潛艇大氣成分監(jiān)測(cè)技術(shù)

孟凡明，王新海，施紅旗

(1.海軍駐葫蘆島軍事代表室，遼寧 葫蘆島125004; 2.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢430064)

0 引 言

潛艇艙室中存在著數(shù)百種氣體，包括脂肪烴，芳香烴，鹵代艇，含氧化合物，含氮、硫、硅化合物等氣體成分［1］。這些氣體中的有毒有害氣體是影響艇員身心健康的大敵，它們有的具有毒性，有的具有刺激性，有的具有腐蝕性，有的具有放射性，有的具有爆炸性。這些有毒有害氣體彌散在潛艇艙室內(nèi)，并通過(guò)呼吸道、皮膚和消化道侵入肌體，對(duì)艇員和設(shè)備帶來(lái)不同程度的危害。

世界各潛艇國(guó)家均設(shè)置有針對(duì)有毒有害氣體的空氣凈化系統(tǒng)，對(duì)非金屬材料和上艇物品進(jìn)行嚴(yán)格控制，并制定了潛艇艙室氣體控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前潛艇內(nèi)氣體分析手段主要是采用質(zhì)譜(MS)技術(shù)為主，熱導(dǎo)(TC)、順磁(ERP)、紅外光譜(IR)技術(shù)為輔助，在氣體分析種類(lèi)和測(cè)點(diǎn)數(shù)量上較為有限，不能實(shí)時(shí)對(duì)空氣凈化系統(tǒng)凈化效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也不能為針對(duì)潛艇艙室空氣質(zhì)量評(píng)估提供全面有效數(shù)據(jù)。目前，各國(guó)均在探索新的氣體分析技術(shù)，以期達(dá)到增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量、擴(kuò)充氣體分析種類(lèi)、提高痕量氣體探測(cè)能力的目的，全面提升潛艇艙室空氣質(zhì)量控制能力。

1 潛艇艙室氣體特點(diǎn)

根據(jù)出現(xiàn)的濃度和對(duì)人體影響程度，特別指出33 種組分應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和控制［2］，它們的排序?yàn)?氧氣、二氧化碳、氫氣、一氧化碳、臭氧、氯氣、硫化氫、氯化氫、氟里昂11、硫酸蒸汽、總烴、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、氟里昂12、一乙醇胺、氫氟酸、丙烯醛、砷化氫、四氯化碳、二氧化硫、氨氣、光氣、二氧化氮、甲醛、甲烷、銻化氫、汞蒸汽、肼、1，2－二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷。根據(jù)密閉艙室氣體來(lái)源分析和存在區(qū)域，有以下闡述:

1)由于工業(yè)限制，已不允許使用氟里昂11、氟里昂12，一般替代為氟里昂22，考慮到該類(lèi)氣體泄漏后經(jīng)燃燒裝置催化反應(yīng)后生成具有較大毒性的光氣和鹵代烷烴等，將其測(cè)量排序放在重要位置;

2)溫度測(cè)量已經(jīng)淘汰水銀溫度計(jì)，因此汞蒸汽也不納入測(cè)量;

3)肼作為導(dǎo)彈發(fā)射尾氣，也不納入監(jiān)測(cè)。

4)硫酸蒸汽、砷化氫、銻化氫為蓄電池反應(yīng)產(chǎn)物，在閉式蓄電池氣體處理系統(tǒng)中，僅存在于蓄電池艙，不列入在線(xiàn)集中氣體分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍。

5)氧氣、二氧化碳、氫氣、一氧化碳作為密閉空間內(nèi)對(duì)人體生命和潛艇安全具有影響意義的常量氣體，應(yīng)在所有居留區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。

6)苯、甲苯、二甲苯、乙苯、甲醛、二氧化硫等由于非金屬材料(電纜絕緣材料、油漆、滑油、粘結(jié)劑等)揮發(fā)、老化分解產(chǎn)生對(duì)人體健康有重要影響的氣體，其分布廣泛，應(yīng)在全船所有區(qū)域均進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

