本發(fā)明涉及一種快速靈敏分析大氣中二氧化氮的分析裝置，屬于環(huán)境分析化學
技術領域：
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背景技術：
：二氧化氮是最重要的空氣污染物之一，其主要來源為自然來源和人為排放。隨著工業(yè)發(fā)展和人均消費提高，人為排放二氧化氮的比重不斷上升，導致大氣環(huán)境嚴重污染。人為排放二氧化氮主要來自化石燃料的燃燒，包括：工業(yè)生產(chǎn)過程、燃煤、汽車尾氣等。二氧化氮能夠導致人體慢性和急性中毒，對人類的呼吸系統(tǒng)及肺部產(chǎn)生嚴重的損傷，造成或加重呼吸系統(tǒng)的疾病，比如肺氣腫和支氣管炎，還會加重心血管疾病。大氣二氧化氮濃度的增加會影響植物、動物以及微生物的正常生長，甚至導致其死亡，嚴重影響整個生態(tài)環(huán)境。此外，二氧化氮也是導致二次大氣污染，形成光化學煙霧、霧霾、酸雨的重要原因。因此，監(jiān)控二氧化氮的排放以及分析二氧化氮的污染水平對于掌握和避免其污染危害具有重要意義。二氧化氮氣體檢測的國家標準方法利用對氨基苯磺酸和n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽混合溶液吸收二氧化氮氣體，發(fā)生重氮化反應，生成粉紅色染料，通過分光光度法進行分析。該標準方法涉及的氣體吸收和檢測過程較為繁瑣，需要控制氣體流速、體積、顯色放置時間、注意避光保存等多種實驗因素，無法實現(xiàn)大氣中二氧化氮的快速、準確、現(xiàn)場分析。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明為了解決標準方法涉及的氣體吸收和檢測過程較為繁瑣、控制顯色放置時間以及避光保存等問題，提出了一種快速靈敏分析大氣中二氧化氮的分析裝置，所采取的技術方案如下：一種快速靈敏分析大氣中二氧化氮的分析裝置，所述分析裝置包括電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2、氣體吸收檢測通道、數(shù)據(jù)采集卡11、空氣泵14和數(shù)據(jù)處理裝置；所述電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2的待測氣體口與氣體吸收檢測通道的待測氣體入口相連；所述氣體吸收檢測通道的氣體出口與空氣泵14相連；所述氣體吸收檢測通道的電壓信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡11的采集信號輸入端相連；所述數(shù)據(jù)采集卡11的數(shù)字信號輸出端與數(shù)據(jù)處理裝置的信號輸入端相連。優(yōu)選地，所述電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2包括兩位三通電磁閥i、兩位三通電磁閥ii、兩位三通電磁閥iii、兩位三通電磁閥iv和氣體進樣環(huán)v；所述兩位三通電磁閥i的常開通道a連接純凈氮氣，所述兩位三通電磁閥i的斷電通道b與兩位三通電磁閥ii的斷電通道b相連，所述兩位三通電磁閥i的通電通道c與兩位三通電磁閥iii的通電通道c相連；所述兩位三通電磁閥ii的常開通道a與氣體進樣環(huán)v的一端相連，所述兩位三通電磁閥ii的通電通道c連接二氧化氮待測氣體；所述兩位三通電磁閥iii的斷電通道b與兩位三通電磁閥iv的斷電通道b相連，兩位三通電磁閥iii的常開通道a與氣體吸收檢測通道的待測氣體入口相連；所述兩位三通電磁閥iv常開通道a與氣體進樣環(huán)v的另一端相連，所述兩位三通電磁閥iv的通電通道c用于廢氣排出；所述兩位三通電磁閥i、兩位三通電磁閥ii、兩位三通電磁閥iii和兩位三通電磁閥iv之間連接均通過聚四氟管相連；所述氣體進樣環(huán)v體積為200ml。