BCT高精度高靈敏度環境空氣ODS和含氟溫室氣體分析解決方案

方案背景

ODS和含氟溫室氣體有什么危害？

消耗(hao)臭(chou)氧(yang)層物(wu)(wu)質，英(ying)文名(ming)稱Ozone-Depleting Substances，簡稱ODS，包含6大類(lei)(lei)(lei)鹵代烴，如氟氯碳(tan)化(hua)物(wu)(wu)（CFCs）、氫氯氟碳(tan)化(hua)物(wu)(wu)（HCFCs）、哈龍（Halon）等。這些(xie)化(hua)合物(wu)(wu)主要由工業生(sheng)產，用于制冷、清洗和發泡(pao)等領域。它(ta)們能在(zai)平流(liu)層釋放出鹵素(su)原子，催化(hua)臭(chou)氧(yang)光解反應，使平流(liu)層臭(chou)氧(yang)量減少，形成南極臭(chou)氧(yang)空洞，導致過(guo)量紫外(wai)線輻(fu)射到(dao)達地球表面，危(wei)及人(ren)類(lei)(lei)(lei)和地球生(sheng)物(wu)(wu)圈(quan)的(de)(de)安全(quan)。為(wei)了保(bao)護人(ren)類(lei)(lei)(lei)生(sheng)存(cun)環境，1987年(nian)世界(jie)各國(guo)共同簽(qian)訂(ding)《蒙特利爾議定(ding)書》，在(zai)全(quan)球范圍內限制ODS的(de)(de)使用和排放。

 

含(han)氟(fu)(fu)(fu)溫(wen)室(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)體，簡稱(cheng)F-gas，包(bao)括《聯(lian)合國氣(qi)(qi)(qi)候變化框架公約》（UNFCCC）之《京都(dou)議定書》包(bao)含(han)的(de)(de)7類溫(wen)室(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)體中的(de)(de)4類，即氫氟(fu)(fu)(fu)碳化物（HFCs）、全氟(fu)(fu)(fu)化碳（PFCs）、六氟(fu)(fu)(fu)化硫（ SF6）和三氟(fu)(fu)(fu)化氮(dan)（NF3）。含(han)氟(fu)(fu)(fu)溫(wen)室(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)體具(ju)有BCT的(de)(de)全球(qiu)增溫(wen)潛勢（GWP），如NF3的(de)(de)GWP100高達(da)15750，而SF6的(de)(de)GWP100高達(da)23500。因此，盡(jin)管大氣(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)含(han)氟(fu)(fu)(fu)溫(wen)室(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)體濃(nong)度(du)極(ji)低，但(dan)含(han)氟(fu)(fu)(fu)溫(wen)室(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)體和ODS占長(chang)壽(shou)命溫(wen)室(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)體輻射強迫的(de)(de)11%，對全球(qiu)變暖起著重要作用(yong)。

分析難點

• 環境空氣ODS組分濃(nong)度很低(di)，ppt甚亞ppt級別

• 環境空氣ODS組分濃度(du)波動(dong)不大

這兩個特點就要求檢測設備需具有(you)很(hen)高的(de)靈敏(min)度(du)和(he)度(du)。

現在國內(nei)針對(dui)揮發性有機(ji)物(wu)的(de)分析已經非常的(de)成熟(shu)， 但是度(du)要(yao)求30%以內(nei)，精密度(du)要(yao)求10%以內(nei)，檢出(chu)限(xian)100ppt左右，這對(dui)于濃度(du)極低(di)的(de)環(huan)境大氣(qi)ODS和含氟溫室氣(qi)體來(lai)說，度(du)、檢出(chu)限(xian)等(deng)遠(yuan)遠(yuan)滿足不了(le)監測(ce)需求。

高(gao)靈(ling)敏度和高(gao)的(de)要求導致我(wo)們無法用常規的(de)VOCs分析(xi)(xi)設備和分析(xi)(xi)方法來解決ODS和含氟(fu)組分的(de)分析(xi)(xi)。

