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北京博赛德BCT高精度高灵敏度环境空气ODS和含氟温室气体分析解决方案


方案背景

ODS和含氟温室气体有什么危害?

消耗臭氧层物质,英文名称Ozone-Depleting Substances,简称ODS,包含6大类卤代烃,如氟氯碳化物(CFCs)、氢氯氟碳化物(HCFCs)、哈龙(Halon)等。这些化合物主要由工业生产,用于制冷、清洗和发泡等领域。它们能在平流层释放出卤素原子,催化臭氧光解反应,使平流层臭氧量减少,形成南极臭氧空洞,导致过量紫外线辐射到达地球表面,危及人类和地球生物圈的安全。为了保护人类生存环境,1987年世界各国共同签订《蒙特利尔议定书》,在全球范围内限制ODS的使用和排放。

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含氟温室气体,简称F-gas,包括《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)之《京都议定书》包含的7类温室气体中的4类,即氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫( SF6)和三氟化氮(NF3)。含氟温室气体具有极高的全球增温潜势(GWP),如NF3的GWP100高达15750,而SF6的GWP100高达23500。因此,尽管大气中的含氟温室气体浓度极低,但含氟温室气体和ODS占长寿命温室气体辐射强迫的11%,对全球变暖起着重要作用。

分析难点

  • 环境空气ODS组分浓度很低,PPT甚至亚PPT级别

  • 环境空气ODS组分浓度波动不大

这两个特点就要求检测设备需具有很高的灵敏度和极高的准确度。

现在国内针对挥发性有机物的分析已经非常的成熟, 但是准确度要求30%以内,精密度要求10%以内,检出限100ppt左右,这对于浓度极低的环境大气ODS和含氟温室气体来说,准确度、检出限等远远满足不了监测需求。

高灵敏度和高准确的要求导致我们无法用常规的VOCs分析设备和分析方法来解决ODS和含氟组分的分析。

分析常见问题

  • 采样及运输:环境空气ODS背景值较低,但是由于泄露或者溶剂释放等因素的影响,运行和存储环境的背景值可能会很高,VOCs分析常用的低压和常压采样,会有导致泄露的隐患,正压采样通常会使用采样泵,样品经过采样泵内部,很容易造成残留和交叉污染,而且泵在工作时会散热,导致密封垫圈释放出不明组分

  • 浓缩系统:为了保证更高的灵敏度,通常需要更大的浓缩体积,进样体积需要2L甚至更高,但是常规浓缩系统进样体最大为1L,而且大体积进样,会导致水分的存在而出现除水阱结冰的可能,同时浓缩系统和采样罐的连接过程,会引入实验室环境空气,导致ODS检测结果不准确

  • 配气系统:采样罐和配气仪连接处有引入环境空气,导致配气结果不准确;

  • 清罐系统:VOCs通常采样罐空白指标,国内为100ppt,国际标准为20ppt,无论哪个空白指标都满足不了亚PPT浓度级别的ODS组分分析。

解决方案

北京博赛德科技有限公司对ODS和含氟温室气体分析现状及分析难点进行了研究,并在常规三级冷阱预浓缩-GCMS分析方案的基础上进行了改进和优化,推出了这套高精度高灵敏度环境空气ODS和含氟温室气体分析方案。

  • 采样及运输: 罐采样的方式,为了避免运输过程中的泄露,采用高压采样的方式,避免运输存储过程中外界气体漏入采样罐内,同时采样过程不使用采样泵,避免使用采样泵造成的较差污染和采样泵过热导致密封元件释放干扰物质

  • 浓缩系统:对传统三级冷阱预浓缩仪ENTECH 7200进行改进,保证进样体积可以达到3L,同时避免水分的冷凝造成除水阱的结冰堵塞,优化浓缩分析方法,实现罐子和自动进样器无泄漏连接,避免实验室内空气引入采样罐内

  • 配气系统:对Entech4700高精度稀释仪进行改进和优化配气过程,保存配气前和配气中没有外界气体的进入干扰。

  • 清罐系统:高真空置换清洗采样罐,保证采样罐系统的空白水平在0.1ppt以下,个别组分可以做的更低

实验结果

TIC结果

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15种ODS组分全扫谱图

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15种ODS组分SIM谱图

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精密度

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5ppt,1500ml重复性

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检出限

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1ppt标气目标物重复性(1ppt,150ml)

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通过5倍信噪比的方式得出34种ODS组分的检出限

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结论

从实验结果可以看出,经过改造和优化,该套分析方案解决了传统VOCs分析系统无法分析环境空气中低浓度ODS和含氟组分的问题,结合采样、清罐、配气、浓缩分析等质控流程,可完全满足环境空气中多种ODS和含氟组分检测分析的要求。

该套方案经过北京博赛德科技有限公司的优化和集成,已经完全满足商业化检测设备的要求。




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