傅里葉紅外便攜式氣體分析儀在應急監測中的應用

張曉勇，楊國慶，李 程，王 珂

（1.江蘇省環境應急與事故調查中心，南京 210036；2.南京林業大學林學院，南京 210037）

傅里葉紅外便攜式氣體分析儀在應急監測中的應用

張曉勇1,2，楊國慶1，李 程1，王 珂1

（1.江蘇省環境應急與事故調查中心，南京 210036；2.南京林業大學林學院，南京 210037）

傅里葉紅外便攜式氣體分析儀是應急監測中最常用的儀器之一，它具有掃描速度快、分辨率和靈敏度高、攜帶方便等優點。為了使其更好地為大氣應急監測服務，本文首先介紹了GasID便攜式氣體分析儀的工作原理、構成、操作方法，然后與其他應急監測儀器進行比較，最后通過實例說明了該儀器在應急監測中的應用效果。結果表明，該儀器攜帶輕便、分析快速，可以用于大氣應急監測。

傅里葉變換紅外光譜；大氣環境；突發；應急監測

近年來，突發環境事件時有發生，為了快速鎖定污染物，必須及時開展應急監測。突發環境事件中產生的氣體具有量大、時間短、變化快等特點，在開展現場大氣監測時，須結合污染物類型選擇合適的監測儀器，以獲得準確數據。在眾多便攜式監測儀器中，GasID傅里葉紅外便攜式氣體分析儀是常用的儀器之一，此儀器具有掃描速度快、分辨率和靈敏度高、攜帶方便等特點，基本可以滿足應急監測需要[1-3]。

1 儀器介紹

1.1 工作原理

GasID便攜式氣體分析儀工作原理是基于傅里葉變換紅外光譜技術（FT-IR），干涉儀將光源發出的光分成兩束后，再以不同的光程差重新組合，發生干涉現象。當兩束光的光程差為λ/2的偶數倍時，落在檢測器上的相干光則互相疊加，產生明線，相干光強度出現極大值；相反，當兩束光的光程差為λ/2的奇數倍時，落在檢測器上面的相干光相互取消，產生暗線，相干光強度有極小值[4-8]。由于多色光的干涉圖等于所有含單色光干涉圖的加合，因此得到的是具有中心極大，并向兩邊迅速衰減的對稱干涉圖。

干涉圖包含光源的全部頻率和與該頻率相對應的強度信息，所以如有一個有紅外吸收的樣品放在干涉儀的光路中，由于樣品能吸收特征波數的能量，結果所得到的干涉圖強度曲線就會相應地產生一些變化。關于每個頻率強度信息的干涉圖，人們可借助數學上的Fourier變換技術對每個頻率的光強進行計算，從而得到吸收強度或透過率和波數變化的普通光譜圖。

1.2 儀器構成

GasID便攜式氣體分析儀核心部件有邁克遜干涉儀、紅外光源、動鏡、定鏡、分束器和檢測器。主要配套設施有吸附管采樣模塊、Tedlar?袋采樣模塊、手持采樣泵、電源和電池等。此儀器有兩種進樣方式：直接進樣和預濃縮熱解析進樣，直接進樣方式無需加熱，若采用預濃縮熱解析進樣，采樣部位會被加熱升溫到180℃[9]。

此儀器內置了有毒有害物質譜庫（超過5 500種），用戶也可以自建譜庫，GasID內置了美國國家職業病研究院的有毒化合物相關信息。數據庫包括：揮發性有機物（如丙酮、苯等）、易燃氣體（如丙烷、正己烷等）、有毒工業化學品和有毒工業物質（如氨、氟利昂等）、腐蝕性氣體（如氯化氫、氮化物等）、殺蟲劑（如甲草胺、殺鼠靈等）、化學武器（如芥子氣）。不能鑒別惰性氣體（如氦氣、氖氣等）、共核雙原子氣體（如氫氣、氧氣、氮氣、氟氣、氯氣、溴）和氣溶膠（除可蒸發的小液滴外）。我國優先登記的有毒化學品有40種，其中氯化氫、氮氧化物、二氧化硫、氯化氰、苯胺等可使用此儀器進行現場測定。

1.3 操作步驟

主要操作步驟包括：開機、樣品連接、背景采集和結果顯示。接通電源后向上推開關，系統自動進入GasID軟件，輸入用戶名和登錄密碼進入；點擊START開始檢測，系統自動檢查采樣部件的連接情況，指示燈為綠色，說明采樣部件連接正常；點擊Continue，系統首先采集背景數據，結束后開始分析所采集樣品，分析完成后，給出譜圖和最接近樣品的多個化合物的名稱及其相似性結果。