7)硫化氫、氨氣、甲烷來(lái)源主要為廁所和人體，一般來(lái)說(shuō)潛艇艙室濃度值尚不至于達(dá)到對(duì)人體產(chǎn)生傷害的程度，其影響主要為嗅覺(jué)影響，讓人產(chǎn)生不悅，針對(duì)該類(lèi)氣體的檢測(cè)應(yīng)主要集中到生活艙室源頭。其中氨氣還有可能由一乙醇胺分解產(chǎn)生，因此在空氣再生系統(tǒng)總管上也應(yīng)當(dāng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

8)氟里昂22和鹵代烷烴具有明確的源頭，但隨著艙內(nèi)空氣系統(tǒng)的循環(huán)，會(huì)擴(kuò)散至全船各個(gè)區(qū)域，應(yīng)進(jìn)行全船各區(qū)域?qū)崟r(shí)測(cè)量。

9)氯氣、氯化氫、氟化氫、光氣、鹵代烷(1，2—二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷等)等氟里昂類(lèi)氣體因燃燒裝置催化分解產(chǎn)生氣體［3］，應(yīng)著重對(duì)燃燒裝置尾氣和相應(yīng)艙室進(jìn)行測(cè)量。

10)臭氧、二氧化氮等因?yàn)橛泻怏w燃燒裝置和靜電凈化裝置產(chǎn)生的污染氣體，應(yīng)著重對(duì)裝置尾氣和所在艙室進(jìn)行氣體測(cè)量。

11)除了通過(guò)上述氣體測(cè)量結(jié)果反應(yīng)出艙室空氣成分的毒害程度，還應(yīng)針對(duì)所有因非金屬材料的揮發(fā)老化產(chǎn)生的各類(lèi)有機(jī)氣體和部分無(wú)機(jī)氣體進(jìn)行綜合測(cè)量，反應(yīng)出密閉艙室的綜合污染水平。

12)廚房作為重要的污染源頭，產(chǎn)生的包括丙烯醛等醛類(lèi)污染物對(duì)人體健康具有較強(qiáng)的損傷作用，應(yīng)對(duì)其各類(lèi)有機(jī)氣體進(jìn)行綜合測(cè)量。

在開(kāi)展大氣成分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象研究時(shí)，必須重點(diǎn)考慮對(duì)33 種重點(diǎn)氣體中除氟里昂11、氟里昂12、汞蒸汽、肼、硫酸蒸汽、砷化氫、銻化氫等外25 種氣體成分以及氟里昂22的分析能力。

2 針對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)氣體的分析技術(shù)路線(xiàn)

根據(jù)世界各主要潛艇國(guó)家研究成果，針對(duì)潛艇中空氣成分控制要求和艙室空氣組分特點(diǎn)，在潛艇中采用的成分監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)具備如下特點(diǎn)［4］:

1)可進(jìn)行在線(xiàn)、實(shí)時(shí)測(cè)量;

2)必須在氣體成分和濃度范圍上具有廣譜性，具備痕量成分的測(cè)量能力;

3)測(cè)量?jī)x器精度高，運(yùn)行穩(wěn)定、校準(zhǔn)簡(jiǎn)單;

4)技術(shù)成熟，不存在隱性技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)上述技術(shù)特點(diǎn)，這里重點(diǎn)對(duì)光離子化測(cè)量技術(shù) (PID)、可調(diào)諧激光紅外吸收光譜技術(shù)(TDLAS)、質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜技術(shù)(PTR－MS)在潛艇氣體成分測(cè)量中的應(yīng)用前景進(jìn)行探討。

2.1 光離子化測(cè)量技術(shù)

PID 檢測(cè)器具有非常高的靈敏度，它可以檢測(cè)絕大多數(shù)的揮發(fā)性有機(jī)化合物。工作時(shí)使用紫外(UV)燈作為光源，將檢測(cè)氣體電離成可被電極檢測(cè)到的正負(fù)離子(離子化過(guò)程)，可以使用的UV 燈有9.8 eV、10.6 eV、11.7 eV 三種。其中11.7 eV的UV 燈PID 檢測(cè)范圍最寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于9.8 eV和10.6 eV。但9.8 eV和10.6 eV的UV 燈價(jià)格比11.7 eV的UV 燈低廉得多，壽命比11.7 eV UV 燈更長(zhǎng)，準(zhǔn)確度更好且更為專(zhuān)用。在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)實(shí)際檢測(cè)場(chǎng)合合理選擇。檢測(cè)器測(cè)量離子化氣體電荷并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，從而被檢測(cè)出濃度。在被檢測(cè)后，離子重新復(fù)合成為原來(lái)的氣體和蒸氣。因此，PID 是一種非破壞性檢測(cè)器，它不會(huì)“燃燒”或永久性改變待測(cè)氣體，經(jīng)過(guò)PID 檢測(cè)的氣體仍可被收集做進(jìn)一步的測(cè)定。