優(yōu)選地，所述氣體吸收檢測通道包括發(fā)光二極管5、光纖6、三通管一71、三通管二72、塑料套管8、聚丙烯中空纖維膜管9和光電二極管10；所述電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2的待測氣體口與塑料套管8的待測氣體入口相連，所述塑料套管8的待測氣體入口即為氣體吸收檢測通道的待測氣體入口；所述塑料套管8的氣體出口與空氣泵14相連；所述塑料套管8的氣體出口即為氣體吸收檢測通道的氣體出口；所述發(fā)光二極管5通過光纖6與三通管一71的橫向通道的一端口相連；所述三通管一71的橫向通道的另一端口與聚丙烯中空纖維膜管9的入口端相連；所述聚丙烯中空纖維膜管9的出口端與三通管二72的橫向通道的一端口相連；所述三通管二72的橫向通道的另一端口通過光纖6與光電二極管10的光輸入端相連；所述光電二極管10的電壓信號輸出端即為氣體吸收檢測通道的電壓信號輸出端；所述聚丙烯中空纖維膜管9嵌入塑料套管8中。優(yōu)選地，所述發(fā)光二極管5為黃色發(fā)光二極管，發(fā)光波長為540nm。優(yōu)選地，所述聚丙烯中空纖維膜管9采用聚丙烯疏水中空纖維制成，所述聚丙烯中空纖維膜管9的內徑1.5mm，外徑2.0mm，長度50mm。優(yōu)選地，所述光纖6采用聚甲基丙烯酸甲酯光纖，光纖直徑1.5mm。優(yōu)選地，所述三通管一71、三通管二72和塑料套管8均采用聚四氟乙烯材料制成，所述三通管一71、三通管二72的內徑均為1.8mm；所述塑料套管8的內徑為8mm，長度為50mm。優(yōu)選地，所述分析裝置的二氧化氮檢測過程包括：步驟一：利用酸性溶液將對氨基苯磺酸和n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽混合形成二氧化氮檢測混合溶液；步驟二：利用塑料注射器從聚丙烯中空纖維膜管9的入口端向聚丙烯中空纖維膜管9中注入所述二氧化氮檢測混合溶液；步驟三：所述聚丙烯中空纖維膜管9內通入二氧化氮檢測混合溶液后，調節(jié)發(fā)光二極管5的發(fā)光強度至光電二極管10電壓值為其最高輸出信號電壓的90％—95％，并保持該發(fā)光二極管5光強；步驟四：利用電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)控制體積為200ml的二氧化氮待測氣體以進入由發(fā)光二極管-中空纖維膜管-光電二極管組成的氣體吸收和檢測通道；步驟五：所述二氧化氮待測氣體進入氣體吸收檢測通道后，經(jīng)滲透進入聚丙烯中空纖維膜管9內部與所述二氧化氮檢測混合溶液發(fā)生重氮化反應并生成粉紅色溶液；所述粉紅色溶液吸收發(fā)光二極管5發(fā)出的單色光并觸發(fā)光電二極管10電壓下降；步驟六：所述數(shù)據(jù)采集卡11采集所述光電二極管10的電壓信號并轉換為數(shù)字信號發(fā)送數(shù)據(jù)處理裝置進行數(shù)據(jù)處理轉換為吸光度值，進而獲得二氧化氮氣體分析數(shù)據(jù)；步驟七：檢測完畢后，利用超純水沖洗中空纖維膜管內部，利用氮氣沖洗氣體進樣閥和檢測通道系統(tǒng)。優(yōu)選地，步驟一所述酸性溶液為5ml的冰乙酸溶液，所述冰乙酸溶液的濃度為50ml/l(顯色液定容后冰乙酸的濃度為50ml/l)。本發(fā)明有益效果：本發(fā)明的一種快速靈敏分析大氣中二氧化氮的分析裝置，利用電磁閥組氣體進樣閥控制氣體進樣體積，通過中空纖維膜管內的酸性的對氨基苯磺酸和n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽混合溶液直接吸收二氧化氮并顯色，利用簡單靈敏便攜的發(fā)光二極管和光電二極管進行檢測，具備裝置簡單便攜、操作方便、性能靈敏的優(yōu)點，適于大氣中二氧化氮的快速、靈敏、現(xiàn)場分析，同時節(jié)省檢測時間，經(jīng)統(tǒng)計，相對于國標法，利用本發(fā)明提供的分析裝置進行相同量的二氧化氮檢測，時間縮短了30％。本發(fā)明的一種快速靈敏分析大氣中二氧化氮的分析裝置與國標法相比，當采樣體積為4-24l時，測定范圍為7.5ppb-1ppm(單次檢測時間為30min-90min，包括空氣吸收10-60min，顯色放置15-20min，檢測3-5min)。附圖說明圖1為本發(fā)明二氧化氮分析裝置示意圖圖2為二氧化氮與顯色液反應后的吸收曲線圖。圖3為采用本發(fā)明的方法所獲得測定二氧化氮的標準曲線。圖4為采用本發(fā)明所述電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)的內部結構示意圖。