分析常見問題

• 采樣及運(yun)輸：環境空氣ODS背景值較低，但是由于泄露或者溶劑釋放等因素的影響，運行和存儲環境的背景值可能會很高，VOCs分析常用的低壓和常壓采樣，會有導致泄露的隱患，正壓采樣通常會使用采樣泵，樣品經過采樣泵內部，很容易造成殘留和交叉污染，而且泵在工作時會散熱，導致密封墊圈釋放出不明組分

• 濃縮系統：為了更高的靈敏度，通常需要更大的濃縮體積，進樣體積需要2L甚更高，但是常規濃縮系統進樣體為1L，而且大體積進樣，會導致水分的存在而出現除水阱結冰的可能，同時濃縮系統和采樣罐的連接過程，會引入實驗室環境空氣，導致ODS檢測結果不準

• 配氣系統：采樣罐和配氣儀連接處有引入環境空氣，導致配氣結果不準；

• 清罐系統：VOCs通常采樣罐指標，國內為100ppt，標準為20ppt，無論哪個指標都滿足不了亞ppt濃度級別的ODS組分分析。

解決方案

北京博(bo)賽德科技(ji)有限(xian)公司(si)對ODS和(he)含氟溫(wen)室(shi)氣體分(fen)析(xi)現(xian)狀及(ji)分(fen)析(xi)難點進(jin)行了(le)研究，并在(zai)常規三(san)級冷阱預濃縮-GCMS分(fen)析(xi)方案的基礎(chu)上進(jin)行了(le)改(gai)進(jin)和(he)優化，推出了(le)這(zhe)套高精(jing)度(du)高靈敏度(du)環境空氣ODS和(he)含氟溫(wen)室(shi)氣體分(fen)析(xi)方案。

• 采樣及運輸： 罐采樣的方式，為了避免運輸過程中的泄露，采用高壓采樣的方式，避免運輸存儲過程中外界氣體漏入采樣罐內，同時采樣過程不使用采樣泵，避免使用采樣泵造成的較差污染和采樣泵過熱導致密封元件釋放干擾物質

• 濃(nong)縮(suo)系統(tong)：對傳統三級冷阱預濃縮儀ENTECH 7200進行改進，進樣體積可以達到3L,同時避免水分的冷凝造成除水阱的結冰堵塞，優化濃縮分析方法，實現罐子和自動進樣器無泄漏連接，避免實驗室內空氣引入采樣罐內

• 配氣(qi)系統(tong)：對Entech4700高精度稀釋儀進行改進和優化配氣過程，保存配氣前和配氣中沒有外界氣體的進入干擾。

• 清罐(guan)系統：高真(zhen)空置換清洗(xi)采樣(yang)罐(guan)，采樣(yang)罐(guan)系統的水平在0.1ppt以下，個(ge)別組分可以做的更(geng)低

實驗結果

TIC結果



15種ODS組(zu)分全掃譜圖(tu)



15種ODS組分SIM譜圖



精(jing)密度



5ppt，1500ml重(zhong)復(fu)性



檢出限



1ppt標氣(qi)目標物重復性（1ppt，150ml）



通過(guo)5倍信噪比(bi)的(de)方式(shi)得出34種ODS組分的(de)檢出限



結論

從實驗結(jie)果可以看出，經過改造和(he)優化，該套(tao)分析方案解(jie)決(jue)了傳統(tong)VOCs分析系(xi)統(tong)無法分析環境空氣中低濃度ODS和(he)含氟組分的問題(ti)，結(jie)合采樣、清罐、配氣、濃縮分析等質控(kong)流程，可滿足環境空氣中多種ODS和(he)含氟組分檢(jian)測分析的要求。

該(gai)套方案經過(guo)北京博賽德科技有限(xian)公(gong)司(si)的優化和集(ji)成，已經滿足商(shang)業化檢(jian)測(ce)設備的要求。