一种亚硝酸和硝酸浓度在线测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种亚硝酸和硝酸浓度实时在线测量系统和方法，所述系统包括依次相连的外置进样单元、液相化学转化单元和光学吸收检测单元；外置进样单元用于含氮化合物进样；液相化学转化单元用于将来自外置进样单元的含氮化合物吸收转化为亚硝酸盐；光学吸收检测单元用于将来自液相化学转化单元的亚硝酸盐转化为具有紫外‑可见的吸收性物质，并进行光学检测；所述系统可以实现对亚硝酸和硝酸的同时测量，同时还可以通过平行通道消除其他气相物质的干扰。所述系统可以实现对大气中亚硝酸和硝酸的痕量检测，以及对水体中亚硝酸和硝酸的痕量监测，检测灵敏度优于10pptv及0.03μg/L，响应时间小于3‑5min；其可用于大气环境、水体环境监测、实验科学研究等方面。

【技术实现步骤摘要】
一种亚硝酸和硝酸浓度在线测量系统及测量方法
本专利技术涉及大气环境检测及实验科学研究领域，具体为一种亚硝酸和硝酸浓度实时在线测量系统及测量方法。
技术介绍
亚硝酸(HONO)是大气中一种痕量的含氮物质，也是一种较为典型的二次污染物，其浓度可作为直接反映城市大气污染程度的指标。硝酸(HNO3)是氮氧化物在大气中的重要氧化产物，其可以通过自由基反应生成，同时也可以由五氧化二氮水解产生，在影响大气氮循环的同时通过干湿沉降影响全球环境。随着城市灰霾事件频发，对气态亚硝酸和硝酸的研究也日益成为一个热点问题，但是由于在大气中浓度低，反应活性大等原因，对两者的高精度测量非常困难。目前对于亚硝酸(HONO)较为成熟的检测方法主要有扩散管技术，化学发光法，基于二硝基苯肼(DNPH)衍生-高效液相色谱(HPLC)法，质谱(Massspectrometry)法、光谱方法(包括UV-PF/LIF、傅立叶红外光谱(FTIR))等；对于硝酸(HNO3)则主要使用湿式吸收法将气态硝酸转化为硝酸根离子，进而采用UV光谱法/光度法、离子色谱法(IonChromatography,IC)等进行硝酸根离子的测定，从而对应气态硝酸的浓度。但以上方法大多面临着一些局限性，一方面是干扰气体多，导致测量的HONO浓度值可能不准确；另一方面就是检测限高，对于白天低浓度的HONO测量达不到要求。因此开发出一种高选择性高精度测量方法对于实时检测大气中HONO及HNO3浓度，估算大气氧化潜势，乃至深入了解和解决我国大气污染问题具有潜在的作用和意义。
技术实现思路
为了克服现有检测技术的缺陷与不足，本专利技术基于湿式吸收、化学转化及光学吸收的方法，开发了一种亚硝酸和硝酸浓度实时在线测量系统及测量方法。该系统可以实现对大气中气态亚硝酸(HONO)和硝酸(HNO3)的同时测量，具有线性好，检测限低，重现性好等特点，同时可以通过平行通道消除其他气相物质的干扰，可信度高。此外，通过置换不同的进样系统，也能对液相中的亚硝酸盐及硝酸盐浓度进行在线同步测量，具有上述气态物质检测同样的效果。该系统既可以用于大气环境监测，也可用于实验科学研究等方面。所述测量方法是采用所述装置。本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种亚硝酸和硝酸浓度实时在线测量系统，所述系统包括依次相连的外置进样单元、液相化学转化单元和光学吸收检测单元；外置进样单元用于含氮化合物进样；液相化学转化单元用于将来自外置进样单元的含氮化合物吸收转化为亚硝酸盐；光学吸收检测单元用于将来自液相化学转化单元的亚硝酸盐转化为具有紫外-可见的吸收性物质，并进行光学检测；所述液相化学转化单元包括第一液相化学转化单元和第二液相化学转化单元；所述光学吸收检测单元包括第一光学吸收检测单元和第二光学吸收检测单元；所述外置进样单元中，待检测的亚硝酸和硝酸与所述外置进样单元的进口端连通，外置进样单元包括两个出口端，记为第一出口端和第二出口端，分别与第一液相化学转化单元和第二液相化学转化单元连接；第一液相化学转化单元的后端与第一光学吸收检测单元连接，第二液相化学转化单元的后端与第二光学吸收检测单元连接；第二光学吸收检测单元只能获得杂质转化生成的亚硝酸盐和硝酸盐的浓度，并作为背景扣除项；第一光学吸收检测单元可以获得体系中以及杂质转化生成的亚硝酸盐和硝酸盐的浓度，通过扣除第二光学吸收检测单元的背景扣除项，即获得体系中亚硝酸盐和硝酸盐的浓度。