Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6138:1996 - ISO 7996:1985

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6138:1996 - ISO 7996:1985 giới thiệu đến các bạn nội dung về không khí xung quanh - xác định nồng độ khối lượng của các nitơ oxyt - phương pháp phát quang hóa học. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 6138 : 1996 ISO 7996 : 1985 KHƠNG KHÍ XUNG QUANH - XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ KHỐI LƯỢNG CỦA CÁC NITƠ OXYT - PHƯƠNG PHÁP PHÁT QUANG HÓA HỌC Ambient air - Determination of the mass concentration of nitrogen oxides - Chemiluminescence method Lời nói đầu TCVN 6138 : 1996 hoàn toàn tương đương với ISO 7996 : 1985 TCVN 6138 : 1996 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC 146 Chất lượng khơng khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng đề nghị, Bộ khoa học, Công nghệ Mơi trường ban hành KHƠNG KHÍ XUNG QUANH - XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ KHỐI LƯỢNG CỦA CÁC NITƠ OXYT - PHƯƠNG PHÁP PHÁT QUANG HÓA HỌC Ambient air - Determination of the mass concentration of nitrogen oxides Chemiluminescence method Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn quy định phương pháp phát quang hóa học để xác định nồng độ khối lượng nitơ oxit, khơng khí xung quanh xấp xỉ 12,5 mg/m nitơ dioxit xấp xỉ 19 mg/m3 nhiệt độ 250C áp suất 101,3 kPa1) Tiêu chuẩn trích dẫn ISO 6142 Phân tích khí - Chuẩn bị hỗn hợp khí hiệu chuẩn - Phương pháp trọng lượng ISO 6144 Phân tích khí - Chuẩn bị hỗn hợp khí hiệu chuẩn - Phương pháp thể tích tĩnh ISO 6349 Phân tích khí - Chuẩn bị hỗn hợp khí hiệu chuẩn - Phương pháp thấm ISO 6711 Phân tích khí - Kiểm tra hỗn hợp khí hiệu chuẩn phương pháp so sánh Nguyên tắc Cho mẫu qua lọc (để tránh máy phân tích phát quang hóa học chạy sai) tốc độ dòng ổn định vào buồng phản ứng máy phân tích, mẫu hỗn hợp với lượng dư ozôn Lọc xạ phát lọc quang học chọn lọc chuyển đổi xạ lọc thành tín hiệu điện ống nhân quang, xạ phát tỉ lệ với lượng nitơ oxit có mẫu thử Đo nitơ dioxit mẫu khí sau khử thành nitơ oxit cách cho qua lò chuyển hóa trước vào buồng phản ứng Tín hiệu điện thu tỉ lệ với tổng lượng nitơ oxit lượng nitơ oxit hiệu giá trị giá trị đo riêng nitơ oxit mẫu khí khơng qua lò chuyển hóa Máy phân tích dạng kép dạng tuần hồn Ở dạng kép khí chia làm hai dòng, dòng trực tiếp vào buồng phản ứng dòng qua lò chuyển hóa Có hai buồng phản ứng, hai detector tương ứng đo hàm lượng nitơ oxit nitơ oxit có mẫu khí Ở máy phân tích tuần hồn có buồng phản ứng detector, Ở nhiệt độ áp suất này, áp dụng số chuyển đổi sau: NO: mg/m3 0,81 ppm (v/v) NO 2: mg/m3 0,53 ppm (v/v) ppm (v/v) 1,23 mg/m ppm (v/v) 1,88 mg/m3 kết