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VOCs监测仪

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商品信息

  一、VOCs简介

  在我国,VOCs(volatile organic compounds)挥发性有机物,是指常温下饱和蒸汽压大于70 Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物,或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10 Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。

  二、挥发性有机化合物

  VOCs是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写。其定义有好几种,例如,美国ASTM D3960-98标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物。美国联邦环保署(EPA)的定义:挥发性有机化合物是除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外,任何参加大气光化学反应的碳化合物。世界卫生组织(WHO,1989)对总挥发性有机化合物(TVOC)的定义为,熔点低于室温而沸点在50~260℃之间的挥发性有机化合物的总称。有关色漆和清漆通用术语的国际标准ISO 4618/1-1998和德国DIN 55649-2000标准对VOC的定义是,原则上,在常温常压下,任何能自发挥发的有机液体和/或固体。同时,德国DIN 55649-2000标准在测定VOC含量时,又做了一个限定,即在通常压力条件下,沸点或初馏点低于或等于250℃的任何有机化合物。巴斯夫公司则认为,最方便和最常见的方法是根据沸点来界定哪些物质属于VOC,而最普遍的共识认为VOC是指那些沸点等于或低于250℃的化学物质。所以沸点超过250℃的那些物质不归入VOC的范畴,往往被称为增塑剂。

  这些定义有相同之处,但也各有侧重。如美国的定义,对沸点初馏点不作限定,强调参加大气光化学反应。不参加大气光化学反应的就叫作豁免溶剂,如丙酮、四氯乙烷等。而世界卫生组织和巴斯夫则对沸点或初馏点作限定,不管其是否参加大气光化学反应。国际标准ISO 4618/1-1998和德国DIN 55649-2000标准对沸点初馏点不作限定,也不管是否参加大气光化学反应,只强调在常温常压下能自发挥发

  可将这些VOC的定义分为二类,一类是普通意义上的VOC定义,只说明什么是挥发性有机物,或者是在什么条件下是挥发性有机物;另一类是环保意义上的定义,也就是说,是活泼的那一类挥发性有机物,即会产生危害的那一类挥发性有机物。非常明显,从环保意义上说,挥发和参加大气光化学反应这两点是十分重要的。不挥发或不参加大气光化学反应就不构成危害。这也就是欧洲将溶剂按光化臭氧产生潜力来分类的原因。

  根据WHO定义,挥发性有机化合物(VOC)是指在常温下,沸点50℃-260℃的各种有机化合物。VOC按其化学结构,可以进一步分为:烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他等。目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(TDI)、二异氰甲苯酯等。

  甲醛也是挥发性有机化合物,但甲醛易溶于水,与其他挥发性有机化合物有所不同,室内来源广泛,释放浓度也高。因此,常把甲醛与其他挥发性有机化合物分别阐述。

  除甲醛以外,绝大多数挥发性有机化合物一般都不溶于水而易溶于有机溶剂。在室内它们各自的浓度往往不是很高,但是若干个VOC共同存在于室内空气中时,其联合作用是不可忽视的。由于它们种类多,单个组分的浓度低,常用于TVOC表示室内中的挥发性有机化合物总量的。TVOC是衡量建筑物内装饰装修和家具等室内用品。对室内空气质量影响程度的一项重要指标。

  室内可挥发性有机化合物的主要来源

  室内空气中挥发性有机化合物的来源与室内甲醛类似,且更为广泛,主要来源有:

  1、建筑材料、室内装饰材料和生活及办公用品。例如:有机溶剂、油漆、及含水涂料;

  2、家用燃料和烟叶的不完全燃烧,人体排泄物;

  3、室外的工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等;

  影响室内空气中挥发性有机化合物浓度的主要因数

  影响室内空气中挥发性有机化合物与室内温度、相对湿度、材料的装载度、换气次数(室内空气流通量)等因数有关。

  三、防治治理技术政策原则

  一、总则

  (一)为贯彻《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》等法律法规,防治环境污染,保障生态安全和人体健康,促进挥发性有机物(VOCs)污染防治技术进步,制定本技术政策。

