废气 检测 方法检测

废气检测方法

废气检测旨在定量分析排放到大气中的气态污染物和颗粒物，是评估污染源排放合规性、研究大气化学及实施污染控制的关键技术。核心检测项目可分为气态污染物和颗粒物两大类，检测方法依据其原理可分为手工监测和自动监测。

一、 检测项目与方法原理

1. 气态污染物检测

   • 非分散红外吸收法（NDIR）： 基于气体分子对特定波长红外辐射的特征吸收。红外光源发出的连续光谱通过含样气的气室，被测气体（如CO、CO₂、SO₂）吸收特定波长的红外光，导致探测器接收能量减弱，其减弱程度与气体浓度成正比。该方法广泛用于CO、CO₂等对称性双原子和多原子分子的测定。

   • 紫外差分吸收光谱法（DOAS）： 利用气体分子在紫外-可见波段的窄带吸收特征。发射光源发出的连续光谱穿过被测烟道，被待测气体（如SO₂、NOx、NH₃）选择性吸收。通过分析穿过烟气前后的光谱差分吸收结构，利用朗伯-比尔定律反演气体浓度。该方法抗干扰能力强，可实现多组分同时测量。

   • 化学发光法（CLD）： 主要用于氮氧化物（NOx）检测。其原理是NO与臭氧（O₃）反应生成激发态的NO₂，NO₂退激发时发射特定波长的光，其发光强度与NO浓度成正比。总NOx（NO+NO₂）的测量需先将NO₂通过催化转换器还原为NO，再行测定。

   • 傅里叶变换红外光谱法（FTIR）： 属于宽波段吸收光谱技术。干涉仪产生的干涉光通过样品后，探测器接收包含样品吸收信息的干涉图，经傅里叶变换得到红外吸收光谱。通过与标准光谱库比对，可同时定性、定量分析数十种乃至上百种有机和无机气体（如VOCs、H₂S、HF、HCl），特别适合复杂成分的非靶向筛查。

   • 气相色谱法（GC）及其联用技术： GC利用不同组分在流动相（载气）和固定相（色谱柱）间的分配系数差异实现分离，结合各类检测器进行定量。对于挥发性有机物（VOCs），常用检测器包括：

     • 氢火焰离子化检测器（FID）： 对碳氢化合物响应灵敏，线性范围宽，是总烃和非甲烷总烃检测的标准方法。

     • 质谱检测器（MS）： GC-MS是VOCs定性和定量分析的权威方法，通过分子电离后的质荷比进行结构鉴定，灵敏度高，可检测痕量组分。

     • 电子捕获检测器（ECD）： 对含电负性基团（如卤素、氰基）的化合物（如卤代烃）具有极高灵敏度。

     • 火焰光度检测器（FPD）： 对含硫、磷化合物有特征响应。

   • 电化学传感器法： 基于待测气体在传感器工作电极上发生氧化或还原反应，产生的电流与气体浓度成正比。常用于O₂、CO、H₂S、NO₂等便携式检测仪，但易受交叉干扰和传感器老化影响，多用于快速筛查或便携应用。

2. 颗粒物检测

   • 重量法： 基准方法。使用等速采样原理抽取一定体积的废气，使颗粒物截留在已知重量的滤膜上，根据采样前后滤膜质量差和采样体积计算颗粒物质量浓度。根据采样温度和冷凝水处理方式，可分为过滤称重法和稀释通道法。

   • 光散射法： 光束照射颗粒物时发生散射，在一定角度（如前向角）测量的散射光强度与颗粒物质量浓度在一定范围内呈正相关。该方法响应快，常用于现场便携监测或过程监控，但测量结果受颗粒物粒径分布、形状、折射率等影响，通常需用重量法校准。

   • β射线吸收法： 利用β射线（如¹⁴C源）穿过颗粒物采集膜带时的衰减原理。β射线强度衰减与采集的颗粒物质量成正比。该方法可进行近实时（如每小时）连续监测，数据与重量法相关性好，广泛应用于环境空气和固定污染源颗粒物连续监测。

   • 振荡天平法（TEOM）： 颗粒物沉积在振荡空心锥形管末端的滤膜上，引起振荡频率变化，频率变化量与沉积的颗粒物质量呈精确的线性关系。该方法同样可实现实时质量浓度测量，灵敏度高，但需注意挥发性半挥发性组分的损失问题。

二、 检测范围与应用领域

1. 固定污染源监测： 涵盖电力、钢铁、水泥、化工、玻璃、陶瓷、垃圾焚烧等工业窑炉及锅炉的废气排放口。主要检测SO₂、NOx、颗粒物、CO、HCl、HF、Hg、二噁英类、VOCs及特征重金属等。监测数据用于环保部门执法、企业排污许可管理、脱硫脱硝设施效率评估。

2. 移动污染源监测： 针对机动车、船舶、非道路机械的尾气排放。检测项目包括CO、THC、NOx、颗粒物（PM）、黑碳及氨气等。通常在底盘测功机上进行工况法测试，或使用遥感、车载排放测试系统进行道路实际排放监测。

