《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 3-33甲醛浓度测量

甲醛浓度测量测定原理酚试剂比色法的原理是甲醛与酚试剂反应生成嗪，在高铁离子存在下，嗪与酚试剂的氧化产物生成蓝绿色化合物，根据颜色深浅，用分光光度计测定。乙酰丙酮分光光度法的原理是甲醛被水吸收，在pH值为6的乙酸-乙酸铵缓冲溶液里，与乙酰丙酮作用，在沸水浴条件下，迅速生成稳定的黄色化合物，在波长413mm处用分光光度法测定。 空气中甲醛的浓度（mg/m3）=WVn （式中W——样品中甲醛含量，μm；Vn——标准状况下的采样体积，L；按REF_Ref22942\h式（1）计算。分光光度计都是基于紫外-可见分光光度法（UV）。而紫外-可见分光光度法是选定一定波长的光照射被测物质溶液，测量其吸光度，再依据吸光度计算出被测组分的含量。计算的理论依据是“吸收定律”，它是由朗伯定律和比尔定律结合而成，故又称朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过均匀、非散射的稀溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比，即 A=kCL （2）式中A——吸光度；C——溶液浓度；L——液层厚度；k——比例常数。与很多因素有关，包括入射光的波长、温度及吸收物质的性质等。国内外使用的紫外-可见分光光度计种类很多，基本结构原理与部件是类似的，一般主要由5个部分组成，即光源、单色器、吸收池（比色皿）、检测器和信号显示器。常见的分光光度计1）721型分光光度计这是一种可见分光光度计，光源为钨丝灯，并采用晶体管稳压电源，所以稳定性较好；光电转换元件为真空光电管，并配合电流放大器将微弱光电流放大后推动指针式微安表，灵敏度高。该类型分光光度计的波长范围是360~800mm，其结构原理如REF_Ref31691\h图1所示。图1721型分光光度计的光路图1—光源；2—聚光透镜；3—色散棱镜；4—准直镜；5—保护玻璃；6—狭缝；7—反射镜；8—光栏；9—聚光透镜；10—吸收池；11—光门；12—保护玻璃；13—光电倍增管；14—放大器；15—检流计由光源发出的白光，经聚焦镜至平面反射镜，转角90°进入入口狭缝，经准直镜变成一束平行光线射入背面镀铝棱镜、色散后的光从铝面反射回来，再经过准直镜的反射进入出口狭缝。转动模镜就可使光谱在出射狭缝上移动，这样便可连续不断地把不同波长的单色光引出照射至比色皿上。2）751型分光光度计751型分光光度计是一种紫外-可见分光光度计，波长范围200~1000nm，在300、1000nm内用钨丝灯作光源、在200~320nm内用氢灯作光源。它以石英棱镜作单色器，光电管为光电转换元件，配有GD-5紫敏光电管和GD-6红敏光电管；前者适用于波长200~625nm范围，后者适用于波长625~1000nm范围。仪器配有石英和玻璃两种比色皿，仪器的光路原理如REF_Ref31733\h图2所示。由光源射出的连续辐射光线、射至凹面聚光镜上，在反射至平面镜上，然后在反射至狭缝S上，而狭缝S正好位于球面准直镜的焦面上，因此入射光线到达准直镜上反射后，就以一束平行光线射向棱镜，光线进入棱镜后色散，色散后的光线经准直镜反射回来聚集在出射狭缝S上，最后经样品池、检测器至显示系统。图2751型分光光度计原理图1—钨灯；2—氢灯；3—凹面聚镜；4—平面反射镜；5—石英透镜；6—入射狭缝S；7—准直镜；8—石英棱镜；9—出射狭缝S；10—样品池；11—紫敏光电管；12—红敏光电管气相色谱仪气相色谱分析仪是利用气相色谱原理进行组分分析的仪器，是建筑室内环境空气污染物测定的主要仪器之一，可以用来测定建筑室内环境空气中的一氧化碳、二氧化碳、甲醛、苯及苯系物、挥发性有机化合物等多种有害气体的浓度。色谱法分离混合物组分的原理是：需要进行分离的混合物的样品，在流动相的推动作用下，流经一支装有固定相的色谱柱，受固定相的吸附或溶解作用，样品中的各组分在流动相和固定相中产生浓度变化。由于固定相对不同组分的吸附或溶解度不同，因此，各种组分在流动相和固定相中的浓度分配情况，会产生不同的状态和不同的参数变化，从而使各自从色谱柱中流出的时间长短发生不同的变化，达到分离混合物组分的目的。当采用液体作为流动相时，则称为液相色谱法；当采用气体（载气）作为流动相时，则称为气相色谱法。