  (二)本技术政策为指导性文件,供各有关单位在环境保护工作中参照采用。

  (三)本技术政策提出了生产VOCs物料和含VOCs产品的生产、储存运输销售、使用、消费各环节的污染防治策略和方法。VOCs来源广泛,主要污染源包括工业源、生活源。

  工业源主要包括石油炼制与石油化工、煤炭加工与转化等含VOCs原料的生产行业,油类(燃油、溶剂等)储存、运输和销售过程,涂料、油墨、胶粘剂、农药等以VOCs为原料的生产行业,涂装、印刷、粘合、工业清洗等含VOCs产品的使用过程;生活源包括建筑装饰装修、餐饮服务和服装干洗。

  石油和天然气开采业、制药工业以及机动车排放的VOCs污染防治可分别参照相应的污染防治技术政策。

  (四)VOCs污染防治应遵循柏美迪康源头和过程控制与末端治理相结合的综合防治原则。在工业生产中采用清洁生产技术,严格控制含VOCs原料与产品在生产和储运销过程中的VOCs排放,鼓励对资源和能源的回收利用;鼓励在生产和生活中使用不含VOCs的替代产品或低VOCs含量的产品。

  (五)通过积极开展VOCs摸底调查、制修订重点行业VOCs排放标准和管理制度等文件、加强VOCs监测和治理、推广使用环境标志产品等措施,到2015年,基本建立起重点区域VOCs污染防治体系;到2020年,基本实现VOCs从原料到产品、从生产到消费的全过程减排。

  四、关键成分解释

  苯:苯在常温下为一种高度易燃,有香味的无色的液体,为一种有机化合物,也是组成结构最简单的芳香烃。苯有高的毒性,也是一种致癌物质。它难溶于水,易溶于有机溶剂,本身也可作为有机溶剂。苯也是石油化工的基本原料,苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。苯(benzene, C₆H₆)有机化合物,是组成结构最简单的芳香烃,在常温下为一种无色、有甜味的透明液体,其密度小于水,具有强烈的特殊气味。可燃,有毒,为IARC****类致癌物。苯不溶于水,易溶于有机溶剂,本身也可作为有机剂。熔点为5.5℃,沸点为80.1℃。如用水冷却,可凝成无色晶体。其碳与碳之间的化学键介于单键与双键之间,称大π键,因此同时具有饱和烃取代反应的性质和不饱和烃加成反应的性质。苯的性质是易取代,难氧化,难加成。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。苯具有的环系叫苯环,是最简单的芳环。苯分子去掉一个氢以后的结构叫苯基,用Ph表示。因此苯也可表示为PhH。

  无色透明液体。有芳香气味。具强折光性。易挥发。能与乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳、二硫化碳、冰乙酸和油类任意混溶,微溶于水。燃烧时的火焰光亮而带黑烟。相对密度(d154)0.8787。熔点+5.5℃。沸点80.1℃。折光率(n20D)1.50108。闪点(闭杯) -11.1℃。易燃。低毒,半数致死量(大鼠,经口) 3800mG/kG。有致癌可能性。密度比水小。

  甲苯:无色澄清液体。有苯样气味。有强折光性。能与乙醇、 乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶,极微溶于水。相对密度0.866。凝固点-95℃。沸点110.6℃。折光率 1.4967。闪点(闭杯) 4.4℃。易燃。蒸气能与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限1.2%~7.0%(体积)。低毒,半数致死量(大鼠,经口)5000mg/kg。高浓度气体有麻醉性。有刺激性。

  甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂,也是有机化工的重要原料,但与此同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比,目前的产量相对过剩,因此相当数量的甲苯用于脱烷基制苯或岐化制二甲苯。甲苯衍生的一系列中间体,广泛用于染料;医药;农药;火炸药;助剂;香料等精细化学品的生产,也用于合成材料工业。甲苯进行侧链氯化得到的一氯苄;二氯苄和三氯苄,包括它们的衍生物苯甲醇;苯甲醛和苯甲酰氯(一般也从苯甲酸光气化得到),在医药;农药;染料,特别是香料合成中应用广泛。甲苯的环氯化产物是农药;医药;染料的中间体。甲苯氧化得到苯甲酸,是重要的食品防腐剂(主要使用其钠盐),也用作有机合成的中间体。甲苯及苯衍生物经磺化制得的中间体,包括对甲苯磺酸及其钠盐;CLT酸;甲苯-2,4-二磺酸;苯甲醛-2,4-二磺酸;甲苯磺酰氯等,用于洗涤剂添加剂,化肥防结块添加剂;有机颜料;医药;染料的生产。甲苯硝化制得大量的中间体。可衍生得到很多最终产品,其中在聚氨酯制品;染料和有机颜料;橡胶助剂;医药;炸药等方面最为重要。甲苯可与浓硝酸反应生成三硝基甲苯(即TNT)

  苯乙烯:

  苯乙烯(Styrene,C8H8)是用苯取代乙烯的一个氢原子形成的有机化合物,乙烯基的电子与苯环共轭,不溶于水,溶于乙醇、乙醚中,暴露于空气中逐渐发生聚合及氧化。工业上是合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体。最重要的用途是作为合成橡胶和塑料的单体,用来生产丁苯橡胶、聚苯乙烯、泡沫聚苯乙烯;也用于与其他单体共聚制造多种不同用途的工程塑料。如与丙烯腈、丁二烯共聚制得ABS树脂,广泛用于各种家用电器及工业上;与丙烯腈共聚制得的SAN是耐冲击、色泽光亮的树脂;与丁二烯共聚所制得的SBS是一种热塑性橡胶,广泛用作聚氯乙烯、聚丙烯的改性剂等。

  苯乙烯主要用于生产苯乙烯系列树脂及丁苯橡胶,也是生产离子交换树脂及医药品的原料之一,此外,苯乙烯还可用于制药、染料、农药以及选矿等行业。

  三氯乙烯:

  三氯乙烯,乙烯分子中3个氢原子被氯取代而生成的化合物。难溶于水,溶于乙醇、乙醚等。三氯乙烯为可燃液体,遇到明火、高热能够引发火灾爆炸的危险。三氯乙烯曾用作镇痛药和金属脱脂剂,可用作萃取剂、杀菌剂和制冷剂,以及衣服干洗剂。长期接触可引起三叉神经麻痹等病症。该物质对环境有严重危害,应特别注意对空气、水环境及水源的污染。在对人类重要食物链中,特别是在水生生物体中发生生物蓄积。

  折叠健康危害

  侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。

  健康危害:本品主要对中枢神经系统有麻醉作用。亦可引起肝、肾、心脏、三叉神经损害。

  折叠环境行为

  危险特性:遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与强氧化剂接触可发生化学反应。受紫外光照射或在燃烧或加热时分解产生有毒的光气和腐蚀性的盐酸烟雾。

  燃烧(分解)产物:一氧化碳、二氧化碳、氯化氢、光气。

  外观与性状:无色透明液体,有似氯仿的气味。

  熔点(℃):-87.1相对密度(水=1):1.46沸点(℃):87.1相对蒸气密度(空气=1):4.53

  分子式:C2HCl3分子量:131.39饱和蒸气压(kPa):13.33(32℃)燃烧热(kJ/mol):961.4临界温度(℃):271临界压力(MPa):5.02辛醇/水分配系数的对数值:2.4爆炸上限%(V/V):90.0引燃温度(℃):420爆炸下限%(V/V):12.5

