金屬濾筒吸收-紅外分光光度法測(cè)定淬火油煙的濃度

衡兆祥

（北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100076）

金屬濾筒吸收-紅外分光光度法測(cè)定淬火油煙的濃度

衡兆祥

（北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100076）

用自動(dòng)跟蹤法采集熱處理工藝中淬火油煙，將收集油煙的濾芯置于帶蓋的聚四氟乙烯套筒，用四氯化碳作溶劑進(jìn)行超聲清洗，清洗液移入容量瓶中定容，用紅外分光光度法測(cè)定油煙含量。在 0.0～100 mg／L 范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)淬火油質(zhì)量濃度實(shí)測(cè)值與與標(biāo)準(zhǔn)值呈良好的線性，相關(guān)系數(shù) r=0.9996。加標(biāo)回收率為 85.9%～106.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 1.05%～1.92% (n=6)，檢出限為 0.25 mg／m3。該方法靈敏度高，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，可用于企業(yè)油煙治理效果的驗(yàn)收檢測(cè)及環(huán)保部門對(duì)企業(yè)淬火油煙排放濃度的監(jiān)督監(jiān)測(cè)。

熱處理工藝；紅外分光光度法；淬火油煙

目前，我國航天、汽車、鐵道、造船、兵器、釆掘等行業(yè)中仍存有熱處理工藝的企業(yè)，熱處理過程中產(chǎn)生的油煙很大部分來自于淬火工藝中。工件加熱到淬火溫度后出爐，此時(shí)工件溫度在 800℃以上，熾熱工件進(jìn)入淬火油后，淬火油表面的油瞬間氣化并燃燒，隨之產(chǎn)生大量油煙。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，淬火油煙中含有大量苯并芘等致癌物［1］，這些油煙排放到生產(chǎn)車間會(huì)損害職工身體健康，排放到大氣環(huán)境中會(huì)造成大氣污染。隨著居民對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，熱處理企業(yè)自覺加強(qiáng)了對(duì)熱處理工藝中油煙的治理，環(huán)保主管部門也對(duì)這些企業(yè)加大了監(jiān)管力度。評(píng)判油煙處理效果最直接、有效的辦法是檢測(cè)油煙處理效率和油煙排放濃度是否達(dá)到相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

目前，國內(nèi)僅在少數(shù)氣體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)過一些油分檢測(cè)方法，尚未有系統(tǒng)的檢測(cè)氣體中油分的國家標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)闅怏w中油分含量較低，沒有專門的儀器設(shè)備直接測(cè)定其中的油含量，一般需要通過適當(dāng)?shù)姆绞蕉哭D(zhuǎn)移至吸收液或吸附材料，再利用分析設(shè)備進(jìn)行定量測(cè)定。

氣體中油含量的測(cè)定方法主要有紅外分光光度法、紫外分光光度法、重量法、比濁法、氣相色譜法、檢氣管法等，常用的是前 3 種方法［2-3］。飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)［4］規(guī)定飲食業(yè)油煙可釆用紅外分光光度法測(cè)定。ISO 8573-2 對(duì)于含油量較低的壓縮空氣及 DL／T 919-2005 對(duì)礦物油含量的測(cè)定均選用紅外光譜法［5-6］。我國對(duì)水及其它液體中的含油量測(cè)試制定了標(biāo)準(zhǔn) HJ 637-2012［7］，而對(duì)熱處理工藝中的油煙釆集及分析方法鮮有報(bào)道。

筆者在參照飲食業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn) (GB 18483-2001)釆樣及分析方法的基礎(chǔ)上［4］，建立了金屬濾筒釆集和紅外分光光度法分析淬火油煙的方法。該方法利用煙塵釆樣器配以專用油煙取樣管自動(dòng)釆集淬火油煙，具有樣品易收集、測(cè)試簡便、比檢氣管法準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。

1 紅外分光光度法測(cè)定油煙濃度的原理

大多數(shù)淬火油是石油衍生產(chǎn)品，石油的典型化學(xué)成分包括脂肪族、環(huán)烷族和芳香族衍生物［8］。一般油成分中都含有碳?xì)浠?，每一個(gè)碳?xì)浠?2930， 2960，3030 cm-1處都有不同的能量吸收帶。對(duì)任何一種油而言，這一吸收帶幾乎相同，不受其它物質(zhì)的干擾，且吸收量與樣品中的油濃度成正比［2］。當(dāng) 在波數(shù) 2930，2960，3030 cm-1處有 特 征吸收 峰（銳峰）時(shí)，這便是油的特征吸收峰，分別為 CH2，CH3，CH 的吸收峰，其總和即為油含量。根據(jù)這一原理，帶有紅外譜圖顯示功能的測(cè)油儀可進(jìn)行油品的定性定量分析［7］。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器與試劑