所有元素和化合物均可離子化，但所需能量不同，化合物被離子化的能量被稱(chēng)為“電離電位”(IP)，單位為電子伏特，eV。由UV 燈發(fā)出的能量也以eV 為單位，待測(cè)氣體的IP 低于UV 燈輸出能量即可被離子化。大多數(shù)VOC 氣體電離電位都低于PID 燈的能量，而常量氣體N2、O2、CO2、H2O、CO和CH4等IP 值均高于11.7 eV，不可被PID檢測(cè)。

PID 對(duì)幾乎所有的含碳有機(jī)揮發(fā)性化合物和部分無(wú)機(jī)物有著很強(qiáng)的靈敏度，其可檢測(cè)的氣體種類(lèi)包括:

1)鹵代烴類(lèi)、硫代烴類(lèi)、不飽和烴類(lèi):烯烴等。

2)芳香類(lèi):苯、甲苯、二甲苯(包括鄰、間、對(duì)位二甲苯)、奈等。

3)醇類(lèi):丙烯醇、正丁醇、2—丁氧基乙醇等。

4)酮類(lèi)和醛類(lèi):乙醛、醋醛、丙酮、丙烯醛等。

5)胺類(lèi):二甲基胺、二甲基甲酰胺等。

6)部分無(wú)機(jī)氣體、氨、半導(dǎo)體氣體:砷、硒、溴、碘等。

PID 不能檢測(cè)的氣體主要有放射性氣體、空氣(N2、O2、CO2、H2O)、常 見(jiàn) 毒 氣 (CO、HCN、SO2)、天然氣(甲烷、乙烷、丙烷等)、酸性氣體(HCL、HF、HNO3)、氟里昂、臭氧、非揮發(fā)性氣體等等。

PID 檢測(cè)技術(shù)測(cè)量揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，優(yōu)點(diǎn)在于儀器測(cè)量范圍較寬，可以準(zhǔn)確測(cè)量1ppb(10－9)到10000 ppm (10－2)的揮發(fā)性有機(jī)氣體(VOC)和其他有毒氣體的濃度，其響應(yīng)速度一般小于3 s，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染物，不會(huì)中毒，儀器小巧靈便，便于布置。但鑒于檢測(cè)原理，不能識(shí)別出混合氣體中每一組分的濃度，只能測(cè)量出離子化的氣體總摩爾濃度(體積濃度)。

2.2 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)

光譜吸收法表明許多氣體分子在紅外波段存在特征吸收。根據(jù)朗伯·比爾定律，特征吸收強(qiáng)度與氣體濃度成正比關(guān)系。根據(jù)此原理設(shè)計(jì)而成的紅外氣體分析儀器可用于分析混合氣體中某種或某集中待測(cè)組分的濃度，是一種非常重要、非常經(jīng)典的氣體分析技術(shù)［5－6］，用于多組分連續(xù)在線(xiàn)氣體測(cè)量的技術(shù)叫做可調(diào)諧激光半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)。TDLAS 氣體測(cè)量技術(shù)系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

圖1 基于半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)測(cè)量技術(shù)氣體測(cè)量系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 The diagrammatic sketch of TDLAS gas analyse system

TDLAS的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括:

1)具有極高分辨率的光譜技術(shù)?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光具有很高的光譜分辨率，在單模運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的典型線(xiàn)寬為0.000 2 cm－1，且可在所希望的波長(zhǎng)區(qū)連續(xù)調(diào)諧，典型的調(diào)諧范圍為100 cm－1，因此可調(diào)諧半導(dǎo)體激光非常適于在紅外譜區(qū)特別是中紅外譜區(qū)對(duì)痕量氣體或污染氣體進(jìn)行高分辨光譜測(cè)量，一般可達(dá)ppt～ppm 等級(jí)。

