臭氧/光化学污染监测
GC5000 挥发性有机物在线色谱监测系统
详情介绍
背景介绍：
光化学烟雾污染是当前全球范围内最突出的区域性空气污染问题之一。主要是由对流层中的氮氧化物、挥发性有机物在特殊的气象条件下（光照、无风或微风），经过一系列复杂的光化学反应，生成包括臭氧、过氧化物、醛及过氧乙酰硝酸酯等一系列二次污染物的过程。在这些二次污染物中，臭氧所占比重最大。众多研究表明，臭氧对人体、材料、农作物都有极强的危害性。随着城市化和工业化进程的加速，自上世纪九十年代末至今，近地面高浓度的臭氧污染已成为我国大部分地区严峻的大气问题。
挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）在对流层光化学氧化循环中起到关键作用，是城市和区域二次气态污染物的重要前体物，直接或间接地控制光氧化剂的生成速度和效率，对大气氧化潜势有着重要影响。挥发性有机物组成复杂，通常可分为非甲烷碳氢化合物（Non-methane hydrocarbons，简称NMHCs）、含氧有机物（Oxygenated Volatile Organic Compounds，简称OVOCs）及卤代烃等几大类，其中非甲烷碳氢化合物所占比重最大。
GC5000仪器分析系统参考EPA PAMS标准设计，以挥发性有机物中的C2-C12碳氢化合物为监测目标，为相关部门监测臭氧前体物提供准确的具有代表性的长期资料；使空气污染防治有关单位能够客观地掌握空气质量状况，寻找并建立完整的臭氧与其前体物及气象条件间的相互关系，找到臭氧污染的成因，继而研究出可行的防制策略。
关于PAMS：
PAMS是Photochemical Assessment Monitoring Stations的缩写，中文名光化学评估监测站。1990年通过了空气清洁法修订案(Clean Air Act Amendments)，同时EPA要求各州在臭氧污染严重地区建立光化学评估监测站，全面监测臭氧及臭氧前体以了解臭氧污染发生的原因。
AMA GC5000系统构成：
GC5000型挥发性有机物在线色谱监测系统由德国AMA Instruments公司累积二十年的经验开发、设计和制造，技术先进，性能稳定，无需人员值守。
系统具有ppt级的高检测灵敏度，参考EPA PAMS标准设计，针对臭氧前体物中C2-C12碳氢化合物的长期监测而进行了系统优化。
目前，GC5000系列已在德国、荷兰、比利时、希腊、巴西、意大利、西班牙、韩国等国家的空气质量监测网中得到广泛应用。另外，柏林、台北、汉城的超级站也在使用这套系统。
北京、南京、广州、天津、深圳等城市大气环境监测系统已选用该套设备。同时，该套系统已应用于广州亚运会大气环境质量监测。
核心设备：
* GC5000 VOC分析色谱 （目标化合物 C2-C5）；
* GC5000 BTX分析色谱 （目标化合物 C6-C12）；
* DIM200动态校准器 （最大稀释倍数2500倍）；
辅助设备：
* 气源：高纯氮、高纯氢、压缩空气；
* 气体预处理装置，净化载气和助燃气；
* PAMS 标准气体（56种混合标样, 1ppm）；
* 数据计算机；
* 19’标准机柜；
相关功能：
为了用户方便地了解仪器状况，查看谱图和数据，AMA软件智能监控分析色谱的运行状态，同时保存系统工作时期发生的有关监测、校准、断电及其它事件记录，方便用户回溯系统状态和数据质量。
通过网络，用户能够远程登录系统界面，查看运行状况。维护工程师可以远程协助，提高系统维护效率。同时分析色谱的数据，备份到数据工控机（txt文件），防止仪器损坏导致原始数据丢失。
技术规范：
系统技术指标符合欧盟和EPA对大气中臭氧前体物监测的规范要求
* the VDI guideline 2100 of the EU guideline 2002/3/EC ，from February 12th 2002；
* the guidelines of the Technical Assistance Document EPA/600-R-98/161 of US EPA，from September 30th 1998。
技术特点：
精确控制采样流量和样品量：GC5000色谱使用质量流量计控制采样流量，累加获得样品体积，可以避免环境压力和温度的影响。
两级样品富集技术（针对低碳组分）：两级样品富集技术能够提供高容量的样品富集体积（对C2化合物的穿透体积大于800ml），以及样品聚焦能力（保证色谱出峰分离度高，同时峰形优秀。）
注：右侧色谱图中，编号分别为1-乙烷 ；2-乙烯；3-丙烷；
吸附管工作温度>10°C：吸附管在样品富集和聚焦阶段的工作温度高于10°C，避免富集模块出现冷冻情况。适合无人值守的观测站点长期运行;