  溶解性:不溶于水,溶于乙醇、乙醚,可混溶于多数有机溶剂。

  三氯甲烷:

  无色透明液体。有特殊气味。味甜。高折光,不燃,质重,易挥发。纯品对光敏感,遇光照会与空气中的氧作用,逐渐分解而生成剧毒的光气(碳酰氯)和氯化氢。可加入0.6%~1%的乙醇作稳定剂。能与乙醇、苯、乙醚、石油醚、四氯化碳、二硫化碳和油类等混溶、 25℃时1ml溶于200ml水。相对密度1.4840。凝固点-63.5℃。沸点61~62℃。折光率1.4476。低毒,半数致死量(大鼠,经口)1194mg/kg。有麻醉性。有致癌可能性。有机合成原料,主要用来生产氟里昂(F-21、F-22、F-23)、染料和药物,在医学上,常用作麻醉剂。可用作抗生素、香料、油脂、树脂、橡胶的溶剂和萃取剂。与四氯化碳混合可制成不冻的防火液体。还用于烟雾剂的发射药、谷物的熏蒸剂和校准温度的标准液。工业产品通常加有少量乙醇,使生成的光气与乙醇作用生成无毒的碳酸二乙酯。使用工业品前可加入少量浓硫酸振摇后水洗,经氯化钙或碳酸钾干燥,即可得不含乙醇的氯仿。

  三氯乙烷:

  三氯乙烷(trichloroethane)也称甲基氯仿(methyl chloroform),是一种不易爆、不易燃的有气味的无色液体,有毒!本品用作偏二氯乙烯的原料,树脂的中间体,农业上的熏蒸剂、杀虫剂、油脂、蜡、橡胶、醋酸纤维的溶剂、染料、香料的萃取剂等,高剂量有麻醉作用,严重时可导致死亡。三氯乙烷几乎不溶于水,与乙醇、乙醚、氯苯互溶,溶于挥发油中,在潮湿空气中遇光分解缓慢,工业品中一般加入甲酚或硬脂三乙醇胺盐作稳定剂,溶剂和工业生产中的萃取剂。还可用作干洗剂及金属表面的脱油剂,也是化工原料(如生产一氯醋酸等)。医学上曾用作麻醉药物。与钛白粉,二氯乙烷,合成修正液。三氯乙烷比重1.4649,沸点 113.5 ℃,于— 84.8 ℃固化,折光率 1 。 15560( 25 ℃),几乎不溶于水,与乙醇、乙醚、氯苯互溶,溶于挥发油中,在潮湿空气中遇光分解缓慢。三氯乙烷广泛运用与清洗PCB焊后残渣,为无色透明液体,有芳香气味,不溶于水,能与醇、醚、苯、氯仿、丙酮、乙酸乙酯、四氯化碳等有机溶剂互溶,能溶解油脂、润滑油、蜡。有硫酸存在时,在加压升温条件下会水解。不燃,化学稳定性好,耐压性高,电导率低。

  二异氰酸酯:

  脂肪族和脂环族二异氰酸酯(ADI)是一类具有-N=C=O官能团的特殊化学品,主要用作制造聚氨酯材料的原料。聚氨酯材料由二异氰酸酯与聚醚多元醇或聚酯多元醇经聚合而制得,具有不黄变和良好的应用性能,被广泛用作工业和汽车的聚氨酯涂料。

  FID是利用氢/空气火焰的热能和化学能;NPD是利用热固体表面的催化能和热能;ECD是利用放射源的β射线能量;PID是利用紫外光辐射能。一个理想的电离检测器,总是通过几何构型和操作条件的选择,使其对样品的电离信号****而本底或背景电离信号最小,唯有ECD相反,其样品信号是高本底信号的减小值。