3. 无组织排放与厂界监测： 对生产过程中物料储存、转移、输送及工艺过程无密闭排放的污染物进行监测。常见项目为VOCs、NH₃、H₂S、臭气浓度等，用于评估企业对周边环境的综合影响。

4. 室内空气与工作场所监测： 关注室内装修、办公设备、工业生产过程释放的污染物，如甲醛、苯系物、总挥发性有机物（TVOC）、粉尘、以及CO₂、O₃等。保障人员健康与安全。

5. 大气环境与背景值监测： 在城市、区域或全球尺度上，监测环境空气中常规污染物（PM₂.₅、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO、O₃）及温室气体（CO₂、CH₄、N₂O）的浓度水平、传输与转化规律。

三、 检测标准与文献依据

检测方法的标准化对确保数据准确性、可比性和法律效力至关重要。国内外均建立了一套完整的方法标准体系。固定污染源监测方面，如《空气和废气监测分析方法》等权威指南系统阐述了各类污染物的手工采样与实验室分析流程。国际标准化组织和美国环境保护署发布的技术文件，如《固定源排放-气体浓度手工测定方法》、《固定源排放-颗粒物质量浓度测定》等，为等速采样、样品采集与传输、分析步骤提供了详细规范。

对于自动连续监测，相关技术规范明确了CEMS（烟气排放连续监测系统）的性能指标、安装位置、调试检测、数据审核与考核要求。对于VOCs监测，国内外发布的分析方法标准详尽规定了基于吸附管采样-热脱附/气相色谱-质谱法、气袋采样-气相色谱法等技术路径，用于分析特定或非特定的挥发性有机物组分。

在颗粒物监测领域，重量法被确立为基准方法。相关标准严格规定了等速采样系统的性能、采样嘴的选择、冷凝水的处理、滤膜材质与称重条件，以确保测量结果的准确性。光散射、β射线等自动方法的等效性，也需通过与重量法的比对测试来确认。

四、 检测仪器与设备

1. 烟气采样器： 用于手工监测。核心功能是实现等速采样，即采样嘴入口流速等于烟道内测点流速。配备皮托管、温度传感器、压力传感器、冷凝脱水装置、干燥器和抽气泵，可测量流速、含氧量、温湿度等参数，并采集颗粒物及气态污染物样品。

2. 烟气排放连续监测系统：

   • 气态污染物CEMS： 通常由采样探头、伴热采样管线、气体预处理单元、分析仪和数据采集处理系统组成。分析仪多采用非分散红外吸收（NDIR）分析仪（测CO、CO₂）、紫外差分吸收光谱（DOAS）分析仪（测SO₂、NOx）、化学发光法（CLD）分析仪（测NOx）和氧化锆氧分析仪（测O₂）。

   • 颗粒物CEMS： 主要采用透射式浊度仪、后向散射仪或光闪烁仪等光学方法，以及β射线吸收法分析仪和振荡天平法（TEOM）分析仪。

   • 烟气参数监测单元： 包括皮托管流速仪或热式质量流量计（测流速）、温度传感器、压力传感器和湿度仪。

3. 挥发性有机物监测设备：

   • 在线气相色谱仪（在线GC）或在线气相色谱-质谱联用仪（在线GC-MS）： 用于固定污染源或厂界VOCs的连续自动监测，可实现多组分周期测量。

   • 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）： 用于开放式路径或抽取式多组分气体实时监测，特别适用于应急监测与污染源排查。

   • 质子转移反应质谱仪（PTR-MS）： 对VOCs具有极高灵敏度（ppt级）和快速响应（秒级），用于科学研究与高精度溯源。

   • 采样设备： 包括吸附管采样器（填充Tenax、活性炭等吸附剂）、苏玛罐（内壁经硅烷化处理的不锈钢罐）、气袋等，用于后续实验室分析。

4. 便携式检测仪器：

   • 便携式傅里叶变换红外气体分析仪（便携FTIR）： 现场快速筛查与定量分析多种气体。

   • 便携式气相色谱仪（便携GC）或光离子化检测器（PID）： 用于VOCs的快速现场检测，PID对芳香烃和烯烃响应灵敏。

   • 多种气体检测仪： 集成电化学、催化燃烧或红外传感器，用于O₂、可燃气体、CO、H₂S等安全与环保检测。

   • 便携式颗粒物检测仪： 基于光散射原理，实时读取PM₂.₅、PM₁₀质量浓度。

5. 实验室分析仪器：

   • 气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）： VOCs、半挥发性有机物定性定量分析的终极工具。

   • 高效液相色谱仪（HPLC）： 用于分析醛酮类（如甲醛、乙醛）衍生物、多环芳烃等。

   • 离子色谱仪（IC）： 用于分析水溶性离子（如F⁻、Cl⁻、NO₃⁻、SO₄²⁻），常与颗粒物样品提取液结合使用。

   • 原子吸收光谱仪（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）及电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）： 用于废气颗粒物及吸收液中重金属元素的痕量分析。

   • 分析天平： 万分之一或十万分之一高精度天平，用于滤膜等样品的重量法称量。