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表面有机物微层

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  • 六种表面分析技术与材料表征方法简介
    利用电子、光子、离子、原子、强电场、热能等与固体表面的相互作用,测量从表面散射或发射的电子、光子、离子、原子、分子的能谱、光谱、质谱、空间分布或衍射图像,得到表面成分、表面结构、表面电子态及表面物理化学过程等信息的各种技术,统称为先进材料表征方法。先进材料表征方法包括表面元素组成、化学态及其在表层的分布测定等。后者涉及元素在表面的横向和纵向(深度)分布。先进材料表征方法特点表面是固体的终端,表面向外一侧没有近邻原子,表面原子有部分化学键伸向空间,形成“悬空键”。因此表面具有与体相不同的较活跃的化学性质。表面指物体与真空或气体的界面。先进材料表征方法通常研究的是固体表面。表面有时指表面的单原子层,有时指上面的几个原子,有时指厚度达微米级的表面层。应用领域航空、汽车、材料、电子、化学、生物、地质学、医学、冶金、机械加工、半导体制造、陶瓷品等。X射线能谱分析(EDS)应用范围PCB、PCBA、FPC等。测试步骤将样品进行表面镀铂金后,放入扫描电子显微镜样品室中,使用15 kV的加速电压对测试位置进行放大观察,并用X射线能谱分析仪对样品进行元素定性半定量分析。样品要求非磁性或弱磁性,不易潮解且无挥发性的固态样品,小于8CM*8CM*2CM。典型图片PCB焊盘测试图片成分分析测试谱图聚焦离子束技术(FIB)聚焦离子束技术(Focused Ion beam,FIB)是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的离子束轰击材料表面,实现材料的剥离、沉积、注入、切割和改性。随着纳米科技的发展,纳米尺度制造业发展迅速,而纳米加工就是纳米制造业的核心部分,纳米加工的代表性方法就是聚焦离子束。近年来发展起来的聚焦离子束技术(FIB)利用高强度聚焦离子束对材料进行纳米加工,配合扫描电镜(SEM)等高倍数电子显微镜实时观察,成为了纳米级分析、制造的主要方法。目前已广泛应用于半导体集成电路修改、离子注入、切割和故障分析等。聚焦离子束技术(FIB)可为客户解决的产品质量问题(1)在IC生产工艺中,发现微区电路蚀刻有错误,可利用FIB的切割,断开原来的电路,再使用定区域喷金,搭接到其他电路上,实现电路修改,最高精度可达5nm。(2)产品表面存在微纳米级缺陷,如异物、腐蚀、氧化等问题,需观察缺陷与基材的界面情况,利用FIB就可以准确定位切割,制备缺陷位置截面样品,再利用SEM观察界面情况。(3)微米级尺寸的样品,经过表面处理形成薄膜,需要观察薄膜的结构、与基材的结合程度,可利用FIB切割制样,再使用SEM观察。聚焦离子束技术(FIB)注意事项(1)样品大小5×5×1cm,当样品过大需切割取样。(2)样品需导电,不导电样品必须能喷金增加导电性。(3)切割深度必须小于50微米。应用实例(1)微米级缺陷样品截面制备(2)PCB电路断裂位置,利用离子成像观察铜箔金相。俄歇电子能谱分析(AES)俄歇电子能谱技术(Auger electron spectroscopy,简称AES),是一种表面科学和材料科学的分析技术,因检测由俄歇效应产生的俄歇电子信号进行分析而命名。这种效应系产生于受激发的原子的外层电子跳至低能阶所放出的能量被其他外层电子吸收而使后者逸出,这一连串事件称为俄歇效应,而逃脱出来的电子称为俄歇电子,通过检测俄歇电子的能量和数量来进行定性定量分析。AES应用于鉴定样品表面的化学性质及组成的分析,其特点在俄歇电子来极表面甚至单个原子层,仅带出表面的化学信息,具有分析区域小、分析深度浅和不破坏样品的特点,广泛应用于材料分析以及催化、吸附、腐蚀、磨损等方面的研究。俄歇电子能谱分析(AES)可为客户解决的产品质量问题(1)当产品表面存在微小的异物,而常规的成分测试方法无法准确对异物进行定性定量分析,可选择AES进行分析,AES能分析≥20nm直径的异物成分,且异物的厚度不受限制(能达到单个原子层厚度,0.5nm)。(2)当产品表面膜层太薄,无法使用常规测试进行厚度测量,可选择AES进行分析,利用AES的深度溅射功能测试≥3nm膜厚厚度。(3)当产品表面有多层薄膜,需测量各层膜厚及成分,利用D-SIMS(AES)能准确测定各层薄膜厚度及组成成分。注意事项(1)样品最大规格尺寸为1×1×0.5cm,当样品尺寸过大需切割取样。(2)取样的时候避免手和取样工具接触到需要测试的位置,取下样品后使用真空包装或其他能隔离外界环境的包装, 避免外来污染影响分析结果。(3)由于AES测试深度太浅,无法对样品喷金后再测试,所以绝缘的样品不能测试,只能测试导电性较好的样品。(4)AES元素分析范围Li-U,只能测试无机物质,不能测试有机物物质,检出限0.1%。应用实例样品信息:样品为客户端送检LED碎片,客户端反映LED碎片上Pad表面存在污染物,要求分析污染物的类型。失效样品确认:将LED碎片放在金相显微镜下观察,寻找被污染的Pad,通过观察,发现Pad表面较多小黑点。X射线光电子能谱分析(XPS)X射线光电子能谱技术X射线光电子能谱技术(X-ray photoelectron spectroscopy,简称XPS)是一种表面分析方法, 使用X射线去辐射样品,使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来,被光子激发出来的电子称为光电子,可以测量光电子的能量和数量,从而获得待测物组成。XPS主要应用是测定电子的结合能来鉴定样品表面的化学性质及组成的分析,其特点在光电子来自表面10nm以内,仅带出表面的化学信息,具有分析区域小、分析深度浅和不破坏样品的特点,广泛应用于金属、无机材料、催化剂、聚合物、涂层材料矿石等各种材料的研究,以及腐蚀、摩擦、润滑、粘接、催化、包覆、氧化等过程的研究。X射线光电子能谱分析(XPS)可为客户解决的产品质量问题(1)当产品表面存在微小的异物,而常规的成分测试方法无法准确对异物进行定性定量分析,可选择XPS进行分析,XPS能分析≥10μm直径的异物成分以及元素价态,从而确定异物的化学态,对失效机理研究提供准确的数据。(2)当产品表面膜层太薄,无法使用常规测试进行厚度测量,可选择XPS进行分析,利用XPS的深度溅射功能测试≥20nm膜厚厚度。(3)当产品表面有多层薄膜,需测量各层膜厚及成分,利用D-SIMS能准确测定各层薄膜厚度及组成成分。(4)当产品的表面存在同种元素多种价态的物质,常规测试方法不能区分元素各种价态所含的比例,可考虑XPS价态分析,分析出元素各种价态所含的比例。注意事项(1)样品最大规格尺寸为1×1×0.5cm,当样品尺寸过大需切割取样。(2)取样的时候避免手和取样工具接触到需要测试的位置,取下样品后使用真空包装或其他能隔离外界环境的包装, 避免外来污染影响分析结果。(3)XPS测试的样品可喷薄金(不大于1nm),可以测试弱导电性的样品,但绝缘的样品不能测试。(4)XPS元素分析范围Li-U,只能测试无机物质,不能测试有机物物质,检出限0.1%。应用实例样品信息:客户端发现PCB板上金片表面被污染,对污染区域进行分析,确定污染物类型。测试结果谱图动态二次离子质谱分析(D-SIMS)飞行时间二次离子质谱技术二次离子质谱技术(Dynamic Secondary Ion Mass Spectrometry,D-SIMS)是一种非常灵敏的表面分析技术,通过用一次离子激发样品表面,打出极其微量的二次离子,根据二次离子的质量来测定元素种类,具有极高分辨率和检出限的表面分析技术。D-SIMS可以提供表面,薄膜,界面以至于三维样品的元素结构信息,其特点在二次离子来自表面单个原子层(1nm以内),仅带出表面的化学信息,具有分析区域小、分析深度浅和检出限高的特点,广泛应用于物理,化学,微电子,生物,制药,空间分析等工业和研究方面。动态二次离子质谱分析(D-SIMS)可为客户解决的产品质量问题(1)当产品表面存在微小的异物,而常规的成分测试方法无法准确对异物进行定性定量分析,可选择D-SIMS进行分析,D-SIMS能分析≥10μm直径的异物成分。(2)当产品表面膜层太薄,无法使用常规测试进行膜厚测量,可选择D-SIMS进行分析,利用D-SIMS测量≥1nm的超薄膜厚。(3)当产品表面有多层薄膜,需测量各层膜厚及成分,利用D-SIMS能准确测定各层薄膜厚度及组成成分。(4)当膜层与基材截面出现分层等问题,但是未能观察到明显的异物痕迹,可使用D-SIMS分析表面超痕量物质成分,以确定截面是否存在外来污染,检出限高达ppb级别。(5)掺杂工艺中,掺杂元素的含量一般是在ppm-ppb之间,且深度可达几十微米,使用常规手段无法准确测试掺杂元素从表面到心部的浓度分布,利用D-SIMS可以完成这方面参数测试。动态二次离子质谱分析(D-SIMS)注意事项(1)样品最大规格尺寸为1×1×0.5cm,当样品尺寸过大需切割取样,样品表面必须平整。(2)取样的时候避免手和取样工具接触到需要测试的位置,取下样品后使用真空包装或其他能隔离外界环境的包装, 避免外来污染影响分析结果。(3)D-SIMS测试的样品不受导电性的限制,绝缘的样品也可以测试。(4)D-SIMS元素分析范围H-U,检出限ppb级别。应用实例样品信息:P92钢阳极氧化膜厚度分析。飞行时间二次离子质谱分析(TOF-SIMS)飞行时间二次离子质谱技术(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry,TOF-SIMS)是一种非常灵敏的表面分析技术,通过用一次离子激发样品表面,打出极其微量的二次离子,根据二次离子因不同的质量而飞行到探测器的时间不同来测定离子质量,具有极高分辨率的测量技术。可以广泛应用于物理,化学,微电子,生物,制药,空间分析等工业和研究方面。TOF-SIMS可以提供表面,薄膜,界面以至于三维样品的元素、分子等结构信息,其特点在二次离子来自表面单个原子层分子层(1nm以内),仅带出表面的化学信息,具有分析区域小、分析深度浅和不破坏样品的特点,广泛应用于物理,化学,微电子,生物,制药,空间分析等工业和研究方面。飞行时间二次离子质谱分析(TOF-SIMS)可为客户解决的产品质量问题(1)当产品表面存在微小的异物,而常规的成分测试方法无法准确对异物进行定性定量分析,可选择TOF-SIMS进行分析,TOF-SIMS能分析≥10μm直径的异物成分。(2)当产品表面膜层太薄,无法使用常规测试进行成分分析,可选择TOF-SIMS进行分析,利用TOF-SIMS可定性分析膜层的成分。(3)当产品表面出现异物,但是未能确定异物的种类,利用TOF-SIMS成分分析,不仅可以分析出异物所含元素,还可以分析出异物的分子式,包括有机物分子式。(4)当膜层与基材截面出现分层等问题,但是未能观察到明显的异物痕迹,可使用TOF-SIMS分析表面痕量物质成分,以确定截面是否存在外来污染,检出限高达ppm级别。飞行时间二次离子质谱分析(TOF-SIMS)注意事项(1)样品最大规格尺寸为1×1×0.5cm,当样品尺寸过大需切割取样。(2)取样的时候避免手和取样工具接触到需要测试的位置,取下样品后使用真空包装或其他能隔离外界环境的包装, 避免外来污染影响分析结果。(3)TOF-SIMS测试的样品不受导电性的限制,绝缘的样品也可以测试。(4)TOF-SIMS元素分析范围H-U,包含有机无机材料的元素及分子态,检出限ppm级别。应用实例样品信息:铜箔表面覆盖有机物钝化膜,达到保护铜箔目的,客户端需要分析分析苯并咪唑与铜表面结合方式。
