工业园区VOCs的预警监测
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摘 要：文章讨论了VOCs不同检测方法的特点，探讨了VOCs检测终端的选型要求及原则，讨论了检测系统的层次结构，论述了终端选型的要点及预处理系统的要求。对工业园区vocs的预警监测进行了相应技术分析。
关键词：VOCs；预警检测；PID检测器；工业园区
1 概述
现代社会职能越来越区域化、专业化，工业园区的建设是最明显的例证。工业园区使得同类型的企业更加集中，一方面使得对工业提供更方便快捷的服务，另一方面对诸如有机化工、石油加工等的污染气体泄露预警及监测可以进行更有效和快捷的管理。VOCs是极其有害的污染物，工业园区的VOCs泄露不仅造成污染，而且极易引起灾难性的后果，所以对工业园区VOCs的预警监测是一个非常重要的课题。
2 VOCs的检测方法
利用半导体材料、金属氧化物、金属陶瓷材料等与气体接触时发生的特性变化测量气体的浓度，是一个门类繁多的VOCs检测传感器方向，但大多数产品用于民用气体的检测，从稳定性、灵敏度还达不到工业检测的需求。这类方法的普遍的优点是成本低廉、体积小巧、对使用环境预处理要求低、制造过程工艺相对比较简单、易于流水化生产。缺点是稳定性较差，受环境影响较大，而且每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定，不太适用于准确度要求较高的场所。但随着研究的不断深入，新技术不断地引入，新传感元件不断地被研制出来，已经有不少品种的传感器可以达到了工业检测的要求，是一个非常有前途的发展方向，存在极大的发展潜力，越来越多的这类传感器将达到工业检测的标准，并获得更多的工业检测的份额。利用半导体金属氧化物的电导率随着环境气体成分发生变化而开发出的传感器[1]对于甲烷、酒精、一氧化碳、硫化氢、氨气的检测已经达到了工业检测的标准及要求，并被大量地应用于工业检测。采用催化燃烧方式制作的陶瓷氧化物传感器近年来也得到了快速的发展[2]，对甲烷的检测能力可达到大约1-10（×10-6）体积比的量级，相对于其它类型的有机物和其他有毒有害物质，烷类的直接危害要小得多，在这个量级上对其检测，可以达到预警和防止泄露的目的，这种检测装置构造简单、低值。
红外气体传感器源于NDIR红外气体分析技术，随着MEMS技术的发展，引入镍锘丝加电机机械调制红外光源，薄膜电容微音器或InSb等新技术后NDIR红外气体分析仪小型化为拇指大小的传感器[3]。NDIR红外气体分析方法一直是气体分析检测的主流方法，可靠性很高，选择性很好，精度也高，没有毒，受到环境的干扰较小，寿命比较长。红外气体传感器继承这些优点，同时具备了免维护的优点，目前这种传感器已经大量应用于一氧化碳、二氧化碳、甲烷等气体的工业检测。
利用气体可以被电化学氧化或者还原，已经制作出应用广泛的气体电化学传感器[4]，这类传感器可细分为原电池型、恒电位电解池型、浓度差电池型、极限电流型。电化学传感器大量地应用于工业气体氧气、二氧化硫、氯气、一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等工业气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。
通过将VOCs离子化，并建立离子电流与VOCs的浓度的关系进行VOCs的测量，开发出了多种检测器。包括氢火焰离子化检测器FID、光离子化检测器PID、电子捕获检测器ECD、放射性离子化检测器等。离子化检测器的特点是高选择性、高灵敏度、响应速度快，得到了广泛的应用[5]。FID检测器具有“广谱”的特性，对大部分有机物都有响应，是目前应用最广泛的检测器之一；PID也可对大多数有机物进行测量，对芳香烃好烯烃具有选择性，在测量过程中不破坏被测有机物；ECD它只对具有电负性的物质，如含卤素、硫、磷、氮的物质有信号。
GC及GC-MS方法因为VOCs的存在基本上都是多种并存，因此要得到整个谱系的VOCs的浓度信息，就必须对所测气体进行分离和甄别，首先采用色谱柱对所测量气体进行分离，再利用各种检测器进行浓度测量，同时通过保留时间或者MS方法进行成分甄别。
阵列智能气体传感器[6]诸如近年来市场上出现的“电子鼻”是通过多传感器阵列，通过特定的模型算法建立起目标值和测量参数之间的关系，而其中的参数测量这一层面的工作，大多是采用较为简单的半导体材料传感器，“电子鼻”是将严格的检测指标通过模型算法复合成嗅觉指标。从更广泛的概念而言，通过标准定义，将空气质量指标、污染指数指标等也可以应用于类似的传感器上，只是需要不同的多参数检测和不同的模型算法。
3 预警检测的选型特点
VOCs的检测方法种类比较繁多，每一种方法有其不同的特点及适用范围。作为区域性的VOCs预警监测从需求的角度需满足一定的要求。包括灵敏度和分辨力的要求、实时及连续测量要求、长期无人值守的可靠性要求、多点分布式组网要求、可燃气的防爆要求、辅助测量系统要简单易于维护的要求等，另外由于区域性的预警特点，终端的数量较大，成本低也是一个重要的约束条件。
光离子化检测器PID具有极高的灵敏度，响应速度也很高，可检测PPb级别的VOCs浓度；PID检测器对有机物检测的谱系很广泛，覆盖了大多数的挥发性有机物；PID检测器体积非常小，运行时除了泵吸采样之外不需要载气或者其他较多的辅助设施；PID的工作过程不破坏检测物的成分，容易做成本安型的检测装置；相对成本很低。综合所有的应用条件，PID检测器是一个目前较为适合的检测终端。红外气体传感器可靠性很高，选择性很好，精度也高，受到环境的干扰较小，寿命比较长。适用于监测各种易燃易爆、二氧化碳气体、一氧化碳等，具有精度高、选择性好、可靠性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长等显著优点，是PID检测器的一种极好的补充方法。
电化学传感器在非VOCs成分比如氯气、CO、H2S等的检测具有成熟的产品，而工业园区的污染或泄露往往会包括这些无机有害气体，因此电化学传感器在工业园区泄露或污染预警检测中可作为PID检测器的一个很好的补充。半导体金属氧化物传感器对于甲烷、酒精、一氧化碳、硫化氢、氨气的检测已经达到了工业检测的标准及需求，可作为预警监测的一种辅助方法，由于对预警防爆的要求，采用催化燃烧方式制作的陶瓷氧化物传感器不宜用于预警检测。