luân phiên nitơ oxit tổng nitơ oxit, nghĩa mẫu khí luân phiên qua khơng qua lò chuyển hóa Phản ứng Phát quang đặc tính nhiều chất chúng bị kích thích Hiện tượng gọi phát quang hóa học, sinh kết phản ứng hóa học Phương pháp phát quang hóa học dựa phản ứng NO + O3 -> NO2* + O2 NO2* -> NO2 + H Nitơ oxit bị kích thích phát xạ quang vùng hồng ngoại gần (1200 nm) Thiết bị Sơ đồ đơn giản máy phân tích điển hình nêu hình 1a 1b (dạng kép) hình 1c (dạng tuần hồn) Mỗi thiết bị gồm phần sau (5.1 đến 5.10) 5.1 Ống lấy mẫu Đầu lấy mẫu gồm có phễu nhỏ lộn ngược nối vào ống dẫn mẫu, ống ngắn tốt Cả hai chế tạo vật liệu trơ với nitơ oxit nitơ dioxit Điều quan trọng không dùng vật liệu chế tạo từ hợp kim đồng Kinh nghiệm cho thấy vật liệu tốt nên dùng polytetrafloetylen (PTFE) perflo (etylen propylen) (FEP) Để loại trừ nhiễu cân nitơ oxit - nitơ dioxit - ozon gây cường độ ánh sáng ban ngày ống dẫn mẫu giảm, thời gian tồn ống dẫn mẫu ngắn tốt Có thể làm nóng ống dẫn mẫu vừa phải để tránh ngưng đọng 5.2 Cái lọc bụi Cái lọc bụi cần giữ lại tất hạt làm biến đổi tính máy phân tích Đồng thời lọc bụi giá đỡ phải chế tạo từ vật liệu không giữ lại nitơ oxit nitơ dioxit từ PTFE thép không rỉ Cái lọc bụi phải làm định kỳ cần phải thay tải bụi nơi lấy mẫu Sự tải lọc làm nitơ dioxit bị hấp thu lên bụi 5.3 Kiểm sốt điều chỉnh tốc độ dòng mẫu Tốc độ dòng mẫu phải trì đến 2%, so với giá trị quy định nhà sản xuất máy phân tích Việc kiểm sốt tốc độ dòng mẫu thường trì điều chỉnh độ giảm áp 5.4 Lò chuyển hóa Lò chuyển hóa gồm có lò nung, trì nhiệt độ khơng đổi, chế tạo thép không rỉ, đồng, molypden, vonfram cacbon tinh khiết quang phổ Lò chuyển hóa cần phải có khả chuyển hóa 95% nitơ dioxit thành nitơ oxit nhiệt độ khơng q 4000C Vai trò lò chuyển hóa quan trọng định việc xác định nitơ dioxit 5.5 Máy sinh ozon Ozon điều chế từ oxy nhờ xạ cực tím nhờ phóng điện êm cao Nếu oxy khơng khí xung quanh dùng để điều chế khí ozon phóng điện êm cao khơng khí phải làm khơ hồn tồn lọc trước vào máy điều chế Nếu ozon điều chế từ oxy tinh khiết phân tích bình khí nén oxy cấp trực tiếp vào máy điều chế ozon Nồng độ ozon điều chế phải lớn nồng độ lớn nitơ oxit cần đo Tốc độ dòng khơng khí oxy vào máy điều chế ozon phải giữ ổn định 5.6 Buồng phản ứng Buồng phản ứng chế tạo vật liệu trơ Các kích thước xác định đặc tính phản ứng quang hóa (thời gian ưu, tốc độ phản ứng) Buồng phản ứng làm nóng nhẹ để tránh ngưng đọng Phản ứng nói chung tiến hành áp suất thấp, để giảm tới mức thấp hiệu ứng tắt, làm tăng độ nhạy 5.7 Cái lọc quang học Các lọc loại bỏ toàn xạ bước sóng 600 nm, tránh cản trở sinh phản ứng quang hóa hydro cacbon không no mà chúng phát xạ bước sóng 5.8 Ống nhân