什么是一氧化碳检测仪器？

  一氧化碳纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。在水中的溶解度甚低，但易溶于氨水。
一氧化碳进人人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。一一氧化碳常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气的一氧化碳吸人而致中毒。
    室内空气中一氧化碳主要来源于烹饪和取暖过程中燃料不完全燃烧的产物，吸烟也会产生一氧化碳的污染。因此，一氧化碳是室内空气质量检测项目之一。测定空气中的一氧化碳主要是用仪器测量方法，有气体滤波相关红外吸收线法、气相色谱法、电化学传感器法和汞置换法等。前三种方法应用比较普遍，汞置换法具有灵敏度高、响应时间快等特点，适用于空气中低浓度一氧化碳的测定。以上这些方法中，除电化学传感器法外，都是《室内空气质量标准》(GBl8883—2002)中规定的检测方法。
    (一)气体滤波桐火红外吸收线法
    1．检测原理和仪器结构
    (1)检测原理  不分光红外线气体分析仪采用气体滤波红外技术，依据气体对红外特定波长有选择性吸收的原理设计而成，气体滤波相关红外吸收线一氧化碳分析仪检测原理。当空气中的一氧化碳抽人不分光红外线气体分析仪，一氧化碳对特定的红外线(4.65 μm)有选择性吸收。根据朗伯一比尔定律。在一定范围内，吸收值与一氧化碳呈定量关系。
    (2)仪器结构  气体滤波相关技术是研究待测气体与共存其他气体的红外精细吸收光谱相比较的问题。使用一种充有高浓度待测气体的滤波室，在光路中旋转，能够实现待测气体的滤波相关技术。实际上，气体滤波相关轮中的一半充的是一氧化碳，另一半充的是不吸收红外辐射的氮气。由马达带动相关轮旋转，将红外光源的辐射进行调制，即相关轮的一氧化碳边和氮气边的信号交替地进人光路，再进入多级反射室，最终到达红外检测器上。由于相关轮一边充有高浓度的一氧化碳气体，它能够消除被一氧化碳吸收的波长的辐射。
    当一氧化碳边进入光学系统时，多级反射室中的一氧化碳已不会引起能量的减少，所以它起到一个参比信号的作用。当相关轮的氮气边进入光路时，红外检测器得到的信号大小，主要取决于多级反射室中一氧化碳的浓度，将这两个信号通过同步分离和比较可以测出气室中一氧化碳气体的浓度变化。
    气体滤波相关技术与其他传统的半导体红外分析仪相比，具有很高的横向干扰能力。由精细光谱理论可知，一氧化碳周围干扰气体所产生的重叠吸收干扰，它的精细光谱是不完全重合的。由于横向干扰气体在光路中对于一氧化碳边和氮气边的影响基本相等，所以干扰气的误差就会抵消。
    2．仪器的鉴定和校准
    (1)仪器性能鉴定  按照仪器的检测规程，对仪器各项技术指标进行定期检定。
    (2)仪器的启动、调零和量程校准  应按照仪器说明书进行。
    ①零点校准。开启抽气泵，通人零点校准气，待零点读数稳定后，通过零点调节器将零点指示值调至零。
    ②量程校准。将一氧化碳标准气体接至仪器进样口，通人标准气体稳定后，通过量程调节器将浓度指示值调至标准气体质量浓度值。
    ③调零和量程校准步骤一般应重复2～3次。
    3．采样和测定步骤
    (1)采样  用双连橡皮球将现场空气打人铝箔复合薄膜或聚乙烯薄膜采气袋中。使之胀满后挤压放掉，如此反复5～6次，最后一次打满后，密封采气袋进样口，送回实验室分析。
也可以将仪器带到现场间歇进样或连续测定空气中的一氧化碳浓度。
