博碩士論文 87621008 詳細資訊




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姓名 陳韋立(wei-li Chen)  查詢紙本館藏   畢業系所 化學學系
論文名稱 大氣及水樣中揮發性有機氣體自動化分析技術之建立及應用
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摘要(中) 分析水樣時,系統利用氣動閥門組來控制樣品的吹氣捕捉及注射,並且利用可設定多段昇溫程式的電晶控溫器來準確控制吸附管捕捉及注射時的溫度,再經由視窗界面的自動控制軟體平台上撰寫Visual Basic指令,以控制整個分析流程,可準確的在設定時間下完成閥門的動作、吸附管吸、脫附的昇降溫及層析儀的啟動,以避免吹氣捕捉裝置的殘氣干擾或者其他的人為誤差。採用疏水性質的吸附劑,可以避免水氣的干擾。此系統可針對各種不同樣品如:人體尿液、牛奶、生化樣品、及其他水樣品進行自動分析,並且可以搭配不同廠牌層析儀及偵檢器進行選擇性偵測。在分析不同濃度標準品時具有良好的線性關係(R2=0.99之上)。本系統具有優良的線性關係、低殘留、及較不受水氣的干擾等優點。
而在大氣樣品的分析部份,利用自行設計組裝完成之前濃縮裝置,在完全不須使用任何液態氮降溫的情況之下,可以針對開放大氣或者是採樣罐中的C2到C12中數十種以上之碳氫化合物進行同時自動化的分析監測,每一次的分析時間在60分鐘之內完成,而且不須任何除水裝置。
裝置中包含兩組捕捉裝置,利用不同性質的吸附劑,在-30℃及室溫30℃時分別針對低碳數及高碳數的碳氫化合物進行捕捉,而控溫方面則利用具有PID(Proportional, Integral, Derivative)功能之微處理程序控溫器準確的控制吸附管吸附及脫附時的溫度,再分別熱脫附至Al2O3/KCl PLOT管柱來分離低碳物種(C2-C6),DB-1管柱分離高碳物種(C6-C12),充分地使用到PLOT及WCOT管柱的優點,並於個別管柱的缺失處互補之,分離後再以兩具火焰離子偵測器(FID)進行同時偵測。
在此裝置中,無論是在樣品前濃縮部份或者是在管柱聚焦方面均無須使用任何冷凍劑,因此免除了大量液態氮的使用,對於架設測站後的後勤補給的方便性上有相當大助益,並且可以得到相當良好的解析度及精確性,相較於商業儀器也有價格低廉的優點,因此對於設置VOCs無人監測網確實是一大利器,也在臭氧前驅物的研究上提供了即時的監測工具。而在2000/3-2000/5亦將此儀器架設於中央氣象局之氣象測站中,進行連續一個半月的連續無人量測,而量測所得的結果與其他污染物如NOx、CO的比對相當吻合,而且搭配氣象因子的比對,也可以解釋高污染事件的來源及成因。
關鍵字(中) ★ 揮發性有機氣體
★ 氣相層析儀
★ 火焰離子偵檢器
★ 電子捕獲偵檢器
關鍵字(英) ★ VOCs
★ GC
★ FID
★ ECD
論文目次 論 文 目 錄
目次 頁次
摘要 Ⅰ
目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅴ
表目錄 Ⅷ
第一章 前言
揮發性有機氣體 2
對環境、生態的影響 5
解決方法 11
第二章 分析原理及自動化分析系統之軟硬體架構
前濃縮原理及方法 13
前濃縮裝置基本硬體組成 18
自動控制用軟體 34
自動控制用硬體 38
第三章 水樣中揮發性有機氣體的分析
前言 42
水中VOCs的分析方法 43
儀器裝置 47
分析流程 52
實驗結果討論 57
結論 77
第四章 免除液態氮使用之C2-C12碳氫化合物自動分析裝置之建立
前言 78
採樣方式 80
免除液態氮使用之改善的主要方向 84
與商業化儀器的比較 87
雙管道前濃縮儀器裝置 91
分析流程 98
實驗結果與討論 102
結論 113
第五章 臺北市中央氣象局之連續無人分析結果
前言 116
測站地理位置 117
偵測結果 120
物種間之相關性 122
與NOx之平行比對 127
與風向、風速之平行比對 129
與鄰近EPA量測之CO資料比對 135
PLOT與DB-1比對 137
結論 141
第六章 總結 143
參考文獻 146