quang Tín hiệu máy phân tích bị ảnh hưởng trực tiếp đặc tính ống nhân quang Để làm giảm nhiễu đường ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ, ống thường đặt vào buồng làm lạnh có điều nhiệt 5.9 Cái lọc ozon Ozon phải tách khỏi khí từ buồng phản ứng cách cho đo qua than hoạt hóa Việc nhằm tránh ô nhiễm trực tiếp không khí xung quanh bảo vệ bơm lấy mẫu 5.10 Bơm lấy mẫu Được đặt cuối hệ thống, bơm lấy mẫy hút khơng khí qua thiết bị Nó phải có khả tạo áp suất cần thiết cho buồng phản ứng 5.11 Thiết bị kiểm tra hiệu suất lò chuyển hóa máy phân tích (xem 6.1) 5.11.1 Nguồn nitơ oxit Bình khí nén chứa nitơ oxit nitơ, nồng độ cỡ ppm (v/v) Nồng độ nitơ oxit khơng quan trọng miễn ổn định suốt q trình phân tích 5.11.2 Nguồn oxy Bình khí nén chứa oxy khơng khí 5.11.3 Đèn cực tím Có khả thay đổi kích thước cửa sổ đèn để điều chế lượng ozon khác từ oxy 5.11.4 Máy phân tích phát quang hóa học Trong nhiệt độ lò chuyển hóa khống chế Cách tiến hành Việc vận hành thiết bị thay đổi từ máy sang máy khác Theo hướng dẫn nhà sản xuất vận hành đặt tốc độ dòng mẫu khí ozon Tần số hiệu chuẩn máy khác từ thiết bị tới thiết bị khác, thực thường xuyên tốt 6.1 Hiệu suất lò chuyển hóa Một phận quan trọng thiết bị (5.2 đến 5.10) lò chuyển hóa Nó khử nitơ dioxit thành nitơ oxit, cách tính hiệu, cho phép xác định nồng độ nitơ dioxit Trước hiệu chuẩn máy phân tích, phải đảm bảo hiệu suất lò chuyển hóa gần 100% tốt Việc xác định hiệu suất lò chuyển hóa, dựa nguyên tắc kết đo thiết bị tổng lượng nitơ oxit (NO x) khơng thay đổi, việc phân tích tiến hành với hỗn hợp có tỉ lệ nitơ oxit nitơ dioxit khơng đổi Hình mơ tả giản đồ thích hợp (xem 5.11) Đảm bảo tổng tốc độ dòng nitơ oxit oxy (hoặc khơng khí) lớn tốc độ dòng khí qua máy phân tích, lượng dư thải ngồi hình Trong bước sau đây, ghi hai kết nồng độ nitơ oxit nồng độ nitơ oxit máy phân tích Sau kiểm tra mức nitơ dioxit sinh ra, phải khoảng từ 10 tổng nitơ oxit 90% a) với đèn cực tím tắt, ghi kết tổng nồng độ nitơ oxit, R1 kết nồng độ nitơ oxit P1 b) bật đèn cực tím Ozon vừa sinh phản ứng với nitơ oxit tạo thành nitơ dioxit trước khí vào máy phân tích Ghi kết tổng nồng độ nitơ oxit R2 kết nồng độ nitơ oxit P2 c) thay đổi cơng suất đèn cực tím ghi kết tổng nồng độ nitơ oxit (R3, R4, R5 v.v…) nồng độ nitơ oxit (P3, P4, P5 v.v.) Những tỉ số R2/R1; R3/R1; R4/R1; v.v… gần tới đơn vị tốt ( 1) (trong vùng lặp lại máy phân tích) nghĩa nồng độ nitơ oxit không thay đổi trường hợp không phụ thuộc vào tỷ lệ nồng độ nitơ dioxit so với nitơ oxit d) xác định hiệu suất thực, tính theo phần trăm lò chuyển hóa từ cơng thức: (Rn Pn ) (R1 P1 ) x 100 (P1 Pn ) Rn Pn kết tổng nồng độ nitơ oxit nitơ oxit tương ứng