  • 工件表面油脂污染度控制检测方案|析塔金属油污清洁度检测仪
    工件表面油脂污染度控制检测方案|析塔金属油污清洁度检测仪-翁开尔"安全控制油脂污染情况"清洁度参考指南是针对零部件清洗工艺或设备系统的研发人员、操作人员、生产链负责人以及测量人员。该指南制定目的是促进通过高效监控来保证工艺质量。德国FiT工业协会 (Fachverband industrielle Teilereinigung e.V.)已经认识到,相关行业需要针对油脂污染问题提出切实可行的质量保证及监控建议。基于现有技术,FiT整理了2015年到2018年历年来多个工艺实例、专家及用户经验,并制定了 "安全控制油脂污染情况"的相关参考指南。当今许多工业领域中,尽管厂家使用了最先进的生产技术,采用多道清洗工艺对零部件进行前处理,都不能完全解决零部件表面残留污染物对后续工艺造成影响,如喷涂、粘接、焊接等后续工艺的附着力不够、起泡、虚焊等问题。因此,零部件表面清洁度是产品及工艺质量的关键指标。生产厂家应借助高效精准的清洁度检测技术来测量零部件的清洗工艺和清洗后的污染物残留情况,从而进行有针对性的清洗过程,使零部件具有足够的清洁度来进行后续生产工艺(如焊接、连接、喷涂、粘接等)和检验成品质量。过去,厂家主要只检测颗粒物清洁度,而现在,他们越来越重视油污、油脂、成品油等有机污染物对产品质量的影响作用。膜状污染物往往是无法避免膜状污染物通常是指油污、油脂、防腐剂、涂料、冷却润滑油、切削油、粘接剂和其他生产助剂残留物、手汗和手指纹等。简单来说,膜状污染物可以理解为在零部件表面上呈现为一层薄薄的、非颗粒状的污染物质。油脂、成品油类和类似有机物的合格值制定众所周知,油脂、成品油类和类似有机物的污染物残留会影响后续工艺质量,如造成涂层附着力不良、起泡、虚焊、粘接不牢固等问题。故此,目前大部分相关行业规定了零部件需要达到合格的表面清洁度。当然,零部件表面没有污染物是最好的,但这只是一个理想状态。这种想法使所有生产厂家都认为,零部件表面油脂等污染残留物会影响后续工艺。虽然在生产过程中可以使用不含硅油的生产助剂,但多数工艺还是需要使用含有油脂的生产助剂。在原材料加工工艺中,冷却润滑剂、切削油等必要生产助剂必然含有天然或合成的油脂。因此,在实际生产中必须确定零部件表面清洁度合格值,使零部件拥有足够的清洁度来保证后续工艺质量。如今越来越多的制造工艺和终端应用重视零部件表面油脂、成品油、指纹等污染物质的残留情况,因此零部件制造商和清洗设备老板需要找到合适而高效的表面清洁度检测设备。为了满足不断增长的清洁度检测需求,FiT的《零部件清洗质量保证工艺控制指南》和《清洗工艺规划检查表》可以提供初步操作指导。而参考指南 "安全控制油脂污染情况"全面论述了这个问题。参考指南相关介绍该指南的前言部分给出了相关定义和术语,用于规范语言;随后解释了膜状污染物的出现、来源及其特性和影响。基于某些具体工艺、终端应用和行业,对检测膜状污染物在生产过程中的重要性日益重要进行了说明;在最后部分指出了本指南的适用范围。该指南能协助生产厂家内部研发、建立标准和优化生产和清洗工艺,保证整体工艺质量和最终产品质量重现性。同时也重点总结了零部件的清洗工艺、清洗前的初始状态以及目前适用的清洗化学和清洗工艺的解决方案。只有通过合适的清洁度检测、分析控制技术,才能从根本上获取到经过清洗工艺零部件的表面清洁度或污染程度。为此,它提出了一些最常见的适用检测方法,并特别强调了与应用有关的适用性和局限性。在最后,该文件概述了目前工艺监测的解决方案。实例部分本指南的实例部分将基础知识与零件清洗的典型应用关联起来,并提供解决方案,也给出了实际操作建议,便于厂家系统性设计出符合产品质量标准的清洗工艺,并能正确快速调整工艺参数。此外,该指南还指出了监测清洗工艺活性物质、污染物质以及检测整个生产链的零部件真实情况。除了需要确定油污、成品油等污染物来源和检测零部件表面清洁度,该指南还提出了零部件表面清洁度合格值的确定方法。根据某个典型应用,它介绍了实际使用过程中使用到的测量和分析控制技术,并说明了各种方法的优点和局限性。此外,它还提出了保证零部件表面清洁度合格的最佳处理工艺,便于厂家以合适的清洗工艺来设计和分析零部件。结合上述建议,生产厂家能借助高效表面清洁度检测仪器来快速监控并改善零部件的上下游清洗工艺。金属零部件表面清洁度最佳检测方案德国析塔表面清洁度仪能可靠精准量化零部件表面清洁度,是目前领先的污染物量化检测技术。该仪器采用共焦法原理,通过光源发射出最佳波长的紫外光探测金属表面的污染物,内置的传感器探测荧光强度,荧光强度的大小取决于零部件表面有机物残留情况。借助完整紫外光源与传感器的共同作用,析塔表面清洁度仪能快速准确量化基材表面的污染物含量。该仪器为客户提供便携式和在线式机型,全面满足工厂车间或实验室的快速监测清洁度的工艺要求,以评价清洁工艺质量,最大程度上避免人为主观判断带来的测量误差,显著增加工艺可靠性。可见,德国析塔表面清洁度仪能协助生产厂家直接判断零部件表面清洁度是否达到合格要求,稳定零部件加工过程中的清洗质量、实现量化控制! 翁开尔是德国析塔SITA清洁度仪中国独家代理商,欢迎致电咨询。
  • 应用 | 石墨烯表面究竟是疏水还是亲水?
    摘要石墨类碳材料在电极,吸附,催化载体以及固体润滑剂方面有着极其广泛的应用。了解它们和水之间的相互作用对于基础材料的表征以及实际装置的制备都起着关键作用。曾经,普遍的观点都认为石墨碳材料表面是疏水的。然而,美国匹兹堡大学Kozbial等人发表在国际顶级杂志Accounts of Chemical Research上的最新研究发现:石墨表面本质上是亲水的,而由于表面吸附了空气环境中的烃类污染物,才造成石墨烯表面的疏水性。研究回顾在石墨烯的各类应用中,表面性能的精准控制(例如黏附、摩擦和表面能)是非常必要的。润湿性不仅是表征表面性能的重要参数,而且还直接影响了电子掺杂和载体可移动性。在1940年, Fowkes and Harkins首次报道了天然石墨的接触角为85°度左右。其他学者研究不同石墨类碳材料时得出的结果也与该值相接近。碳纳米管以及石墨烯的润湿性研究结果也表明他们都是疏水的。所有的这些研究都表明sp2杂化形式的石墨类碳材料都是疏水的。润湿性的不同观点:1. Tadros等人采用捕泡法测试出表面干净的各项同性的石墨,其前进角为63° (53 °C)。但他们的工作主要集中在研究等温吸附上,而不是润湿性,所得出结论不十分可靠。2. Schrader发现石墨在室温下和超真空条件下被剥离后的接触角值为35°。但是,超高真空会造成水的蒸发,造成较低的接触角。进一步提出石墨疏水是由于石墨被疏水的有机物污染。研究思路为了解决以上问题,美国匹兹堡大学Kozbial教授重新设计了实验,并用KRÜ SS DSA100接触角测试仪表征材料的接触角和表面能。室温下,研究了新鲜石墨烯和剥离的高度有序热解石墨表面的接触角与时间的变化。结果表明暴露在空气中时,接触角与时间具有相依性(图1)。之前研究者们也用同样的方法研究了金的润湿性,由于金的表面吸附了空气中的烃类污染物,造成金的疏水性。而二氧化硅和稀土氧化物等陶瓷材料的接触角也表现出同样的性质。因此Kozbial教授提出,石墨类碳材料是否也因为表面吸附了空气中的烃类污染物才变得疏水呢?图1.铜基石墨烯,镍基石墨烯和石墨的水接触角数据。(1)衰减全反射红外光谱分析利用衰减全反射红外光谱法,采集了新鲜和老化的石墨烯的表面数据。结果表明,石墨烯在空气中暴露10分钟后,出现了明显的亚甲基(&minus CH2&minus )的峰(图2a),这说明有烃类物质吸附在了石墨烯表面。此外,亚甲基峰强度随着暴露时间的增长而变强,同时接触角和ATR-FTIR的数据也表现出相似的趋势。如下:干净表面的石墨烯具有较低的接触角和较弱的亚甲基峰接触角和亚甲基峰强度随着在空气中暴露的时间增长而增加,60分钟之后都不再发生明显的变化。(2)XPS分析采集新鲜石墨烯和老化2天石墨烯的C1s XPS数据。285eV附近的强峰来自于石墨烯碳原子(图2b)。不同的是,在285.7 eV处有一个更正的峰以及在287.6 eV附近出现了一个肩峰,这都说明了烃类物质的存在。随后也采集了新鲜石墨和老化2天石墨的ATR-FTIR数据。因此,对于石墨烯和石墨而言,新合成或者新剥离得到的表面是没有烃类物质的,而在空气中暴露老化之后,是有烃类物质吸附的。图2. 铜基石墨烯的(a) ATR-FTIR和(b) XPS图谱,石墨的ATR-FTIR图谱(c),(d)烃类物质吸附膜厚度和接触角石墨在空气暴露时间的变化关系(3)椭圆偏振分析通过该技术研究发现,石墨表面开始暴露在空气中后,烃类物质吸附膜的厚度逐渐增加,在60分钟时达到峰值,随后曲线出现平台。引起了这一变化时,石墨表面生成了&sim 6&angst 厚的烃类物质层。综上,ATR-FTIR,XPS以及椭圆偏振法都表明石墨表面本质上是温和亲水的,吸附烃类物质后才变的疏水。(4)表面能分析表面能是固体物质重要的表面性质,它不仅决定材料表面的润湿性,更深深影响着粘附性、摩擦性以及其他的表面或界面性能。基于四种测试液体的接触角数据,通过三种常见的模型Neumann,Fowkes和Owens&minus Wendt计算了新鲜和老化石墨表面的表面能。图3表明石墨烯和石墨的表面能随着暴露时间增长而逐渐降低。新鲜表面的表面能最大,老化表面的表面能最小。造成这种结果的原因是空气中烃类物质的吸附过程带来的热力学驱动力降低了总表面能。图3 新鲜和老化石墨烯,石墨的表面能图及极性和非极性分量总结烃类污染物不仅影响石墨类材料表面的润湿性还影响了其粘附性和吸附性。因此,开发有效的去除和抑制烃类污染物对于操控石墨表面性能是非常关键的。此障碍在未来获得突破后,石墨烯基装置的成功制备也就为时不远了。参考文献Kozbial, A., Zhou, F., Li, Z., Liu, H., & Li, L. Are Graphitic Surfaces Hydrophobic. Accounts of Chemical Research 2016.