自動(dòng)煙塵測(cè)試儀：GH-60E 型，青島金仕達(dá)電子科技有限公司；

紅外分光測(cè)油儀：JDS-107U 型，吉林北光儀器廠；

油煙取樣管：釆集效率不低于 95%，青島金仕達(dá)電子科技有限公司；

四氯化碳：環(huán)保測(cè)油專用，含量不低于 99.3%，天津市化學(xué)試劑研究所；

超聲波清洗器：KQ-500E 型，昆山市超聲儀器有限公司；

電子天平：DT-100 型，感量為 0.1 mg，北京光學(xué)儀器廠；

標(biāo)準(zhǔn)淬火油：U8112 型，上海展彤潤滑油科技有限公司；

標(biāo)準(zhǔn)淬火油貯備液：1000 mg／L，準(zhǔn)確稱取 0.1 g標(biāo)準(zhǔn)淬火油，溶于適量四氯化碳中，并移入 100 mL 容量瓶，用四氯化碳稀釋定容至標(biāo)線。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 采樣

（1）釆樣位置。釆樣位置應(yīng)優(yōu)先選擇在垂直管段，避開油煙管道彎頭和斷面急劇變化部位，釆樣位置設(shè)置在距彎頭、變徑管下游方向不小于 3倍直徑，距上述部件上游方向不小于 1.5 倍直徑處。對(duì)矩形油煙管道，其當(dāng)量直徑 D=2AB／(A+B)，其中 A，B 為邊長。如果因釆樣現(xiàn)場(chǎng)位置所限，則釆樣斷面與彎頭的距離至少是管道直徑的 1.5 倍。

（2）釆樣點(diǎn)。當(dāng)排氣管截面積小于 0.5 m2時(shí)，只測(cè)一個(gè)點(diǎn)，超過上述截面積時(shí)，則按 GB／T 16157-1996 方法中有關(guān)規(guī)定執(zhí)行［9］。

（3）釆樣工況。企業(yè)正常生產(chǎn)負(fù)荷不低于75%，同時(shí)淬火工藝處于正常運(yùn)行狀態(tài)中。

（4）釆樣時(shí)間和頻次。在淬火油煙排放過程中，連續(xù)釆樣 3～4 次；如果淬火油煙不能連續(xù)排放，則間斷等時(shí)間釆集至少3個(gè)樣品。

（5）釆樣步驟。連接好釆樣系統(tǒng)，檢查整個(gè)系統(tǒng)的氣密性，接通儀器電源，自檢儀器，輸入釆樣點(diǎn)溫度、管徑等相關(guān)參數(shù)，選取合適釆樣嘴，裝入釆樣濾芯，擰緊釆樣頭，將取樣管伸入釆樣孔中，堵住釆樣孔，開始釆樣。釆樣時(shí)間為 10 min，連續(xù)釆集 3～4個(gè)樣品。

2.2.2 樣品處理

（1）向釆集到淬火油煙的濾芯聚四氟乙烯套筒中加入四氯化碳 12 mL，蓋好套筒蓋，將其置于超聲儀中，超聲清洗 10 min。

（2）將各套筒中清洗液移入 50 mL 容量瓶中，再向套筒中加入四氯化碳 12 mL，置于超聲儀清洗10 min。

（3）將上述清洗液移入容量瓶中，再用少許四氯化碳清洗濾芯濾筒 2 次，將清洗液移至上述 50 mL容量瓶，并用四氯化碳定容至標(biāo)線。

2.2.3 樣品測(cè)定

（1）儀器預(yù)熱 0.5 h 后，進(jìn)入測(cè)量界面，分別“調(diào)零”、“調(diào)滿度”，用四氯化碳建立測(cè)定平臺(tái)。

（2）校正系數(shù)檢驗(yàn)。為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，需對(duì)設(shè)定的校正系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，一般用國家環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)研究所研制的石油類標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行準(zhǔn)確度核查，具體方法：用石油類標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，用已有校正系數(shù)的儀器進(jìn)行測(cè)定，如果測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值相對(duì)誤差在 ±10% 以內(nèi)，則校正系數(shù)可釆用，否則重新測(cè)定校正系數(shù)并進(jìn)行檢驗(yàn)。

