专利名称：基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置及分析方法
技术领域：
本发明属于低温等离子体(Low temperature plasma, LTP)定量检测大气/烟气中痕量汞浓度的领域，具体的说是一种采用金汞齐在线富集-外加热蒸发-低温等离子体激发方式，实现大气/烟气中痕量汞的定量分析技术和仪器。
背景技术：
激发源采用介质阻挡放电技术激发Ar气产生低温等离子体，该类型的激发源具有低能耗(低于10W)、体积小、工作温度低(室温)、结构简单、易加工等优点，是实现环境中痕量重金属污染物激发与检测的理想激发源。而现有商品化的大气/烟气中Hgtl测量仪， 大多为价格昂贵的进口仪器，其依据的原理主要是原子吸收和原子荧光技术。该类型的仪器结构复杂，成本高，易在检测器中形成汞残留，也不可避免的受到烟气中其它气体污染物 (如SO2、H2S、NOx等)的光谱干扰。

发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于低温等离子体技术的测量大气/烟气中元素汞(Hg°)的高灵敏度在线检测方法。该方法实现了仪器的结构简化， 降低了仪器成本，更有利于现场分析。本发明的技术方案是基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置， 包括通过石英管保持连通的热催化反应器、金汞齐富集器、低温等离子体激发源和通过光纤探头与低温等离子体激发源连接的光谱仪。优选的是，所述的金汞齐富集器中有金汞齐富集柱。优选的是，所述的金汞齐富集柱为装有表面镀金的石英砂。优选的是，所述的低温等离子体激发源包括陶瓷管和霓虹灯电源。优选的是，所述的光纤探头和低温等离子体激发源的陶瓷管保持同轴。一种基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置的分析方法如下I)将净化后含有汞的大气或烟气通入热催化反应器中，其中的Hg2+在经过热催化反应器时转化为Hg°，转化后的Hg°和原有的Hg°通过金汞齐富集器时，在室温下被选择性富集在金萊齐上；2)富集完成后，通入Ar气，将空气排除，并加热金汞齐富集柱，释放形成高浓度 Hg0蒸气；3)高浓度汞蒸气被通入的载气Ar载入低温等离子体激发源的陶瓷管中，霓虹灯电源产生高频高压交流信号激发陶瓷管中的Ar产生稳定的低温等离子体，低温等离子体对金萊齐释放的Hgci进行闻效激发；4)光谱仪记录激发后汞的特征谱线信号，利用标准汞蒸气的特征谱线作为分析模型，通过建立光谱信号强度与Hg°浓度的定量分析模型，最终计算得到实际烟气中的Hg°浓
3度数值，实现大气/烟气未知样品的浓度分析。优选的是所述的步骤2)中加热金汞齐富集柱为开启缠绕在装有金汞齐富集柱的石英管外壁的加热电阻丝进行加热。本发明的有益效果是本发明热催化反应器与空气/烟气充分接触，将Hg2+转化为 Hg°。金汞齐富集管中装有一定量表面镀金的石英砂，常温下能充分吸附通入气体中的Hg°。 通入激发源的高纯Ar被霓虹灯电源施加在陶瓷管上的高频高压电激发成含有大量高密度高能电子的低温等离子体，该等离子体进一步激发通入的Hg°蒸气,使其发射253. 7nm的特征激发谱线。光谱仪记录上述特征谱线的强度，建立基于谱线强度和Hgtl浓度之间的线性模型，即可计算得到大气/烟气中Hg°的含量。本发明的定量分析装置结构简单，成本低；能够将大气/烟气中的汞进行有效富集和激发检测。金萊齐富集提闻了系统的检查灵敏度，闻重现性的金萊齐吸附和稳定的等离子体激发保证了系统测量的准确性；由于金汞齐对烟气中的Hgtl具有特征选择性吸收，因此金汞齐在对烟气中的Hgtl进行富集时，不会吸收烟气中的小分子气体污染物(如H2S、S02、 HC1.HF等)，因此排除了这些组分的光谱干扰；高温热解吸使得检测器中没有汞残留。


图I是本发明的结构示意图。其中I为热催化反应器，2为金汞齐富集器，3为低温等离子体激发源，4为光纤探头，5为光谱仪
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置，包括通过石英管保持连通的热催化反应器I、金汞齐富集器2、 低温等离子体激发源3和通过光纤探头4与低温等离子体激发源3连接的光谱仪5。金汞齐富集器2中有金汞齐Hg°富集柱。金汞齐富集柱为装有一定量表面镀金的石英砂。低温等离子体激发源3包括陶瓷管和霓虹灯电源。光谱仪5上有光纤探头4。光纤探头4和低温等离子体激发源3的陶瓷管保持同轴。