  • 合金焊接质量保证,合金表面油脂污染度焊接清洁度检测方案
    翁开尔是析塔清洁度仪独家代理商,欢迎致电咨询析塔清洁度仪在合金焊接上的技术应用。汽车轻量化成为使命,汽车制造商越发对轻质材料情有独钟,以寻求降低能耗和最小化腐蚀风险。汽车设施从钢转向铝材,这些铝材组件是需要焊接冲压或机加工的。然而,将钢焊接技术应用于铝焊接时,事情就不是那么简单了。虽然铝焊接本身是最主要的任务,但必须满足一个前提条件——保证焊接铝材表面的清洁度。对于从钢焊接工艺过渡到铝焊接工艺的设施,焊接前的表面处理是必须考虑的因素。不单单对于汽车制造而言,对精密工具制造、造船、轨道交通、航天航空、大型机械制造等行业的焊接准备中都会清洁钢和铝表面。这也意味着过去从不需要零件清洗机的工厂将不得不将零件清洗系统集成到他们的制造过程中,在焊接前确保零件表面足够干净,以此确保焊接良品率。┃ 铝与钢焊接焊接钢和铝之间的根本区别在于铝具有更高的电阻和熔化温度。熔池中较高的温度会产生足够的热能来增加氢的溶解度和扩散率。如果零件表面存在污染物,容易导致焊缝出现气孔或开裂。┃ 铝污染物的主要类型从大规模零售制造铝到达焊接工作室,铝会暴露在几种主要类型的污染物中。这些污染物如下: 油或者油脂 墨水 润滑脂 颗粒污垢许多东西在焊接前都会弄脏和污染铝,这种污染物的存在会对焊接质量产生严重的持久影响。这就是为什么在焊接前对铝件进行清洗的原因。如果铝件表面不够干净,在焊接的过程中,则容易出现烟灰,焊缝未熔合,不确定的电弧和附加电阻等现象。┃ 清洁表面对焊接的重要性在精细化制造要求下,清洁度一定意义上决定了焊接的质量。清洁的表面助于实现成功焊接:00001. 一致性:清洁焊接材料在制造实验室中提供了一定程度的一致性,并允许您将铝用作焊接性能的控制变量。00002. 无孔隙率:孔隙率是由碳氢化合物或氧化等污染物焊接到金属中引起的金属表面质量缺陷。如果金属变得有多孔,它会形成结构较差的接头,如果金属在焊接部位有足够的多孔,则该接头甚至可能因此而失效。但如果铝是干净的,焊缝就不会有隐藏的缺陷,接头应该能按预期工作。00003. 高强度:因为没有污染物,所以用纯铝进行的焊接比用受污染的铝或含有氧化铝的铝进行的焊接具有更高的抗拉强度。由于金属焊缝在建造后承担着建造项目的整体安全性和耐久性的责任,因此所使用的焊缝必须尽可能坚固,以防止意外的结构损坏。┃析塔清洁度仪是检测铝件表面清洁情况的重要仪器在焊接铝件前,往往需要对铝件进行脱脂去除水分和残留污染物,以及采用激光清洗或机械清洗氧化层。那么怎样的清洗程度铝件才算干净呢?德国析塔清洁度检测仪可以有效量化金属件表面清洁情况,更好的保证激光焊接质量,减少激光焊接缺陷。焊接气孔会降低坚固性和密封性,下图显示在激光焊接前使用析塔清洁度仪对工件表面进行清洁度检测,当工件表面清洁度高于65%,焊接气孔数量明显降低,当工件表面清洁度低于65%时,焊接气孔数量明显增加。 德国析塔SITA表面清洁度仪采用共焦法原理,通过光源发射出最佳波长的UV光检测金属表面的污染物,内置的传感器精准探测污染物引起的荧光强度,该荧光强度的大小取决于基材表面有机物残留情况,从而能精准量化检测金属表面清洁度。德国析塔SITA清洁度测试仪可以广泛运用在焊接接头质量、安全气囊点火装置的焊接组件等方面,工件表面污染物会影响焊接质量,焊接气孔会导致泄露,因此在焊接工艺前检测工件表面清洁度非常有必要,可以有效降低焊接次品率。
  • 应用 | 定向有机玻璃表面能与黏结强度研究
    摘要酸处理和等离子处理后定向有机玻璃表面粗糙度和表面极性增加,同时表面润湿性能得到改善,使黏结强度分别上升了14%和22%;而过渡层预处理提高了基材表面能,处理后定向有机玻璃表面极性与TPU相近,降低了界面张力,明显改善界面黏结性能,黏结强度由4.44kN/m上升至23.61kN/m。研究背景轻度交联和定向研磨赋予了定向有机玻璃(stretched acrylicsheet)更为优异的力学性能、抗裂纹扩展性能和光学性能,使其强度高、韧性优良,具有良好的耐热性和耐久性,因此成为航空透明件的主要材料。定向有机玻璃与热塑性聚氨酯(TPU)中间层作为航空有机层合结构透明件的关键材料,二者间界面的黏结强度是影响有机层合透明件在工程应用中可靠性的重要因素。实验部分接触角测试:采用德国KRÜ SS接触角测量仪测量液体在固体表面上的接触角。每次滴液2μL,在样品表面稳定30s后读取结果。取10个接触角平均值作为此液体在该表面的接触角。所有测量均在室温(25 ℃)下进行。测试液体使用去离子水、二碘甲烷和乙二醇,测试液体表面能参数如表1所示。 表面能计算:根据Van Oss理论,对表面能有贡献的除了色散力外还有极性作用力,并将极性部分视为电子给体与电子受体之间的相互作用。因此表面能分为Lifshitz-vander Waals分量γLW和Lewis酸碱分量γAB(分为Lewis酸分量γ+和Lewis碱分量γ-)。固体的表面能γS和液体的表面能 γL可分别表示为: 固液之间界面张力γSL与固体的表面能和液体的表面能的关系为: 根据杨氏方程,可得: 表面能作为衡量润湿性能的重要参数,固体表面能可以通过测量一系列测试液体在固体表面上的接触角,通过上述方程就可以计算。结果与讨论由于界面的形成、结构和稳定会受到多种物理、化学因素的影响,目前没有单一黏结理论可以解释所有的黏结现象。但不论是何种黏结机理,都要求黏结的二者具有良好的润湿性能。将结合在一起的两相分开所需力做的功称之为Wa,为: 式中:γ1, γ2分别为两相表面能;γ12为两相间界面张力。从粘附功公式可知,增大两相表面能或者降低两相之间界面张力都可以提高黏结强度。不同预处理方法处理的定向有机玻璃基材和TPU胶片表面接触角测试结果如表2所示。由红外结果可知,酸处理和等离子处理后与水接触角定向有机玻璃表面C=O极性基团含量增加,亲水性增加,酸处理和等离子处理后水接触角减小;且酸处理和等离子处理后表面粗糙度增加,有利于接触角的降低。而过渡层处理后,样品表面疏水基团-(CH₂ )-含量增加,表面粗糙度下降,故水接触角增加。 根据表2的接触角结果计算得到的各材料表面能,结果见表3。TPU表面能较处理前后定向有机玻璃都低,说明TPU作为中间层材料可以在定向有机玻璃表面铺展,且处理后样品表面能增加,更有利于TPU在表面的铺展和吸附。由表3中参数可知定向有机玻璃和TPU都属于极性聚合物,且呈现出明显的Lewis碱特性。定向有机玻璃的极性源于侧链上的酯基;而TPU的极性来自于主链上的氨基甲酸酯基、醚键等基团。材料γAB大小差异与极性基团在分子结构中所处位置有关。高聚物的极性大小可通过偶极矩来判断,极性基团活动性越好,高聚物极性越大。TPU的线性主链上氨基甲酸酯基和醚键酯键能形成分子内氢键,使得极性下降。由红外结果可知,经酸处理和等离子处理后,定向有机玻璃表面含氧基团数量增加,故表面能极性分量γAB增大。而过渡层界面相较于定向有机玻璃表面具有更多的-(CH₂ )-基团,柔性优于定向有机玻璃,有利于降低界面张力;同时过渡层界面的表面自由能极性分量与TPU胶片相近,由润湿理论所述当黏结剂与被黏体的极性相匹配时,界面张力最小;且处理后表面能增加,由粘附功公式可知,过渡层处理同时增加了表面能并降低了界面张力,有利于提高TPU与定向有机玻璃之间的黏附功。小结(1)酸处理和等离子处理在提高定向有机玻璃表面粗糙度的同时增大了基材的表面张力,增加了表面极性,提高了黏结界面处分子间相互作用力,从而改善了TPU在基材表面的黏结性能。但界面处物理吸附力对提高黏结强度效果有限,经酸处理和等离子处理后定向有机玻璃与TPU黏结强度分别提高了14%和22%。(2)过渡层处理大幅度改善了定向有机玻璃与TPU的黏结性能。这是由于形成了与定向有机玻璃和TPU具有一定化学相容性的柔性界面,同时与TPU极性匹配,增大表面能并降低了界面张力。过渡层处理后黏结强度由4.44 kN/m上升至23.61 kN/m。(3)比较三种预处理方法对定向有机玻璃表面性能的影响以及与TPU间黏结强度差异,相较于增加表面粗糙度和物理吸附作用,改善界面的极性匹配性和化学相容性对提高TPU与定向有机玻璃间的黏结性能更具优势。本文有删减,详细信息请参考原文。
  • 中科院声学所完成声表面波气相色谱仪研制
