高浓度氮氧化物检测方法及检测系统与流程

1.本发明涉及气体检测领域，尤其涉及高浓度氮氧化物检测方法及检测系统。


背景技术：

2.以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成有毒的光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并能使大气能见度降低。另外，氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。大气中的氮氧化物主要源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。因此，人们逐渐关注氮氧化物的分析及浓度测量。
3.现有技术中，对于氮氧化物浓度的测量，主要包括对于一氧化氮浓度的测量和对于二氧化氮浓度的测量。
4.对于一氧化氮的分析方法是将一氧化氮氧化为二氧化氮，再进行浓度测量。
5.对于二氧化氮的分析方法，根据二氧化氮的浓度不同而不同。其中，对于低于4000ppm的二氧化氮常用的浓度测量方法有三类：第一类是利用物理化学性质的气体传感器，如半导体式、催化燃烧式、固体热导式等进行测量。第二类是利用物理性质的气体传感器，如热传导式、光干涉式、红外吸收式等进行测量。第三类是利用电化学性质的气体传感器，如定电位电解式、迦伐尼电池式、隔膜离子电极式、固定电解质式等进行测量。
6.但是，对于超过4000ppm的二氧化氮没有较好的测量方法。有研究人员使用二氧化氮的分析监测方法-盐酸萘乙二胺分光光度法进行测量，但是该方法操作步骤复杂，需要使用化学试剂，难以实现仪器的自动测量。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是：提供一种高浓度氮氧化物检测方法及检测系统，可在线完成高浓度的氮氧化物检测，操作简单，结果准确。
8.本发明提供了一种高浓度氮氧化物检测系统，包括：切换阀、第一蠕动泵、第二蠕动泵、制冷器、检测器、光电池和电路单元；
9.所述切换阀、第一蠕动泵、制冷器和检测器依次连接；
10.所述第二蠕动泵的出口与所述第一蠕动泵的出口连接；所述第二蠕动泵的入口为空气入口；
11.所述检测器，用于检测充入待测气体后的光强度变化；
12.所述电路单元包括中央处理器，输入模块，输出模块，数据存储与传输模块和远程控制模块；所述中央处理器，输入模块，输出模块，数据存储与传输模块和远程控制模块之间为电连接；
13.所述光电池将所述光强度的改变转换成电信号，传输给所述中央处理器，记录吸光度值，并计算待测气体内氮氧化物气体的浓度。
14.优选地，所述远程控制模块包括远程启动测量模块和远程启动清洗模块。
15.优选地，所述电路单元还包括电源，为所述切换阀、第一蠕动泵、第二蠕动泵、制冷器和检测器供电。
16.优选地，所述输出模块包括人机交互界面。
17.优选地，所述制冷器的底部设置有冷凝水出口，所述冷凝水出口与第一蠕动泵通过管路连接。
18.本发明提供了一种利用上述技术方案所述的检测系统的高浓度氮氧化物检测方法，包括以下步骤：
19.步骤1：切换阀接通空气段，通过第一蠕动泵和第二蠕动泵向气体流路中注入空气，利用空气对系统进行清洗，检测器测量其内部空气的吸光度作为基线；
20.步骤2：切换阀接通实际待测气体段，通过第一蠕动泵注入待检测的氮氧化物气体，通过第二蠕动泵通入空气；
21.步骤3：所述待检测的氮氧化物气体和空气混合后，由制冷器的下端进入，经冷凝处理后的气体由制冷器的上端出口进入检测器；
22.步骤4：检测器内的光经过所述冷凝处理后的气体后，光强度改变，光电池将所述光强度的改变量转换为电信号，传输给中央处理器，记录吸光度值，并与空气的吸光度进行比较，得到此次二氧化氮气体的吸光度；根据所述二氧化氮气体的吸光度计算待检测的氮氧化物气体的浓度。
23.优选地，所述步骤4中还包括：建立二氧化氮气体浓度与吸光度之间的关系曲线，根据所述关系曲线计算待检测的氮氧化物气体的浓度。
24.优选地，所述步骤4后还包括：
25.步骤5：切换阀接通空气段，通过第一蠕动泵和第二蠕动泵向气体流路中注入空气，利用空气对系统进行清洗，结束测量。
26.优选地，所述待检测的氮氧化物气体和空气的流量比为1:10～10:1。
27.优选地，所述步骤1～4通过电路单元进行控制，完成监测、数据存储及远程传输。
28.与现有技术相比，本发明的高浓度氮氧化物检测方法，对待测气体进行氧化和除湿处理后，一氧化氮转化二氧化氮，测量其中二氧化氮的吸光度，对照氮氧化物浓度与吸光度之间的关系曲线，由吸光度计算出氮氧化物气体的浓度。由于测量过程不需要消耗化学试剂，就可以直接对高浓度的氮氧化物气体进行测量，降低了使用成本和维护成本。通过对于待测气体样本的实际监测分析，完成一次监测流程只需要2分钟，也可以根据现场的实际情况设定间歇式测量，用时短，效率高。而且，分析监测结果准确度高，重现性可达到5％以内。
附图说明
29.图1表示本发明高浓度氮氧化物检测系统的结构示意图；
30.图2表示本发明高浓度氮氧化物检测系统内化学流路示意图。
具体实施方式
31.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应