    (2)样品测定  仪器调零和校准后，将采气袋中的样品空气通过干燥管后进入仪器的气室，表头指示一氧化碳的浓度。如果将仪器带到现场，接上记录仪表，可连续记录环境空气中一氧化碳浓度，并记录分析时的大气压力和气温。
    4．结果计算
    (1)仪器的标度指示是经过标准气体校准的，空气样品中一氧化碳浓度测量值可以由表头直接读出。
    (2)如果仪器读数是体积浓度(ppm)，可按式(6—11)换算成标准状况(0℃，101.3 kPa)下的质量浓度(mg／m³)：
    Co(mg／m³)=C(ppm)×M／B—C(ppm)×28／22.4    (6—11)
    式中，M为气体分子量；B为标准状况下摩尔体积，0℃，101.3 kPa，B=22.4(L／mo1)。
    (3)将记录的浓度和时间曲线进行积分计算(或与电子计算机连机)，可得时间加权小时平均浓度和日平均浓度。
    (二)气相色谱法
    1．检测原理和仪器结构
    (1)检测原理  空气中的一氧化碳经TDX-01色谱柱与空气的其他成分完全分离后，通过镍催化剂与氢气反应，生成甲烷，用氢焰离子化检测器测定，以保留时间定性、峰高定量。
    (2)仪器结构  室内空气中一氧化碳的检测仪器，为带六通进样阀和甲烷化转化炉的气相色谱仪，配氢焰检测器。
    (3)色谱柱  仪器的色谱柱柱长为2m、内径为2mm的不锈钢柱，内装TDX-01碳分子筛，60～80目，柱温78℃。
    (4)甲烷化转化柱  在长150 mm、内径4 mm不锈钢管内，填充30～40目镍催化剂，柱管两端塞玻璃棉。转化柱装在转化炉内，一端与色谱柱连通，另一端与检测器相连。在使用前，转化柱应在炉温(360±5)℃，通人流量为60 mL／min的氢气，活化l0 h。转化柱老化与色谱柱老化同步进行。样品空气通过六通阀和定量管进样，用氢气作为载气，待样品通过碱石棉管除去二氧化碳和水分后，进入色谱柱分离，一氧化碳在转化炉中被镍催化剂转化为甲烷，用氢焰检测器测定。
    2．仪器的鉴定和校准
    (1)按照气相色谱仪鉴定规程对氢焰检测器的气相色谱仪各种技术参数进行定期检定。
    (2)在规定操作的条件下，鉴定甲烷化转化炉对一氧化碳和二氧化碳转化成甲烷的效率。当一氧化碳浓度小于1800 mg／m³、二氧化碳浓度小于0.4％时，其转化率应大于98％。
    (3)在进行样l51分析时，按照仪器说明书启动气相色谱仪，待基线稳定后，在最佳的测试条件下进行校准。
    (4)按照规定的测定步骤，用零空气稀释制备各个不同浓度的标准气体和用零空气作为零浓度气体，绘制标准曲线；或者取零空气和与样品气体浓度相近的标准气体进行仪器的单点校准。
    3．采样和测定步骤
    (1)进行采样  用双连橡皮球将现场空气打人铝箔复合薄膜采气袋内，使之胀满后挤压放掉，如此反复5～6次，最后一次打满后，密封采气袋进样口，送回实验室分析。
    (2)测定步骤  按照以下步骤进行一氧化碳的测定：①气相色谱测试条件。应根据气相色谱仪的型号和性能．制定能分析一氧化碳的最佳测试条件。②绘制标准曲线和测定校正因子。在进行样品测定同时．绘制标准曲线或测定校正因子。
    (3)样品测定  将1.0 mL样品空气通过j六通进样阀进人色谱仪．按照绘制标准曲线或测定校正因子的操作步骤进行测定。每个样品重复做3次，用保留时间确认一氧化碳的色谱峰，测量其峰高，得出峰高的平均值(mm)。同时，另取零空气按相同的操作步骤进行空白测定。高浓度的样品，应用零空气稀释至小于50 mg／m³再按相同的操作步骤进行分析．并记录分析时的气温和大气压力。
