傅里叶红外便携式气体分析仪在应急监测中的应用

张晓勇，杨国庆，李 程，王 珂

（1.江苏省环境应急与事故调查中心，南京 210036；2.南京林业大学林学院，南京 210037）

傅里叶红外便携式气体分析仪在应急监测中的应用

张晓勇1,2，杨国庆1，李 程1，王 珂1

（1.江苏省环境应急与事故调查中心，南京 210036；2.南京林业大学林学院，南京 210037）

傅里叶红外便携式气体分析仪是应急监测中最常用的仪器之一，它具有扫描速度快、分辨率和灵敏度高、携带方便等优点。为了使其更好地为大气应急监测服务，本文首先介绍了GasID便携式气体分析仪的工作原理、构成、操作方法，然后与其他应急监测仪器进行比较，最后通过实例说明了该仪器在应急监测中的应用效果。结果表明，该仪器携带轻便、分析快速，可以用于大气应急监测。

傅里叶变换红外光谱；大气环境；突发；应急监测

近年来，突发环境事件时有发生，为了快速锁定污染物，必须及时开展应急监测。突发环境事件中产生的气体具有量大、时间短、变化快等特点，在开展现场大气监测时，须结合污染物类型选择合适的监测仪器，以获得准确数据。在众多便携式监测仪器中，GasID傅里叶红外便携式气体分析仪是常用的仪器之一，此仪器具有扫描速度快、分辨率和灵敏度高、携带方便等特点，基本可以满足应急监测需要[1-3]。

1 仪器介绍

1.1 工作原理

GasID便携式气体分析仪工作原理是基于傅里叶变换红外光谱技术（FT-IR），干涉仪将光源发出的光分成两束后，再以不同的光程差重新组合，发生干涉现象。当两束光的光程差为λ/2的偶数倍时，落在检测器上的相干光则互相叠加，产生明线，相干光强度出现极大值；相反，当两束光的光程差为λ/2的奇数倍时，落在检测器上面的相干光相互取消，产生暗线，相干光强度有极小值[4-8]。由于多色光的干涉图等于所有含单色光干涉图的加合，因此得到的是具有中心极大，并向两边迅速衰减的对称干涉图。

干涉图包含光源的全部频率和与该频率相对应的强度信息，所以如有一个有红外吸收的样品放在干涉仪的光路中，由于样品能吸收特征波数的能量，结果所得到的干涉图强度曲线就会相应地产生一些变化。关于每个频率强度信息的干涉图，人们可借助数学上的Fourier变换技术对每个频率的光强进行计算，从而得到吸收强度或透过率和波数变化的普通光谱图。

1.2 仪器构成

GasID便携式气体分析仪核心部件有迈克逊干涉仪、红外光源、动镜、定镜、分束器和检测器。主要配套设施有吸附管采样模块、Tedlar®袋采样模块、手持采样泵、电源和电池等。此仪器有两种进样方式：直接进样和预浓缩热解析进样，直接进样方式无需加热，若采用预浓缩热解析进样，采样部位会被加热升温到180℃[9]。

此仪器内置了有毒有害物质谱库（超过5 500种），用户也可以自建谱库，GasID内置了美国国家职业病研究院的有毒化合物相关信息。数据库包括：挥发性有机物（如丙酮、苯等）、易燃气体（如丙烷、正己烷等）、有毒工业化学品和有毒工业物质（如氨、氟利昂等）、腐蚀性气体（如氯化氢、氮化物等）、杀虫剂（如甲草胺、杀鼠灵等）、化学武器（如芥子气）。不能鉴别惰性气体（如氦气、氖气等）、共核双原子气体（如氢气、氧气、氮气、氟气、氯气、溴）和气溶胶（除可蒸发的小液滴外）。我国优先登记的有毒化学品有40种，其中氯化氢、氮氧化物、二氧化硫、氯化氰、苯胺等可使用此仪器进行现场测定。

1.3 操作步骤

主要操作步骤包括：开机、样品连接、背景采集和结果显示。接通电源后向上推开关，系统自动进入GasID软件，输入用户名和登录密码进入；点击START开始检测，系统自动检查采样部件的连接情况，指示灯为绿色，说明采样部件连接正常；点击Continue，系统首先采集背景数据，结束后开始分析所采集样品，分析完成后，给出谱图和最接近样品的多个化合物的名称及其相似性结果。