根据色谱柱中固定填充物的状态不同，气相色谱又分为汽-固色谱和汽-液色谱两种方式，汽-固色谱中的固定相为固态填充物，汽-液色谱中的固定相为液态填充物。气相色谱仪是一种把混合物分离成单个组分的仪表，常常被用来对样品组分进行鉴定和定量测量。气相色谱仪由载气系统、进样系统、色谱柱、温度控制系统、检测器和信号记录系统等组成，典型的气相色谱分析仪的基本工作流程，见REF_Ref16840\h图3。图3气相色谱分析仪基本工作流程载气自钢瓶经减压后输出，通过净化器稳压阀或稳流阀、转子流量计后、以稳定的流量连续不断地流过气化室、色谱柱、检测器最后放空。被测物质（若液体须在气化室内瞬间气化）随载气进入色谱柱，根据被测组分的不同分配性质，它们在柱内形成分离的谱带，然后在载气携带下先后离开色谱柱进入检测器，转换成相应的输出信号，并记录成色谱图。1）载气系统气相色谱仪的气路是一个载气连续运行的密闭系统，包括气源、气体净化、气体流速控制和测量气流的流量计、压力表等。常见的气路系统有单柱单气路和双柱双气路。单柱单气路适用于恒温分析；双柱双气路适用于程序升温分析。气相色谱常用的载气为氮气、氢气和氦气等。载气的选择主要由检测器性质及分离要求所决定。载气在进入色谱仪前必须经过净化处理。载气中若含有微量水会使聚酯类固定液解聚，载气中的氧在高温下易使某些极性固定液氧化。对电子捕获检测器，载气中水分含量对仪器的稳定性和检测灵敏度的影响更大。某些检测器除载气外还需要辅助气体，如火焰离子化和火焰光度检测器需用氢气和空气作燃气和助燃气。各气路都应有气体净化管。常用的气体净化剂为分子筛、硅胶、活性炭等。载气流量由稳压阀或稳流阀调节控制。稳压阀有两个作用，一是通过改变输出气压来调节气体流量的大小，二是稳定输出气压。恒温色谱中，整个系统阻力不变，用稳压阀便可使色谱柱入口压力稳定。在程序升温中，色谱柱内阻力不断增加，其载气流量不断减少，因此需要在稳压阀后连接一个稳流阀，以保持恒定的流量。色谱柱的载气压力（柱入口压）由压力表指示，压力表读数反映是柱入口压与大气压之差，柱出口压力一般为常压。柱前流量由转子流量计指示，柱后流量必要时可用皂膜流量计测量。2）进样系统进样系统包括进样器、汽化室，起到引入试样并使之汽化的作用。一氧化碳、二氧化碳、天然气的进样通常采用六通进样阀。3）色谱柱色谱柱是色谱仪的关键部件，其作用是分离样品，主要有填充柱和毛开管柱（亦称毛细管柱）两大类。色谱柱为空心管，根据分析要求填充合适的固定相。当汽化后的样品被连续流动气体（称为流动相或者载气，一般为N2、He等）运载着进入色谱柱时，由于固定相对各组分的吸附或溶解能力不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，各个组分便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器检测与记录，系统按各组分物理、化学特性将各组分按顺序转换成的电信号，经转化和放大后，进行存储及显示。4）温度控制系统温度控制系统用于设置、控制和测量气化室、柱室、检测室等处的温度。5）检测器气相色谱检测器有10余种，常用的有热导检测器（TCD）、氢焰离子化检测器（FD）、电子捕获检测器（ECD）、火焰光度检测器（FPD）等。以上四种检测器均为微分型检测器。微分型检测器的特点是被测组分不会在检测器中积累，色谱流出曲线呈正态分布即呈峰形。峰面积或峰高与组分的质量或浓度成比例。四种常用检测器的性能列于REF_Ref7300\h表1中。表1常用检测器的性能检测器性能热导大焰离子化电子捕获大始光度类型浓度质量浓度质量通用性成选择性通用基本通用选择选择检测限10*mg/mL10*¹*g/mL10-²g/s10-²g/m(P10-1¹g/s(S线性范围10⁴10³10²=1010*(P10³(S适用范围有机物和无机物含碳有机物卤素及亲电子物、农药含硫，磷化合物、农药火焰离子检测器是利用碳氢化合物（HnCm）在火焰中的电离现象对HC组分进行浓度测量。样品在氢-空气火焰中燃烧，变成带电的离子。这些离子在由电极4、5产生的高压电场中做定向运动，到达收集电极从而形成离子流，通过测量这一电流大小，便可得知物质的浓度。REF_Ref27026\h图4是配火焰离子检测器的气相色谱仪流程示意图。REF_Ref22248\h图5为氢火焰离子检测器原理图。图4气相色谱仪示意图1—分子筛脱水管；2—固定限流器；3—流量控制器；4—稳压器；5—进样口；6—色谱柱；7—检测器；8—电子部；9—计算机图5氢火焰离子检测器原理图1—壳体；