(1，氮氣；2，電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)；3，廢氣；4，二氧化氮待測氣體；5、發(fā)光二極管；6，光纖；71，三通管一；72，三通管二；8，塑料套管；9，聚丙烯中空纖維膜管；10，光電二極管；11，數(shù)據(jù)采集卡；12，二氧化氮檢測混合溶液；13，廢液；14，空氣泵；a，常開通道；b，斷電通道；c，通電通道)具體實施方式下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不受實施例的限制。實施例1：圖1為本發(fā)明所述二氧化氮分析裝置的結構示意圖。如圖1所示，該二氧化氮分析裝置包括電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2、氣體吸收檢測通道、數(shù)據(jù)采集卡11、空氣泵14和數(shù)據(jù)處理裝置；所述電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2的待測氣體口與氣體吸收檢測通道的待測氣體入口相連；所述氣體吸收檢測通道的氣體出口與空氣泵14相連；所述氣體吸收檢測通道的電壓信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡11的采集信號輸入端相連；所述數(shù)據(jù)采集卡11的數(shù)字信號輸出端與數(shù)據(jù)處理裝置的信號輸入端相連。其中，所述電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2包括四個兩位三通電磁閥，通過控制電磁閥的供電和斷電實現(xiàn)二氧化氮待測氣體的進樣和分析，具體的電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2包括兩位三通電磁閥i、兩位三通電磁閥ii、兩位三通電磁閥iii、兩位三通電磁閥iv和氣體進樣環(huán)v；所述兩位三通電磁閥i的常開通道a連接純凈氮氣，所述兩位三通電磁閥i的斷電通道b與兩位三通電磁閥ii的斷電通道b相連，所述兩位三通電磁閥i的通電通道c與兩位三通電磁閥iii的通電通道c相連；所述兩位三通電磁閥ii的常開通道a與氣體進樣環(huán)v的一端相連，所述兩位三通電磁閥ii的通電通道c連接二氧化氮待測氣體；所述兩位三通電磁閥iii的斷電通道b與兩位三通電磁閥iv的斷電通道b相連，兩位三通電磁閥iii的常開通道a與氣體吸收檢測通道的待測氣體入口相連；所述兩位三通電磁閥iv常開通道a與氣體進樣環(huán)v的另一端相連，所述兩位三通電磁閥iv的通電通道c與排廢氣管相連，用于廢氣排出；所述兩位三通電磁閥i、兩位三通電磁閥ii、兩位三通電磁閥iii和兩位三通電磁閥iv之間連接均通過聚四氟管相連；所述氣體進樣環(huán)v體積為200ml。所述氣體吸收檢測通道包括發(fā)光二極管5、光纖6、三通管一71、三通管二72、塑料套管8、聚丙烯中空纖維膜管9和光電二極管10；所述電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)2的待測氣體口與塑料套管8的待測氣體入口相連，所述塑料套管8的待測氣體入口即為氣體吸收檢測通道的待測氣體入口；所述塑料套管8的氣體出口與空氣泵14相連；所述塑料套管8的氣體出口即為氣體吸收檢測通道的氣體出口；所述發(fā)光二極管5通過光纖6與三通管一71的橫向通道的一端口相連；所述三通管一71的橫向通道的另一端口與聚丙烯中空纖維膜管9的入口端相連；所述聚丙烯中空纖維膜管9的出口端與三通管二72的橫向通道的一端口相連；所述三通管二72的橫向通道的另一端口通過光纖6與光電二極管10的光輸入端相連；所述光電二極管10的電壓信號輸出端即為氣體吸收檢測通道的電壓信號輸出端；所述聚丙烯中空纖維膜管9嵌入塑料套管8中。其中，上述氣體吸收檢測通道中，所述發(fā)光二極管5為黃色發(fā)光二極管，發(fā)光波長為540nm；所述聚丙烯中空纖維膜管9采用聚丙烯疏水中空纖維制成，所述聚丙烯中空纖維膜管9的內徑1.5mm，外徑2.0mm，長度50mm；所述光纖6采用聚甲基丙烯酸甲酯光纖，光纖直徑1.5mm；所述三通管一71、三通管二72和塑料套管8均采用聚四氟乙烯材料制成，所述三通管一71、三通管二72的內徑均為1.8mm；所述塑料套管8的內徑為8mm，長度為50mm。