    4．结果计算    
    (1)标准曲线法  可用式(6—1 2)计算：
    C=(h—h0)Bg          (6—1 2)
    式中，C为空气中一氧化碳的浓度，mg／m³；h为样品气峰高的平均值．mm；h0为零空气峰高的平均值，mm；Bg为用标准气体绘制标准曲线得到的计算因子。
    (2)单点校正法  可用式(6—1 3)计算：
     C=(h—h0)ƒ          (6—1 3)
    式中，厂为用单点校正法得到的计算因子；其他符号同上式。
    (3)根据分析时的气温和大气压力，将测定浓度值换算成标准状态下的浓度。
    (三)电化学传感器法
    应用气体扩散电极的控制电位法测定空气中一氧化碳浓度的仪器．具有体积小、低功耗、反应快等特点。仪器结构可以分为两种类型，一种是仪器内装有一个泵，通电后可将空气中的一氧化碳气体抽到电化学传感器内，使其发生反应，产生电信号．通过放大转换后，用指针或数字显示出一氧化碳的浓度值。由于这种仪器需要泵的工作，所以称为有动力的一氧化碳电化学测定仪。另一种是无动力的，仪器内部结构上没有泵，是靠分子扩散作用原理对一氧化碳气体进行测定。有动力和无动力的化学传感器是一样的。
    1．检测原理和仪器结构
    (1)检测原理  空气中一氧化碳通过电化学池时，在控制电位下，于多孔聚四氟乙烯黏结的铂催化气体扩散电极中，被氧化成二氧化碳，放出电子。阴阳极之间的电流，与一氧化碳浓度成定量关系。电极电位一般控制在0.9～l.35 V范围内，可以使一氧化碳迅速发生电化学氧化，并排除O2、H+／H 2O电对产生的干扰电流，保证工作电极与对电极之间的电流与一氧化碳浓度是线性关系。
    (2)仪器结构      
    2．仪器的鉴定和校准
    (1)仪器性能鉴定  按照仪器的鉴定规程，对仪器各项技术指标进行定期鉴定。
    (2)仪器调零和校准    
    ①仪器的启动和调零。按照说明书启动仪器，待稳定后，通人零点校准气调节仪器零点。    
    ②量程校准。仪器调零后，通人一氧化碳标准气体，校准仪器的量程标度。
    ③调零点和量程校准重复2～3次，使仪器处于正常的工作状态。
    3．采样和测定步骤
    (1)进行采样  用双连橡皮球将现场空气打人铝箔复合薄膜采气袋内，使之胀满后挤压放掉，如此反复5～6次，最后一次打满后，密封采气袋进样口，送回实验室分析。也可以将仪器带到现场间歇进样，或连续测定空气中一氧化碳浓度。
    (2)样品测定  仪器调零和校准后。将采气袋中的样品空气通过干燥管后进入仪器的气室，表头指示一氧化碳的浓度。如果将仪器带到现场，接上记录仪表，可连续记录环境空气中一氧化碳浓度．并记录分析时的大气压力和气温。    
    4．结果计算
    对于电化学传感器法的结果，可以按照气体滤波相关红外吸收线一氧化碳分析仪的式(6—1 1)进行计算。
    (四)汞置换法
    1．检测原理和仪器结构
    (1)检测原理  经净化后的含一氧化碳的空气样品与氧化汞在180～200℃下反应，置换出汞蒸气。根据汞吸收波长253.7 nm紫外线的特点，利用光电转换检测器测出汞蒸气含量，再将其换算成一氧化碳浓度。
    (2)仪器结构  
    环境空气由载气进样口负压吸人，经分子筛、活性炭、硅胶三个过滤管和霍加拉特氧化管(加热l 0 5℃)，除去灰尘、水分、一氧化碳和碳氢化合物等作为仪器的载气。样品空气由样气进样口进入六通阀和定量管，切换六通阀和三通转换阀随载气流经过分子筛小管后，进人反应炉中氧化汞反应室。在反应室中一氧化碳与氧化汞作用生成汞蒸气。然后在吸收池中汞蒸气吸收2 5 3．7 nm波长的光，并由仪器的光电转换器和换算成汞蒸气浓度。尾气经碘活性炭管除汞后，在真空泵出气口排除。由真空泵和毛细管临界孑L控制整个气路流量稳定，