    p   声表面波气相色谱仪因体积小、检测快、反应灵敏,被广泛应用于爆炸物、水污染、有毒害气体等多种物质的检测,为环保、公共安全提供了便捷、高效的检测手段。但长期以来,该类仪器主要依靠进口。 /p p   近期,中国科学院声学研究所超声技术中心研究员何世堂团队完成了声表面波气相色谱仪的研制,实现了该类仪器的国产化。 /p p   声表面波气相色谱仪是基于声表面波传感器与气相色谱分离联用的有机气体分析仪,气相色谱将有机混合物分离成纯组分之后,由声表面波传感器进行定量检测,具有灵敏度高、色谱柱升温速度快(每秒约20 ℃)、体积小等特点,可实现痕量气体的广谱(挥发和半挥发性有机物)、快速(5分钟内)、高灵敏度(ppb~ppt级)现场分析,在公共安全、环境监测、食品和药品检测等方面有广阔的应用前景。 /p p   在仪器研制过程中,何世堂团队对声表面波气相色谱仪的响应机理进行了理论分析,计算出仪器的质量检测下限 设计仪器的核心部件——声表面波(SAW)检测器,并分析SAW检测器表面不同区域的灵敏度,根据分析结果优化检测器及检测器与分离系统的对接参数。此外,何世堂团队在设计进样富集和色谱分离系统、声表面波检测系统、数控系统和辅助系统等多个分系统的基础上,进行系统集成并研制出声表面波气相色谱仪样机。样机的检测下限降低至国外同类仪器的一半,相当于性能提高了一倍。 /p p   除传统的分析检测爆炸物、毒品、人体气味、水污染等功能外,何世堂团队还基于该仪器以麝香为样品开发了中药成分的检测功能。相关研究有望为中药质量监管提供技术支撑。在后续的研究中,团队将侧重分析方法方面的研究,使声表面波气相色谱仪的检测更精准、性能更完善,并与应用领域相结合,开发出具有领域针对性的快检仪器。 /p p   相关研究成果发表在《应用声学》上。 /p p   论文题目:声表面波气相色谱仪及其应用 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/08a1be87-63e3-43a1-84e9-9a257fc2f7b8.jpg" title=" 001.jpg" / /p p style=" text-align: center " 声学所声表面波气相色谱仪原理图 /p
  • 有机物污染监测面临的不同挑战
    在工业和环境过程监测的水质分析中,存在各种不同的应用和挑战——因为水不仅仅是水。水必须满足的要求因应用领域、成分和检测数据的用途而异。例如,在半导体制造和芯片生产中,需要超纯水并且必须不含污染物。而对于饮用水来说,需要一定量的溶解矿物质,同时不得含有任何细菌或其他致病物质。这些与应用有关的具体要求还对水处理和各工艺监测产生影响。让我们通过不同的有机污染监测示例来仔细研究这些影响。水体中有机成分的污染是一个重要的分析参数。有机化合物可能会破坏工艺过程,或在某些情况下,尽管有机物可以接受,但必须了解其浓度并定期监测,以便正确控制工艺过程。有机物监测工具和实时监测需求实验室分析仍经常使用化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)来确定有机污染的程度。但是,在线分析对于更精确地实时监测工艺过程以及提高自动化程度来说,变得越来越重要。BOD分析需要5天时间,因此不能用于在线监测。由于COD分析时间需要2-3小时,且使用高毒性试剂,COD分析也不适合。相反,多年来,总有机碳TOC检测一直处于主导地位,用于快速监测有机污染,尤其是在工业领域。TOC也越来越多地应用于环境分析领域。与COD相比,TOC监测的优点是使用无毒试剂且检测时间仅需几分钟。此外,取决于所选择的检测技术,TOC分析可以在更大的浓度范围内进行检测,同时具有更高的精度。所有TOC分析仪的基本原理都是基于有机碳氧化形成二氧化碳。通过检测CO2,可以直接测定TOC含量。在线TOC监测——应对常见挑战有多种不同方法来实现这一检测目标。以下示例展示了与在线TOC监测要求相关的外部因素可能带来的不同挑战。通过采用正确的监测技术,就可以应对这些挑战。工艺挑战要求污水处理厂进水有机负荷高含有颗粒物稳健污水处理厂排水难以消解组分自我监测可靠冷凝水回用分析间隔短检测限低快速响应例1. 污水处理厂进水确定废水处理厂进水中的有机负荷对TOC分析仪提出了多项挑战。一方面,污染程度可能差异很大。这种情况主要发生在工业应用中,当批量工艺过程中的废水被排放或意外发生液体泄漏的时候。同时,这些有机物可能由难以分解的高度复杂的组分组成。此外,进水中可能会出现较高浓度的未溶解颗粒和溶解的无机成分(例如盐)。此应用对在线TOC分析仪的要求主要体现在稳健性方面。合适的监测仪表必须能完全检测出大跨度浓度波动,其波动范围可能在远低于100 ppm至高达数万ppm之间。同样,监测仪表还必须足够稳健,以检测更高浓度的溶解成分和颗粒成分。后者很容易导致内径较小的设备内部管道系统发生堵塞。此外,此类仪表在工艺过程中的安装条件往往很苛刻,这就需要稳健的设计。然而,了解有机负荷是优化后续清洁步骤的重要参数。在线TOC监测可以确保在有机负荷发生偏差时,生物处理阶段不会过载。过载会杀死分解有机物所需的细菌。在此情况下,由于适当的监测工具可以快速识别高有机负荷,因此可以将相应部分的进水有效地转移到缓冲池并维持细菌的健康。在负荷较低时,可以将高度污染的水回流。同样,在厌氧反应器中,要注意确保进水浓度尽可能恒定,以实现最佳的降解结果。反之,如果进水有机负荷过低,可根据TOC检测添加甲醇等有机物,使细菌有足够的食物进行高效降解。例2. 污水处理厂排水污水处理厂出TOC监测主要用于检查排水是否符合规定的排放限值。同时,它可以显示污水处理厂内的降解过程是否正常进行。在这些情况下,可以避免因超过限值而产生的罚款,并实现监管合规。废水在经过处理后,出水TOC浓度值明显低于进水。然而,残留的有机物通常是那些难以降解的物质。必须对这些物质进行精确检测,以便发现何时超过限值。因此,分析仪必须提供高度的可靠性,例如,捕获所有有机碳并具有广泛的自我监测功能。自动验证检测或校准应确保检测值始终正确。此外,可以使用自诊断功能来检查设备的整体状态,并依此开展预防性维护工作。这延长了分析仪的在线时间,并确保对限值进行无缝监测,以满足法规要求。例3. 冷凝水回用中的泄漏监测在工业应用中,蒸汽是最常用的传热介质。蒸汽发生用水必须满足特殊要求,以避免在锅炉和蒸汽阶段出现问题。要求对水进行预处理并添加水处理化学品。主要是抑制沉积物的形成和腐蚀。当水蒸发时会残留溶解的物质,形成水垢,导致锅炉中污泥积聚。但是,也会有蒸汽挥发性无机物和有机物进入气相并会积聚在管道和换热器中。这不仅减小了蒸汽通过的路径宽度,而且沉积物还降低了热传递,从而导致能量损失。此外,由于会造成一定的温度梯度,沉积物产生热应力,从而导致微小开裂和泄漏。腐蚀主要是由pH值过低引起。有机杂质在这里起着主要作用,因为在锅炉和蒸汽高温条件下,许多有机物分解并形成有机酸。这降低了蒸汽中的pH值,并加剧腐蚀,直至形成泄漏。除了预处理过程中去除不彻底外,有机物主要通过小泄漏进入蒸汽循环。由于锅炉水的处理复杂且昂贵,通常大部分冷凝蒸汽被返回。如果有机物通过热交换器中的小孔逸出到冷凝水中,它就会返回蒸汽循环。由于大多数有机物在分解之前并非离子态,因此传统的电导率测量无法检测到它们,也无法做到准确记录。在这里,TOC提供了一个解决方案。在此应用中,TOC分析仪面临的挑战是快速响应。与废水相比,除检测范围更低外,检测周期也很重要,因为检测目标是在被污染的冷凝水返回锅炉给水前就应该检测到是否发生了泄漏,从而避免花费巨大财力来更换锅炉给水。因此,更短的检测周期几乎可以无缝监测冷凝水,从而在污染成为问题前及时采取纠正措施。更轻松地检测有机污染并增强故障排除能力Sievers® TOC-R3是一款在线TOC分析仪,可满足常见工业工艺监测应用面临的上述挑战。1200℃无催化剂高温消解能够在较宽的检测范围内完全氧化复杂和颗粒有机碳。分析仪系统采用大内径管,可防止含颗粒的样品造成堵塞,该设计专门针对工业应用,使分析仪对环境条件不敏感。TOC-R3强大的自我监测功能为预防性维护提供信息,并提供了泄漏检测专门选项,可以非常快速地对泄漏进行检测。远程诊断和控制有助于增强故障排除,以避免停机。通过这些功能,可以应对有机污染监测所面临的最重要挑战——稳健、可靠、快速响应,从而提供实时信息,以更轻松地检测泄漏,管理工艺并满足法规要求。◆ ◆ ◆联系我们,了解更多!
