在线二氧化氮化学发光测定仪的研制.pdf

第38卷
分析化学( FENXI HUAXUE)仪器装置与实验技术
第4期
2010年4月
Chinese Journal of Analytical Chemistry
607~610
といとにとといたといといたとーい
仪器装置与实验技术
DOI:10.3724/SP.J.1096.2010.0060
在线二氧化氮化学发光测定仪的研制
齐斌”王竹青杨红艳刘保宜马艳杨冰
(陕西师范大学化学与材料科学学院,西安710062)
摘要基于NO2与鲁米诺溶液的化学发光反应设计制作了在线NO2的化学发光测定仪,并对此仪器进行
了优化和表征。仪器由微型流动气液界面化学发光反应器、气液输运系统、化学发光检测系统及数据采集系
统组成。此仪器测定NO2的线性范围为5.0×10~8.0x10-(VV,体积比浓度,下同);峰值响应时间少
于1s;时间分辨1s;检出限为5.0×10(VレV)。本仪器具有结构简单、体积小、成本低等特点,适用于环
境大气中NO2的实时在线测定。
关键词二氧化氮;鲁米诺;化学发光
NO2是大气主要污染物之一,对人体呼吸道系统有刺激作用,长时间暴露在高浓度NO2下可诱发
支气管炎、哮喘等呼吸道疾病2。NO2光解反应是对流层大气0っ的唯一来源]。NO2与大气OH自
由基反应产物HNO2,是形成酸雨的主要原因之一?。另外,NO2与大气有机过氧自由基反应生成的
有机氮化合物可以传输到偏远地区,造成区域环境问题。大气中的NO2除少部分来自生物过程和闪
电作用等外,主要来白人为行为,如化石燃料燃烧,汽车尾气以及工业排放的废气等?。由于汽车在
城市中的保有量不断高速增长,汽车尾气已成为城市大气中NO2的主要来源3?。准确测定环境大气
中的NO2对于了解大气污染机制,判断大气污染的程度,确定污染来源,进行空气质量预警,以及帮
助制定合理的城市规划建设等都具有重要意义。
常用的NO2测定方法有分光光度法?和化学发光法。分光光度法需要先将空气样品通过吸收
溶液捕集后,再进行测定,因而工作量大,数据时间分辨率低,方法灵敏度差。化学发光法测定NO2
具有响应快,灵敏度高等优点。目前广泛采用的NO2化学发光测定仪是将NO2先还原为NO,再利用
NO与03均相反应发光测定NO2。然而,该方法的检出限较低(约1×10",WVの),时间分辩率不佳(约
lmin),且装置复杂,体积较大,价格昂贵。 Maeda等?最早发现在碱性溶液中NO2直接氧化鲁米诺产
生化学发光,最大发光波长415nm,其发光强度与NO2的浓度成正比。本研究设计了微型流动气液界
面反应器,气液反应在固定反应床上进行,仪器的稳定性及灵敏度显著提高。
2实验部分
2.1仪器设备
BI00-100M蠕动泵(兰格恒流泵有限公司);PK4512抽气泵(锐意机械设计中心);SEC-E40气体
质量流速制器( Horiba Stec有限公司);R105光电倍增管(北京滨松光子有限公司);CC171-01负高压
电源模块(京滨松光子有限公司);AT89S51单片机( Atel公司);PGA103程控放大器(Eur- Brwon公
司);MAX197A/D转换芯片(MAX公司)。零空气发生器和标气配气系统(自制)。
2009-07-23收稿;2009-11-09接受
xE-mail:bqi@163.com
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分析化学
第38卷
2试剂和标准气体
鲁米诺(Fuka公同);Na2SO3(西安化学试剂厂);NO2(1.0x10-3,WV,北京氨普北分气体工业
有限公司)。实验用水为二次蒸馏水。NO2标准气体由自制的标气动态配气系统在线配制-の。
3结果与讨论
3.1仪器设计
图1是仪器结构框图。由3部分组成:气液输运系统、化学发光及其检测系统、电路控制及数据采
集系统。仪器外型20cmx15cmx20cm,重约5kg
,米诺溶液
电路控制系统
Luminol solution
Peristaltic pump
Circuit contro
L「量流量
8三三
电源 Power
排空Vent
气体样品
数据采集系统
Air sample
Data collecting
system
废液瓶
讪算机
Waste bottle
Peristaltic pump
Computer
图1仪器结构框图
iagrarn of the structure for instrument
a.气液输运系统( Transportation system for liquid and gas);b.化学发光及其检测系统( Chemilumines
cence(CL) and detection system);c.电路控制及数据釆集系统( Circuit and data acquisition system)
鲁米诺渀液通过蠕动泵以恒速连续输送到反应器中并负责移走出口处的鲁米诺溶液。NO2气体通
过抽气泵以恒速输送到反应器中与鲁米诺溶液混合反应。气体流速采用质量流量计控制。
化学发光在微型流动气液界面反应器中进行(见图2)。反应器由聚甲基丙烯酸甲酯材料A和B
制成,A外部安装有气液出入口、压力传感器和温度传感器,并刻有气液通路,中央是反应床(40mm
6mmx5mm),反应床上固定有玻璃纤维(厚0.1cm,
使件电路
Unisearch),作为气液反应界面;B中央是石英玻璃窗,
Hardware circuit
与反应床相对。A和B通过0圈密封。化学发光通过
石英窗口被光电倍增管(PMT)接收。气液在反应器上
端混合,在底部分离。由于重力作用,液体不易被吸入
抽气泵。发光信号经光电倍增管放大后转換为电流信
进液口 Inlet
出气口Oule
号,再经过前置放大器放大并转换为电压信号输出。负
高压电源模块提供光电倍增管工作所需的负高压,同时
进气口 Inlet
出液口 Oulet
对光电倍增管产生的电流信号进行放大并转换为电压
的的
玻璃
Ouartz elas
信号。负高压输出采用外部控制电压来调节,并通过外
反应床
部显示电路实时显示当前的负高压。
数据采集系统的硬件电路采用单片机系统,主要功
图2化学发光及其检测系统结构示意图
能是实现发光信号的进一步放大、滤波、采集,并实现与
2 Schematic diagram of chemiluminescence and
计算机的数据通讯。单片机选用 Atmel公司的d
etection system
AT89S51,信号的放大采用程控放大器PCA103,数据采
集使用A/D转换芯片MAX197,数据通讯采用串口方式。软件主要包括单片机端程序与PC端程序两
个部分。单片机端程序采用汇编语言编写。单片机与PC通讯的数据格式为(仅使用通道0时)
FF1080 CHOL CHOH,其中前3个字节的数据FF1080,是一个数据帧的开始标志,CHOL和CHOH分