根据本专利技术，所述的外置进样单元包括气相进样单元和液相进样单元。根据本专利技术，所述的气相进样单元包括气体吸收装置，所述气体吸收装置包括第一气溶胶过滤装置，第一吸收管、第二吸收管、第一储液罐A和两个二通阀；所述第一气溶胶过滤装置与第一吸收管相连，所述第一吸收管与第二吸收管相连；所述第一储液罐A的第一出液口与第一吸收管相连；所述第一储液罐A的第二出液口与第二吸收管相连；所述第一吸收管通过第一二通阀与第一出口端连接，所述第二吸收管通过第二二通阀与第二出口端连接。根据本专利技术，所述的气相进样单元还包括抽气装置，所述抽气装置包括抽气泵，气体流量控制器，第二气溶胶过滤装置和安全瓶；所述抽气泵与气体流量控制器相连，所述气体流量控制器与第二气溶胶过滤装置相连，所述第二气溶胶过滤装置与安全瓶相连；所述安全瓶与气体吸收装置中的第二吸收管相连。根据本专利技术，所述的液相进样单元包括第二储液罐S和渗透膜装置，所述第二储液罐S设置两个出液口，记为第三出液口和第四出液口；所述第三出液口通过第三二通阀与第一出口端连接，所述第四出液口与所述渗透膜装置的入口连接，所述渗透膜装置的出口通过第四二通阀与第二出口端连接。根据本专利技术，所述第一液相化学转化单元包括第一吸收线路和第一转化线路；所述第一吸收线路包括第一混合室，所述第一混合室的出口与光学吸收检测单元相连；所述第一转化线路包括第一转化管、第二混合室和第一缓冲池，所述第一转化管的出口与所述第二混合室的入口相连；所述第二混合室的出口与所述第一缓冲池的入口相连；所述第一缓冲池的出口与光学吸收检测单元相连；所述第一液相化学转化单元与第一出口端相连，所述第一出口端分成两路，一路与第一吸收线路中的第一混合室的入口相连，另一路与第一转化线路的第一转化管相连。根据本专利技术，所述第二液相化学转化单元包括第二吸收线路和第二转化线路；所述第二吸收线路包括第三混合室，所述第三混合室的出口与光学吸收检测单元相连；所述第二转化线路包括第二转化管、第四混合室和第二缓冲池，所述第二转化管的出口与所述第四混合室的入口相连；所述第四混合室的出口与所述第二缓冲池的入口相连；所述第二缓冲池的出口与光学吸收检测单元相连；所述第二液相化学转化单元与第二出口端相连，所述第二出口端分成两路，一路与第二吸收线路中的第三混合室的入口相连，另一路与第二转化线路的第二转化管相连。根据本专利技术，所述液相化学转化单元还进一步包括第三储液罐B；所述第三储液罐B的液体分别在第一和第二出口端分路之前引入到第一液相化学转化单元和第二液相化学转化单元中；或者，在第一和第二出口端分路之后，分别引入到第一吸收线路中的第一混合室之前、第一转化线路的第一转化管之前、第二吸收线路中的第三混合室之前、第二转化线路的第二转化管之前；或者是上述两种引入方式的组合。根据本专利技术，所述液相化学转化单元还进一步包括第四储液罐R，所述第四储液罐R的液体分别引入到第一吸收线路中的第一混合室之前、第一转化线路的第一转化管和第二混合室之间、第二吸收线路中的第三混合室之前、第二转化线路的第二转化管和第四混合室之间。