（3）標(biāo)準(zhǔn)工作曲線繪制。分別移取適量標(biāo)準(zhǔn)淬火油貯備液，于 6 只 50 mL 潔凈容量瓶中，用四氯化碳稀釋至標(biāo)線，配制成質(zhì)量濃度為 0，2，5，20，50，100 mg／L 標(biāo)準(zhǔn)系列。分別進(jìn)行測(cè)定，得出系列測(cè)定值。以實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度對(duì)配制質(zhì)量濃度進(jìn)行線性回歸，得淬火油標(biāo)準(zhǔn)工作曲線方程。

（4）測(cè)定。將待測(cè)樣品溶液倒入 4 cm 石英比色杯，放入比色池，進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)樣品測(cè)量 3 次，以平均值作為測(cè)量結(jié)果。

（5）結(jié)果計(jì)算。管道中淬火油煙排放濃度按下式計(jì)算：

c——油煙排放濃度，mg／m3；

c1——濾筒清洗液油煙質(zhì)量濃度，mg／L ；

V——濾筒清洗液稀釋定容體積，mL ；

V0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)干煙氣釆樣體積，m3；

a，b——回歸系數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 標(biāo)準(zhǔn)淬火油選擇

油的種類很多，不同種類油的成分差別較大，用分光光度法測(cè)定時(shí)，其吸收譜帶有一定區(qū)別，所以標(biāo)準(zhǔn)油選擇是否恰當(dāng)是含油量測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。應(yīng)盡可能選用與污染源種類相同或相近的油品配制標(biāo)準(zhǔn)溶液［3］，本實(shí)驗(yàn)選用上海展彤潤滑油科技有限公司的長城牌 U8112 淬火油作為標(biāo)準(zhǔn)淬火油。

3.2 濾芯及聚四氟乙烯套筒的處理

濾芯及聚四氟乙烯套筒在釆樣前需用四氯化碳反復(fù)清洗，至測(cè)得清洗液中總油的質(zhì)量濃度不大于 0.3 mg／L，以保證濾芯及聚四氟乙烯套筒不受污染。

3.3 測(cè)量結(jié)果的校正

對(duì)淬火油標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表1。以實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度(Y)對(duì)配制質(zhì)量濃度(X)進(jìn) 行 線性回歸，得淬火油標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性回歸方程Y=0.6597X+0.4440，相關(guān)系數(shù) r=0.9996。對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)定，將測(cè)量值代入線性回歸方程中，計(jì)算得淬火油煙質(zhì)量濃度校正值。

表1 淬火油標(biāo)準(zhǔn)系列測(cè)定結(jié)果 mg／L

3.4 采樣過程質(zhì)量控制

應(yīng)在企業(yè)滿足正常生產(chǎn)負(fù)荷且熱處理工藝正常運(yùn)行狀況下，進(jìn)行淬火油煙的檢測(cè)。計(jì)量裝置應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)用標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)；釆樣頻次和釆樣時(shí)間、釆樣點(diǎn)位設(shè)置、釆樣方法要嚴(yán)格按照國家有關(guān)污染物監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行；釆樣前必須進(jìn)行系統(tǒng)氣密性檢查；溫度測(cè)量時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)位于排煙管道中心；進(jìn)行排氣壓力測(cè)定時(shí)，要先調(diào)零點(diǎn)，S 型皮托管的全壓孔應(yīng)正對(duì)氣流方向，偏差不得超過 10°；樣品釆樣結(jié)束后，打開釆樣蓋，將濾芯倒入聚四氟乙烯套筒中，蓋上蓋，不得用手接觸；釆樣過程中油煙釆樣跟蹤率（油煙釆集速度與排氣筒中油煙流速之比）保持在 1.0±0.1，否則應(yīng)重新釆樣。

3.5 精密度與加標(biāo)回收試驗(yàn)

按 2.2 實(shí)驗(yàn)方法，取 4 只空白濾芯聚四氟乙烯套筒，用四氯化碳清洗，將清洗液進(jìn)行空白測(cè)定，測(cè)定結(jié)果的平均值為 23 μg，分別加入 500，1000，2000 μg 標(biāo)準(zhǔn)淬火油，進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，測(cè)定結(jié)果見表2。由表2 可知，回收率為 85.9%～106.2%。

表2 回收率和精密度試驗(yàn)結(jié)果 (n=6)