  电离检测器的总效率取决于电离效率和离子的收集效率。电离效率主要决定于电离源,以后将分别介绍。所有电离检测器均有收集极和极化极,在此二电极之间加一电场,使正、负离子和电子能定向运动。收集极和极化极的形状和位置,对收集效率有显著的影响,以后将分别讨论。因收集到的微电流十分低,故要求收集极绝缘性十分好,以免损失。因检测器要求在高温工作,故收集极的绝缘必须用耐高温的绝缘材料,这对一个好的电离检测器十分重要。所有电离检测器收集到的微电流均十分弱,都必须经过微电流放大器进一步放大后才能记录。现代GC微电流放大器能检测的最小噪声为

  A,****测量信号为

  A,响应时间最快达50ms。

  (二)FID工作原理和检测电路

  从毛细管柱(1)后流出的气体在喷嘴(2)处与从(3)进入的氢气以及(4)进入的尾吹气混合,用点火灯丝(5)点燃氢火焰,从(6)通入空气助燃。极化极(7)和收集极(8)通过高电阻、基流补偿和50-350V的直流电源(E)组成检测电路,测量氢焰中产生的微电流,检测电路又是微电流放大器的输入。

  该电路在收集和极化极间形成一高压静电场。当仅有载气从柱后流出时,因载气(N2)本身不会被电离,只有载气中的有机杂质和流失的固定液在氢火焰中被电离成正、负离子和电子。在电场作用下,正离子移向收集极(负极),负离子和电子移向极化极(正极)。形成的微电流流经输入电阻R1在其两端产生电压降Uin。它经微电流放大器放大后,从输出衰减器中取出信号,在记录器记录下即为基流,或称本底电流、背景电流。只要载气流速、柱温等条件不变,该基流亦不变。如载气纯度高,流速小,柱温低或固定相耐热性好,基流就低,反之就高。为了易于测得微电流的微小变化(即很小信号),希望基流越小越好,但实际上总有一定大小的基流。通常,通过调节R5加上一个反向的补偿电压,使流经输入电阻的基流降至零,此即所谓“基流补偿”。一般在进样前均要用基流补偿,将记录器上的基线调至零。进样后,载气和分离后的组分一起从柱后流出,氢火焰中增加了组分被电离后产生的正、负离子和电子,从而使电路中收集的微电流显著增大,此即该组分的信号。该信号大小与单位时间进入火焰中物质的碳原子数成正比,即“等碳响应”。

  (三)响应机理

  近40年来,FID的响应机理一直未明确,近年才明朗化。进一步了解氢火焰及FID的响应

  机理,对深入理解工作原理、正确选择检测条件都是有益的。

  1.氢火焰

  FID的氢/空气火焰是一种典型的扩散焰。柱后流出物与H2混合后从火焰的中心流出,空气在火焰四周。氢燃烧所需的氧必须通过火焰外围向内扩散才能得到。扩散焰的特征是火焰中产生的基团和内、外火焰温度变化极大。如FID内火焰为富氢焰,外火焰为富氧焰,它们之间即是H2和O2的混合区。在此又随火焰高度不同,发生不同的火焰化学和火焰电离反应。

  2.响应机理

  烃类的响应机理较简单,非烃类比较复杂。

  (1)烃类1996年T.Holm等将氢火焰中的成分直接引至MS的离子源内,研究了火焰不同高度成分的变化后指出:在火焰下部,从燃烧区向内扩散的氢原子流量较大,烃类首先产生热氢解作用,形成甲烷、乙烯和乙炔的混合物。然后这些非甲烷烃类与氢原子反应,进一步加氢成饱和烃。在低于"%%=温度下,>—> 键断裂,****所有的碳均转化成甲烷,如式3-10-16所示:

  此过程极快。

  芳烃,如苯先加氢形成环己烷,再转化成甲烷。且1mol苯定量转化成6mol甲烷。

  总之,在火焰中是将不同烃分子中的每个碳原子均定量转换成最基本的、共同的响应单位———甲烷,然后再经过式(3-10-17)化学电离过程产生信号:

  所以,FID对烃类是等碳响应。当然,反应式(3-10-17)需要次甲基,而在C原子中产生CH的几率仅

  ,因此,FID最终产生信号的效率是极低的。

  (2)非烃类对非烃类响应机理比较复杂,随所含官能团不同而异。基本规律是不与杂原子相连的碳(C)均转化成甲烷。杂原子及其相连碳(C杂)的转化产物见表3-10-17。

  表3-10-17 非烃类在FID火焰中的转化产物

  C杂的转化产物是两个竞争反应的结果。如醉的RMRs随烃基而异,是因为C-O键存在着氢化和脱氢反应的竞争。如甲醇的两个竞争反应为式(3-10-18)和式(3-10-19):

  联系人: 刘星宇电 话: 一八八零九二二九零三五

  如按反应式(3-10-19),甲醇无响应。但甲醇的有效碳数(ECN)是0.75,因此,实际上甲

  醇在FID火焰中是反应式(3-10-18)和反应式(3-10-19)共存,且前者是后者的三倍。对多碳醇,也是二种反应并存:一是热诱导消除水,继之以烯烃还原,产生甲烷的反应;另一是在!位的C—C断裂和C—H断裂,产生CO的反应。醇的ECN低于相应烃类,乙醇的ECN为1.70,表明消除反应是主要的,只有30%是氧携带碳转化成CO。

  胺类与醇类类似,也有一系列竞争反应。以甲胺为例,在FID火焰中是式(3-10-20)和式(3-10-21)并存,多碳胺同多碳醇,也是消除反应和C—C断裂、脱氢形成HCN二反应并存。

  卤代烃在FID火焰中,也同时发生着消除反应和脱氢化反应,但它们均转化成甲烷分子。如1-氯丁烷在火焰中氢解成4个甲烷分子HCl。对一个碳原子上有几个卤原子的化合物,如CH2Cl2、CHCl3和CCl4,在火焰中也只发现CH4和HCl而无其他化合物。

  总之,含杂原子的有机物,由于O、N、Cl等杂原子均已计入分子量,但对FID响应值无贡献,还有可能进一步与C杂形成不响应的CO、HCN。因此,按相对质量响应值计,这些化合物的RRF值很低,不符合等碳响应规律。、

  从毛细管柱(1)后流出的气体在喷嘴(2)处与从(3)进入的氢气以及(4)进入的尾吹气混合,用点火灯丝(5)点燃氢火焰,从(6)通入空气助燃。极化极(7)和收集极(8)通过高电阻、基流补偿和50-350V的直流电源(E)组成检测电路,测量氢焰中产生的微电流,检测电路又是微电流放大器的输入。

  该电路在收集和极化极间形成一高压静电场。当仅有载气从柱后流出时,因载气(N2)本身不会被电离,只有载气中的有机杂质和流失的固定液在氢火焰中被电离成正、负离子和电子。在电场作用下,正离子移向收集极(负极),负离子和电子移向极化极(正极)。形成的微电流流经输入电阻R1在其两端产生电压降Uin。它经微电流放大器放大后,从输出衰减器中取出信号,在记录器记录下即为基流,或称本底电流、背景电流。只要载气流速、柱温等条件不变,该基流亦不变。如载气纯度高,流速小,柱温低或固定相耐热性好,基流就低,反之就高。为了易于测得微电流的微小变化(即很小信号),希望基流越小越好,但实际上总有一定大小的基流。通常,通过调节R5加上一个反向的补偿电压,使流经输入电阻的基流降至零,此即所谓“基流补偿”。一般在进样前均要用基流补偿,将记录器上的基线调至零。进样后,载气和分离后的组分一起从柱后流出,氢火焰中增加了组分被电离后产生的正、负离子和电子,从而使电路中收集的微电流显著增大,此即该组分的信号。该信号大小与单位时间进入火焰中物质的碳原子数成正比,即“等碳响应”。