极性的反萃取柱作为预柱：极性的反萃取柱能够截留环境空气样品中的高沸点有机物及水汽。避免目标化合物以外的高沸点物质导致的分析周期延长；避免水汽引起色谱保留时间偏移导致的色谱峰识别错误。同时，被截留的物质在分析周期里会被反向吹出预柱。
60m的毛细管色谱柱：长的色谱柱，能够获得最高的分离效率，为优秀分析众多目标化合物提供保证。
全电动控件：系统内部采用全电动控件，相对于气动控件，能有效降低仪器的维护量。同时避免了气动阀门使用过程中可能出现的因漏气而造成的气体损失。
性能参数:
GC5000 VOC色谱分析仪
功能：全天自动连续24h采样，使用两级富集，色谱柱进行分离，分析C2~C5有机物种；
量程范围：0~300ppb；
检出限：0.05ppb（丙烷为例）；
分析周期：30~60min；
采样：
采样时间：0~99min(可调)；
流量：10~50 ml/min（可调）；
质量流量控制计（MFC）控制；
采样体积：200~800 ml（可调）；
富集：
双极富集：
一级富集柱：采样温度15°C，最高热解析温度350°C；
二级富集柱：聚焦温度20°C，最高热解析温度350°C；
加热速度：最大40°C/s；
色谱柱箱:
石英玻璃毛细管柱，长度30m~60m；
柱箱温度范围：40-210 °C；
升温速率：1-25 °C/min（以1 °C/min增加）；
载气：N2，99.999%，3bar；
FID-氢火焰离子化检测器；
要求氢气（H2）和助燃空气供应；
氢气，99.999%，3bar；
助燃空气，99.999%，3bar；
校准：允许单点/多点校准；
输出：智能显示图谱、参数规格、运行状态等，可通过系统菜单完成各种参数的设定、编辑及结果处理等操作；
电源：220V 50HZ；
运行环境：
温度：0~40°C（如果温度超过温度范围，需要加装空调）；
相对湿度：5~95%无冷凝；
外观：19”×6 HU×600mm，标准机箱，重量35 kg；
GC5000 BTX色谱分析仪
功能：全天自动连续24h采样，使用单级富集，色谱柱进行分离，分析C6~C12有机物种；
量程范围：0~300ppb；
检出限：0.03ppb（苯为例）；
分析周期：30~60min；
采样：
采样时间：0~99min(可调)
流量：10~50 ml/min（可调）
质量流量控制计（MFC）控制
采样体积：200~800 ml（可调）
富集：
富集柱：采样温度30°C，最高热解析温度350°C；
加热速度：最大40°C/s；
色谱柱箱：石英玻璃毛细管柱，长度30m~60m；
柱箱温度范围：40-210 °C；
升温速率：1-25 °C/min（以1 °C /min增加）；
载气：N2，99.999%，3 bar；
FID-氢火焰离子化检测器
要求氢气（H2）和助燃空气供应；
氢气，99.999%，3 bar；
助燃空气，99.999%，3 bar；
校准：允许单点/多点校准；
输出：智能显示图谱、参数规格、运行状态等，可通过系统菜单完成各种参数的设定、编辑及结果处理等操作；
电源：220V 50Hz；
运行环境：
温度：0~40°C（如果温度超过温度范围，需要加装空调）；
相对湿度：5~95%，无冷凝；
外观：19”×6 HU×600mm，标准机箱，重量35 kg；
DIM 200校准模块
功能：
（1）在GC5000BTX色谱分析仪控制下，完成采样、校准所需流路的切换；
（2）精确控制零气和标准气流量，实现对色谱系统的校准，稀释倍数1～2500；
供应气：
零气（纯净空气或氮气），3 bar；
标准气：3 bar；
样品气；
流量控制：
标准气：2~100 ml/min；
零气：100~5000ml/min；
精度：测量值±0.5%；
质量流量控制计（MFC）控制；
两种（可选）工作方式：
（1）通过内部通讯路连接AMA色谱系统，由色谱系统软件控制，可最多执行20点自动校准或检验
（2）加装选配的独立运行软件或外部控制接口，实现自主运行或通过外部数字I/O联机遥控工作时，可最多执行5点自动校准或检验
电源：220V 50Hz；
运行环境：
温度：0~40°C（如果温度超过温度范围，需要加装空调）；
相对湿度：5~95%，无冷凝；
外观：19“，3H标准机箱，重量4 kg
系统应用：
南京信息工程大学大气物理学院朱彬老师利用GC5000系统对大气环境中VOCs(C2-C12)进行分析，分析VOCs在不同的风向影响下，其浓度不同，并且不同的排放源对VOCs总量贡献不同，VOC的浓度主要受风向的影响，表明VOC的初次排放来源于本地，而且在城市东北区域内，VOC浓度受到区域传输的影响，通过对丙烯同系物和臭氧形成的潜在方法的评估。表明烯烃对臭氧的化学形成贡献量为57%-58%，利用主成分分析/绝对主成分受体模型分析。结果表明，在该区域内，有39%的VOC主要来源于车辆排放，溶剂的使用和工业来源占到36%。