  • 表面增强拉曼技术助力挥发性有机小分子的高灵敏检测
    近日,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所的宋一之团队与尹焕才团队在高灵敏增强拉曼气体传感方面取得进展。研究团队开发了一种具有超高灵敏性的柔性多孔三维玫瑰花枝状纳米增强基底,可实现气相与液相中有机小分子的高灵敏检测。研究成果发表在Analytical Chemistry上。高灵敏微量气体传感在环境污染研究、人体挥发性有机物(VOCs)检测中具有重要现实意义。迄今为止,已有多种分析技术被用于气体检测,但大多存在成本高、操作复杂、分析过程耗时等缺点。表面增强拉曼散射(SERS)作为一种有力的痕量分子检测工具,可利用基底的表面等离子体共振耦合和电荷转移效应大幅增强目标分子的拉曼散射信号,具有高灵敏、简单、快捷、无损和特异指纹识别的特点,在气体传感领域具有突出的优势。对此,该研究通过化学生长与微纳加工相结合的方式在柔性多孔滤膜上制备了纳米氧化锌金属三维异质结构(图1),并利用酰胺反应选择性地捕获腐胺和尸胺分子,实现了低浓度气体分子的高灵敏定量检测(腐胺检测限:1.26×10-9 M,尸胺检测限:2.5×10-9 M),比同类研究报道的检出限高出2~3个数量级(图2);另外,还实现了在液相中的超高灵敏度定量检测(腐胺检测限:3.2×10-16 M,尸胺检测限:1.6×10-13 M),比同类研究报道的检出限高出6~9个数量级,充分证明了该SERS传感器在液相与气相有机小分子检测的巨大潜力。鉴于该三维柔性SERS基底的多孔特性和优异的增强性能,将其与微流体装置和便携式拉曼光谱仪集成,搭建SERS快速检测系统,有望实现气溶胶中细菌、病毒和污染物的高效捕获与富集,充分发挥该三维基底在气溶胶的高灵敏检测领域的技术优势。研究工作得到国家自然科学基金委、江苏省重点研发产业前瞻项目、中科院科研仪器装备研制项目等项目的经费支持。   论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.1c05013图1 基于三维玫瑰花枝状SERS传感基底构筑方法及有机气体分子检测策略图2.液相中(a-f)与气相中(g-l)不同浓度腐胺与尸胺的SERS光谱
  • 我国大气挥发性有机物政策总结
    2011年3月,国家十二五规划中强调&ldquo 深化颗粒物污染防治&rdquo ,而研究发现,挥发性有机物是大气颗粒物的重要来源,故对挥发性有机物的控制逐步受到重视。   2011年12月,《国家环境保护&ldquo 十二五&rdquo 规划》发布,其中强调&ldquo 加强挥发性有机污染物和有毒废气控制&rdquo 。此规划正式提出控制挥发性有机污染物的排放,并明确提出开展挥发性有机污染物监测工作。 &ldquo 加强石化行业生产、输送和存储过程挥发性有机污染物排放控制。鼓励使用水性、低毒或低挥发性的有机溶剂,推进精细化工行业有机废气污染治理,加强有机废气回收利用。实施加油站、油库和油罐车的油气回收综合治理工程。开展挥发性有机污染物监测,完善重点行业污染物排放标准。&rdquo   2013年9月,国务院印发《大气污染防治行动计划》(即大气十条),进一步细化了需要控制挥发性有机污染物的重点行业。 &ldquo 推进挥发性有机物污染治理。在石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治,在石化行业开展&ldquo 泄漏检测与修复&rdquo 技术改造。限时完成加油站、储油库、油罐车的油气回收治理,在原油成品油码头积极开展油气回收治理。完善涂料、胶粘剂等产品挥发性有机物限值标准,推广使用水性涂料,鼓励生产、销售和使用低毒、低挥发性有机溶剂。推进非有机溶剂型涂料和农药等产品创新,减少生产和使用过程中挥发性有机物排放。&rdquo   同期,环保部等六部委共同发布《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》。 &ldquo 实施挥发性有机物污染综合治理工程。到2014 年底,加油站、储油库、油罐车完成油气回收治理。到2015 年底,石化企业全面推行&ldquo 泄漏检测与修复&rdquo 技术,完成有机废气综合治理。到2017 年底,对有机化工、医药、表面涂装、塑料制品、包装印刷等重点行业的559 家企业开展挥发性有机物综合治理。&rdquo   2014年7月,环保部等六部委共同发布《大气污染防治行动计划实施情况考核办法(试行)实施细则》,此细则规定了全国大气挥发性有机物控制的进度。   &ldquo 2014年,制定地区石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等重点行业挥发性有机物综合整治方案 完成储油库、加油站和油罐车油气回收治理,已建油气回收设施稳定运行。   2015年,北京市、天津市、河北省、上海市、江苏省、浙江省及广东省珠三角区域所有石化企业完成一轮泄漏检测与修复(LDAR)技术改造和挥发性有机物综合整治 有机化工、表面涂装、包装印刷等重点行业挥发性有机物治理项目完成率达到50%,已建治理设施稳定运行。其他地区石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等重点行业挥发性有机物治理项目完成率达到50%,已建治理设施稳定运行。   2016年,北京市、天津市、河北省、上海市、江苏省、浙江省及广东省珠三角区域有机化工、表面涂装、包装印刷等重点行业挥发性有机物治理项目完成率达到80%,已建治理设施稳定运行。其他地区石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等重点行业挥发性有机物治理项目完成率达到80%,已建治理设施稳定运行。   2017年,各地区重点行业挥发性有机物综合整治方案所列治理项目全部完成,已建治理设施稳定运行。&rdquo   至此,大气挥发性有机物治理工作开始开展,而大气挥发性有机物的监测工作作为治理的前端工作,也正式开启。   2014年12月,环保部发布《石化行业挥发性有机物综合整治方案》,石化行业的挥发性有机物治理工作率先开展。   从上述政策可以看出,我国挥发性有机物治理将从京津冀、长三角、珠三角地区向全国逐步开展,涉及的行业有石油化工、有机化工、表面涂装、包装印刷、医药、塑料制品等,其中石化行业已制定明确的时间表。
  • 中国挥发性有机物污染防治政策及对监测技术的管理需求
    本文通过梳理现行的挥发性有机物污染防治政策法规和方法标准,结合国外经验,提出了现阶段挥发性有机物污染防治政策体系。尽管起步较晚,但陆续实施的挥发性有机物排污收费和总量控制机制,已经对污染物监测提出了明确的管理需求。虽然离线检测技术具有良好的灵敏度和响应度,但使用FID和NDIR法的在线和便携仪器响应时间短、数据连续,可以实现对挥发性有机物污染的实时追踪,更好地满足污染预警、应急执法等环境管理新需求。  挥发性有机物是一类物质的总称。环境保护部2014年发布的《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南(试行)》对挥发性有机物的定义是:在标准状态下饱和蒸气压较高(标准状态下大于13.33Pa)、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南》将挥发性有机物的主要贡献源划分为生物质燃烧源、化石燃料燃烧源、工业过程源、溶剂使用源和移动源。大气中的细颗粒物约50%来自挥发性有机物等气态污染物经过复杂化学反应形成的二次粒子。不仅如此,挥发性有机物中的脂肪烃、氯化烃、芳香烃、氯代烃、酮类、脂类以及乙二醇醚及其酯类还具有神经毒性、血液毒性、肝肾毒性和生殖遗传毒性,并会刺激皮肤黏膜。  尽管如此,“十二五”时期中国大气污染控制的重点仍聚焦在二氧化硫、氮氧化物和工业烟粉尘三种污染物上。在当前各级政府全面实施对挥发性有机物进行管控,改善城市大气环境质量,保障公众健康的背景下,本文对挥发性有机物相关政策法规和标准方法进行了系统的梳理,提出中国挥发性有机物污染防治政策体系,并据此分析出环境管理对实验室和在线/便携监测技术的应用需求。  1挥发性有机物污染防治的国外经验  发达国家对挥发性有机物的管控基本延续大气污染防治的传统思路(表1),主要包括出台相关法律法规提升政策措施的法律效力,从污染源清单入手针对本地的产业结构和排放特征出台行业排放标准,规范企业的排污行为,并通过总量控制等环境管理手段推动企业减排。此外,美国、欧盟和日本还从各自的管理需求出发,出台了不同的监测方法标准,为挥发性有机物的污染防治提供数据支撑。  综上,美国、欧盟以及日本等发达国家对大气VOCs污染的防控机制总体上以多级管理为主,在中央或联邦出台相关法规政策下,各地方或各成员国根据当地的产业特点、地理和气象条件、社会人口等因素制定符合当地情况的大气VOCs污染防控管理机制。值得注意的是,由于各国针对大气VOCs污染防控的起步时间不一致,对各VOCs排放行业的适用性略有不同。总体上,通过对以上发达国家对大气VOCs污染防控经验的梳理,针对大气VOCs污染防控的多级管理模式对中国有一定的参考意义。  2中国挥发性有机物污染防治政策体系  自2012年年底国务院发布《重点区域大气污染防治“十二五”规划》,对京津冀等重点区域重点行业现役源挥发性有机物提出削减比例指标要求以来,国家陆续出台了一系列相关的政策法规和标准方法。在国家层面,该体系主要由大气污染防治法、国务院出台的行动计划、大气污染物防治规划、技术政策、行业污染治理方案、排污收费方法、检测方法标准构成(表2和表3)。  在法律层面,该体系由第十二届全国人大常委会第十六次会议制定的《中华人民共和国大气污染防治法》(简称《大气污染防治法》)主导。《大气污染防治法》总则中提出推行区域大气污染联合防治,并提出对常规大气污染物、氨、挥发性有机物和温室气体实施协同控制。同时,制定含挥发性有机物产品的质量标准,并规定在生产、进口、销售和使用含挥发性有机物的原材料和产品时应当符合质量标准或要求。除针对VOCs标准规范类法规外,《大气污染防治法》还规定了一系列针对VOCs产品生产的鼓励和处罚措施,如对生产、销售VOCs含量不符合质量标准或要求的原材料和产品的,由县级以上地方人民政府进行监管,没收原材料、产品和违法所得,并处货值金额一倍以上三倍以下的罚款。  在行政法规层面,国务院在2013年9月出台了《大气污染防治行动计划》,提出在石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治,完成油气回收治理,完善含挥发性有机物产品的相关限值标准,并鼓励生产、销售和使用低挥发性有机溶剂。此外,《大气污染防治行动计划》还鼓励企业加强挥发性有机物控制的相关技术研发及改造。在行业准入方面,将挥发性有机物是否符合总量控制要求作为建设项目环境影响评价审批的前置条件之一。