1.4 特点

气相色谱-质谱分析仪（GC-MS）也是目前应急监测中使用较多的仪器，两种仪器比较，GasID有以下优势：一是操作简单，分析速度快。中文可视界面，基本无需对样品进行前处理，从取样到出结果的时间约20 min；二是体积小，重量轻，电池续航能力长。配置坚固耐用的手提箱，单人可携带并在现场开展操作，4块原配电池续航时间长，如不使用预浓缩热解析进样，可以连续操作4 h左右；三是对操作环境的适应性强。分束器能在极端潮湿（0～100%RH）和极冷极热（-7℃～50℃）的环境条件下操作，完全防水设计，离开污染区域后，可以直接整体洗消；四是内置电脑，触屏操作，结果直读，现场无需携带其他电脑；五是显示的信息全面。显示结果后，可启动“NIOSH”按钮查看物质的关键信息和数据。

2 实例分析

2.1 概况

2016年，某地发生一起环境突发事件，一辆货车在道路上追尾前方装有苯乙烯的槽罐车，导致部分苯乙烯泄露。事件发生后，环保部门采取筑坝封堵控制扩散，使用吸油毡和活性炭吸附泄露的苯乙烯。

2.2 现场监测

为了掌握苯乙烯在大气中的扩散情况，监测人员根据风速、风向以及周边环境情况，在下风向50 m、100 m、200 m、250 m、500 m处布设监测点，使用便携式气体分析仪对空气环境进行监测，两次取样间隔为20 min。监测结果表明，监测1 h后，100 m处苯乙烯明显，500 m处苯乙烯不明显。苯乙烯明显的原因可能是事发位置地势低洼，不利于空气中苯乙烯的稀释和扩散，导致空气中苯乙烯积累。监测5 h后，250 m处大气中苯乙烯不明显。

2.3 跟踪监测

为了确保事发地环境空气质量安全，事发生后第3天、第4天再次采用便携式气体分析仪对事发地空气进行监测，采样时间为当日10时、12时和14时，结果显示：200 m处，苯乙烯不明显[10]。

3 结语

应急监测是突发环境事件处置的关键，迅速、准确、全面的结果可以为决策者提供技术支撑。在应急监测中，人们必须结合污染现场状况来选择合适的监测仪器。GasID便携式气体分析仪在大气应急监测中具有轻便、快速等优势，使用者可以充分挖掘其潜能，发挥其作用。

1 严 晖.突发性水污染事故应急监测体系的研究[J].中国资源综合利用，2012，30（8）：44-47.

2 刘铁顺，雷艳秋.突发性环境污染事故应急监测与处理处置[J].中国资源综合利用，2009，27（12）：30-32.

3 马战宇，庞晓露，高 亮，等.便携式傅里叶红外快速检测环境中气态污染物[J].中国环境监测，2007，23（4）：44-46.

4 尤小娟，赵 亮，苗其好.GasID的基本原理及其在环境应急监测中的应用[J].仪器仪表与分析监测，2014，（1）：41-43.

5 黄振荣，陈 渊.便携式傅里叶变换红外多组分气体分析仪在环境应急监测中的应用[J].环境科学与管理，2015，40（12）：133-135.

6 边归国.开放通道傅里叶变换红外光谱法在环境监测中的应用[J].中国环境监测，2003，19（4）：52-55.

7 朱 蕾，苏 艳.傅里叶红外光谱分析在环境试验中的应用[J].环境技术，2002，（3）：5-9.

8 郁建桥，张 璘，王 霞.FTIR光谱法在气态环境污染事故应急监测中的应用[J].分析仪器，2005，（1）：55-58.

9 郁建桥.三种环境污染事故应急监测仪器的比较[J].分析仪器，2007，（1）：60-61.

10 鲁宝权，汪 宵，王 亮，等.两种环境应急监测仪器在突发性环境污染事故中的作用[J].环境监控与预警，2010，2（2）：11-13.24.

The Application of Fourier Infrared Portable Gas Analyzer in Emergency Monitoring

Zhang Xiaoyong1,2，Yang Guoqing1，Li Cheng1，Wang Ke1
(1.Center of Environmental Emergency Response and Accident Investigation of Jiangsu Province,Nanjing 210036,China；2.College of Forest Resources and Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)

Fourier infrared portable gas analyzer is one of the most commonly used instruments in emergency monitoring,it has the advantages of fast scanning,high resolution and sensitivity,easy to carry and so on.In order to make it better for atmospheric emergency monitoring services,this paper first introduced the GasID portable gas analyzer working principle,composition,operation method,and then compared with other emergency monitoring instruments,and finally illustrates by an example of the instrument in emergency monitoring The application effect.The results show that the instrument portable light,fast analysis,can be used for atmospheric emergency monitoring.

FT-IR；atmospheric environment；abrupt；emergency monitoring

O657.33；X830.7

A

1008-9500(2017)11-0112-03

2017-09-18

本文系江苏省高校自然科学研究重大项目（项目编号：15KJA220004）的阶段性研究成果之一。

张晓勇（1980-），男，江苏淮安人，高级工程师，博士研究生，从事环境应急工作。