3.6 方法檢出限

現(xiàn)有國產(chǎn)測(cè)油儀能準(zhǔn)確測(cè)量 0.5 mg／L 標(biāo)準(zhǔn)石油類溶液（準(zhǔn)確度在 90%～110% 之間），在實(shí)際工作中，油煙的釆樣體積不低于 100 L，解析液為 50 mL，根據(jù)公式 c檢出限=(0.5 mg／L×50 mL)／100 L 計(jì)算本方法油煙排放濃度的檢出限為 0.25 mg／m3。

3.7 樣品保存期試驗(yàn)

取 6 只空白濾芯聚四氟乙烯套筒，分成 2 組，分別加入 0.5 mL 標(biāo)準(zhǔn)淬火油貯備液，當(dāng)日測(cè)定 3 個(gè)樣品，取平均值；另 3 個(gè)樣品加蓋密封，置于冰箱中不高于 4℃下低溫保存，7 d 后取出測(cè)定，2 組樣品測(cè)定結(jié)果見表3。由表3 可知，第 7 d 后的測(cè)定值與當(dāng)天測(cè)定值的偏差在 5% 以內(nèi)，表明油煙樣品在不高于4℃時(shí)可保存 7 d。

表3 樣品保存期試驗(yàn)結(jié)果

3.8 污染控制

由于本法從釆樣到分析，操作步驟較多，影響因素復(fù)雜，因此在整個(gè)釆樣和分析過程中應(yīng)分別控制濾芯和聚四氟乙烯套筒、容量瓶、移液管、四氯化碳、比色杯等，保證其不受污染。檢驗(yàn)方法：建立的四氯化碳平臺(tái)曲線應(yīng)平滑，無毛刺；用四氯化碳對(duì)參與釆樣和分析過程的濾芯和聚四氟乙烯套筒、容量瓶、移液管等進(jìn)行清洗，將清洗液分別進(jìn)行測(cè)定，直至測(cè)定值小于儀器檢出限。

4 結(jié)語

釆用金屬濾筒吸收-紅外分光光度法測(cè)定淬火油煙濃度，方法具有樣品易收集，測(cè)試簡便，靈敏度、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。該方法可用于企業(yè)油煙治理效果的驗(yàn)收檢測(cè)，也可用于環(huán)保部門在環(huán)境管理中對(duì)企業(yè)淬火油煙排放濃度的監(jiān)督監(jiān)測(cè)。

［1］ 葉勝輝 .油煙廢氣危害及其凈化設(shè)備探討［J］.安全與健康，2005(7): 25-27.

［2］ 陸鑫，徐章法，施漢 .壓縮空氣中微量油測(cè)定方法的現(xiàn)狀與展望［J］.江蘇科技，2007(6): 96-98.

［3］ 陳鷹，沈斌 .氣體中油含量測(cè)定方法的研究現(xiàn)狀［J］.低溫與特氣，2009(8): 11-14.

［4］ GB 18483-2001 飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)飲食業(yè)油煙釆樣方法及分析方法［S］.

［5］ ISO 8573-2 測(cè)定懸浮狀油含量的試驗(yàn)方法［S］.

［6］ DL／T 919-2005 六氟化硫氣體中礦物油含量測(cè)定法 (紅外光譜分析法 )［S］.

［7］ HJ 637-2012 水質(zhì)石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定紅外分光光度法［S］.

［8］ 樊東黎，潘健生，徐躍明，等 .熱處理技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009: 164-165.

［9］ GB／T 16157-1996 固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物釆樣方法［S］.

Determination of Quenching Oil Fumes Concentration by Metal Filter Cylinder-Absorption and Infrared Spectrophotometry

Heng Zhaoxiang
(Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology, Beijing 100076, China)

Quenching oil fume in the heat treatment process was collected with automatic tracking method. Fiter which collected oil fumes was placed in te fl on sleeve with lid. Ultrasonic cleaning was carried out in lab, cleaning liquid was moved in the volumetric fl ask, then oil content was determined by infrared spectrophotometry. In the range of 0.0-100 mg／L, standard oil concentration detection value was linear with standard value, the correlation coef fi cient r=0.9996. The recovery was 85.9%-106.2%, the relative standard deviation was 1.05%-1.92%(n=6), and the detection limit was 0.25 mg／m3. The method is sensitive and accurate, it can be used for testing the effect of enterprises oil fume control, and environmental protection department supervision and monitoring in enterprises fume emission concentration.

heat treatment process; infrared spectrophotometry; quenching oil

O657.3

A

1008-6145(2014)05-0068-04

聯(lián)系人：衡兆祥；E-mail: jshzx2006@163.com

2014-06-28

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.05.023