同时,还提出将VOCs纳入排污费征收范围内。  在部门规章层面,环保部、国家发改委、财政部、工信部等部委相继出台了有针对性的VOCs污染防治相关文件。2012年9月,由环保部、国家发改委和财政部共同发布的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中提出在新建排放VOCs的项目中实行污染排放减量替代,提高VOCs排放类项目建设要求,开展重点行业治理,制定相关行业的VOCs排放标准等工作 2013年,环保部发布了《挥发性有机物防治技术政策》,该技术政策作为指导性文件,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 2014年环保部发布了《石化行业挥发性有机物综合整治方案》,该方案提出到2017年全国石化行业的排放量削减目标,并提出开展VOCs污染源排查、严格建设项目环境准入、完善VOCs监管体系、实施VOCs全过程控制、建立VOCs管理体系等任务 2015年,工信部、财政部联合发布《重点行业挥发性有机物削减行动计划》,该计划制定了到2018年的VOCs削减目标,并提出实施原料替代工程、工艺技术改造工程、回收及综合治理工程等任务 2015年6月,由财政部、国家发改委、环保部发布的《挥发性有机物排污收费试点办法》规定了石油化工行业和包装印刷行业VOCs排污费的征收、使用和管理办法。  虽然中国对挥发性有机物的管控起步较晚,但目前形成的政策体系既包括上位法支撑,又涵盖对具体管理机制的规范要求,配套了部分技术政策和环境经济政策,为挥发性有机物污染的防治工作提供了有力的法律支撑和政策保障。此外,北京市、天津市和广东省还结合地方实际,提出了针对印刷、制鞋、汽车表面涂装、家具制造等行业的挥发性有机物排放标准,为企业控制污染物排放和环保部门执法提供了明确的依据。  3中国挥发性有机物污染防治对监测技术的管理需求  3.1排污收费和总量控制机制对监测的需求  挥发性有机物污染防治政策体系对污染物监测提出了明确的管理需求。其中,新出台的《挥发性有机物排污收费试点办法》要求试点征收排污费的石化和包装印刷行业企业,通过物料平衡等核算的方法确定污染物排放量。但由于每家企业使用的原辅材料和采用的工艺不同,实际监测得出的挥发性有机物排放量更为准确。新出台的《大气污染防治法》要求“产生含挥发性有机物废气的生产和服务活动,应当在密闭空间或者设备中进行”,这也将有利于企业统一收集废气,实现挥发性有机物的准确测定。  此外,目前已经实施的《石化行业挥发性有机物综合整治方案》提出,工艺废气、燃烧烟气、挥发性有机物处理设施排放废气和火炬系统等有组织废气排放的企业应逐步安装在线连续监控系统。而上海市已经率先要求石油化工、工业涂装、包装印刷等行业的重点企业安装配有氢火焰离子检测器(FID)的在线监测设备。天津市实施的《工业企业挥发性有机物排放控制标准》也要求“排放筒VOCs排放速率(包括等效排气筒等效排放速率)大于2.5kg/h或排气量大于60000m3/h时须配套建设VOCs在线监测设备”。因此可以预见,排污收费机制将逐渐过渡到依据实际监测数据确定排放量并作为收费依据的阶段,环境管理机制对挥发性有机物监测技术的需求将更加明确。  除排污收费机制外,《大气污染防治行动计划》提出要“将挥发性有机物排放是否符合总量控制要求作为建设项目环境影响评价审批的前置条件”。鉴于目前对氮氧化物和二氧化硫的总量控制和限期治理等机制(如《京津冀及周边地区重点行业大气污染限期治理方案》)已经开始要求重点企业在烟气排放口安装污染物连续在线监测系统,对挥发性有机物的总量控制预计也将延续该思路,通过污染源在线监测为减排核算提供数据支撑,实现精细化管理。  3.2环境风险预警和污染监管  监测技术不仅可以满足排污收费和总量控制的数据核定需求,还可以为污染源的环境风险管理提供有力支撑。由于工业过程和溶剂使用等挥发性有机物主要贡献源易出现无组织排放,且泄露的成分可能存在毒性,企业可以在石化、涂装等典型污染企业的厂界、集中地或园区设置无组织排放监控点,安装在线监测设备或配备移动监测车,对大气中的污染物浓度水平和变化趋势进行实时追踪,为环境风险预警和环境污染事故防控提供可靠依据。  另外,上海市已经出台政策,要求将挥发性有机物排放重点单位纳入区县环保部门重点监管范围,开展日常监察并加强监督性监测,对处理设施运行不正常、偷排漏排等违法行为严格执法。目前各地开展的大气污染物监督性监测等仍主要采用现场采样加实验室分析,但使用便携式的监测设备可以快速测定和判断企业厂界和周边大气中的污染物是否超过控制限值,实现现场监察,增加灵活性。例如,台湾桃园的环保执法部门在征收固定污染源空气污染防治费时,除了通过3D光学雷达技术精准定位污染企业,还携带红外线热显像分析仪在现场快速测定空气中的挥发性有机物浓度,对偷排企业现场开具罚单,追缴排污费。  便携式的监测设备还可以满足环境突发事件的现场应急监测需求。在传感器、大数据和物联网等技术快速发展的背景下,基于便携和在线监测技术的环境风险预警、应急处置和现场执法将为环境管理机制提供重要的决策支撑。综上所述,虽然中国对挥发性有机物的管控起步较晚,但现行的污染防治政策体系已经对污染物监测提出了明确的管理需求。  4挥发性有机物的常见监测技术  挥发性有机物常见监测技术主要包括离线和在线/便携两种,在分析前均需要对污染物进行采样、预浓缩和分离。相比于其他气态污染物,挥发性有机物组分复杂、源项多、排放浓度和工况差异大,精确测定难度高。  4.1离线监测技术  在《重点区域大气污染防治“十二五”规划》提出“加快制定完善环境空气和固定污染源挥发性有机物测定方法标准、监测技术规范以及监测仪器标准”的背景下,环保部自2013年起陆续颁布了多项挥发性有机物的采样和测定方法标准,对固定污染源废气和环境空气中挥发性有机物的采样和实验室测定方法做出了详尽的规定(表2)。  其中,气相色谱-质谱(GS/MS)技术是目前的主流测定法,可在较短的时间内对多组分混合物进行定性分析,分离效果好且灵敏度高,可以为排污收费、浓度达标监管、总量减排和环境统计等环境管理机制的有效运行提供规范化的监测技术和数据支撑。但气相色谱-质谱技术对操作温度和条件的要求高、检测周期长、费用高,因此排污企业和大部分省市级以下的监测机构不具备使用条件。  4.2在线/便携监测技术  科技部和环保部牵头组织和实施的国家重大科学仪器设备开发专项分别将空气中挥发性有机物在线监测设备和固定污染源废气中挥发性有机物在线和便携监测设备的开发作为研发和产业化重点。  相较于离线检测分析时间长、数据结果滞后的缺点,在线/便携式监测设备响应时间短、数据连续,主流方法使用氢火焰离子化检测器(FID)或催化氧化-非分散红外线技术(NDIR)。其中,NDIR法对非燃烧工艺固定污染源废气中的总挥发性有机物(TVOC)进行测定的技术已经于2012年被国际标准化组织正式认定为国际标准ISO/FDIS13199—2012。  为对比FID和NDIR两种主流方法在应用中的优缺点,本文对相关文献[9-14]进行了调研,并参考日本环境技术协会开展“固定发生源挥发性有机化合物测定仪的调查”(表3)。该调查于2003年实施,旨在对比日本市场上销售的连续测定型总烃测定仪对芳香烃类、乙醇类、醛类、酮类、酯类、醚类、含卤化合物、含氮化合物、氟利昂类等挥发性有机物主要成分的响应度和灵敏度。  虽然以FID法为主的在线监测设备越来越多地出现在国内监测市场,但挥发性有机物防治体系中各管理机制的目标污染物不一致。例如,行业排放标准主要针对非甲烷总烃和行业特征污染物,而试行中的收费制度针对石化和包装印刷行业的总挥发性有机物。由于挥发性有机物不同成分的最佳检测方法不同,污染表征和监管对象的不确定性将是在线监测技术应用的最大阻碍之一。  另外,除石化行业的“三桶油”外,大部分挥发性有机物污染排放企业规模小、产值低,在当前经济下行的压力下,企业缺乏安装在线监测设备的动力。这一方面需要环保部门出台奖惩政策提高企业违法成本,为安装在线监测设备的企业提供补贴 监测厂商也需要拓展服务模式,为污染企业提供设备租赁和第三方监测等解决方案。  大气污染监测的新趋势是将在线设备通过互联网与远端监控中心连接。对挥发性有机物的监测也必将延续该思路,实现基于物联网和大数据的污染源和空气质量实时监控,满足公众、企业和政府的多方需求。  5结论  本文从总结欧、美、日对挥发性有机物的管控经验出发,首先梳理了国家层面和地方层面发布的政策法规和标准方法,并提出了中国挥发性有机物污染防治政策体系。虽然仍需完善,但该体系为管控废气和空气中的挥发性有机物提供了有力的法律和政策支撑,排污收费和总量控制机制、环境风险预警和现场执法对污染物监测技术提出了明确的管理需求。  目前主流的气相色谱-质谱(GS/MS)技术虽然具有良好的灵敏度和相应度,但对操作温度和条件的要求高、检测周期长、费用高。而采用FID和NDIR的在线和便携监测仪器响应时间短、数据连续,是发达国家对污染源废气和大气中挥发性有机物含量进行实时追踪的主流技术,可以更好地满足环境风险预警、应急处置和现场执法等管理需求。  尽管如此,当前的污染防治体系尚未统一挥发性有机物的表征物,经济下行的压力也使企业缺乏安装在线监测设备的动力,这些都给行业的发展增加了不确定性。为此,环保部门应出台相应的奖惩政策,监测厂商应开拓服务模式、提供更多样化的解决方案,从供需两侧促进挥发性有机物监测行业的发展,满足日益明确的环境管理需求。
  • 盘点:大气中挥发性有机物检测技术