1.4 特點

氣相色譜-質譜分析儀（GC-MS）也是目前應急監測中使用較多的儀器，兩種儀器比較，GasID有以下優勢：一是操作簡單，分析速度快。中文可視界面，基本無需對樣品進行前處理，從取樣到出結果的時間約20 min；二是體積小，重量輕，電池續航能力長。配置堅固耐用的手提箱，單人可攜帶并在現場開展操作，4塊原配電池續航時間長，如不使用預濃縮熱解析進樣，可以連續操作4 h左右；三是對操作環境的適應性強。分束器能在極端潮濕（0～100%RH）和極冷極熱（-7℃～50℃）的環境條件下操作，完全防水設計，離開污染區域后，可以直接整體洗消；四是內置電腦，觸屏操作，結果直讀，現場無需攜帶其他電腦；五是顯示的信息全面。顯示結果后，可啟動“NIOSH”按鈕查看物質的關鍵信息和數據。

2 實例分析

2.1 概況

2016年，某地發生一起環境突發事件，一輛貨車在道路上追尾前方裝有苯乙烯的槽罐車，導致部分苯乙烯泄露。事件發生后，環保部門采取筑壩封堵控制擴散，使用吸油氈和活性炭吸附泄露的苯乙烯。

2.2 現場監測

為了掌握苯乙烯在大氣中的擴散情況，監測人員根據風速、風向以及周邊環境情況，在下風向50 m、100 m、200 m、250 m、500 m處布設監測點，使用便攜式氣體分析儀對空氣環境進行監測，兩次取樣間隔為20 min。監測結果表明，監測1 h后，100 m處苯乙烯明顯，500 m處苯乙烯不明顯。苯乙烯明顯的原因可能是事發位置地勢低洼，不利于空氣中苯乙烯的稀釋和擴散，導致空氣中苯乙烯積累。監測5 h后，250 m處大氣中苯乙烯不明顯。

2.3 跟蹤監測

為了確保事發地環境空氣質量安全，事發生后第3天、第4天再次采用便攜式氣體分析儀對事發地空氣進行監測，采樣時間為當日10時、12時和14時，結果顯示：200 m處，苯乙烯不明顯[10]。

3 結語

應急監測是突發環境事件處置的關鍵，迅速、準確、全面的結果可以為決策者提供技術支撐。在應急監測中，人們必須結合污染現場狀況來選擇合適的監測儀器。GasID便攜式氣體分析儀在大氣應急監測中具有輕便、快速等優勢，使用者可以充分挖掘其潛能，發揮其作用。

1 嚴 暉.突發性水污染事故應急監測體系的研究[J].中國資源綜合利用，2012，30（8）：44-47.

2 劉鐵順，雷艷秋.突發性環境污染事故應急監測與處理處置[J].中國資源綜合利用，2009，27（12）：30-32.

3 馬戰宇，龐曉露，高 亮，等.便攜式傅里葉紅外快速檢測環境中氣態污染物[J].中國環境監測，2007，23（4）：44-46.

4 尤小娟，趙 亮，苗其好.GasID的基本原理及其在環境應急監測中的應用[J].儀器儀表與分析監測，2014，（1）：41-43.

5 黃振榮，陳 淵.便攜式傅里葉變換紅外多組分氣體分析儀在環境應急監測中的應用[J].環境科學與管理，2015，40（12）：133-135.

6 邊歸國.開放通道傅里葉變換紅外光譜法在環境監測中的應用[J].中國環境監測，2003，19（4）：52-55.

7 朱 蕾，蘇 艷.傅里葉紅外光譜分析在環境試驗中的應用[J].環境技術，2002，（3）：5-9.

8 郁建橋，張 璘，王 霞.FTIR光譜法在氣態環境污染事故應急監測中的應用[J].分析儀器，2005，（1）：55-58.

9 郁建橋.三種環境污染事故應急監測儀器的比較[J].分析儀器，2007，（1）：60-61.

10 魯寶權，汪 宵，王 亮，等.兩種環境應急監測儀器在突發性環境污染事故中的作用[J].環境監控與預警，2010，2（2）：11-13.24.

The Application of Fourier Infrared Portable Gas Analyzer in Emergency Monitoring

Zhang Xiaoyong1,2，Yang Guoqing1，Li Cheng1，Wang Ke1
(1.Center of Environmental Emergency Response and Accident Investigation of Jiangsu Province,Nanjing 210036,China；2.College of Forest Resources and Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)

Fourier infrared portable gas analyzer is one of the most commonly used instruments in emergency monitoring,it has the advantages of fast scanning,high resolution and sensitivity,easy to carry and so on.In order to make it better for atmospheric emergency monitoring services,this paper first introduced the GasID portable gas analyzer working principle,composition,operation method,and then compared with other emergency monitoring instruments,and finally illustrates by an example of the instrument in emergency monitoring The application effect.The results show that the instrument portable light,fast analysis,can be used for atmospheric emergency monitoring.

FT-IR；atmospheric environment；abrupt；emergency monitoring

O657.33；X830.7

A

1008-9500(2017)11-0112-03

2017-09-18

本文系江蘇省高校自然科學研究重大項目（項目編號：15KJA220004）的階段性研究成果之一。

張曉勇（1980-），男，江蘇淮安人，高級工程師，博士研究生，從事環境應急工作。