由于健康和安全方面的限制,許多實驗室現在被禁止在工作場所使用氫氣瓶。相比之下,氫氣發生器是一種更安全的選擇,同時可以提供高純度的載氣(純度為99.9999%,無水分),足以同時供應多個GC儀器。
揮發性有機化合物(VOCs)是指在室溫下沸點在50~260℃之間,且飽和蒸氣壓超過133.322Pa的易揮發性化合物。這些化合物的主要成分包括烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類、低沸點的多環芳烴類等。VOCs是室內外空氣中普遍存在且組成復雜的一類有機污染物。大多數VOCs不溶于水,可混溶于苯、醇、醚等多數有機溶劑。它們大多對皮膚、黏膜有刺激性,對中樞神經系統有麻醉作用。其所表現出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊氣味能導致人體呈現各種不良反應。因此,研究環境中VOCs的存在、來源、分布規律、遷移轉化及其對人體健康的影響一直受到人們的重視,并且成為國內外研究的焦點。
一、 揮發性有機物(VOC)檢測
揮發性有機物(VOC)檢測方法通常有PID檢測(光離子探測器)、 GC-MS(氣相色譜-質譜檢測器法)和 GC-FID(氣相色譜-氫火焰離子檢測器法),三種方法對絕大部分烴類有良好響應;GC-ECD(氣相色譜-電子捕獲檢測器法)主要為鹵代烴類檢測器,對鹵代烴有高靈敏度的響應;GC-FPD(氣相色譜-火焰光度檢測器法)對含硫、磷的烴類有高選擇、高靈敏度的響應。在上述檢測方法中,GC-FID,GC-FPD 都需用氫氣作為燃燒氣來生成檢測信號的離子化體。
二、VOC 監測設備的氣源-氫氣發生器
VOC在線監測根據采用傳感器的不同,可分為PID(光離子化檢測器)和FID(火焰離子化檢測器)。采用PID原理的VOC在線監測設備體型小巧,結構簡單,能測量更低濃度的VOC氣體;而采用FID原理的VOC在線監測設備結構相對復雜,技術難度更高,需要配備在線氫氣發生器等配件。
氫氣鋼瓶通常不作為在線 VOC 監測設備的氣源,因為鋼瓶氫氣屬于危險化學品,操作需取得相關資質。監測站點通常無人值守,一旦發生氫氣泄漏容易發生燃燒爆炸等嚴重事故。部分站點偏遠,運輸成本高昂(普通車輛不能運輸危化品)。基于以上因素的考慮,滿足以下要求的氫氣發生器可作為在線VOC 監測設備的理想氣源:
①產氣量充足(通常 GC 用氣量在 100 mL/min 以下);
②產生氣體純度高,通常大于 99.99%,采用 SPE 膜電解法產生的氫氣純度可達到 99.999%.
同時,氫氣發生器相比鋼瓶氣具備以下優勢:
①無氫氣泄漏危險,漏氣時氫氣發生器監測會自動停止工作以防止事故發生;
②設備體積小,電解水只消耗純水或堿液,使用成本低;
③可遠程監控氫氣發生器的工作狀態。氫氣發生器的工作原理是電解水產生氫氣,目前與 GC聯用的氫氣發生器有電解堿性水溶液、SPE(固態電解質)膜電解水兩種電解方式。堿性溶液電解法通常采用 10%(質量分數)的氫氧化鉀溶液作為電解質,電解時陽極產生氧氣(排入大氣),陰極產生氫氣;SPE 膜電解采用純水作為電解質,電解時水電離出的氧負離子在陽極生成氧氣(排入大氣),氫質子以水合離子(H+·xH2O)的形式,在電場力的作用下,通過 SPE離子膜,到達陰極吸收電子形成氫氣。
氫氣發生器為VOC監測設備的氣源提供滿足要求的氫氣,氫氣發生器體積小巧緊湊,提供可靠氫氣來源的同時減少碳排放。氫氣發生器采用PSA等技術有效去除水分,保證了氫氣的純度與品質。相比于鋼瓶,氣體發生器是更安全、可靠而且方便的供氣方案。
使用氫氣發生器的安全性與方便性
與傳統的鋼瓶相比,使用氫氣發生器供應氫氣有其不容忽視的優勢。
氫氣發生器現場生產氫氣,根據客戶需求,即開即用,大大減少了等待鋼瓶安裝或定期更換鋼瓶造成的人力、時間成本。
鋼瓶中儲存大量的高壓氣體,如果迅速釋放到實驗室環境中,會造成安全隱患。尤其是使用氫氣鋼瓶時,還存在額外的爆炸風險。一旦空氣中的氫氣的含量達到4.1%(按體積濃度計),會達到氫氣的爆炸下限,而引發危險。
氫氣發生器可提供一種安全的替代方案,無需大量儲存高壓氣體就可產生足夠的氫氣來供應多種應用。
除此之外,在氫氣安全上,發生器內部有檢漏、壓力異常報警等功能,可以安裝氫氣探測器。因此,如果發生氫氣泄漏,整個系統會自動停止,以確保安全。工采網FAE建議氫氣探測器采用進口氫氣傳感器,推薦選用日本figaro 氫氣傳感器 - TGS2616-C00:TGS2616-C00是日本FIGARO研發的半導體原理傳感器,響應快速、功耗低、體積小,TGS2616-C00 內含全新開發的敏感素子,受酒精等干擾氣體的影響極小,而對氫氣具有較高的選擇性。非常適合用于檢測氫氣濃度變化。
同時,TGS2616-C00的應用電路也十分簡單。
給傳感器提供穩定的加熱電壓,串聯一個固定電阻分壓,對固定電阻分壓進行采樣處理即可。
以下是TGS2616-C00的基本參數:
審核編輯 黃宇
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