    大气中的VOCs不仅是生成光化学烟雾污染物的主要前体物,同时也是大气细粒子中有毒有害有机组分的重要来源,对形成灰霾有重要贡献,且一些VOCs本身具有毒性和致癌性。随着我国大气污染控制的不断深化,VOCs成为继颗粒物、二氧化硫、氮氧化物之后,我国大气污染控制中又一新的关注点。   VOCs定义   VOCs是一类有机化合物的组合,不同组织对其有不同的定义,主要分为两类,一类是学术意义上的定义,一类是环保意义上的定义。   化学意义上的定义主要有五种:1)挥发性有机物污染防治技术政策定义VOCs为熔点低于室温、沸点范围在50℃~260℃之间的有机化合物 2)世界卫生组织将VOCs定义为沸点范围在50-260℃之间,室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa,在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物,按挥发性有机物化学结构可进一步分为8类:烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醇类、酮类和其他化合物 3)ISO 4618/1-1998中VOCs指原则上,在常温常压下,任何能自发挥发的有机液体和/或固体 4)德国DIN55649-2000将VOCs定义为在常温常压下,任何能自发挥发的有机液体和/或固体,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 5)我国北京地方标准DB11/447-2007中将VOCs定义在20℃条件下蒸汽压大于或等于0.01kPa,或者特定适用条件下具有相应挥发性的全部有机化合物的统称。   环保意义上的定义主要有两种:1)美国EPA对VOCs的定义为除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 2)美国ASTM D3960-98中VOCs指任何能参加大气光化学反应的有机化合物。   我国大气污染防治相关政策和标准中,还没有大气中VOCs的明确定义,而VOCs的定义关系到检测方法制定、治理措施等问题。   VOCs标准   我国VOCs检测标准有《HJ 732-2014固定污染源废气 挥发性有机物的采样 气袋法》、《HJ 733-2014泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》、《HJ 734-2014固定污染源废气 挥发性有机物的测定 固相吸附-热脱附/气相色谱-质谱法》、《HJ 644-2013 环境空气 挥发性有机物的测定 吸附管采样-热脱附 气相色谱-质谱法》以及《GB 21902-2008 合成革与人造革工业污染物排放标准》附录C,均采用色谱法进行分析。   VOCs排放标准国家还没有相关规定,但是上海、天津、广东等地区针对不同行业制定了一些地区标准,如《DB12/524-2014 工业企业挥发性有机物排放控制标准(天津)》、《DB44/814-2010家具制造行业挥发性有机化合物排放标准(广东)》、《DB44/815-2010印刷行业挥发性有机化合物排放标准(广东)》、《DB44/816-2010表面涂装(汽车制造业)挥发性有机化合物排放标准(广东)》、《DB44/817-2010制鞋行业挥发性有机化合物排放标准(广东)》、《DB31/374-2006半导体行业污染物排放标准(上海)》。   美国EPA在上世纪八九十年代制定了一系列大气有毒有机物检测标准,其中涉及VOCs检测的共有6项,均是气相色谱法,但可配备不同的采样方法和检测方法。   VOCs检测   我国大气中的VOCs主要来源于石油化工、有机化工、表面涂装、包装印刷、医药、塑料制品等行业。因此大气中VOCs的检测主要应用于三个方面:一大气中VOCs检测 二污染源集中排放VOCs检测 三生产过程VOCs泄露检测。与三种应用场合相适应,VOCs的检测仪器也分为实验室仪器、在线式仪器和便携式仪器三类。   实验室VOCs检测   VOCs实验室分析发展较早,也比较成熟。分析方法为使用采样袋、苏码罐、吸附剂或吸收液将VOCs采集回实验室,再经过热解析、溶剂解析等前处理过程后,利用GC或HPLC分析。   实验室VOCs检测主要难点在于选择合适的采样方法保证可以采集到所有挥发性有机污染物,制定规范的运输方案防止运输过程中VOCs的损失,选择合适的前处理过程保证所有的挥发性有机物进入分析仪器。   实验室分析方法的主要优势是结果准确,主要缺点是时效性差,采样和运输过程中易导致样品损失,影响测定的准确性和可靠性。   在线VOCs检测仪   VOCs在线分析仪主要有在线气相色谱仪、在线质谱仪、在线气质联用仪、在线PID和FID检测器、在线红外光谱仪、在线激光检测仪和在线差分光学吸收光谱仪等。   由于VOCs没有标准的检测方法,而且在线系统用于现场检测,而不同现场的挥发性有机物种类差异较大且相对稳定,故检测需求不同。因此需要根据自身的需求和各种检测仪器的特点选择合适的检测方法。   在线气相色谱仪可检测出已知挥发性有机物的浓度 在线质谱仪可同时实现挥发性有机物的定性和定量检测,但无法区分同分异构体 在线PID和FID检测器可得出VOCs的总量,且仪器体积较小 各种在线光谱仪检测范围宽,可适应各种工业场合应用。   在线VOCs检测仪主要的国内厂家有聚光科技、广州禾信、宝英科技、中科光电、富瞻环保、武汉天虹等,国外厂家有英国Markes、日本亚那科、奥地利IONICON、韩国KNR、德国AMA、法国Chromatotec、美国CerexMS等。   便携式VOCs仪器   便携式VOCs分析仪主要有便携式FID/PID检测器、便携红外分析仪、便携激光光谱仪、便携式气质联用仪等。   最新公布的环保部标准中便携式仪器提到了FID检测器、PID检测器和红外吸收检测器三种。   便携式VOCs检测仪主要的国内厂商有东西分析、崂应、富瞻环保等,国外厂商有美国Inficon、英国SIGNAL、美国雷格沃夫、美国华瑞、日本亚那科、英国科尔康等。     挥发性有机物是一种混合物,由于其定义未明确,因此监测需求也不明确。目前的主要检测方法是气相色谱法、质谱法和光谱法,环保部公布的行业标准中采用的是气质联用法。其中环境空气挥发性有机物(HJ644)标准中测定的是35种目标有机化合物,主要是烷烃、烯烃和苯系物,固定污染源废气挥发性有机物(HJ734)标准中测定的是24种目标有机化合物,主要是酮类、酯类、烯烃类和苯系物。
  • 中科院王伟研究员团队研发大型化石表面元素分析仪器
    近日,中国科学院南京地质古生物研究所研究员王伟团队研发的“非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法”获得国家发明专利授权。常见的化石多为硬体骨骼化石,软躯体化石可提供更多生物信息,但由于生物死亡后腐败降解等原因通常难以保存。然而,软躯体在降解过程中会释放不同类型的有机物,这些有机物与周围的沉积物发生反应,往往会在化石周围的岩石中留下一些化学元素信息。此前通常用电子显微镜的能谱(EDS)或同步辐射X射线荧光光谱(SXRF)检测化石表面的化学元素分布。这些分析需将样品-X射线光源-探测器(简称“样-源距离”)之间的距离保持一致,才能获得化石形状和元素浓度的综合图像。如果开展一定面积的检测,就需将化石及围岩磨成平面(或不断调整样品位置,几乎较难实现),才能保持“样-源距离”不变。然而,磨平这种破坏性方法对于重要化石来说是难以接受的,因此无损伤检测手段亟待探寻。王伟团队研发的三维X射线荧光扫描仪通过建立化石及围岩表面的空间数学模型,实时移动检测器和X射线光源的空间位置,实现它们与化石及围岩表面保持同等距离。该方法克服了化石及围岩立体表面对分析结果的干扰,也避免了样品需磨平带来的损害。此外,该扫描仪还增加了惰性气体喷气口,可降低大气中的氧气、氮气对测量结果的影响,使得测量环境可与真空媲美。激光漫反射能量检测反馈系统可实现非光滑表面的精准检测,从而使大型化石表面化学元素分布的无损测量成为可能。三维X射线荧光扫描仪的研发为古生物学-地质学研究提供了新工具,并可为文物等相关领域开展元素级样品鉴定提供参考。研究工作得到中科院、国家自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室的支持。三维X射线荧光扫描仪通过三维X射线荧光扫描仪对贵州龙化石进行检测并得到元素分布示意图。其中,左边为待测样品贵州龙化石,右边为Ca元素含量分布图,元素含量越高,则在图中显示的颜色越深。来源:中国科学院南京地质古生物研究所
  • 博赛德科技参加浙江省环境空气挥发性有机物监测技术交流会
    2018年3月15日,浙江省环境监测中心在杭州举办了环境空气挥发性有机物监测技术交流会。各市区市环境监测中心(站)的专业技术人员共计80余人参加了会议。会议围绕1月份环保部印发的《2018年重点地区环境空气挥发性有机物监测方案》进行了解读和探讨,在探讨过程中,如何保证整个过程中的数据质控,成为了所有参会专家及老师重点关心的问题。 北京博赛德科技有限公司受邀出席了本次会议,并在现场介绍了针对《2018年重点地区环境空气挥发性有机物监测方案》的一整套的解决方案,方案分为实验室VOCs 手工监测方案和大气自动站VOCs 自动监测方案两种,并且还BCT大家关心的整个采样、分析过程中的质控问题进行了详细的介绍和解释。 此次会议,北京博赛德技术人员还给大家展示了整体解决方案中的部分采样设备,并在现场与各位专家、参会代表BCT如何开展实验室VOCs 手工监测以及大气自动站VOCs 自动监测等工作进行了交流探讨。包括实验室VOCs 手工监测要求的采样(包括自动采样方案、手动采样方案)、实验室分析、数据质控、数据报送等。尤其是对于实验室VOCs 手工监测要求的PAMS、TO15、醛酮类共计117种VOCs的分析,北京博赛德提出了一次进样直接分析117种物质的方法、设备配置、条件、参数等,获得了现场各位参会专家及老师的认可。 北京博赛德科技有限公司长期专注于VOCs整体解决方案的提供,从采样、前处理、预浓缩、到分析检测,从实验室,在线监测,到应急响应,从污染源到环境大气,均有一整套成熟的解决方案,我们希望通过我们的努力,让VOC的监测数据更加准确全面,从而为我国的环境治理贡献一份自己的力量!大气VOC解决方案简介实验室手工监测方案 考虑到手工监测的准确性和自动化,采样系统我们推荐使用1900多通道罐采样系统,ENTECH 1900是全新一代的在线空气采样系统,它按照预先设定的流速或者触发参数把空气采集到Silonite® 涂层的真空采样罐中,然后把罐子拿到实验室里用GC/MS或者GC/MS/FID进行全面详细的分析。它彻底摒弃了质量流量计与电磁阀的使用,消除了泵阀中弹性密封材料等对样品造成的污染,同时消除了MFC 20%以下低量程测量时的巨大误差。Silonite® 涂层的惰性化流路大大减小了罐体表面的吸附,提高回收率,减少潜在残留。 众所周知,空气中的VOCs含量非常低,要想正确识别出这些物质并检测出正确含量,BCT必须采用合适的浓缩系统。作为行业标准,7200大气预浓缩进样系统在7100三级冷阱预浓缩及水管理技术的基础上进行了优化和全新的提升,质量流量计的摒弃,使得采样体积更加精确,分析数据更加准确。7200全新的Silonite-D惰性涂覆技术涂覆整个流路,以减小组分间发生化学反应的机率,并保证了VOC及轻SVOC物质的完全回收。其出色的除水、除CO2技术确保了极性及非极性有机化合物的超强分析,惰性的可加热管路结合不同的冷阱配置,可实现C2-C18之间化合物的回收。 使用苏码罐系统,还有一个很重要的环节关系到BCT终分析数据的准确性,那BCT是配气系统,配气系统可能带来的误差甚BCT高达20%以上。我们推荐使用4700高精度稀释仪,它摒弃了质量流量计(MFC),消除了MFC测量带来的各种误差,尤其是低流速时的测量误差以及不同MFC通道之间的误差;同时也避免了因为MFC平衡造成的标气的大量浪费。整套系统可以BCT配合,可以一次进样直接分析117种VOCs,包含13种醛酮类物质: 大气自动站在线自动监测方案 大气自动监测方案不同于实验室方案,它要求设备更加稳定、可靠、少维护和少消耗。为此北京博赛德特推出BCT-7800A PLUS挥发性有机物在线监测系统,这套系统采用BCT先进的3级多层毛细柱捕集技术对样品进行浓缩,精确地将大气中C2BCTC18范围内的挥发性化学物质进行捕集、浓缩并自动进样到GCMS中进行检测、分析。整个过程无需复杂的液氮或电子制冷,使得系统更加稳定、可靠,便于维护,同时也大大降低了维护成本。