根据本专利技术，所述光学吸收检测单元包括四个光学吸收检测单元、光源和检测器；所述第一光学吸收检测单元包括第一吸收池，第一混合室的出口与第一吸收池的入口相连；所述第二光学吸收检测单元包括第二吸收池，所述第一缓冲池的出口与第二吸收池的入口相连；所述第三光学吸收检测单元包括第三吸收池，第三混合室的出口与第三吸收池的入口相连；所述第四光学吸收检测单元包括第四吸收池，所述第二缓冲池的出口与第四吸收池的入口相连；所述光源分别与四个吸收池的入口相连，所述检测器分别与四个吸收池的出口相连。根据本专利技术，所述系统还包括进一步消除干扰物质影响的1个或多个平行通道，所述每个平行通道包括一个吸收管、一个转化管、两个吸收池、输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚硝酸和硝酸浓度实时在线测量系统，其特征在于，所述系统包括依次相连的外置进样单元、液相化学转化单元和光学吸收检测单元；外置进样单元用于含氮化合物进样；液相化学转化单元用于将来自外置进样单元的含氮化合物吸收转化为亚硝酸盐；光学吸收检测单元用于将来自液相化学转化单元的亚硝酸盐转化为具有紫外‑可见的吸收性物质，并进行光学检测；所述液相化学转化单元包括第一液相化学转化单元和第二液相化学转化单元；所述光学吸收检测单元包括第一光学吸收检测单元和第二光学吸收检测单元；所述外置进样单元中，待检测的亚硝酸和硝酸与所述外置进样单元的进口端连通，外置进样单元包括两个出口端，记为第一出口端和第二出口端，分别与第一液相化学转化单元和第二液相化学转化单元连接；第一液相化学转化单元的后端与第一光学吸收检测单元连接，第二液相化学转化单元的后端与第二光学吸收检测单元连接；第二光学吸收检测单元只能获得杂质转化生成的亚硝酸盐和硝酸盐的浓度，并作为背景扣除项；第一光学吸收检测单元可以获得体系中以及杂质转化生成的亚硝酸盐和硝酸盐的浓度，通过扣除第二光学吸收检测单元的背景扣除项，即获得体系中亚硝酸盐和硝酸盐的浓度。

【技术特征摘要】
1.一种亚硝酸和硝酸浓度实时在线测量系统，其特征在于，所述系统包括依次相连的外置进样单元、液相化学转化单元和光学吸收检测单元；外置进样单元用于含氮化合物进样；液相化学转化单元用于将来自外置进样单元的含氮化合物吸收转化为亚硝酸盐；光学吸收检测单元用于将来自液相化学转化单元的亚硝酸盐转化为具有紫外-可见的吸收性物质，并进行光学检测；所述液相化学转化单元包括第一液相化学转化单元和第二液相化学转化单元；所述光学吸收检测单元包括第一光学吸收检测单元和第二光学吸收检测单元；所述外置进样单元中，待检测的亚硝酸和硝酸与所述外置进样单元的进口端连通，外置进样单元包括两个出口端，记为第一出口端和第二出口端，分别与第一液相化学转化单元和第二液相化学转化单元连接；第一液相化学转化单元的后端与第一光学吸收检测单元连接，第二液相化学转化单元的后端与第二光学吸收检测单元连接；第二光学吸收检测单元只能获得杂质转化生成的亚硝酸盐和硝酸盐的浓度，并作为背景扣除项；第一光学吸收检测单元可以获得体系中以及杂质转化生成的亚硝酸盐和硝酸盐的浓度，通过扣除第二光学吸收检测单元的背景扣除项，即获得体系中亚硝酸盐和硝酸盐的浓度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的外置进样单元包括气相进样单元和液相进样单元。优选地，所述的气相进样单元包括气体吸收装置，所述气体吸收装置包括第一气溶胶过滤装置(1)，第一吸收管(3)、第二吸收管(4)、第一储液罐(A)(2)和两个二通阀；所述第一气溶胶过滤装置(1)与第一吸收管(3)相连，所述第一吸收管(3)与第二吸收管(4)相连；所述第一储液罐(A)(2)的第一出液口与第一吸收管(3)相连；所述第一储液罐(A)(2)的第二出液口与第二吸收管(4)相连；所述第一吸收管(3)通过第一二通阀与第一出口端连接，所述第二吸收管(4)通过第二二通阀与第二出口端连接。