  (三)响应机理

  近40年来,FID的响应机理一直未明确,近年才明朗化。进一步了解氢火焰及FID的响应

  机理,对深入理解工作原理、正确选择检测条件都是有益的。

  1.氢火焰

  FID的氢/空气火焰是一种典型的扩散焰。柱后流出物与H2混合后从火焰的中心流出,空气在火焰四周。氢燃烧所需的氧必须通过火焰外围向内扩散才能得到。扩散焰的特征是火焰中产生的基团和内、外火焰温度变化极大。如FID内火焰为富氢焰,外火焰为富氧焰,它们之间即是H2和O2的混合区。在此又随火焰高度不同,发生不同的火焰化学和火焰电离反应。

  2.响应机理

  烃类的响应机理较简单,非烃类比较复杂。

  (1)烃类1996年T.Holm等将氢火焰中的成分直接引至MS的离子源内,研究了火焰不同高度成分的变化后指出:在火焰下部,从燃烧区向内扩散的氢原子流量较大,烃类首先产生热氢解作用,形成甲烷、乙烯和乙炔的混合物。然后这些非甲烷烃类与氢原子反应,进一步加氢成饱和烃。在低于"%%=温度下,>—> 键断裂,****所有的碳均转化成甲烷,如式3-10-16所示:

  此过程极快。

  芳烃,如苯先加氢形成环己烷,再转化成甲烷。且1mol苯定量转化成6mol甲烷。

  总之,在火焰中是将不同烃分子中的每个碳原子均定量转换成最基本的、共同的响应单位———甲烷,然后再经过式(3-10-17)化学电离过程产生信号:

  所以,FID对烃类是等碳响应。当然,反应式(3-10-17)需要次甲基,而在C原子中产生CH的几率仅

  ,因此,FID最终产生信号的效率是极低的。

  (2)非烃类对非烃类响应机理比较复杂,随所含官能团不同而异。基本规律是不与杂原子相连的碳(C)均转化成甲烷。杂原子及其相连碳(C杂)的转化产物见表3-10-17。

  表3-10-17 非烃类在FID火焰中的转化产物

  C杂的转化产物是两个竞争反应的结果。如醉的RMRs随烃基而异,是因为C-O键存在着氢化和脱氢反应的竞争。如甲醇的两个竞争反应为式(3-10-18)和式(3-10-19):

  如按反应式(3-10-19),甲醇无响应。但甲醇的有效碳数(ECN)是0.75,因此,实际上甲

  醇在FID火焰中是反应式(3-10-18)和反应式(3-10-19)共存,且前者是后者的三倍。对多碳醇,也是二种反应并存:一是热诱导消除水,继之以烯烃还原,产生甲烷的反应;另一是在!位的C—C断裂和C—H断裂,产生CO的反应。醇的ECN低于相应烃类,乙醇的ECN为1.70,表明消除反应是主要的,只有30%是氧携带碳转化成CO。

  胺类与醇类类似,也有一系列竞争反应。以甲胺为例,在FID火焰中是式(3-10-20)和式(3-10-21)并存,多碳胺同多碳醇,也是消除反应和C—C断裂、脱氢形成HCN二反应并存。

  卤代烃在FID火焰中,也同时发生着消除反应和脱氢化反应,但它们均转化成甲烷分子。如1-氯丁烷在火焰中氢解成4个甲烷分子HCl。对一个碳原子上有几个卤原子的化合物,如CH2Cl2、CHCl3和CCl4,在火焰中也只发现CH4和HCl而无其他化合物。

 

  总之,含杂原子的有机物,由于O、N、Cl等杂原子均已计入分子量,但对FID响应值无贡献,还有可能进一步与C杂形成不响应的CO、HCN。因此,按相对质量响应值计,这些化合物的RRF值很低,不符合等碳响应规律。

 

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