圖 目 錄
圖一 VOCs對於生態的影響 7
圖二 (a)閥門解剖圖(b)氣動閥實體圖 (c) 氣動閥實體圖 20
圖三 氣動閥轉向原理 21
圖四 電動閥轉向原理 23
圖五 單層床吸附管剖面圖 25
圖六 三層床吸附管剖面圖 25
圖七 吸附劑及吸附管實體圖 28
圖八 吸附管控溫原理圖 31
圖九 (a)DISP工作平台及圖示元件(b)設計完成之DISP平台 35
圖十 (a)TASK工作平台及圖示元件(b)設計完成之TASK平台 37
圖十一 自動控制用軟體界面卡(a)ADC卡(b)I/O卡(c)Relay卡 39
圖十二 軟體控制流程圖 40
圖十三 水樣中VOCs自動分析裝置之閥門轉向圖 (a)trapping(b)injection
圖十四 吹氣捕捉裝置剖面圖 51
圖十五 水樣中VOCs自動分析裝置吸附管控溫及分析流程圖 54
圖十六 BTEX 水樣標準品的線性關係 59
圖十七 40ppb BTEX標準品及空白樣品圖譜 60
圖十八 (a)人體尿液FID圖譜(b) 鋁箔包裝牛奶FID圖譜 62
圖十八 (c)人體尿液ECD圖譜(d) 鋁箔包裝牛奶ECD圖譜 63
圖十九 水樣中三氯乙烯及四氯乙烯之線性關係圖 65
圖二十 (a)自來水ECD圖譜(b) 空白水樣ECD圖譜 67
圖二十一 水中VOCs之十管自動吹氣捕捉進樣裝置 69
圖二十二 自行組裝之吹氣頭解剖圖 69
圖二十三 十向閥門搭配前濃縮裝置之閥門轉向圖 71
圖二十四 分析工作標準水樣之ECD圖譜 74
圖二十五 不同吹氣時間對平均感度之線性關係圖 76
圖二十六 不同進樣方式(a)採樣罐(b)即時分析之進樣口 81
圖二十七 ATD-400的基本架構及所使用的管柱 88
圖二十八 ATD-400的分析原理 88
圖二十九 ATD-400所分析出之圖譜(a)10ppb標準品圖譜(b)汽機車排放樣品圖譜
圖三十 雙管道進樣閥門轉向圖 93
圖三十一 不同口徑之傳輸管路及起始溫度對分析結果之影響 103
圖三十二 由Channel1的PLOT分析所得之工作標準品圖譜 106
圖三十三 由Channel2的DB-1分析所得之工作標準品圖譜 107
圖三十四 真實大氣樣品及空白樣品的圖譜比對(a)真實大氣樣品(b)空白樣品
圖三十五 分析不同進樣量標準品所得之線性關係 112
圖三十六 不同熱脫附溫度對波峰高比例圖 114
圖三十七 中央氣象局周遭地理位置照片 118
圖三十八 中央氣象局測站之大氣進樣口照片 119
圖三十九 置於測站內部之分析儀器 119
圖四十 2000/4/18-2000/5/12期間的Benzene感度變異圖 121
圖四十一 不同物種之間的相關係數圖(a)n-butane對iso-butane(b)propane對benzene
圖四十一 不同物種之間的相關係數圖(c)benzene對p-xylene(d)benzene對1,3,5-trimethyl benzene
圖四十二 benzene與NOx的濃度比對圖 128
圖四十三 benzene濃度變化與風向、風速比對圖 130
圖四十四 propane與benzene在不同期間的相關性圖 133
圖四十五 3-methyl benzene與benzene在不同期間的相關性圖 134
圖四十六 中央氣象局附近EPA測站所量測之CO濃度圖 136
圖四十七 系統內部比對圖(benzene)(toluene) 139
表 目 錄
表一 VOCs在不同地點或不同樣品所量得之濃度值 3
表二 不同種類之吸附劑及其物理性質 16
表三 分析水樣中VOCs之分析條件 53
表四 不同吹氣時間下針對十管分析工作標準水樣所得之再現性 74
表五 雙管道進樣裝置之比較表 92
表六 以前濃縮裝置分析工作標準品所得之再現性表現 110
表七 以前濃縮裝置分析不同體積工作標準品所得之線性關係 110
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指導教授 王家麟(Jia-Lin Wang) 審核日期 2000-7-15
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