剂使用量小、稳定性好等优点。

Description

空气中亚硝酸气的检测方法和装置

技术领域

本发明涉及气体检测，特别涉及空气中亚硝酸气的检测方法和装置。

背景技术

目前，环境亚硝酸气的检测主要采用湿化学方法，普遍采用连续型双通道长光程吸收光谱测量***，技术特点是：

1.利用两个独立的测量通道以及差分法，消除环境空气中其他干扰物质对亚硝酸气测量的影响，其中第一通道测量值为-亚硝酸气+干扰信号，第二通道测量值为干扰信号。

2.利用两套检测***，长光程光导流通池(通常光程长度在1-2m)，配合LED白灯光源，和光纤光谱仪构成仪器的检测***，利用550nm和650nm处光强的比值分别计算吸光度。

3.连续送入第一通道的吸收液(R1)为磺胺盐酸溶液，连续送入第二通道的显色液(R2)为盐酸萘乙二胺溶液。吸收液持续不断的连续流经吸收管，实现原位吸收后，再跟显色液混合，通常在管路中需经过约十分钟时间反应后泵往检测***进行检测分析。

上述连续型双通道长光程吸收光谱测量***具有诸多不足，如：

1.两个通道由两套完全独立的检测***构成，在使用过程中，两套检测***的零点和灵敏度会随时间发生不同程度的漂移，再由于差分法的计算方式，使得仪器的漂移量放大，仪器长期稳定性较差。需要高频率的进行***标定，从而确保数据可靠性。

2.环境样气经溶液吸收后，需在较长管路中经长时间反应后进行检测。由于采用连续流进样模式，受溶液扩散效应的影响，使得样品溶液无法精准反映吸收时刻的环境亚硝酸气浓度。仅能反映平均浓度，且仪器响应速度较慢。

3.过于依赖提高流通池光程提高***的灵敏度。在高浓度测量中，容易出现吸光度饱和效应使得线性范围较差。现有仪器的线性范围不超过三个数量级，不适用于高浓度环境下的测量。

4.由于溶液需保持持续流动状态，吸收液和显色液使用量大，平均每周产生10L废液，使得仪器在线自动监测使用过程中的运维工作量大。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种空气中亚硝酸气的检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

空气中亚硝酸气的检测方法，所述空气中亚硝酸气的检测方法为：在一个检测周期[0，T]内，

空气依次进入第一通道、第一气液分离单元、第二通道和第二气液分离单元；

在时间[0，t₁]内，t₁＜T，用于吸收亚硝酸气的包含反应液和显色液的混合液分别送第一通道和第二通道内；液体进入第一气液分离单元和第一暂存单元之间的管道内，且与第一暂存单元隔离，同时，液体进入第二气液分离单元和第二暂存单元之间的管道内，且与第二暂存单元隔离；

在时间[t₂，t₃]内，t₃＜t₁，切换模块切换，使得第一暂存单元和第二暂存单元中第一单元内暂存的上一周期内的液体进入流通池内；

在时间[t₄，t₅]内，t₃≤t₄＜t₅＜t₁，检测单元检测所述流通池内的液体，得到第一信号；

在时间[t₆，t₇]内，t₅≤t₆＜t₇＜t₁，切换模块切换，使得第一暂存单元和第二暂存单元中的第二单元内暂存的上一周期内的液体进入流通池内，同时，所述第一单元内的液体被排空；

在时间[t₈，t₉]内，t₇≤t₈＜t₉＜t₁，检测单元检测所述流通池内的液体，得到第二信号；

在时间[t₁₀，t₁₁]内，t₉≤t₁₀＜t₁₁＜T，切换模块切换，所述第二单元内的液体被排空；

在时间[t₁₂，t₁₃]内，t₁≤t₁₂＜t₁₃≤T，t₁₁≤t₁₂，第一单元和上游的气液分离单元间的液体进入第一单元内，第二单元和其上游的气液分离单元间的液体进入第二单元内；

处理第一信号和第二信号，得出空气中亚硝酸气含量。

本发明的另一目的在于提供了空气中亚硝酸气的检测装置，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

空气中亚硝酸气的检测装置，所述空气中亚硝酸气的检测装置包括流通池和检测单元；所述空气中亚硝酸气的检测装置还包括：

串联的第一通道和第一气液分离单元，所述第一气液分离单元的气体出口连通第二通道的进口，液体出口连通第一暂存单元；

串联的第二通道和第二气液分离单元，所述第二气液分离单元的液体出口连通第二暂存单元；

第一泵和第二泵，所述第一泵的进口连通试剂瓶，出口连通所述第一通道的进口，所述第二泵的进口连通试剂瓶，出口连通所述第二通道的进口；

切换模块，所述切换模块用于使所述第一暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶，使所述第二暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.吸收液和显色液使用量小；

