由于健康和安全方面的限制,许多实验室现在被禁止在工作场所使用氢气瓶。相比之下,氢气发生器是一种更安全的选择,同时可以提供高纯度的载气(纯度为99.9999%,无水分),足以同时供应多个GC仪器。
挥发性有机化合物(VOCs)是指在室温下沸点在50~260℃之间,且饱和蒸气压超过133.322Pa的易挥发性化合物。这些化合物的主要成分包括烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类、低沸点的多环芳烃类等。VOCs是室内外空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物。大多数VOCs不溶于水,可混溶于苯、醇、醚等多数有机溶剂。它们大多对皮肤、黏膜有刺激性,对中枢神经系统有麻醉作用。其所表现出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊气味能导致人体呈现各种不良反应。因此,研究环境中VOCs的存在、来源、分布规律、迁移转化及其对人体健康的影响一直受到人们的重视,并且成为国内外研究的焦点。
一、 挥发性有机物(VOC)检测
挥发性有机物(VOC)检测方法通常有PID检测(光离子探测器)、 GC-MS(气相色谱-质谱检测器法)和 GC-FID(气相色谱-氢火焰离子检测器法),三种方法对绝大部分烃类有良好响应;GC-ECD(气相色谱-电子捕获检测器法)主要为卤代烃类检测器,对卤代烃有高灵敏度的响应;GC-FPD(气相色谱-火焰光度检测器法)对含硫、磷的烃类有高选择、高灵敏度的响应。在上述检测方法中,GC-FID,GC-FPD 都需用氢气作为燃烧气来生成检测信号的离子化体。
二、VOC 监测设备的气源-氢气发生器
VOC在线监测根据采用传感器的不同,可分为PID(光离子化检测器)和FID(火焰离子化检测器)。采用PID原理的VOC在线监测设备体型小巧,结构简单,能测量更低浓度的VOC气体;而采用FID原理的VOC在线监测设备结构相对复杂,技术难度更高,需要配备在线氢气发生器等配件。
氢气钢瓶通常不作为在线 VOC 监测设备的气源,因为钢瓶氢气属于危险化学品,操作需取得相关资质。监测站点通常无人值守,一旦发生氢气泄漏容易发生燃烧爆炸等严重事故。部分站点偏远,运输成本高昂(普通车辆不能运输危化品)。基于以上因素的考虑,满足以下要求的氢气发生器可作为在线VOC 监测设备的理想气源:
①产气量充足(通常 GC 用气量在 100 mL/min 以下);
②产生气体纯度高,通常大于 99.99%,采用 SPE 膜电解法产生的氢气纯度可达到 99.999%.
同时,氢气发生器相比钢瓶气具备以下优势:
①无氢气泄漏危险,漏气时氢气发生器监测会自动停止工作以防止事故发生;
②设备体积小,电解水只消耗纯水或碱液,使用成本低;
③可远程监控氢气发生器的工作状态。氢气发生器的工作原理是电解水产生氢气,目前与 GC联用的氢气发生器有电解碱性水溶液、SPE(固态电解质)膜电解水两种电解方式。碱性溶液电解法通常采用 10%(质量分数)的氢氧化钾溶液作为电解质,电解时阳极产生氧气(排入大气),阴极产生氢气;SPE 膜电解采用纯水作为电解质,电解时水电离出的氧负离子在阳极生成氧气(排入大气),氢质子以水合离子(H+·xH2O)的形式,在电场力的作用下,通过 SPE离子膜,到达阴极吸收电子形成氢气。
氢气发生器为VOC监测设备的气源提供满足要求的氢气,氢气发生器体积小巧紧凑,提供可靠氢气来源的同时减少碳排放。氢气发生器采用PSA等技术有效去除水分,保证了氢气的纯度与品质。相比于钢瓶,气体发生器是更安全、可靠而且方便的供气方案。
使用氢气发生器的安全性与方便性
与传统的钢瓶相比,使用氢气发生器供应氢气有其不容忽视的优势。
氢气发生器现场生产氢气,根据客户需求,即开即用,大大减少了等待钢瓶安装或定期更换钢瓶造成的人力、时间成本。
钢瓶中储存大量的高压气体,如果迅速释放到实验室环境中,会造成安全隐患。尤其是使用氢气钢瓶时,还存在额外的爆炸风险。一旦空气中的氢气的含量达到4.1%(按体积浓度计),会达到氢气的爆炸下限,而引发危险。
氢气发生器可提供一种安全的替代方案,无需大量储存高压气体就可产生足够的氢气来供应多种应用。
除此之外,在氢气安全上,发生器内部有检漏、压力异常报警等功能,可以安装氢气探测器。因此,如果发生氢气泄漏,整个系统会自动停止,以确保安全。工采网FAE建议氢气探测器采用进口氢气传感器,推荐选用日本figaro 氢气传感器 - TGS2616-C00:TGS2616-C00是日本FIGARO研发的半导体原理传感器,响应快速、功耗低、体积小,TGS2616-C00 内含全新开发的敏感素子,受酒精等干扰气体的影响极小,而对氢气具有较高的选择性。非常适合用于检测氢气浓度变化。
给传感器提供稳定的加热电压,串联一个固定电阻分压,对固定电阻分压进行采样处理即可。
以下是TGS2616-C00的基本参数:
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