优选地，所述的气相进样单元还包括抽气装置，所述抽气装置包括抽气泵(9)，气体流量控制器(8)，第二气溶胶过滤装置(7)和安全瓶(6)；所述抽气泵(9)与气体流量控制器(8)相连，所述气体流量控制器(8)与第二气溶胶过滤装置(7)相连，所述第二气溶胶过滤装置(7)与安全瓶(6)相连；所述安全瓶(6)与气体吸收装置中的第二吸收管(4)相连。优选地，所述的液相进样单元包括第二储液罐(S)(28)和渗透膜装置(27)，所述第二储液罐(S)(28)设置两个出液口，记为第三出液口和第四出液口；所述第三出液口通过第三二通阀与第一出口端连接，所述第四出液口与所述渗透膜装置(27)的入口连接，所述渗透膜装置(27)的出口通过第四二通阀与第二出口端连接。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一液相化学转化单元包括第一吸收线路和第一转化线路；所述第一吸收线路包括第一混合室(16)，所述第一混合室(16)的出口与光学吸收检测单元相连；所述第一转化线路包括第一转化管(13)、第二混合室(17)和第一缓冲池(19)，所述第一转化管(13)的出口与所述第二混合室(17)的入口相连；所述第二混合室(17)的出口与所述第一缓冲池(19)的入口相连；所述第一缓冲池(19)的出口与光学吸收检测单元相连；所述第一液相化学转化单元与第一出口端相连，所述第一出口端分成两路，一路与第一吸收线路中的第一混合室(16)的入口相连，另一路与第一转化线路的第一转化管(13)相连。优选地，所述第二液相化学转化单元包括第二吸收线路和第二转化线路；所述第二吸收线路包括第三混合室(14)，所述第三混合室(14)的出口与光学吸收检测单元相连；所述第二转化线路包括第二转化管(11)、第四混合室(15)和第二缓冲池(18)，所述第二转化管(11)的出口与所述第四混合室(15)的入口相连；所述第四混合室(15)的出口与所述第二缓冲池(18)的入口相连；所述第二缓冲池(18)的出口与光学吸收检测单元相连；所述第二液相化学转化单元与第二出口端相连，所述第二出口端分成两路，一路与第二吸收线路中的第三混合室(14)的入口相连，另一路与第二转化线路的第二转化管(11)相连。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述液相化学转化单元还进一步包括第三储液罐(B)(5)；所述第三储液罐(B)(5)的液体分别在第一和第二出口端分路之前引入到第一液相化学转化单元和第二液相化学转化单元中；或者，在第一和第二出口端分路之后，分别引入到第一吸收线路中的第一混合室(16)之前、第一转化线路的第一转化管(13)之前、第二吸收线路中的第三混合室(14)之前、第二转化线路的第二转化管(11)之前；或者是上述两种引入方式的组合。优选地，所述液相化学转化单元还进一步包括第四储液罐(R)(12)，所述第四储液罐(R)(12)的液体分别引入到第一吸收线路中的第一混合室(16)之前、第一转化线路的第一转化管(13)和第二混合室(17)之间、第二吸收线路中的第三混合室(14)之前、第二转化线路的第二转化管(11)和第四混合室(15)之间。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述光学吸收检测单元包括四个光学吸收检测单元、光源(20)和检测器(25)；所述第一光学吸收检测单元包括第一吸收池(23)，第一混合室(16)的出口与第一吸收池(23)的入口相连；所述第二光学吸收检测单元包括第二吸收池(24)，所述第一缓冲池(19)的出口与第二吸收池(24)的入口相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜罡，彭超，葛茂发，陈炎，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11