循环进样型流路，使得样品液能精准代表采样时刻的环境浓度，同时减少溶液使用量；

2.***稳定性好；

双通道吸收，单通道检测，在消除环境空气杂质干扰的同时，提高检测装置稳定性，整套检测装置理论上不存在零点和灵敏度漂移；

3.高信噪比、线性范围广；

系采用高功率光源，高稳定性，低内体积流通池，和高通量光电二极管组成检测***，具有高信噪比，线性范围广的优点，且能优化***所需的溶液使用量。

具体实施方式

以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

本发明实施例的空气中亚硝酸气的检测方法，所述空气中亚硝酸气的检测方法为，在一个检测周期[0，T]内，

空气依次进入第一通道、第一气液分离单元、第二通道和第二气液分离单元；

在时间[0，t₁]内，t₁＜T，用于吸收亚硝酸气的包含反应液和显色液的混合液分别送第一通道和第二通道内；液体进入第一气液分离单元和第一暂存单元之间的管道内，且与第一暂存单元隔离，同时，液体进入第二气液分离单元和第二暂存单元之间的管道内，且与第二暂存单元隔离；

在时间[t₂，t₃]内，t₃＜t₁，切换模块切换，使得第一暂存单元和第二暂存单元中第一单元(如第一暂存单元)内暂存的上一周期内的液体进入流通池内；

在时间[t₄，t₅]内，t₃≤t₄＜t₅＜t₁，检测单元检测所述流通池内的液体，得到第一信号；

在时间[t₆，t₇]内，t₅≤t₆＜t₇＜t₁，切换模块切换，使得第一暂存单元和第二暂存单元中的第二单元(如第二暂存单元)内暂存的上一周期内的液体进入流通池内，同时，所述第一单元内的液体被排空；

在时间[t₈，t₉]内，t₇≤t₈＜t₉＜t₁，检测单元检测所述流通池内的液体，得到第二信号；

在时间[t₁₀，t₁₁]内，t₉≤t₁₀＜t₁₁＜T，切换模块切换，所述第二单元内的液体被排空；

在时间[t₁₂，t₁₃]内，t₁≤t₁₂＜t₁₃≤T，t₁₁≤t₁₂，第一单元和上游的气液分离单元间的液体进入第一单元内，第二单元和其上游的气液分离单元间的液体进入第二单元内；

处理第一信号和第二信号，得出空气中亚硝酸气含量，所述第一信号和第二信号中与第一暂存单元内液体对应的信号包含亚硝酸气信号和干扰信号，与第二暂存单元内液体对应的信号仅包含干扰信号。

为了降低吸收液和显色液的使用量，进一步地，在时间[0，t₁]内，利用柱塞泵将所述混合液分别送所述第一通道和第二通道，在时间[t₁，T]内，柱塞泵抽取所述混合液。

为了降低方案复杂度，进一步地，t₃＝t₄，t₅＝t₆，t₇＝t₈，t₉＝t₁₀，t₁₁＜t₁。

为了提高检测准确度，进一步地，一单元和第二单元内的液体依次经过切换模块和脱气过滤器后进入所述流通池，真空泵连通所述脱气过滤器。

为了提高工作可靠性，进一步地，所述切换模块是四通阀，用于使所述第一暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶，使所述第二暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶。

本发明实施例的空气中亚硝酸气的检测装置，所述空气中亚硝酸气的检测装置包括：

流通池和检测单元，所述流通池采用内衬石英玻璃管，外镀特氟龙，检测单元包括光源、探测器和分析模块，光源发出的测量光耦合进光纤，并射入所述流通池，射出流通池的测量光耦合进光纤，后被探测器接收；

串联的第一通道和第一气液分离单元，所述第一气液分离单元的气体出口连通第二通道，液体出口连通第一暂存单元；

串联的第二通道和第二气液分离单元，所述第二气液分离单元的液体出口连通第二暂存单元；

第一泵和第二泵，所述第一泵的进口连通试剂瓶，出口连通所述第一通道的进口，所述第二泵的进口连通试剂瓶，出口连通所述第二通道的进口；

切换模块，所述切换模块用于使所述第一暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶，使所述第二暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶。

