[发明专利]一种非甲烷总烃的直接测量方法及其检测系统

说明书

本发明涉及一种非甲烷总烃的直接测量方法及其检测系统，一方面放弃了传统的差减法，采用直接定量检测的方式获得非甲烷总烃的含量，另一方面，也完全放弃了现有的“色谱柱”或“吸附剂捕集”的主流技术路线，而是利用甲烷与非甲烷总烃之间的沸点差异设计了选择性冷凝捕集的方法；采用本发明的直接测量方法及其检测系统，能够有效地分离甲烷与非甲烷总烃，非甲烷总烃100％捕集无穿透，能够实现精确又稳定地对环境空气中非甲烷总烃的自动监测，满足目前国际上对于环境空气中的非甲烷总烃连续监测的技术要求。

技术领域

本发明涉及一种非甲烷总烃的直接测量方法及其检测系统，属于大气环境检测技术领域。

背景技术

在《大气污染综合排放标准详解》中对“非甲烷总烃”的定义是：除甲烷以外所有碳氢化合物的总称，主要包括烷烃、烯烃、芳香烃和含氧烃等组分。在通常条件下，除甲烷以外的烃类物质多以液态或固态存在，并随分子量大小和结构形式的不同而具有不同的蒸汽压。目前常见的造成大气污染的非甲烷总烃，主要是指具有C2-C12的烃类物质。

我国环境保护关于环境空气(HJ 604-2017)与固定污染源(HJ 38-2017)非甲烷总烃的测定方法为气相色谱法，利用差减法测定非甲烷总烃的含量；具体的，定量体积样品气通过气相色谱柱分离甲烷，经FID测量甲烷含量，同等体积样品气体，不经分离甲烷，通入同一FID测量总烃含量，将总烃含量减去甲烷含量即得到非甲烷总烃的含量。

然而，甲烷在环境空气总烃中占有绝大部分含量，仪器测量中的各种误差，导致差减法得到的非甲烷总烃含量的计算值误差偏大，极端条件下甚至会出现总烃测量值小于甲烷测量值的情况，差减后出现非甲烷总烃计算值是负值的尴尬情况。所以国标开始提倡开发直接测量非甲烷总烃的直测法，以便精确稳定地检测环境VOCs污染。

在非甲烷总烃直测法中，有两条主流技术路线：1)组合色谱柱反吹法；

2)吸附剂捕集热解析法，它们各有其缺陷和局限性，未能完美达到国标试运行标准的诸多要求。具体来说，第一种，组合色谱柱反吹法一般由高碳保留预柱和甲烷分离柱串联而成，被测样品气流经预柱保留高碳组分，由甲烷柱分离其余组分和甲烷，通过FID测量甲烷出峰浓度。之后逆换气流方向将保留在色谱柱内非甲烷总烃组分反吹出色谱柱，由同一个FID检测非甲烷总烃浓度。此方法对色谱柱要求偏高，既要有效分离甲烷，又不能吸附高碳化合物，比较难以两者兼顾。同时，国标对出峰的峰宽，对称性，拖尾因子等都有严格的要求，这些都是色谱柱反吹法难以做好的技术难点。此方案目前普遍处于尝试阶段，还没有完全达标的成熟方案。第二种，吸附剂捕集热解析法，利用碳分子筛等吸附材料对挥发性有机物的吸附作用，从样品气中捕集吸附非甲烷总烃；将甲烷和其他永久气体组分从吸附剂中吹扫清除后，对吸附剂进行热解析，使用FID检测非甲烷总烃。此方法限于热解析的循环周期效率，整个分析周期较长，一般需要15分钟左右，相对与目前非甲烷检测周期3到5分钟的运行周期，检测频率大幅降低。同时吸附剂的循环热解析寿命有限，使用过程中吸附效率呈不断下降趋势，必须阶段性地重新标定浓度曲线，直到吸附剂寿命极限后，替换吸附材料。基于以上方法特征局限性，很难应用于高测试频率的在线非甲检测场景。

因此，本领域技术人员亟待开发一种新的非甲烷总烃的直接测量方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种非甲烷总烃的直接测量方法，其中，

所述直接测量方法包括以下依次进行的步骤：

步骤1)，定量样品气体；

步骤2)，将步骤1)定量的样品气体送入冷阱；所述冷阱的温度控制在-130℃～-150℃的范围内；所述样品气体中的非甲烷总烃经冷凝被捕集在所述冷阱内；所述样品气体中的甲烷气体流出所述冷阱；

步骤3)，采用FID检测器检测从所述冷阱流出的甲烷气体获得甲烷含量；