với vị trí cửa sổ đèn cực tím Nếu hiệu suất rơi xuống 95% cần phải thay cải tạo lò chuyển hóa 6.2 Hiệu chuẩn máy phân tích phát quang hóa học 6.2.1 Ngun tắc Tạo hỗn hợp khí chuẩn chứa nitơ dioxit biết xác nồng độ hệ thẩm thấu (xem ISO 6349) Pha lỗng nitơ dioxit phát với "khơng" (zero) có độ ẩm tương đối khoảng 50% để thu nồng độ nitơ dioxit phù hợp cho việc hiệu chuẩn dòng nitơ dioxit dòng tổng nitơ oxit Hiệu chuẩn dùng nitơ oxit cách sử dụng hệ thống nối với lò chuyển hóa mà hiệu suất xác định 6.1 6.2.2 Thiết bị Hình mơ tả hệ thống điển hình để tạo nồng độ cần thiết nitơ oxit nitơ dioxit 6.2.2.1 Thiết bị kiểm soát đo tốc độ dòng khơng khí có khả trì đo tốc độ dòng tới độ xác 1% 6.2.2.2 Máy làm khô Để loại hết ẩm khỏi khơng khí qua buồng thẩm thấu Máy làm khô tốt máy làm khô kiểu thẩm thấu ống lớn phù hợp, chứa chất làm khô silicagel chất khác 6.2.2.3 Buồng ổn nhiệt Có khả đặt buồng thẩm thấu nitơ dioxit vào trì nhiệt độ buồng khoảng 10C Buồng phải trang bị thiết bị đo nhiệt độ có độ xác 0,050C 6.2.2.4 Van Có hai van Một van để đưa trực tiếp dòng nitơ oxit (hoặc nitơ dioxit) vào dòng khí khơng (zero) dùng để pha lỗng van cho phép nitơ dioxit qua khơng qua lò chuyển hóa 6.2.2.5 Bộ điều phối Được làm vật liệu trơ có đường kính đủ lớn để bảo đảm giảm áp suất không đáng kể chỗ nối với máy phân tích Hệ thống phải có lỗ thoát thiết kế cho áp suất bên điều phối đủ lớn ngăn không khí xung quanh từ ngồi xâm nhập vào 6.2.3 Cách tiến hành Lắp thiết bị mơ tả hình Chọn phạm vi hoạt động máy phân tích để hiệu chuẩn Để thu độ độ xác tối đa cho việc hiệu chuẩn nitơ dioxit, tất luồng phải đặt vào phạm vi Mở van để dòng từ buồng thẩm thấu hiệu chỉnh tốc độ dòng khơng khí pha lỗng để cung cấp khí khơng (zero) ống điều phối khí Để có độ cao nhất, cần phải đưa máy phân tích điểm khơng với dòng ozon Điều thu tốt cách sử dụng bình "phản ứng trước" - bình tích gấp đến lần thể tích buồng phản ứng Ozon phản ứng với tất nitơ oxit có mặt "buồng phản ứng trước", đảm bảo khơng nitơ oxit vào buồng phản ứng Đồng thời, kỹ thuật trì ozon buồng phản ứng có nồng độ thời gian đo khơng khí xung quanh bình thường Như khí khơng (zero) thực điều chế, tín hiệu nhân tạo gây ta phản ứng ozon với bề mặt buồng phản ứng loại trừ Khi máy phân tích ổn định, điều chỉnh lại điểm không máy 6.3 Xây dựng đường chuẩn 6.3.1 Nitơ oxit Vặn van chiều [(1) hình 3] cho nitơ dioxit từ buồng thẩm thấu qua lò chuyển hóa Vặn van thứ hai [(2) hình 3] để cung cấp nitơ oxit lối điều phối Điều chỉnh dòng khí khơng (zero) để đạt khoảng 80% giới hạn nitơ oxit Nồng độ thực nitơ oxit, (NO), biểu diễn phần triệu theo thể tích tính theo cơng thức sau: (NO ) qm K qv qv … (1) qm tốc độ thẩm