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湖北空气染毒监测仪HB-KQ001

简要描述:有毒气体检测研究背景意义及国内外现状湖北空气染毒监测仪HB-KQ001
1有毒气体检测研究的背景及意义
沙林、梭曼、光气等神经毒气对人类的健康危害非常大,也是化学WQ中常用的致命性气体,极少量就可以导致人和动物的死亡或不等程度的伤害。

  • 产品型号:
  • 厂商性质:生产厂家
  • 更新时间:2023-05-30
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详细介绍

      以沙林毒气为例,沙林,学名甲氟膦酸异丙酯,英文名称Sarin,是二战期间德国纳粹研发的一种致命神经性毒气,化学式:(CH3)2CHOOPF(CH3),无色无味,通过过度刺激肌肉和重要器官影响神经系统产生致命效果。沙林可以通过呼吸道或皮肤黏膜侵入人体,杀伤力JQ,一旦散发出来,可以使1.2公里范围内的人死亡和受伤[2]。它分液态和气态两种形式,一滴针眼大小的沙林毒气液体就能导致一名成人很快死亡。

        中毒后表现为瞳孔缩小、呼吸困难、支气管痉挛和剧烈抽搐等,严重的数分钟内死亡。梭曼化学名称为JFL酸频哪酯,英文名Soman,1944年,德国诺贝尔奖金获得者理查德•库恩博士SC合成了梭曼。梭曼吸入毒性是沙林的2-4倍,皮肤毒性是沙林的5-10倍。它可通过呼吸道吸入,也可通过皮肤吸收等途径杀伤人畜,或使食物和水源染毒,经消化道进入体内。人若吸入几口高浓度的梭曼蒸气后,在一分钟之内即可致死,中毒症状与沙林相似。梭曼的另一特点是中毒作用快且无TX解药,因此有“最难防治的毒剂"之称[3]。光气的学名叫二氯碳酰,是一种无色、有烂干草味的气体,由英国化学家戴维首先于1812年合成。光气剧毒,是一种强刺激;窒息性气体。吸入光气引起肺水肿;肺炎等,具有致死危险。光气是一氧化碳与氯气在日光下合成,为无色气体,它能伤害人体呼吸器官,严重时导致人体死亡。

神经性毒气沙林、梭曼和窒息性毒气光气严重威胁到了人类的身心健康和人身安全。近几年,各大媒体频繁报道突发性毒气泄漏事件,人们对于突发性毒气泄漏给予越来越多的关注。世界范围内KB主义猖獗,毒气也可能成为KBFB利用的工具。在现代化战争中,对毒气的使用更是屡见不鲜。然而对于此类剧毒气体传统的检测方法大多因测试时间长,测试仪器操作繁杂,不易现场使用等特点而得不到推广,世界各发达国家一直在进行毒气检测的新方法、新技术、新仪器的研发,力求提供现代化的检测手段,保障国家和军队避免受到生化袭击威胁,监测毒气泄漏和环境污染。由于微型气体检测仪的操作者是现场人员,而非专业化工人员,为了能够在较大的地域内对毒气进行快速检测,这就要求毒气检测仪必须具有响应速度快、操作简单、微型化、便携式的特点。因此研制出一种微型、可靠、价格低廉的毒气检测仪对毒气种类的识别和痕量浓度的快速、准确检测工作具有十分重要的现实意义。

2 气体检测的研究现状分析

       相关学者很早就开始对毒气检测方法和检测技术进行了研究,20世纪30年代起,国外就开始进行研究开发气体传感器的工作,当时主要是用于厂矿和家庭的煤气、液化石油气、天然气以及瓦斯等有害气体的检测、控制和报警,并取得突出的成就;进入20世纪90年代以来,随着科学技术以及社会的发展,涌现出了各种毒气检测的新技术和新方法。在毒气检测的发展历程中,曾出现过三大类检测方法:湿化学法、基于气体传感器的传统检测法(不使用分光镜)和光学检测法(借助分光镜)。

国外的毒气检测技术具有多样性的特点,其中基于光谱分析的检测技术是当前比较流行的一种检测技术,该方法具有检测范围广、精度高、响应速度快等特点,可满足定性、定量检测等不同检测需求,其检测精度最高可达到ppb级。