2)實(shí)用性很強(qiáng)的測(cè)量技術(shù)，只要調(diào)諧激光波長(zhǎng)并改變定標(biāo)氣，就可從一種氣體分子的測(cè)量切換為另一種氣體分子的測(cè)量，也可進(jìn)行多種成分的同時(shí)測(cè)量。

3)響應(yīng)速度快，可在1 s 內(nèi)完成氣體的測(cè)量，與現(xiàn)場(chǎng)采樣技術(shù)結(jié)合后可實(shí)現(xiàn)痕量氣體實(shí)時(shí)、在線(xiàn)測(cè)量;

4)產(chǎn)品尺寸小，可經(jīng)過(guò)采樣后儀器集中布置或者分散布置;

5)無(wú)運(yùn)轉(zhuǎn)部件，產(chǎn)品工作穩(wěn)定性高;

6)不受背景氣體交叉干擾，校準(zhǔn)要求低，每年3～4 次;

7)抗電磁干擾能力、適應(yīng)惡劣環(huán)境和防爆環(huán)境的能力非常強(qiáng)。

目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了針對(duì)特殊場(chǎng)合的TDLAS分析儀器，如中科院安徽光機(jī)所開(kāi)發(fā)的針對(duì)汽車(chē)尾氣道邊檢測(cè)系統(tǒng)，杭州聚光科技開(kāi)發(fā)的針對(duì)各類(lèi)工業(yè)氣體和化工排放的LGA 系列檢測(cè)系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)TDLAS 對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)潛艇氣體成分的測(cè)量，可通過(guò)2 種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)氣體數(shù)據(jù)信息的拾取:一是通過(guò)采樣系統(tǒng)，將各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的樣氣抽至分析儀器進(jìn)行集中測(cè)量，該種方式的缺點(diǎn)是部分艙室部位氣體(如堆艙、蓄電池艙)不適宜抽至分析部位，其次測(cè)量周期會(huì)受到采樣系統(tǒng)的影響;二是將半導(dǎo)體激光器放置于中央處理單元內(nèi)，把光纖輸出的激光通過(guò)樹(shù)形光纖分路耦合器同時(shí)耦合到多根光纖，不同的光纖把激光傳遞到不同的測(cè)量位置，對(duì)不同位置的氣體同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)分布式在線(xiàn)氣體檢測(cè)分析，該種方式反應(yīng)速度快，布點(diǎn)不受環(huán)境影響，缺點(diǎn)是需要考慮激光在光纖中傳輸?shù)乃p修正。

目前尚無(wú)可直接應(yīng)用到潛艇氣體測(cè)量的TDLAS分析系統(tǒng)，主要是因?yàn)?

1)潛艇氣體成分復(fù)雜，各類(lèi)氣體的紅外吸收光譜波長(zhǎng)跨度大(從1～10 μm)，而長(zhǎng)久以來(lái)沒(méi)有開(kāi)發(fā)出常溫工作環(huán)境下，具有足夠調(diào)節(jié)能力的寬波段激光光源;

2)常規(guī)光纖能夠傳輸?shù)墓饩€(xiàn)波長(zhǎng)一般不超過(guò)2.5 μm，處于近紅外段，其對(duì)中紅外段的光纖傳輸損耗非常大，不利于進(jìn)行氣體成分信息的長(zhǎng)距離傳輸。

20 世紀(jì)90年代后期，半導(dǎo)體激光器和光纖元件發(fā)展迅速，性能大大提高，價(jià)格大幅下降，室溫工作、長(zhǎng)壽命(＞100 000 h)、單模特性和較寬波長(zhǎng)范圍的半導(dǎo)體激光器被大量地生產(chǎn)出來(lái)并投入市場(chǎng)，TDLAS 技術(shù)較傳統(tǒng)光譜檢測(cè)技術(shù)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)而得到迅速推廣，從結(jié)構(gòu)上，半導(dǎo)體激光器可分為:法布里— 珀洛(F—P)型激光器，分布反饋式 (DFB)激光器，量子級(jí)聯(lián)(QCL)激光器和垂直腔面發(fā)射型(VCSEL)激光器。各類(lèi)激光器在紅外吸收光譜應(yīng)用中的性能參數(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 各類(lèi)激光器性能參數(shù)對(duì)比Tab.1 The lasers specification