当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
32.二氧化氮为红棕色气体，根据朗伯比尔定律，在一定的浓度范围内，可以利用二氧化氮本身的红棕色与其浓度成正比的关系，通过测量其吸光度来测量二氧化氮的浓度。一氧化氮为无色气体，与氧气接触后被氧化为二氧化氮，利用测量二氧化氮浓度的方法，可计算一氧化氮气体的浓度。若待测气体为一氧化氮和二氧化氮的混合气体，则测量二氧化氮及一氧化氮浓度的和，即为氮氧化物的浓度。
33.本发明的实施例公开了一种高浓度氮氧化物检测系统，如图1所示，包括：切换阀1、第一蠕动泵2、第二蠕动泵3、制冷器4、检测器5、光电池6和电路单元7；
34.所述切换阀1、第一蠕动泵2、制冷器4和检测器5依次连接；
35.所述第二蠕动泵3的出口与所述第一蠕动泵2的出口连接；所述第二蠕动泵3的入口为空气入口；
36.所述检测器4，用于检测充入待测气体后的光强度变化；
37.所述电路单元7包括中央处理器8，输入模块9，输出模块10，数据存储与传输模块11和远程控制模块12；所述中央处理器8，输入模块9，输出模块10，数据存储与传输模块11和远程控制模块12之间为电连接；
38.所述光电池6将所述光强度的改变转换成电信号，传输给所述中央处理器8，记录吸光度值，并计算待测气体内氮氧化物气体的浓度。
39.按照本发明，所述切换阀1用于通入实际待测气体和通入空气的切换。
40.所述切换阀1、第一蠕动泵2、制冷器4和检测器5依次连接。优选地，所述制冷器4的底部设置有冷凝水出口，所述冷凝水出口与第一蠕动泵2通过管路连接。
41.所述制冷器为半导体或其它形式的制冷器，通过降低气体的温度来凝结气体中带来的水蒸气；冷凝水出口用于外排产生的冷凝水以及部分待测气体。所述冷凝水以及部分待测气体经过管路进入第一蠕动泵，并经由第一蠕动泵最终排除系统外。
42.空气或者待测气体通过切换阀1进入，经过第一蠕动泵2，进入制冷器4，最后到达检测器5；在检测器5内进行吸光度测试。
43.所述第二蠕动泵3的出口与所述第一蠕动泵2的出口连接；所述第二蠕动泵3的入口为空气入口。空气经由第二蠕动泵3的空气入口进入，然后在出口处与第一蠕动泵2导出的气体进行混合，进入制冷器4，最后到检测器5；在检测器5内进行吸光度测试。
44.当所述切换阀接通空气段，控制通入空气，对整个系统进行清洗。此时检测器测量检测器内空气的吸光度做为基线。
45.当所述切换阀接通实际待测气体段，则第一蠕动泵导入实际待测气体，第二蠕动泵导入空气，两种气体在出口混合后，进入制冷器及检测器。
46.按照本发明，所述电路单元7用于自动在线实时监测，包括中央处理器8，输入模块9，输出模块10，数据存储与传输模块11和远程控制模块12；所述中央处理器8，输入模块9，输出模块10，数据存储与传输模块11和远程控制模块12之间为电连接。优选地，所述远程控制模块包括远程启动测量模块和远程启动清洗模块。
47.优选地，所述电路单元7还包括电源13，为所述切换阀1、第一蠕动泵2、第二蠕动泵3、制冷器4和检测器5供电。
48.优选地，所述输出模块10包括人机交互界面。
49.按照本发明，所述光电池6将所述光强度的改变转换成电信号，传输给所述中央处理器8，记录吸光度值，并计算待测气体内氮氧化物气体的浓度。
50.本发明的实施例还公开了一种利用上述技术方案所述的检测系统的高浓度氮氧化物检测方法，如图2所示，包括以下步骤：
51.步骤1：切换阀1接通空气段，通过第一蠕动泵2和第二蠕动泵3向气体流路中注入空气，利用空气对系统进行清洗，检测器测量其内部空气的吸光度作为基线；
52.步骤2：切换阀1接通实际待测气体段，通过第一蠕动泵2注入待检测的氮氧化物气体，通过第二蠕动泵3通入空气；
53.步骤3：所述待检测的氮氧化物气体和空气混合后，由制冷器4的下端进入，经冷凝处理后的气体由制冷器4的上端出口进入检测器5；所述待检测的氮氧化物气体和空气的流量比为1:10～10:1；通过调整第一蠕动泵2和第二蠕动泵3的转速比例实现气体流量的配比；
54.制冷器4通过降低气体的温度来凝结气体中带来的水蒸气，同时利用第一蠕动泵2外排冷凝水和部分被测气体；
55.步骤4：检测器5内的光经过所述冷凝处理后的气体后，光强度改变，光电池6将所述光强度的改变量转换为电信号，传输给中央处理器8，记录吸光度值，并与空气的吸光度进行比较，得到此次二氧化氮气体的吸光度；根据所述二氧化氮气体的吸光度计算待检测的氮氧化物气体的浓度。
56.所述步骤4中还包括：建立二氧化氮气体浓度与吸光度之间的关系曲线，根据所述关系曲线计算待检测的氮氧化物气体的浓度。
57.所述步骤1～4通过电路单元7进行控制，完成监测、数据存储及远程传输。
58.所述步骤4后还包括：
59.步骤5：切换阀1接通空气段，通过第一蠕动泵2和第二蠕动泵3向气体流路中注入空气，利用空气对系统进行清洗，结束测量。
60.本发明可自动在线监测高浓度氮氧化物气体，特别适合于硝酸溶解金属等产生的高浓度氮氧化物气体的在线监测，不需要化学试剂，自动操作就可以完成监测、数据存储和远程传输的功能。
61.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
62.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。