差分吸收光谱技术(DOAS)的雏形于20世纪70年代由Noxon提出,而后Platt和Perner又将该技术推广并应用于对流层大气的研究,由于其具有连续、实时监测的优点,DOAS技术从此便在国外迅速发展,在大气污染监测、火山气体检测和烟气环境监测等中应用广泛。它是指,当光在大气中传输时,根据痕量污染气体成分在紫外和可见光波段的吸收光谱特征来反演其种类和浓度。目前,在气体污染物在线实时检测领域,美国AIM公司拥有发散紫外DOAS测量技术,包括开路式、探头式和抽取式气体检测仪,基于发散紫外DOAS测量技术的产品有AIM-9050、AIM-9060和AIM-9070,AIM-9070如图1所示;还有意大利ETG公司的UV Sentinel紫外大气环境监测仪,也采用了发散紫外DOAS测量技术,如图2所示。

      20世纪90年代中期,David W. T. Griffith和Bo Galle利用用于外场测量的开放光程傅里叶变换红外光谱(FTIR)系统检测环境气体,开始了使用FTIR系统检测大气环境的研究;而后,Rainer Haus和Klaus Schafer用FTIR研究大气痕量气体发射和吸收光谱。FTIR系统中,红外光源发射的辐射光经准直后以平行光出射,历经几百米光程后由望远系统接收,然后再经干涉仪后汇聚到红外探测器上进行信号的获取。干涉仪是FTIR系统中的关键器件,接收的光束分成两束分别射向两面反射镜,一面反射镜可以前后移动,并使两束光产生相位差,相位差由光谱的组分决定,同时,具有相位差的两束光干涉产生信号幅值变化,由探测器探测到干涉图后,经快速傅里叶变换得到气体组分的光谱数据。根据气体对特定波长的入射光的吸收作用,由该波长处的吸收峰值可以得到气体的浓度。

同样,还出现了可调谐激光二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术、气相色谱柱-离子迁移率谱(GC-IMS)气体检测技术和基于MDS(Metal Dielectric Semiconduct-or)传感器的气体检测技术等等。TDLAS是最近发展起来的一种高灵敏、高分辨率的大气痕量气体吸收光谱检测技术,国外基于TDLAS技术的气体浓度检测研究开展比较早,目前已实现对CH4、H2O、CO和CO2等气体的高灵敏度检测;国外GC-IMS系统已经被设计成便携手持式装置并投入使用,该装置对许多化学组分都具有很好的敏感性以及相对较好的选择性;基于MDS传感器的气体检测技术也是目前国内少有报道的一种检测技术,该技术可实现对H2S,NO2,NH3等多种气体的检测,精度可达到5~200ppb,但是由于检测原理的限制,该技术的检测范围受到较大限制。

国外毒气检测方法的研究具有前沿性,技术和仪器也比较,但是一个突出的问题便是仪器价格昂贵,这影响了毒气检测仪器的推广使用。

相对于国外的毒气检测研究,国内研究起步较晚,各种检测方法、技术和仪器相对较少,应用于实际中的气体检测仪种类也不多,用途也相对集中,主要是针对已知气体的检测和控制。基于金属气敏传感器的气体识别技术相对成熟,主要是利用一个带有金属气敏传感器的检测电路对被测气体进行检测,通过气体作用于金属传感器,导致传感器电阻性质发生变化,从而对被测气体进行定性和定量检测。这一技术又可以分为:单一传感器检测技术和基于传感器阵列的检测技术两种。

国内只有少数单位对DOAS技术以及系统进行了相关研究和开发,中科院安徽光机所主持开发了具有自主知识产权的机动车尾气在线监测系统——“可调谐红外激光差分吸收汽车尾气道边监测技术与系统研究";天津大学精密仪器与光电子工程学院的吴桢等进行了“DOAS系统设计及数据处理"研究;在实际测量中,由于系统噪声叠加在吸收光谱上,会影响测量精度,针对此问题,中科院安徽光机所的李素文等对“基于小波变换的差分吸收光谱数据处理方法"进行了研究,提出利用软阈值小波变换去躁,并得出软阈值小波去躁可以提高差分吸收光谱系统的测量精度和降低检测限的结论;被测气体周围环境对DOAS系统的测量精度有一定的影响,针对此问题,上海理工大学郑海明和蔡小舒对“二氧化氮可见光区内压力对吸收特性的影响"做了研究;东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室的邵理堂等对“温度对NO2差分吸收光谱特性影响的实验研究"做了相关研究和论述;东南大学能源与环境学院的汤光华等对“差分吸收光谱法在线测量烟气浓度实验研究"进行了相关论述;国内采用FTIR以及TDLAS技术技术对气体浓度进行检测也处于起步阶段,仅有少数学者进行相关方面的研究。




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