氫氣發(fā)生器中氫氣泄漏檢測

由于健康和安全方面的限制，許多實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在被禁止在工作場所使用氫氣瓶。相比之下，氫氣發(fā)生器是一種更安全的選擇，同時可以提供高純度的載氣（純度為99.9999%，無水分），足以同時供應(yīng)多個GC儀器。

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是指在室溫下沸點(diǎn)在50～260℃之間，且飽和蒸氣壓超過133.322Pa的易揮發(fā)性化合物。這些化合物的主要成分包括烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類、低沸點(diǎn)的多環(huán)芳烴類等。VOCs是室內(nèi)外空氣中普遍存在且組成復(fù)雜的一類有機(jī)污染物。大多數(shù)VOCs不溶于水，可混溶于苯、醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑。它們大多對皮膚、黏膜有刺激性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用。其所表現(xiàn)出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊氣味能導(dǎo)致人體呈現(xiàn)各種不良反應(yīng)。因此，研究環(huán)境中VOCs的存在、來源、分布規(guī)律、遷移轉(zhuǎn)化及其對人體健康的影響一直受到人們的重視，并且成為國內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。

一、 揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）檢測
揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）檢測方法通常有PID檢測(光離子探測器)、 GC-MS（氣相色譜-質(zhì)譜檢測器法）和 GC-FID（氣相色譜-氫火焰離子檢測器法），三種方法對絕大部分烴類有良好響應(yīng)；GC-ECD（氣相色譜-電子捕獲檢測器法）主要為鹵代烴類檢測器，對鹵代烴有高靈敏度的響應(yīng)；GC-FPD（氣相色譜-火焰光度檢測器法）對含硫、磷的烴類有高選擇、高靈敏度的響應(yīng)。在上述檢測方法中，GC-FID，GC-FPD 都需用氫氣作為燃燒氣來生成檢測信號的離子化體。

二、VOC 監(jiān)測設(shè)備的氣源-氫氣發(fā)生器

VOC在線監(jiān)測根據(jù)采用傳感器的不同，可分為PID（光離子化檢測器）和FID（火焰離子化檢測器）。采用PID原理的VOC在線監(jiān)測設(shè)備體型小巧，結(jié)構(gòu)簡單，能測量更低濃度的VOC氣體；而采用FID原理的VOC在線監(jiān)測設(shè)備結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，技術(shù)難度更高，需要配備在線氫氣發(fā)生器等配件。

氫氣鋼瓶通常不作為在線 VOC 監(jiān)測設(shè)備的氣源，因?yàn)殇撈繗錃鈱儆谖ｋU化學(xué)品，操作需取得相關(guān)資質(zhì)。監(jiān)測站點(diǎn)通常無人值守，一旦發(fā)生氫氣泄漏容易發(fā)生燃燒爆炸等嚴(yán)重事故。部分站點(diǎn)偏遠(yuǎn)，運(yùn)輸成本高昂（普通車輛不能運(yùn)輸危化品）。基于以上因素的考慮，滿足以下要求的氫氣發(fā)生器可作為在線VOC 監(jiān)測設(shè)備的理想氣源：

①產(chǎn)氣量充足（通常 GC 用氣量在 100 mL/min 以下）；
②產(chǎn)生氣體純度高，通常大于 99.99%，采用 SPE 膜電解法產(chǎn)生的氫氣純度可達(dá)到 99.999%.

同時，氫氣發(fā)生器相比鋼瓶氣具備以下優(yōu)勢：
①無氫氣泄漏危險，漏氣時氫氣發(fā)生器監(jiān)測會自動停止工作以防止事故發(fā)生；
②設(shè)備體積小，電解水只消耗純水或堿液，使用成本低；
③可遠(yuǎn)程監(jiān)控氫氣發(fā)生器的工作狀態(tài)。氫氣發(fā)生器的工作原理是電解水產(chǎn)生氫氣，目前與 GC聯(lián)用的氫氣發(fā)生器有電解堿性水溶液、SPE（固態(tài)電解質(zhì)）膜電解水兩種電解方式。堿性溶液電解法通常采用 10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的氫氧化鉀溶液作為電解質(zhì)，電解時陽極產(chǎn)生氧氣（排入大氣），陰極產(chǎn)生氫氣；SPE 膜電解采用純水作為電解質(zhì)，電解時水電離出的氧負(fù)離子在陽極生成氧氣（排入大氣），氫質(zhì)子以水合離子（H+·xH2O）的形式，在電場力的作用下，通過 SPE離子膜，到達(dá)陰極吸收電子形成氫氣。

氫氣發(fā)生器為VOC監(jiān)測設(shè)備的氣源提供滿足要求的氫氣，氫氣發(fā)生器體積小巧緊湊，提供可靠氫氣來源的同時減少碳排放。氫氣發(fā)生器采用PSA等技術(shù)有效去除水分，保證了氫氣的純度與品質(zhì)。相比于鋼瓶，氣體發(fā)生器是更安全、可靠而且方便的供氣方案。

使用氫氣發(fā)生器的安全性與方便性

與傳統(tǒng)的鋼瓶相比，使用氫氣發(fā)生器供應(yīng)氫氣有其不容忽視的優(yōu)勢。

氫氣發(fā)生器現(xiàn)場生產(chǎn)氫氣，根據(jù)客戶需求，即開即用，大大減少了等待鋼瓶安裝或定期更換鋼瓶造成的人力、時間成本。

鋼瓶中儲存大量的高壓氣體，如果迅速釋放到實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，會造成安全隱患。尤其是使用氫氣鋼瓶時，還存在額外的爆炸風(fēng)險。一旦空氣中的氫氣的含量達(dá)到4.1%（按體積濃度計(jì)），會達(dá)到氫氣的爆炸下限，而引發(fā)危險。

氫氣發(fā)生器可提供一種安全的替代方案，無需大量儲存高壓氣體就可產(chǎn)生足夠的氫氣來供應(yīng)多種應(yīng)用。

除此之外，在氫氣安全上，發(fā)生器內(nèi)部有檢漏、壓力異常報警等功能，可以安裝氫氣探測器。因此，如果發(fā)生氫氣泄漏，整個系統(tǒng)會自動停止，以確保安全。工采網(wǎng)FAE建議氫氣探測器采用進(jìn)口氫氣傳感器，推薦選用日本figaro 氫氣傳感器 - TGS2616-C00：TGS2616-C00是日本FIGARO研發(fā)的半導(dǎo)體原理傳感器，響應(yīng)快速、功耗低、體積小，TGS2616-C00 內(nèi)含全新開發(fā)的敏感素子，受酒精等干擾氣體的影響極小，而對氫氣具有較高的選擇性。非常適合用于檢測氫氣濃度變化。

同時，TGS2616-C00的應(yīng)用電路也十分簡單。

給傳感器提供穩(wěn)定的加熱電壓，串聯(lián)一個固定電阻分壓，對固定電阻分壓進(jìn)行采樣處理即可。

以下是TGS2616-C00的基本參數(shù)：

審核編輯 黃宇