thấu nitơ dioxit, tính microgam phút; K hệ số chuyển đổi thể tích (0,532 l/ g 250C áp suất 101,3 kPa) nitơ dioxit; qv1 tốc độ thể tích khí khơng (zero) qua buồng thẩm thấu, tính lít phút; qv2 tốc độ thể tích khí khơng dùng để pha lỗng, tính lít phút Chú thích - Nồng độ khối lượng nitơ oxit, tính theo cơng thức sau: NO , tính microgam mét khối, (NO) qm x 10 x K x 1,23 qv qv … (2) Sau ổn định, điều chỉnh việc kiểm soát độ nitơ oxit để thu kết thang phần trăm độ phần trăm, tính theo cơng thức Khẩu độ % = ( NO ) x100 L + '(NO) … (3) L khoảng giới hạn giải đo; '(NO) nồng độ nitơ oxit dòng khơng khí dùng để pha lỗng, tính phần triệu theo thể tích Tạo thêm vài nồng độ (ít năm khoảng nhau) cách điều chỉnh thích hợp (qv1 + qv2) Đối với lần đặt, tính tốn xác nồng độ nitơ oxit ghi kết máy phân tích Vẽ đồ thị kết máy phân tích so với nồng độ tương ứng để thu đường chuẩn Sự hiệu chuẩn kiểm tra với hai điểm, điểm không, nồng độ khoảng 80% toàn thang 6.3.2 Nitơ dioxit tổng nitơ oxit Vặn van chiều [(1) hình 3] để vòng qua lò chuyển hóa để cung cấp nitơ dioxit ống điều phối khí Điều chỉnh tốc độ dòng khí khơng (zero) để tạo nồng độ nitơ dioxit vào khoảng 80% giới hạn thang nitơ dioxit Nồng độ thực nitơ dioxit tổng nitơ oxit tính phương trình (1) (3) (NO) thay (NO2) (NOx), '(NO) '(NO2) '(NOx) Ghi nồng độ nitơ dioxit tổng nitơ oxit kết tương ứng máy phân tích Điều chỉnh q v2 để thu năm nồng độ khác nitơ dioxit (hoặc nitơ oxit) phân dãy Ghi kết tương ứng vẽ đồ thị so với nồng độ tính để thu đồ thị chuẩn Cho phép thực nitơ dioxit (hoặc nitơ oxit) khí pha lỗng Khi phân tích hỗn hợp nitơ oxit nitơ dioxit, kiểm tra lại xem kết tổng nitơ oxit có tương tự tổng số kết nitơ oxit nitơ dioxit khơng Chú thích 1) Nồng độ khối lượng nitơ dioxit, (NO2), biểu thị microgam mét khối tính theo cơng thức: ( NO2 ) qm x 103 x K x 1,88 … (4) qv qv 2) Trong trường hợp máy phân tích có phận điều chỉnh để hiệu chuẩn, phận cố định thao tác đơn giản cách trực tiếp dùng hệ thẩm thấu nitơ dioxit Nó thuận tiện để kiểm tra xem kết máy phân tích có khơng thay mẫu nitơ oxit có nồng độ 3) Các hệ thống hiệu chuẩn khác sử dụng a) dùng bình khí nén chứa nitơ dioxit có nồng độ biết Phụ thuộc vào nồng độ có, chúng dùng trực tiếp sau pha lỗng thích hợp, có nghĩa hỗn hợp cần điều chế phù hợp với tiêu chuẩn ISO 6142 ISO 6144 kiểm tra lại ổn định theo ISO 6711; b) hiệu chuẩn pha khí chuẩn nitơ oxit cách sử dụng nguồn ozon hiệu chuẩn Điều phải sử dụng cẩn thận sau chứng minh tương đương với phương pháp tiêu chuẩn dùng buồng thẩm thấu 6.4 Lấy mẫu Lấy mẫu khơng khí qua đường dẫn mẫu trình bày 5.1 6.5 Xác định Với máy phân tích nối với ghi thích hợp thiết bị lưu trữ liệu máy tính, lấy