宋 萍

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第八地質(zhì)大隊(duì)，新疆 阿克蘇 843000）

水體重金屬離子污染是指重金屬離子的污染物對(duì)于水體造成污染，這一現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在礦冶、機(jī)械制造、化工等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重金屬?gòu)U水，這也是對(duì)水體污染最嚴(yán)重的工業(yè)廢水之一。目前對(duì)于水環(huán)境重金屬離子污染檢測(cè)工作大多采用原子吸收光譜法進(jìn)行檢測(cè)，但原子吸收光譜法的檢測(cè)精度較低，難以滿足相應(yīng)的要求。而氣相色譜聯(lián)用法可以對(duì)于有機(jī)物的含量進(jìn)行分析和檢測(cè)，而氣相色譜聯(lián)用法在檢測(cè)中具有高選擇性、高靈敏性的特點(diǎn)，可以用于工業(yè)廢水的檢測(cè)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們開始通過(guò)利用計(jì)算機(jī)仿真軟件的模擬結(jié)果對(duì)于儀器內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。并且也開始提出對(duì)于傳統(tǒng)的氣相色譜聯(lián)用法的相應(yīng)改善方案，比如改良儀器中靜電場(chǎng)的均勻性、優(yōu)化離子遷移儀的分辨率、改善有限元算法等一系列措施。氣相色譜聯(lián)用法是利用氣體作流動(dòng)相的色層分離分析方法。汽化的試樣被載氣（流動(dòng)相）帶入色譜柱中，柱中的固定相與試樣中各組份分子作用力不同，各組份從色譜柱中流出時(shí)間不同，組份彼此分離。采用適當(dāng)?shù)蔫b別和記錄系統(tǒng)，制作標(biāo)出各組份流出色譜柱的時(shí)間和濃度的色譜圖[1]。氣相色譜法對(duì)于溫度控制以及氣路控制要求較高，卻是分析有機(jī)物的重要手段。對(duì)于水環(huán)境重金屬離子污染檢測(cè)的工作，氣相色譜聯(lián)用法有著發(fā)展的潛力。

1 使用氣相色譜聯(lián)用法對(duì)水環(huán)境重金屬離子污染檢測(cè)

（1）水環(huán)境樣品溫度控制。首先要對(duì)于被測(cè)樣品的溫度進(jìn)行控制，建立PID控制器，PID控制器原理是用對(duì)偏差的比例、積分、微分這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行線性組合，以此參數(shù)組合為PID控制的控制量對(duì)于被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制?？刂扑惴ㄈ缦拢?/p>

在（1）以及（2）中，e(t)表示控制偏差、r(t)代表設(shè)定值、c(t)為實(shí)際輸出值、u(t)為輸出控制量、KP表示比例系數(shù)而T1代表積分時(shí)間常數(shù)、TD則是代表微分時(shí)間常數(shù)。在PID控制模塊中，時(shí)間積分常數(shù)值T1越小，積分作用也就越大，而反映偏差信號(hào)的變化規(guī)律主要是微分參數(shù)起作用。而溫度控制模塊是氣相色譜法中關(guān)鍵的控制模塊，對(duì)于溫控的精度要求達(dá)到0.1℃。溫度控制的精度影響著色譜定性定量參數(shù)的準(zhǔn)確性。首先使用溫度傳感器利用自身阻值對(duì)于溫度的敏感特性來(lái)反映部件的溫度，通過(guò)電路來(lái)將阻值轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，使用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為供計(jì)算機(jī)讀取的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)將被控部件的溫度值與設(shè)定溫度比較由PID控制器輸出控制信號(hào)，加熱裝置受信號(hào)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)被控物的溫度控制。完善對(duì)于水環(huán)境樣品的溫度控制，為之后使用氣相色譜聯(lián)用法進(jìn)行檢查打下基礎(chǔ)要素和必要條件。

（2）氣相色譜聯(lián)用法檢測(cè)。傳統(tǒng)氣相色譜聯(lián)用法采用穩(wěn)壓閥、穩(wěn)流閥等設(shè)備實(shí)現(xiàn)氣路的流量和壓力的控制，但是這種方法控制精度低而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。而采用電子壓力控制，由內(nèi)部壓力傳感器檢測(cè)氣路壓力，并將信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入PID控制器，再經(jīng)過(guò)PID控制器的計(jì)算得出控制信號(hào)，控制信號(hào)傳輸?shù)紻/A轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)輸送給控制閥，實(shí)現(xiàn)壓力的精確調(diào)控。氣路流量控制的計(jì)算公式如下：

在（3）中Q為色譜柱中載氣流量，單位mL/min；r為色譜柱內(nèi)徑單位cm、μ表示載氣動(dòng)力粘度，L為色譜柱長(zhǎng)度，單位為cm、Pi表示柱前壓、P0代表色譜柱出口壓力、pref為常壓101325Pa，Tref表示常溫298.15K、T表示色譜柱溫度。使用固定氣阻使壓力保持恒定，隨著壓差增大，流量也同時(shí)增加，利用電子壓力控制來(lái)控制壓差，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于氣路中氣體流量控制。重新改良后的氣相色譜聯(lián)用法的工作流程首先是使用高壓氣瓶提供氮?dú)鉃檩d氣，通過(guò)氣體凈化器去除污染雜質(zhì)，以提供純潔載氣，再通過(guò)前文改良的PID壓力控制程序，實(shí)現(xiàn)氣流壓力以及流量的控制，采集樣品在分流氣化室中實(shí)現(xiàn)必要的快速氣化，并且在穩(wěn)定載氣的攜帶下進(jìn)入色譜柱內(nèi)，在氣譜柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)各組分的分離，分離后在載氣的推進(jìn)下，進(jìn)入氫火焰離子化檢測(cè)器中，并且電離成帶電離子，并在作用下形成電流信號(hào)，電流信號(hào)通過(guò)微電流發(fā)大器放大后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入色譜工作站進(jìn)行分析，以達(dá)成氣相色譜聯(lián)用法的檢測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為了驗(yàn)證使用氣相色譜聯(lián)用法與原子吸收光譜法的優(yōu)劣性，使用氣相色譜聯(lián)用法與傳統(tǒng)的原子吸收光譜法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。而氣相色譜聯(lián)用法的氫氣流量為15mL/min、氮?dú)饬髁繛?0mL/min、空氣流量300mL/min。經(jīng)研究表明在此條件下氫火焰離子化檢測(cè)器的信噪比最低，檢測(cè)性能最優(yōu)。因考慮原子吸收光譜法無(wú)法進(jìn)行多元素分析，實(shí)驗(yàn)只使用兩種污染物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用500mL/min的甲苯、二甲苯融合溶液模擬水環(huán)境污染物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 檢測(cè)方法誤差率分析圖

如圖1所示，氣相色譜聯(lián)用法在檢測(cè)過(guò)程中的誤差率低于傳統(tǒng)的原子吸收光譜法。高精度的氣相色譜聯(lián)用法對(duì)于水環(huán)境重金屬離子污染檢測(cè)中的應(yīng)用更加合適。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)與水環(huán)境的重金屬離子污染檢測(cè)提出了新的檢測(cè)方法，并且給出了相應(yīng)的檢測(cè)流程，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，本文設(shè)計(jì)的氣相色譜聯(lián)用法對(duì)比傳統(tǒng)的檢測(cè)方法精度更高。但是本文設(shè)計(jì)中并未考慮成本問(wèn)題也是本文研究中的缺陷。希望本文設(shè)計(jì)可以給水環(huán)境下重金屬離子污染的檢測(cè)工作提供參考。