基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置的分析方法I)将净化后含有汞的大气或烟气通入热催化反应器中，其中的Hg2+在经过热催化反应器时转化为Hg°，转化后的Hg°和原有的Hg°通过金汞齐富集器时，在室温下被选择性富集在金萊齐上；2)富集完成后，通过进气口向系统通入Ar气(排除空气)并开启缠绕在装有金汞齐的石英管外壁的外加热电阻丝加热金汞齐富集柱，释放形成高浓度Hg°蒸气；3)通过热解吸金汞齐富集柱的Ar气将高浓度汞蒸气载入低温等离子体激发源的陶瓷管中，霓虹灯电源产生高频高压交流信号激发陶瓷管中的Ar产生稳定的低温等离子体，低温等离子体对金汞齐释放的Hg°进行高效激发；4)光谱仪记录激发后汞的特征谱线信号，利用标准汞蒸气(由标准汞源提供)的特征谱线作为定量分析的基础，通过建立光谱信号强度与Hg°浓度的定量分析模型，最终计算得到实际烟气中的Hg°浓度数值，实现大气/烟气未知样品的浓度分析。实施例利用标准汞源对系统进行定标，得到的定量分析模型具有线性范围宽，重现性好， 检测灵敏度高等优点。采用该系统对蜂窝煤炉中一块无烟煤由开始燃烧到燃烧殆尽的过程中的监测(富集流速0. 5L/min ;富集时间5min)，得到的烟气中含有的Hg°的浓度范围到为2. 7-60. 8ppt。
权利要求
1.基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置，其特征在于，包括通过石英管保持连通的热催化反应器(I)、金汞齐富集器(2)、低温等离子体激发源(3)和通过光纤探头(4)与低温等离子体激发源(3)连接的光谱仪(5)。
2.如权利要求I所述的基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置，其特征在于，所述的金萊齐S集器(2)中有金萊齐g集柱。
3.如权利要求2所述的基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置，其特征在于，所述的金汞齐富集柱为装有表面镀金的石英砂。
4.如权利要求I所述的基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置，其特征在于，所述的低温等离子体激发源(3)包括陶瓷管和霓虹灯电源。
5.如权利要求I所述的基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置，其特征在于，所述的光纤探头(4)和低温等离子体激发源(3)的陶瓷管保持同轴。
6.一种使用权利要求I所述的基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置的分析方法如下1)将净化后含有汞的大气或烟气通入热催化反应器(I)中，其中的Hg2+在经过热催化反应器时转化为Hg°，转化后的Hgtl和原有的Hgtl通过金汞齐富集器(2)时，在室温下被选择性g集在金萊齐上；2)富集完成后，通入Ar气，将空气排除，并加热金汞齐富集柱，释放形成高浓度Hg°蒸气;3)高浓度汞蒸气被通入的载气Ar载入低温等离子体激发源(3)的陶瓷管中，霓虹灯电源产生高频高压交流信号激发陶瓷管中的Ar产生稳定的低温等离子体，低温等离子体对金萊齐释放的Hgci进行闻效激发；4)光谱仪(5)记录激发后汞的特征谱线信号，利用标准汞蒸气的特征谱线作为分析模型，通过建立光谱信号强度与Hg°浓度的定量分析模型，最终计算得到实际烟气中的Hg°浓度数值，实现大气/烟气未知样品的浓度分析。
7.如权利要求6所述的基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置的分析方法，其特征在于所述的步骤2)中加热金汞齐富集柱为开启缠绕在装有金汞齐富集柱的石英管外壁的加热电阻丝进行加热。
全文摘要
本发明涉及基于低温等离子体的大气/烟气中全汞的定量分析装置，包括通过石英管保持连通的热催化反应器(1)、金汞齐富集器(2)、低温等离子体激发源(3)和通过光纤探头(4)与低温等离子体激发源(3)连接的光谱仪(5)。本发明热催化反应器与空气/烟气充分接触，将Hg2+转化为Hg0。金汞齐富集管中装有一定量表面镀金的石英砂，常温下能充分吸附通入气体中的Hg0。通入激发源的高纯Ar被霓虹灯电源施加在陶瓷管上的高频高压电激发成含有大量高密度高能电子的低温等离子体，该等离子体进一步激发通入的Hg0蒸气，使其发射253.7nm的特征激发谱线。光谱仪记录上述特征谱线的强度，建立基于谱线强度和Hg0浓度之间的线性模型，即可计算得到大气/烟气中Hg0的含量。
文档编号G01N21/62GK102590153SQ20121001136
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者张鹏彦, 武中臣, 陶琳, 高心岗 申请人:青岛佳明测控仪器有限公司