激光光散射法與紅外分光光度法測定油煙的對比分析

樊曉翠 王樹德 滕世昌 李金瑩 許愛華 王福來 李德安

(1. 山東省計量科學(xué)研究院，濟南 250014 ；2.山東省社會公正計量行，濟南 250014；3.青島明華電子儀器有限公司，青島 266000；4.青島博睿光電科技有限公司，青島 266000；5.青島市生態(tài)環(huán)境局西海岸新區(qū)分局環(huán)境監(jiān)測中心，青島 266000)

1 引言

目前飲食業(yè)的油煙測量按照《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 18483—2001)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，利用等速采樣法采集煙道內(nèi)的油煙氣體，將油煙采集在采樣器內(nèi)，再利用金屬濾筒吸收和紅外分光光度法檢測[1]。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的采樣及分析方法雖然靈敏度較高，但存在采樣與分析樣品過程復(fù)雜；檢測時間周期長；檢測成本高以及導(dǎo)致已用試劑二次污染；對量大面廣的餐飲業(yè)的適用度不夠等問題，在執(zhí)法成本和手段上存在一定的局限性，在此可考慮采用激光光散射法快速檢測餐飲油煙排放濃度。

激光光散射法工作原理是當(dāng)激光照射到通過檢測位置的顆粒物時會產(chǎn)生微弱的光散射，在特定方向上的光散射波形與油煙粒徑有關(guān)，通過不同粒徑的波形分類統(tǒng)計及換算可以得到不同粒徑的實時顆粒物的質(zhì)量濃度，再經(jīng)過標(biāo)定裝置標(biāo)定得到油煙濃度數(shù)據(jù)。具有測量粒徑尺寸廣、適用范圍廣、重復(fù)性好、測量速度快、可在線測量等特點。

本實驗采用激光光散射法與紅外分光光度法的儀器進(jìn)行油煙采樣測量，對檢測結(jié)果的線性、重復(fù)性、檢測時長等方面展開分析。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1儀器

YQ3000C全自動煙塵測試儀(青島明華電子儀器有限公司)；MH3060油煙采樣管與濾筒(青島明華電子儀器有限公司)；MH3101型便攜式油煙檢測儀(青島明華電子儀器有限公司)；油煙發(fā)生裝置系統(tǒng)包含煙道、風(fēng)機、微量進(jìn)樣器(青島明華電子儀器有限公司)；KQ3200 超聲波清洗器(東莞市科橋超聲波設(shè)備有限公司)；MH-6紅外油煙測油儀及操作軟件(青島明華電子儀器有限公司)；比色皿；容量瓶；帶蓋聚四氟乙烯圓柱形套筒。

2.1.2試劑

四氯化碳(CCl4，優(yōu)級純，2930cm-1、2960cm-1、3030cm-1紅外光譜吸光度≤0.03，天津渤化化學(xué)試劑有限公司)；花生油(山東魯花集團(tuán)有限公司)；純凈水(杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司)。

2.2 采樣與測定

采樣布點選擇在實驗室油煙處理設(shè)施進(jìn)出口的垂直管段，并避開煙道彎頭和斷面急劇變化部位；采樣時間和頻次為連續(xù)采樣5次，每次10min；采樣工況為油煙發(fā)生裝置中不同濃度段。激光光散射法便攜式油煙檢測儀與全自動煙塵測試儀配備油煙采樣管同時進(jìn)行采樣，用等速采樣法抽取油煙煙道內(nèi)的氣體，將油煙吸附在油煙采集頭內(nèi)，將收集了油煙的采集濾筒置于帶蓋的聚四氟乙烯套筒中，回實驗室后，用四氯化碳做溶劑進(jìn)行超聲清洗，移入比色管中定容，用紅外分光光度法測定油煙的含量[2]。

2.3 兩種方法對比

試驗通過油煙發(fā)生裝置配比不同的油水比例，發(fā)生3組不同的油煙濃度段。其中，每組濃度進(jìn)行5次采樣，測量位置為油煙處理設(shè)施的進(jìn)口與出口，測量樣品總數(shù)為30個，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 兩種方法油煙濃度進(jìn)出口表

2.3.1線性回歸分析

表2 兩種方法油煙濃度進(jìn)出口濃度平均值

然后按公式(1)計算回歸曲線的相關(guān)系數(shù)r。

(1)

式中：r—比對測試回歸曲線相關(guān)系數(shù)。

j—計算平均值時，j取3；

根據(jù)公式計算得出r=0.9553，即兩組數(shù)據(jù)間的6組平均值相關(guān)性r為95.6%，此結(jié)果證明了兩種方法所測數(shù)據(jù)的相關(guān)性高，指標(biāo)良好。以激光光散射法為數(shù)據(jù)橫軸，紅外分光光度法數(shù)據(jù)為縱軸，兩種方法數(shù)據(jù)的相關(guān)性曲線如圖1所示。

圖1 兩種方法平均值之間的相關(guān)性分析

2.3.2重復(fù)性分析

對表1中的測量結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性分析，判定兩種方法所測數(shù)據(jù)的精密度。按公式(2)計算兩種方法中每組樣品濃度的重復(fù)性[3]。

(2)

式中：s—示值重復(fù)性，%。

xi—第i次的油煙濃度測量值，mg/m3。

根據(jù)公式計算得出兩種方法每組濃度的重復(fù)性數(shù)據(jù)，如表3所示。從表中可以看出，激光光散射法重復(fù)性數(shù)據(jù)均小于紅外分光光度法數(shù)據(jù)，即激光光散射法的數(shù)據(jù)重復(fù)性優(yōu)于紅外分光光度法。

表3 兩種方法油煙濃度進(jìn)出口濃度重復(fù)性

2.3.3檢測時長分析

采樣前：紅外分光光度法(T0)需要準(zhǔn)備濾筒并清洗(約15min)、晾干工作時長(約4h)；激光光散射法無此步驟。

采樣中：紅外分光光度法工作時長(T2)=放置濾筒至采樣管(約0.5min×30次)+采樣時長(T1約10min×5次×3組×2)+收置濾筒至聚四氟乙烯套筒中(約0.5min×30次)+記錄采樣工況體積數(shù)據(jù)(約0.5min×30次)；激光光散射法工作時長(T1約10min×5次×3組×2)即可完成整個檢測工作。

采樣后：紅外分光光度法需要分析濾筒工作時長(T3約420min)；激光光散射法無此步驟。

激光光散射法檢測時長(T1約150min)<紅外分光光度法檢測時長(T0+T2+T3約1020min)如表4所示，激光光散射法在設(shè)定采樣時間結(jié)束后，即可獲知測量濃度結(jié)果。

表4 兩種方法檢測時長比較

3 結(jié)論

通過油煙測量結(jié)果分析，可知激光光散射法測量數(shù)據(jù)與紅外分光光度法測量數(shù)據(jù)相關(guān)性很高(線性相關(guān)系數(shù)r為95.6%)；激光光散射法所測量的結(jié)果重復(fù)性優(yōu)于紅外分光光度法；并且激光光散射法檢測時長更短，測量速度快，能夠?qū)崟r查看油煙濃度的數(shù)值，大縮減了煙油測量工作的檢測時長，提高了煙油測量的工作效率。