所述空气中亚硝酸气的检测装置还包括：

为了提高检测准确度，进一步地，所述空气中亚硝酸气的检测装置还包括：

脱气过滤器和真空泵，所述脱气过滤器设置在所述流通池和切换模块间的管道上，并连通所述真空泵。

实施例2：

根据本发明实施例1的空气中亚硝酸气的检测方法和装置的应用例。

在本应用例中，本发明实施例的空气中亚硝酸气的检测方法，在一个检测周期[0，T]内，

空气依次进入第一通道、第一气液分离单元、第二通道和第二气液分离单元；

在时间[0，t₁]内，4.5min＝t₁＜T＝5min，第一柱塞泵将上一周期内抽取的用于吸收亚硝酸气的包含反应液和显色液的混合液送第一通道内，空气中亚硝酸气在第一通道内被吸收液吸收完全，第二柱塞泵将上一周期内抽取的反应液和显色液的混合液送第二通道内；在第一蠕动泵作用下，排出第一气液分离单元的液体(吸收了亚硝酸气的吸收液和显色液)进入第一气液分离单元和第一暂存单元之间的管道内，且与第一暂存单元隔离，同时，在第二蠕动泵的作用下，排出第二气液分离单元的液体进入第二气液分离单元和第二暂存单元之间的管道内，且与第二暂存单元隔离；

在时间[t₁，T]内，第一柱塞泵和第二柱塞泵分别抽取所述混合液，以备下一周期使用；

在时间[t₂，t₃]内，

切换模块切换，流通池下游的第四蠕动泵工作，使得第一暂存单元和第二暂存单元中的第一单元如第一暂存单元内暂存的上一周期内的液体依次送脱气过滤器和流通池内；

在时间[t₁₄，t₁₅]内，t₁₄＜t₂＜t₃＜t₁₅，真空泵连通所述脱气过滤器并工作，去除液体中气泡；

在时间[t₄，t₅]内，t₃＝t₄＜t₅＜t₁，检测单元检测所述流通池内的液体，得到包含亚硝酸气信号和干扰信号的第一信号，也即第一信号对应第一暂存单元内的液体；

在时间[t₆，t₇]内，

切换模块切换，第四蠕动泵工作，使得第一暂存单元和第二暂存单元中的第二单元如第二暂存单元内暂存的上一周期内的液体依次进入脱气过滤器和流通池内，同时，第三蠕动泵工作，所述第一单元内的液体依次进入切换模块、第三蠕动泵和废液瓶，从而排空第一单元如第一暂存单元内的液体；

在时间[t₁₆，t₁₇]内，t₁₆＜t₆＜t₇＜t₁₇＜t₁₀，真空泵连通所述脱气过滤器并工作，去除液体中气泡；

在时间[t₈，t₉]内，t₇＝t₈＜t₉＜t₁，检测单元检测所述流通池内的液体，得到仅包括干扰信号的第二信号，也即第二信号对应第二暂存单元内的液体；

在时间[t₁₀，t₁₁]内，

切换模块切换，第三蠕动泵工作，所述第二单元内的液体依次进入切换模块、第三蠕动泵和废液瓶，第二单元如第二暂存单元内的液体被排空；

在时间[t₁₂，t₁₃]内，t₁＝t₁₂＜t₁₃＝T，t₁₁＜t₁₂，在第一蠕动泵和第二蠕动泵工作下，第一暂存单元和上游的第一气液分离单元间的液体进入第一暂存单元内，第二暂存单元和其上游的第二气液分离单元间的液体进入第二暂存单元内，以备下一周期检测；

处理所述第一信号和第二信号，从而获得空气中亚硝酸气的含量，具体处理方式是本领域的现有技术，如利用差分法。

本发明实施例的空气中亚硝酸气的检测装置，也即实现本实施例的检测方法的装置，所述空气中亚硝酸气的检测装置包括：

流通池和检测单元，所述流通池采用内衬石英玻璃管，外镀特氟龙，检测单元包括光源、探测器和分析模块，光源发出的测量光(波长为550nm)的一路耦合进光纤，并射入所述流通池，射出流通池的测量光耦合进光纤，后被探测器(PD检测器)接收，测量光的另一路被参比探测器接收；

串联的第一通道和第一气液分离单元，所述第一气液分离单元的气体出口连通第二通道的进口，液体出口连通第一暂存单元；

串联的第二通道和第二气液分离单元，所述第二气液分离单元的液体出口连通第二暂存单元；

第一泵采用第一柱塞泵，第二泵采用第二柱塞泵，所述第一柱塞泵的进口连通试剂瓶(吸收液和显色液的混合液)，出口连通所述第一通道的进口，所述第二柱塞泵的进口连通所述试剂瓶，出口连通所述第二通道的进口；

第三泵采用第一蠕动泵，第四泵采用第二蠕动泵，所述第一蠕动泵设置在所述第一气液分离单元和第一暂存单元之间，所述第二蠕动泵设置在所述第二气液分离单元和第二暂存单元之间；

