Z-nose便携式快速分析仪在环境应急监测中的应用

便携式快速分析仪在环境应急监测中的应用
　　韩佳真   田隽    陈鹏
　　（北京市西城区环境保护监测站  北京 100035）

　　摘要：根据环境突发事件的应急监测需要，通过采用便携式快速分析仪对环境中污染物进行定性定量分析，现场快速得出结论。
　　关键词：应急监测，快速，定性定量，气相色谱
　　一、概述
　　（一） 仪器简介
　　随着科学技术的不断发展，环境状况日益复杂，污染物种类繁多，对环境应急监测能力要求越来越高。在现有的应急监测仪器中，存在着体积大，检测项目单 一，数据处理滞后等问题。便携式快速分析仪（图一），简称电子鼻（zNose），采用快速气相色谱技术对混合物进行分离，化合物从色谱柱依次流出后，被表 面声波检测器（SAW）检测到，在电脑上显示分析图以及全貌指纹图谱，能对数百种挥发性半挥发性有机物进行定性定量分析。
　　电子鼻是基于快速毛细管色谱技术与高灵敏的声学传感器及气体指纹图谱技术相结合的一种高科技产品。这种技术检测速度快，灵敏度高，检出限低，且定性定量准确。气体样品可以直接进行测定，对于液体或土壤样品，可使用的附件解析出样品蒸汽再通过吸附和解析的方式导入进样口，然后通过色谱柱分离后到达表 面声波检测器进行定性定量分析。

　　（二）快速气相色谱电子鼻技术
　　图2是一种使用表面声波检测仪的新型快速气相色谱系统。整个系统包括加热槽， 气体预浓缩器，可程序升温的气相色谱柱，以及SAW检测器。表面声波检测仪的灵敏度相当高，可以检测到pg级的浓度。系统的进样口可以直接吸收环境空气，土壤样品中释放的气体或液体样品中的顶空蒸汽。样品在石英晶体表面冷凝和蒸发使表面声波检测仪产生不同的频率。

　　图3是检测器频率图、色谱图以及指纹图谱。在分析开始和结束, 作出0度或90度的时间辐射图就得到了这个图。下面的图是频率图，上面的图是衍生（色谱）图，它们的色谱峰是相似的。SAW检测仪测量的是色谱峰的积分，因此也被称为积分检测仪。 

　　快速色谱的检测为10秒，峰宽为百万分之几秒，保留时间在百万分之二十秒之内。因此，500个传感器可以在10秒钟内依次进行记录。传感器响应信号的重合减少到zui小。这种特性决定了可以使用标准混合品来保证很低的检出限水平。
　 　传感器随辐射角的信号或衍生信号的时间坐标和电子鼻的谱图识别的算法。表面声波检测仪检测石英表面凝结（和蒸发）的组分的量，它的频率会对凝结的单一组分量的量作出响应。表面声波晶体是*的积分型GC检测仪，检测器的衍生信号只是用来确定保留时间的。由传感器频率可以确定被测组分含量。

　　二、快速分析仪在环境应急监测中的应用
　　（一）现场有毒有害气体快速应急监测
　　现场检测中，电子鼻能够分析有毒有害挥发性有机化合物（VOCs），如苯，甲苯，乙苯及二甲苯等，还可以对半挥发性有机物（SVOCs），如萘等进行 分析，分析时间少于10秒，其定量可到ppb级。电子鼻能够帮助监测人员在现场快速得到环境中的气体组成。对复杂气体，可以通过它们的特定的图谱形状 对进行辨识。嗅觉谱图将嗅觉响应转化为视觉响应。操作人员和计算机都可以通过专业谱图库对视觉谱图进行分析和辨识。图4是一个10秒钟的色谱图，从中可以 看出SAW检测器吸附和解析的速度是很快的。通过保留时间可以识别各种成分。
 

　　（二）水中有机污染物的现场快速检测
　　河流、湖泊中也有水污染的问题。例如游船漏油或举行水上活动时都会污染水质。电子鼻能够在现场对污染物定性定量测量。如图5所示，用电子鼻来检测水中 芳香族化合物（PHA）含量。指纹谱图可以显示污染物的特征。把电子鼻随船带到水面上，为使检测结果有意义，在GC/SAW分析仪上接有GPS接收器，这 样就可以同时记录取样地点了。电子鼻的软件可以使GPS接收器的信息得以显示，这样每次分析的结果就包含了检测的时间，纬度和经度。生成的表格里会显示浓 度，纬度和经度。用电子鼻和GPS接收器可以绘制化学浓度的空间坐标图，可对污染状况实地检测。图6中用红色的圆点来表示浓度。zui大的圆点对应的是zui高的 PHA浓度。

　　（三）加油站总石油烃（TPH）的检测
　　石油碳氢化合物是造成大气和地下水污染的主要原因之一。石油在储存和使用过程中发生泄漏，就会造成污染。大量的地下储油罐常常成为污染源。发生泄漏的地方需要花费大量资金清除那些碳氢化合物。电子鼻监测方法符合美国EPA方法，用它进行现场检测可以节省大量资金。电子鼻被用来实时检测对加油站中的泄漏有机污染物的检测。图7是加油站有机物的色谱图。
 

　　三、结论
　　电子鼻为环境应急监测领域提供了新的技术。具有简单、便携、快速的特点。仪器和软件易于操作和使用，手持或车载均可带至现场做应急监测分析，并且分析时间短，出具结果快。它能够作出含有数百种化学组分的混合气体的高确定性谱图。与此同时，电子鼻可以对各种气味中的化合物定量。正是这种通用性使它可以被 用于各种不同环境领域。挥发性有机物（VOC）的zui低检出限通常为ppb级，对半挥发性化合物（Semi-VOC）的检出限为1pg，ppt级。SAW检 测器具有很高的灵敏度，适用于多种气体检测，稳定性好，是目前zui灵敏的GC检测器。电子鼻是非常有用的现场检测工具，与气相色谱相比，具有更强的灵活性，现场无需标定，内存专业谱图库，在现场结合《危险化学品信息查询系统》的使用，可对现场污染物种类、浓度、毒性、影响范围做出快速分析判断，为环境污染事 故现场决策提供依据，较好的适用于环境突发事件的应急监测工作。

　　参考文献：1、李国刚 环境化学污染事故检测技术与装备 化学工业出版社 2005-9-1
　　2、国家* 增强环境污染源事故应急监测能力 2006-6-24
　　3、曲格平 环境保护知识读本 北京红旗出版社 1999-6