2009年，美國(guó)Daylight 公司發(fā)布了高中紅外系統(tǒng)，其開(kāi)發(fā)的外腔量子級(jí)聯(lián)(EC－ QCL )專(zhuān)利技術(shù)，采用電子固態(tài)中紅外激光系統(tǒng)，打破室溫下超高功率的記錄，先后開(kāi)發(fā)了軍用和民用產(chǎn)品［7］。其推向市場(chǎng)的系列可調(diào)諧激光器通過(guò)若干中心頻率激光器級(jí)聯(lián)的方式可實(shí)現(xiàn)3～12 μm 激光的調(diào)諧輸出，可用于中紅外激光、量子光學(xué)、生命科學(xué)、大氣環(huán)境檢測(cè)等，該激光系統(tǒng)基本滿(mǎn)足潛艇場(chǎng)合的氣體分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

至于寬頻傳輸光纖，近年來(lái)發(fā)展了以硫化物為材料的玻璃光纖，適合于在1.5～6 μm的光傳輸，彌補(bǔ)了石英光纖(0.2～2.4 μm)和多晶紅外光纖(4～18 μm)之間的空缺。德國(guó)CeramOptec 公司目前開(kāi)發(fā)有可傳輸4～16 μm 激光的中紅外光纖(OptranmIR)，可用于醫(yī)療、探測(cè)、紅外光譜分析等領(lǐng)域。

紅外吸收光譜技術(shù)本身是一種非常成熟的氣體分析技術(shù)，隨著可調(diào)諧激光器件向?qū)拵Х较虻陌l(fā)展和光纖傳輸帶寬能力的加強(qiáng)，開(kāi)發(fā)可供潛艇環(huán)境應(yīng)用的紅外吸收光譜氣體分析系統(tǒng)已經(jīng)不存在技術(shù)障礙。

2.3 質(zhì)子傳遞反應(yīng)質(zhì)譜分析技術(shù)(PTR－MS)

質(zhì)子傳遞反應(yīng)質(zhì)譜分析技術(shù) (Proton Transfer Reactionmass Spectrometry，PTR－MS)可以進(jìn)行痕量揮發(fā)性有機(jī)氣體的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，能定量分析濃度在ppt 級(jí)的大部分常見(jiàn)揮發(fā)性有機(jī)化合物。

目前，常規(guī)測(cè)量VOCs的主要手段是氣相色譜一質(zhì)譜(GC—MS)［8］，各主要核潛艇國(guó)家一般采用質(zhì)譜分析儀器作為主分析儀器［9］，該測(cè)量技術(shù)在精確測(cè)定痕量VOCs 方面發(fā)揮著重要作用。但是，由于涉及到電子轟擊電離，該技術(shù)存在一定的局限性:首先樣品的采樣、濃縮提取和分離使得測(cè)量費(fèi)時(shí)、費(fèi)力;其次電子轟擊電離會(huì)形成多種離子碎片，質(zhì)譜復(fù)雜、分析難度大，分析精度一般只能達(dá)到ppm級(jí);由于分析技術(shù)的局限性，在潛艇應(yīng)用中一直無(wú)法突破ppb 級(jí)測(cè)量和大幅度擴(kuò)充測(cè)點(diǎn)數(shù)量。而近年來(lái)發(fā)展的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜(PTR—MS)卻能克服這些缺點(diǎn)［10－11］，該技術(shù)的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于:

1)樣品在進(jìn)入PTR—MS 之前不需要特定的預(yù)處理過(guò)程，水蒸氣濃度的大小，不會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，可進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè);

2)質(zhì)子轉(zhuǎn)移將各種VOCs 軟電離為單一離子，沒(méi)有碎片離子，易于質(zhì)譜識(shí)別;

3)進(jìn)行絕對(duì)量測(cè)定，不需要標(biāo)定;

4)檢測(cè)靈敏度高，可以達(dá)到ppt 級(jí);

5)待測(cè)大氣直接進(jìn)樣，響應(yīng)時(shí)間少于100 ms，測(cè)量速度快，在不同的操作模式下，可在任何時(shí)間進(jìn)行單一、多個(gè)或全質(zhì)量數(shù)掃描檢測(cè)，可檢測(cè)單一分子或多個(gè)分子隨時(shí)間的變化情況。