第三蠕动泵设置在所述切换模块和废液瓶之间，第四蠕动泵设置在所述流通池的出口处；

切换模块，采用旋转四通阀，所述切换模块用于使所述第一暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶，使所述第二暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶；

脱气过滤器和真空泵，所述脱气过滤器设置在所述流通池和切换模块间的管道上，并连通所述真空泵。

Claims (9)

1.空气中亚硝酸气的检测方法，所述空气中亚硝酸气的检测方法为：在一个检测周期[0，T]内，

空气依次进入第一通道、第一气液分离单元、第二通道和第二气液分离单元；

在时间[0，t₁]内，t₁＜T，用于吸收亚硝酸气的包含反应液和显色液的混合液分别送第一通道和第二通道内；液体进入第一气液分离单元和第一暂存单元之间的管道内，且与第一暂存单元隔离，同时，液体进入第二气液分离单元和第二暂存单元之间的管道内，且与第二暂存单元隔离；

在时间[t₂，t₃]内，t₃＜t₁，切换模块切换，使得第一暂存单元和第二暂存单元中第一单元内暂存的上一周期内的液体进入流通池内；

在时间[t₄，t₅]内，t₃≤t₄＜t₅＜t₁，检测单元检测所述流通池内的液体，得到第一信号；

在时间[t₆，t₇]内，t₅≤t₆＜t₇＜t₁，切换模块切换，使得第一暂存单元和第二暂存单元中的第二单元内暂存的上一周期内的液体进入流通池内，同时，所述第一单元内的液体被排空；

在时间[t₈，t₉]内，t₇≤t₈＜t₉＜t₁，检测单元检测所述流通池内的液体，得到第二信号；

在时间[t₁₀，t₁₁]内，t₉≤t₁₀＜t₁₁＜T，切换模块切换，所述第二单元内的液体被排空；

在时间[t₁₂，t₁₃]内，t₁≤t₁₂＜t₁₃≤T，t₁₁≤t₁₂，第一单元和上游的气液分离单元间的液体进入第一单元内，第二单元和其上游的气液分离单元间的液体进入第二单元内；

处理所述第一信号和第二信号，得出空气中亚硝酸气含量。

2.根据权利要求1所述的空气中亚硝酸气的检测方法，其特征在于，在时间[0，t₁]内，利用柱塞泵将所述混合液分别送所述第一通道和第二通道，在时间[t₁，T]内，柱塞泵抽取所述混合液。

3.根据权利要求1所述的空气中亚硝酸气的检测方法，其特征在于，t₃＝t4，t₅＝t₆，t₇＝t₈，t₉＝t₁₀，t₁₁＜t₁。

4.根据权利要求1所述的空气中亚硝酸气的检测方法，其特征在于，第一单元和第二单元内的液体依次经过切换模块和脱气过滤器后进入所述流通池，真空泵连通所述脱气过滤器。

5.根据权利要求1所述的空气中亚硝酸气的检测方法，其特征在于，所述切换模块是四通阀，用于使所述第一暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶，使所述第二暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶。

6.根据权利要求1所述的空气中亚硝酸气的检测方法，其特征在于，所述流通池采用内衬石英玻璃管，外镀特氟龙。

7.空气中亚硝酸气的检测装置，所述空气中亚硝酸气的检测装置包括流通池和检测单元；其特征在于，所述空气中亚硝酸气的检测装置还包括：

串联的第一通道和第一气液分离单元，所述第一气液分离单元的气体出口连通第二通道的进口，液体出口连通第一暂存单元；

串联的第二通道和第二气液分离单元，所述第二气液分离单元的液体出口连通第二暂存单元；

第一泵和第二泵，所述第一泵的进口连通试剂瓶，出口连通所述第一通道的进口，所述第二泵的进口连通试剂瓶，出口连通所述第二通道的进口；

切换模块，所述切换模块用于使所述第一暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶，使所述第二暂存单元选择性地连通所述流通池或废液瓶。

8.根据权利要求7所述的空气中亚硝酸气的检测装置，其特征在于，所述空气中亚硝酸气的检测装置还包括：

第三泵和第四泵，所述第三泵设置在所述第一气液分离单元和第一暂存单元之间，所述第四泵设置在所述第二气液分离单元和第二暂存单元之间。

9.根据权利要求7所述的空气中亚硝酸气的检测装置，其特征在于，所述空气中亚硝酸气的检测装置还包括：

脱气过滤器和真空泵，所述脱气过滤器设置在所述流通池和切换模块间的管道上，并连通所述真空泵。