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低温等离子体技术在水体中有机物浓度检测中的应用

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发表于 2016-3-29 09:11:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
低温等离子体技术在水体中有机物浓度检测中的应用
(初稿)
引言:
    目前最为关注的水体中的有机物主要有CODTOCTPTN、氨氮、苯系物等,对于此类有机物的分析方法主要有国标法、相应的快速检测仪以及工业废水监测中大量使用的在线监测仪。其中99%的在线监测设备在检测过程中需要消耗大量的化学品,检测时间长、仪器寿命短、成本高、二次污染大。随着CCD[url=]全光谱[/url][q1] 技术的发展和应用,目前有部分国外的光谱仪在国内开始应用于有机污染物的检测,优点是无需要化学试剂,检测速度快,缺点是精度低,常规的化学法在15%以内,全光谱法一般在10%30%,[url=]甚至无效数据非常多,[/url][q2] 且校正数据工作量大,更适合用于污染预警,主要原因是抗干扰性能不高,水体中污染物比较复杂,固体悬浮物、重叠峰、温度、光等对检测结果均有影响。通过低温等离子技术,结合CCD全光谱技术检测有机物在水体中浓度的[url=]最大变化[/url][q3] 可以精确检测水体中有机物的浓度,并实现仪器化,能填补国内空白,意义重大,环境效益、经济效益不可估量。
   
一、原理:
大量实验证明低温等离子体对水中有机物有很强的降解作用,可以使有机物分子在极短的时间内发生分解,反应时间越长,[url=]去除率越高[/url][q4] ,部分有机物去除率达90%以上。该过程等同于标准法中的消解过程。通过全谱仪可以实时检测出各种有机物在一定反应时间内的降解率,传统方法很难实时计算[url=]降解率[/url][q5]
水中有机物在190nm至850nm范围内不同波长同时扫描下,可以确定有机物的峰高及出峰时间,但干扰峰较多,定量很困难。
利用低温等离子技术,结合CCD全光谱扫描设备,计算有机物峰的最大变化,可以实现无需添加化学试剂,快速精确检测有机物浓度。
二、技术特点:
1、 实现多参数同时检测,精度高([url=]小于[/url]3%[q6] ),检测时间短、采水样少,更安全;
以COD为例,取1-2ml溶液就可以检测,无需高温高压、样品蒸发量极低,10分钟内可检测出结果。如果用[url=]氮氧气做为载气[/url][q7] ,可以将在反应过程中产生的CO2进行收集并检测即可算出TOC值。
2、 无需消耗化学品,无二次污染;有很高的环境效益和经济效益
3、 可实现可靠的在线监测。相对于传统的在线监测设备,该系统检测过程简单,部件少,有更好的稳定性和使用寿命。
三、技术难点:
1CCD全光谱仪在不同环境下检测的差异性及[url=]温度漂移[/url][q8]
2、不同有机物去除率补偿系数算法;
3、等离子体装置与检测池的集成;
4、全流程自动化。
三、实验思路和装置设计

检测流程示意图
1、得标样线性方程
将不同浓度的标准样品经CCD光谱仪扫描得原始图谱,然后经过等离子降解后再次扫描得二次图谱,通过出峰时间定性,不同吸光度差值计算得到对应有机物的线性方程。
2、将待检测样品经CCD光谱仪扫描得原始图谱,然后经过等离子体降解后再次扫描得二次图谱,通过出峰时间定性,不同的吸光度差值,由已知的线性方程,计算物质的浓度。


装置示意图
1、         根据采样量确定最大反应池表面积;
2、         通过蠕动泵确保反应池液位无变化同时循环水样以达到最大反应效率。
3、         确保等离子体反应装置稳定可靠;
4、         光源可同时发送190nm至850nm不同波长的紫外可见光对溶液进行扫描。
5、         CCD检测器分辨率要高,不能小于2.0nm.
适用场合及应用对象
该装置可用于对光谱有作用的各类有机物的检测,如COD,TOC,总磷,总氮,氨氮 ,苯系物等等,CCD光谱仪及等离子体装置均可封装,计算机处理系统及数据显示如采用工业级的,该装置完全适应各类检测场所,甚至环境比较恶劣的地方。
                                             
2015年1月22日
先证明

[q1]什么叫全光谱?并发190-850m不同波长 ,对水质进行扫描,需要找一些国外的在水质检测方面相关的论文


[q2]比如未知有机物造成的影响。


[q3]采用最大值的原因主要是降低干扰提高精度。全光谱 扫描组分较多。比如测COD的时候,不可能用每种有物去做线性方程,所有一旦有未知有机物产生的时候,就检测不到,那么可以通过整体光谱图的变化来计算,没有变化的未知峰就能排除掉。这样可以确保COD值的精度。


[q4]整理部分依据。


[q5]降解率的作用是取线性方程的补偿系数。


[q6]线性方程:y=a+a1x+a2x2+a3x3+…anxn
其中 a 0位输出,a1是灵敏度,a2….an是非线性项系数。
我们要考虑哪些非线性项系数?


[q7]等离子放电需要空气中的氧气,如果检测二氧化碳,就需要用一定比例的氮氧气供氧,一能供氧,二能确保安全。测TOC的时候需要考虑到水溶性碳酸根离子。


[q8]工作中CCD芯片温度会升高,图谱基线会出现漂移。




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