同時，圖1所示的分析裝置中，發(fā)光二極管5、光纖6、三通管一71、三通管二72、塑料套管8、聚丙烯中空纖維膜管9和光電二極管10之間的連接處利用透明熱熔膠固定和密封，同時，利用本發(fā)明所述的二氧化氮分析裝置進行二氧化氮檢測具體過程如下：步驟一：利用酸性溶液將對氨基苯磺酸和n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽混合形成二氧化氮檢測混合溶液；其中，酸性溶液為冰乙酸溶液；并且，利用塑料注射器實現(xiàn)酸性對氨基苯磺酸及n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽混合溶液的更換；步驟二：利用塑料注射器從聚丙烯中空纖維膜管9的入口端向聚丙烯中空纖維膜管9中注入所述二氧化氮檢測混合溶液；步驟三：所述聚丙烯中空纖維膜管9內通入二氧化氮檢測混合溶液后，調節(jié)發(fā)光二極管5的發(fā)光強度至光電二極管10電壓值為其最高輸出信號電壓的95％，，并保持該發(fā)光二極管5光強；步驟四：利用電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)控制體積為200ml的二氧化氮待測氣體以進入由發(fā)光二極管-中空纖維膜管-光電二極管組成的氣體吸收和檢測通道；步驟五：所述二氧化氮待測氣體進入氣體吸收檢測通道后，經(jīng)滲透進入聚丙烯中空纖維膜管9內部與所述二氧化氮檢測混合溶液發(fā)生重氮化反應并生成粉紅色溶液；所述粉紅色溶液吸收發(fā)光二極管5發(fā)出的單色光并觸發(fā)光電二極管10電壓下降；步驟六：所述數(shù)據(jù)采集卡11采集所述光電二極管10的電壓信號并轉換為數(shù)字信號發(fā)送數(shù)據(jù)處理裝置進行數(shù)據(jù)處理轉換為吸光度值，進而獲得二氧化氮氣體分析數(shù)據(jù)；步驟七：檢測完畢后，利用超純水沖洗中空纖維膜內部，利用氮氣沖洗氣體進樣閥和檢測通道系統(tǒng)。上述二氧化氮待測氣體檢測過程中，要保證溶液靜止，每檢測一次，推動注射器更換一次聚丙烯中空纖維膜管9內溶液。同時，步驟一中所述酸性溶液將對氨基苯磺酸和n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽混合具體步驟如下：第一步：先配1g/l的n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽第二步：稱0.5g對氨基苯磺酸溶于約20ml熱水中，冷卻后轉移至100ml容量瓶中，再加入5ml，1g/l的n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽和5ml冰乙酸第三步：將第二步配制溶液定容至100ml，即獲得二氧化氮檢測混合溶液(顯色溶液)其中各物質的最終濃度為：對氨基苯磺酸：5g/l；n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽：0.05g/l；冰乙酸：50ml/l；對氨基苯磺酸：n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽＝100:1步驟四中所述電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)控制二氧化氮待測氣體進入的具體過程如下：第1步：對兩位三通電磁閥i、兩位三通電磁閥ii、兩位三通電磁閥iii和兩位三通電磁閥iv通電，四個兩位三通電磁閥中每個電磁閥的常開通道a與其自身的通電通道c連通。即氮氣由兩位三通電磁閥i的常開通道a到兩位三通電磁閥i的通電通道c，經(jīng)兩位三通電磁閥iii的通電通道c進入兩位三通電磁閥iii的常開通道a，通入塑料套管8的待測氣體入口；no2待測氣體由兩位三通電磁閥ii的通電通道c到兩位三通電磁閥ii的常開通道a進入氣體樣品進樣環(huán)v，經(jīng)過兩位三通電磁閥iv的常開通道a到兩位三通電磁閥iv的通電通道c排入廢氣通道，實現(xiàn)no2氣體在進樣環(huán)v中的加載填充。