số ghi cho nitơ oxit, tổng nitơ oxit nitơ dioxit 6.6 Chất cản trở Sự xác định nitơ oxit bị ảnh hưởng vì, nhiệt độ cao, lò chuyển hóa chuyển phần hồn tồn hợp chất khác nitơ (khơng NO 2) thành nitơ oxit, phụ thuộc vào kiểu lò chuyển hóa nhiệt độ Quan trọng hợp chất amoniac, amin, axit nitric, vài nitrit, nitrat vô hữu peroxyaxetyl nitrat (PAN) Việc xác định bị ảnh hưởng ngộ độc chất xúc tác lò chuyển hóa hợp chất lưu huỳnh cacbonyl Việc xác định bị ảnh hưởng biến thiên hiệu ứng tắt sinh biến đổi áp suất nước buồng phản ứng Nói chung phản ứng xảy áp suất giảm để làm giảm hiệu ứng Biểu thị kết Những số đọc (6.5) chuyển thành nồng độ dùng đường chuẩn thích hợp kết biểu thị microgam mét khối ( g/m3) phần triệu theo thể tích 250C 101,3 kPa Báo cáo kết Báo cáo kết phải gồm thông tin sau: a) nhận biết đầy đủ mẫu khí; b) tham khảo tiêu chuẩn này; c) kết quả; d) bất thường ghi nhận thời gian xác định Hình 1a - Sơ đồ mơ tả thiết bị phân tích phát quang hóa học dạng kép (Hai buồng phản ứng ống nhân quang) Hình 1b - Sơ đồ mơ tả thiết bị phân tích phát quang hóa học sử dụng buồng phản ứng kép ống nhân quang Hình 1C - Sơ đồ mơ tả thiết bị phân tích phát quang hóa học dạng tuần hóa Hình - Sơ đồ lắp ráp để kiểm tra hiệu lò chuyển hóa máy phân tích Hình - Sơ đồ chuẩn điển hình sử dụng buồng thẩm thấu nitơ dioxit PHỤ LỤC (Phụ lục tham khảo) ĐẶC TÍNH ĐIỂN HÌNH Các giá trị trình bày đây, thơng tin chung khơng hiểu áp dụng cho máy phân tích cụ thể Khoảng đo đến 12 mg/m3 cho NO 18 mg/m3 cho NO2 Giới hạn phát 10 g/m3 cho NO 15 g/m3 cho NO2 Độ trôi điểm khơng 12 24 h 1% tồn thang Độ trơi tồn độ 24 h 2% tồn thang Thời gian trễ 5s Thời gian lên Ít 20 s (thời gian ổn định giây) Thời gian xuống Ít 20 s (thời gian ổn định giây) Độ xác % (ở 20% tồn thang) % (ở 80% toàn thang) Độ 1000 g/m3 1% (tồn thang) Chu kỳ hoạt động khơng cần bảo dưỡng ngày, đo mức thấp hiệu chuẩn lại hàng ngày Khoảng độ ẩm đến 95 % Khoảng nhiệt độ 10 đến 450C Chú thích - Thời gian trễ, thời gian lên, thời gian xuống, độ xác, độ đúng, chu kỳ hoạt động không cần bảo dưỡng định nghĩa ISO 6879  ... hợp cần điều chế phù hợp với tiêu chuẩn ISO 6142 ISO 6144 kiểm tra lại ổn định theo ISO 6711; b) hiệu chuẩn pha khí chuẩn nitơ oxit cách sử dụng nguồn ozon hiệu chuẩn Điều phải sử dụng cẩn thận... ống nhân quang Hình 1C - Sơ đồ mơ tả thiết bị phân tích phát quang hóa học dạng tuần hóa Hình - Sơ đồ lắp ráp để kiểm tra hiệu lò chuyển hóa máy phân tích Hình - Sơ đồ chuẩn điển hình sử dụng... chuẩn thích hợp kết biểu thị microgam mét khối ( g/m3) phần triệu theo thể tích 250C 101,3 kPa Báo cáo kết Báo cáo kết phải gồm thông tin sau: a) nhận biết đầy đủ mẫu khí; b) tham khảo tiêu chuẩn