利用質(zhì)譜對(duì)VOCs 進(jìn)行測(cè)量前，必須把VOCs 分子離子化。PTR—MS 采用的是軟電離技術(shù)，即利用母體離子與VOCs 反應(yīng)，把VOCs 分子轉(zhuǎn)換成離子。PTR—MS 利用的母體離子是H2O·H+離子，之所以用H2O·H+，是因?yàn)?一方面，H2O的質(zhì)子親合勢(shì)為7.22 eV，而大多數(shù)VOCs的質(zhì)子親合勢(shì)在7～9 eV 之間，因此H2O·H+分子可以和大多數(shù)的VOCs(除了CH4和C2H4等少數(shù)有機(jī)物)分子發(fā)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng);另一方面，空氣中主要成分(氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳和氬氣?的質(zhì)子親合勢(shì)都小于H2O的質(zhì)子親合勢(shì)，因此，它們不會(huì)與H2O·H+產(chǎn)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因此不被檢測(cè)出來(lái)。所以，在測(cè)量空氣中的痕量VOCs 時(shí)，H2O·H+是最合適的母體離子同。測(cè)量的一般過(guò)程為:離子源產(chǎn)生母體離子H2O·H+，進(jìn)入充滿(mǎn)空氣的流動(dòng)管，與空氣中的VOC 發(fā)生離子—分子反應(yīng)，將VOC 離子化為唯一的(VOC)·H+離子，產(chǎn)生的離子進(jìn)入流動(dòng)管末端的質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè)。

PTR—MS 裝置由3個(gè)部分組成:離子源，離子一分子反應(yīng)流動(dòng)管以及離子探測(cè)系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 PTR－MS 裝置示意圖Fig.2 The diagrammatic sketch of PTR－MS

目前，奧地利Ionicon Analytik 公司是世界上唯一生產(chǎn)高品質(zhì)商業(yè)化PTR－MS 儀器的公司，其開(kāi)發(fā)了包括緊湊型、標(biāo)準(zhǔn)型、高分辨率型以及TOF 型分析儀器，用于建筑物、汽車(chē)、飛機(jī)等密閉空間的VOCs 檢測(cè)，也用于電子工業(yè)有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)、城市和地區(qū)空氣質(zhì)量檢測(cè)、生物研究、環(huán)境保護(hù)以及食品科學(xué)的微量氣體檢測(cè)［12］。

3 潛艇艙室環(huán)境氣體分析和監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)世界各潛艇國(guó)家對(duì)潛艇艙室大氣成分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究，應(yīng)充分考慮待測(cè)氣體規(guī)定的濃度范圍、需要監(jiān)測(cè)的艙室部位、可供采納的技術(shù)路線(xiàn)等技術(shù)因素。世界各國(guó)均制定了有毒有害氣體的容許濃度控制標(biāo)準(zhǔn)，但配置的氣體分析系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)所有氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)［4］。按照相關(guān)潛艇艙室氣體組分標(biāo)準(zhǔn)，潛艇艙室污染物濃度跨度從ppt 至ppm，備選氣體分析技術(shù)應(yīng)具備相應(yīng)測(cè)量能力。

由于污染物來(lái)源的不同，每個(gè)艙室部位需要測(cè)量的氣體種類(lèi)也不同，在規(guī)劃氣體分析系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要規(guī)劃測(cè)點(diǎn)布置和各測(cè)點(diǎn)分析氣體種類(lèi)。由于技術(shù)原理的不同，每種氣體分析技術(shù)有其局限性，可考慮采用多種技術(shù)路線(xiàn)復(fù)合實(shí)現(xiàn)全船氣體測(cè)量工作。

根據(jù)潛艇艙室環(huán)境氣體組分特點(diǎn)和氣體分析技術(shù)要求，列出33 種重點(diǎn)氣體組分和氟里昂22 氣體的監(jiān)測(cè)部位和技術(shù)路線(xiàn)(見(jiàn)表2)。

表2 33 種重點(diǎn)氣體組分監(jiān)測(cè)技術(shù)路線(xiàn)［13－15］Tab.2 Atmosphere compositionmonitoring procedure include 33 type of gas

［1］王少波，周升如.潛艇艙室大氣組分分析概況［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2001，23(8):8－11.

［2］陳根年.潛艇人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)工程的進(jìn)展和展望［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2001，23(3):3－7.

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