第2步，對兩位三通電磁閥i、兩位三通電磁閥ii、兩位三通電磁閥iii和兩位三通電磁閥iv斷電，四個兩位三通電磁閥中每個電磁閥的常開通道a與其自身的斷電通道b連通。即氮氣由兩位三通電磁閥i的常開通道a到兩位三通電磁閥i的斷電通道b，經(jīng)兩位三通電磁閥ii的斷電通道b進入兩位三通電磁閥ii的常開通道a，再進入待測氣體(no2)所在的進樣環(huán)v中，將已經(jīng)加載的待測氣體(no2)由進樣環(huán)v載入兩位三通電磁閥iv的常開通道a，通過兩位三通電磁閥iv的斷電通道b，進入兩位三通電磁閥iii的斷電通道b，最后經(jīng)兩位三通電磁閥iii的常開通道a進入塑料套管8的待測氣體入口。在本發(fā)明所述裝置通過控制電磁閥組氣體進樣閥，控制二氧化氮氣體進入中空纖維膜管構建二氧化氮氣體的吸收和檢測通道，二氧化氮氣體擴散進入中空纖維膜管內部與填充的顯色溶液反應，從而引起光電二極管吸收光強的減小，輸出的信號電壓下降。數(shù)據(jù)采集卡采集并轉換電壓信號為數(shù)字信號，所述數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)處理裝置進行數(shù)據(jù)處理最終實現(xiàn)二氧化氮的分析。其中，本實施例中所述數(shù)據(jù)處理裝置為計算機，其數(shù)據(jù)分析處理過程為現(xiàn)有技術中，實驗室常用二氧化氮數(shù)據(jù)分析過程。實施例2實施例2為實施例1技術方案的實際公路氣體檢測試驗，本實施例中，選取公路附近空氣中二氧化氮進行測定利用本發(fā)明所述二氧化氮分析裝置進行二氧化氮標氣體檢測分析的具體步驟為：(1)樣品采集：采集方法：使用fep特氟龍空氣采樣袋，距離公路30米和3米分別采集大氣樣品1和2，采集體積均約為8l。(2)吸收和顯色溶液配制：配制酸性的對氨基苯磺酸及n-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽混合溶液50ml，濃度如表1所示。(3)標準氣體配制利用電磁閥組氣體進樣系統(tǒng)分別控制高純氮氣和二氧化氮高濃度氣體流速，配制二氧化氮標準氣體于fep特氟龍氣體采集袋(濃度分別為：0，50，100，200，300，400，700,1000ppbv)，利用本發(fā)明所述分析裝置對二氧化氮標準氣體進行二氧化氮檢測，獲得二氧化氮標準氣體的標準曲線，通過外標法進行公路附近大氣樣品中no2的定量檢測。(4)測定：采用裝置條件如表1所示。本發(fā)明裝置的分析性能見表2。圖2為二氧化氮與顯色液反應后的可見光光譜吸收曲線圖。圖3為本方法通過外標法進行定量的標準曲線。公路附近大氣中的二氧化氮進行了測定并與國標法測定的結果進行了比較。二氧化氮的測定結果見表3。采用本發(fā)明方法，公路附近大氣中二氧化氮檢測的濃度值與國標法檢測的濃度范圍相同，證明方法準確可行。表1測定大氣環(huán)境中二氧化氮濃度的長光程分光光度分析方法操作條件表2長光程分光光度法分析二氧化氮的分析性能校準曲線s＝1.356e-06*c(no2)+1.391e-04相關系數(shù)0.9925線性范圍10-700ppbv檢出限3.1ppbv相對標準偏差4.11％(100ppbv，n＝11)分析時間≤200秒/樣表3公路附近二氧化氮的測定結果在操作條件下，對本方法的各項指標進行了反復測試。在一定的濃度范圍內，二氧化氮的線性相關系數(shù)為0.9925，檢出限為3.1ppbv，該結果證明了本發(fā)明的分析裝置檢出限低，靈敏度高。實施例3實施例3與實施例1的不同之處在于，調節(jié)發(fā)光二極管5的發(fā)光強度至光電二極管10電壓值為其最高輸出信號電壓的90％，其他部件組成及連接方式與實施例1相同。實施例4實施例4與實施例1的不同之處在于，調節(jié)發(fā)光二極管5的發(fā)光強度至光電二極管10電壓值為其最高輸出信號電壓的92％，其他部件組成及連接方式與實施例1相同。雖然本發(fā)明已以較佳的實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以做各種改動和修飾，因此本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書所界定的為準。當前第1頁12