并在流量计和真空表监控下保持恒定。
    反应室是用不锈钢材料制成，由上下两部分构成。上部由出气嘴管、密封圈和锁紧螺母组成；下部带有一个不锈钢绕制的螺旋预热器。上、下两部分接合处构成两头尖、中间大的锥形空腔室。上、下两锥腔用玻璃棉填实，中间放置一层0.69粒状黄色的氧化汞，并用玻璃纤维滤纸将玻璃毛隔开。氧化汞反应室放在加热炉中，加热温度控制在(180±3.5)℃。
    光电转换器包括吸收池和在两端的汞灯及光电管。
汞灯是发生253.7 nm的低压汞灯。光电管的光窗是石英材料，可工作在253.7 nm紫外波段。放置汞灯的暗盒称为参比室，在参比室内除汞灯外，还有一个参比光电管，它们之间装有可调光栅，以调节光电平衡。
    2．仪器的鉴定和校准
    按照仪器的鉴定规程，对仪器各项技术指标进行定期鉴定。
    (1)安装  正确连接气路，电源开关置于“关”的位置，量程选择置于“断”挡位置，将仪器三通阀旋至“测量”挡位。
    (2)检漏  仪器进气口与空气钢瓶相连接，仪器出气口封死，打开钢瓶阀门的开关，调节减压阀使压力为2M Pa，此时仪器应无流量指示。30min内压力下降不得超过0.2 MPa。
    (3)仪器启动  将仪器进气口与净化系统相连接，出气口与抽气泵相连接。接通电源，打开温度控制开关，启动抽气泵。调节流量为1.5 L／mi n。调节温度控制旋钮，使温度升至(180±3.5)℃，预热l～2h，待仪器稳定后，进行校准。
    (4)调零和调满度  接通记录仪电源，将仪器“量程选择”置于所需量程挡，调“零点调节”电位器，使电表和记录仪指示零点，调“记：录满度”电位器，使电表和记录仪指示满度。
    (5)量程标定  量取与所用量程范围浓度相应的一氧化碳标准气体，经六通阀定量管进样。标准气体的响应值应落在90％量程范围内。进标准气体3次，测得标准气体响应平均值。
    3．采样和测定步骤
    (1)进行采样  用双连橡皮球将现场空气打人铝箔复合薄膜采气袋内，使之胀满后挤压放掉，如此反复5～6次，最后一次打满后，密封采气袋进样口，送回实验室分析。如用聚乙烯塑料袋，应在24 h内进行测定。
    (2)样品测定  仪器调零和量程标定后，将采气袋中的现场空气样品，经六通阀定量管进样，测得空气样品的响应值，进行3次测定．得响应平均值(mm或mV)，记录分析时气温和大气压力。
    4．结果计算
    (1)空气中一氧化碳浓度可按式(6—14)计算：
    C—C0×h／h0              (6-1 4)
    式中，C为样品空气中一氧化碳浓度，mg，／m³；C0为一氧化碳标准气体浓度，mg／m³；h为样品空气中一氧化碳平均响应值，mm或mV；h0，为一氧化碳标准气体平均响应值，mm或mV。    
    (2)根据分析时的气温和大气压力，按式(6—15)将测定浓度值换算成标准状况下的浓度：
   C0=C(T/T0))(P0/P)=C[(273+t)/273](101.3/P)       (6—15)
    式中，(C0为换算成标准状况的浓度，mg／m³；C为浓度测定值，mg／m³；T为测定时现场热力学温度，K；T0为标准状况下热力学温度，273 K；P0为标准状况下大气压力，101.3 kPa；P为测定时的大气压力，kPa；t为测定时现场气温值，℃。