  • 睿科:提升土壤有机物检测效率 需从样品前处理着手
    p   随着土壤污染防治攻坚战的开展,各级政府对土壤污染防治纷纷从政策和资金上给予了大力支持, 2019年1月1日起正式施行的《中华人民共和国土壤污染防治法》更是从法律上给予了坚实的保障。由此看来,提升土壤检测能力的重要性和紧迫性越来越凸显。在众多的土壤污染物中,有机化合物由于品种多、化学结构和性质各不相同、待测组分复杂,检测分析方法难度系数较大,对从业者的专业要求也相当之高。 /p p   为了帮助相关领域的用户学习、了解土壤有机物检测最新技术、方法及相关标准等内容,仪器信息网特别策划了“土壤有机物检测最新技术进展”专题,并邀请睿科集团应用工程师叶维鹏就土壤有机物检测技术相关的问题发表了自己的观点。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/19b9a10e-0b03-4ca6-ad4d-68fff2857acf.jpg" title=" 睿科1.jpg" alt=" 睿科1.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center " strong 叶维鹏 睿科仪器应用工程师 /strong /p p   span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong  仪器信息网:请谈谈您对我国现行的土壤有机污染物检测标准或方法的看法,有哪些方面需要进行改进和完善? /strong /span /p p    strong 叶维鹏: /strong 土壤中的污染物检测不像人们的想象那样简单,存在很多复杂的有机污染物,甚至有许多无法解释的东西,给相关的检测部门带来了相当大的难度。总体而言,有机物和重金属是土壤污染的最主要来源,为保证土壤有机物检测有标准可依,国家相关部门定期地对现有的土壤有机污染物进行编制,目前现行的土壤有机物污染物检测标准几乎能满足绝大多数的检测要求,但某些标准还未细致划分到每种物质,以致于有些有机污染物无法参照相应的标准,比如没有明确的苯胺类气质标准,目前已经发布的有《土壤和沉积物苯胺类和联苯胺类的测定液相色谱-三重四级杆质谱法》征求稿。 /p p   span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong  仪器信息网:在目前的土壤有机污染物检测项目中有哪些值得特别关注?相关检测方法的技术难点主要在哪? /strong /span /p p    strong 叶维鹏: /strong 目前我们比较关注的是苯胺类化合物、有机氯农药以及半挥发性有机物的检测,难点主要还是在于前处理(萃取、浓缩、净化)。比如低沸点目标化合物的回收率相对较低,必须控制好氮吹或旋转蒸发过程中的浓缩温度;酚类目标化合物则主要看仪器灵敏度,因为仪器的灵敏度决定最低检出限;邻苯二甲酸酯类目标化合物需尽可能避免用到塑化剂前处理设备,做空白基底扣除,否则做出来回收率相对较高,有可能偏离标准;极性相对大沸点相对较高目标化合物可选择二氯甲烷和丙酮(1:1)取代正己烷和丙酮进行萃取,效果明显。 /p p    span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 仪器信息网:请介绍贵公司在土壤有机物检测方面有哪些仪器产品或产品组合?相比于同类产品,在技术上有哪些优势? /strong /span /p p    strong 叶维鹏: /strong 我们可提供多种土壤有机物检测前处理组合、提取设备,例如HPFE高通量加压流体萃取仪+浓缩设备、MPE高通量真空平行浓缩仪+净化设备、Fotector plus高通量全自动固相萃取仪等。其中HPFE高通量加压流体萃取仪一次可运行6个样品(30分钟),按照正常工作时间8个小时来计算,日处理最多可达96个样品。而且HPFE的收集瓶可兼容MPE,可直接将萃取后的收集液转移至MPE ,一次可处理16个大体积120mL的收集液或36个小体积40mL的收集液,浓缩时间30分钟左右,大大提高浓缩效率,再将预浓缩后的样品转移至Fotector plus 进行净化,一次可同时运行6个样品,可批量处理60个样品,解放人工手动净化,整个实验只需将架子转移,无需其他手动操作,避免目标化合物的损失。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 375px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/7ab83486-b71e-4b06-a804-8feffea67c4f.jpg" title=" 睿科2.jpg" alt=" 睿科2.jpg" width=" 500" height=" 375" border=" 0" vspace=" 0" / /p p /p p style=" text-align: center " strong 图一、睿科HPFE高通量加压流体萃取仪 /strong /p p style=" text-align: center " strong img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 376px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/fa430f98-ead0-458e-91fe-8f40ca18dd7e.jpg" title=" 睿科3.jpg" alt=" 睿科3.jpg" width=" 500" height=" 376" border=" 0" vspace=" 0" / /strong /p p /p p style=" text-align: center " strong 图二、睿科Fotector plus高通量全自动固相萃取仪 /strong /p p style=" text-align: center " strong img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 375px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/1f9ba127-13d1-454e-8942-bf28240697e9.jpg" title=" 睿科4.jpg" alt=" 睿科4.jpg" width=" 500" height=" 375" border=" 0" vspace=" 0" / /strong /p p /p p style=" text-align: center " strong 图三、睿科MPE高通量真空平行浓缩仪 /strong /p p    span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 仪器信息网:贵公司可以提供哪些土壤有机物检测解决方案? /strong /span /p p    strong 叶维鹏: /strong 我们可提供土壤和沉积物以及固体废物等相关应用解决方案,符合标准如下: /p p   1& nbsp & nbsp 固体废物 半挥发性有机物的测定 气相色谱-质谱法(HJ 951-2018) /p p   2& nbsp & nbsp 固体废物 多环芳烃的测定 高效液相色谱法(HJ 892-2017) /p p   3& nbsp & nbsp 固体废物 多环芳烃的测定 气相色谱-质谱法(HJ 950-2018) /p p   4& nbsp & nbsp 固体废物 多氯联苯的测定 气相色谱-质谱法(HJ 891-2017) /p p   5& nbsp & nbsp 固体废物 有机氯农药的测定 气相色谱-质谱法(HJ 912-2017) /p p   6 土壤和沉积物 半挥发性有机物的测定 气相色谱-质谱法(HJ 834-2017) /p p   7 土壤和沉积物 多氯联苯的测定 气相色谱法(HJ 922-2017) /p p   8 土壤和沉积物 多氯联苯混合物的测定 气相色谱法(HJ 890-2017) /p p   9 土壤和沉积物 有机氯农药的测定 气相色谱法(HJ 921-2017) /p p   10 土壤和沉积物 有机氯农药的测定 气相色谱-质谱法(HJ 835-2017) /p p   11 土壤和沉积物 石油烃(C10-C40)的测定 气相色谱法(HJ1021-2019 /p p   12 GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》 /p p   正如以上所言,土壤有机物检测工作的难点在于样品前处理,耗时、耗力、且容易产生操作误差,有资料表明有60%的分析误差产生于样品前处理,而不是最后的分析过程。如何快速、高效且准确地完成样品前处理,是土壤有机物检测工作中亟待解决的问题。睿科集团作为自动化样品前处理解决方案领先供应商,通过多种高通量、自动化样品前处理设备组合,为土壤有机物检测,如多环芳烃、有机氯、半挥发性有机物、多氯联苯、石油烃等,提供从提取、预浓缩、净化再到富集浓缩的全套土壤样品前处理自动化、批量化应用解决方案。 /p p br/ /p
  • 重大仪器项目“水中有机物监测仪” 30分钟检24种有机物
    p   11月10日电,如果河流突发环境事故,使用一种新型便携式检测仪器,可以在30分钟内,检测出水体中“隐藏”的各种有机物,为快速安全处置提供依据。据武汉市环保科技部门获悉,这种填补国内空白、国际领先的仪器正在武汉研制,目前研发工作已全面启动,预计于2020年实现量产。 /p p   近年来,河流等水体的环境事故频发,如松花江的硝基苯、长治的苯胺、新安江的苯酚等污染事故,已严重威胁水体安全。据专家介绍,这类有机物在环境中较挥发性有机物(如苯、甲醛)更难降解,存在时间更长,吸附在颗粒物上容易被人体吸入,被称为半挥发性有机物(SVOCs)。它们种类众多,超过50种,主要来源于水源周边的一些有机排放物,如塑料、杀虫剂、燃烧产物、材料助剂(增塑剂、阻燃剂)等。SVOCs在水中含量极低,国家的检出标准多在0.01毫克/升左右,相当于在一个游泳池中滴入一滴墨水。 而这种“隐形污染物”的生理毒理却十分显著,如果长期接触,将严重危害人体健康。 /p p   要捕捉到水中的“隐形污染物”非常困难。目前,我国只能采用实验室检测方法,从提取水样到实验室化验,往往需要3、4天才能检测出结果。国际上目前也没有快速、全面的检测仪器。 /p p   为此,国家环保部门将“水中半挥发性有机物自动监测仪器”列为重大科学仪器开发项目。经过专家组的论证、评选,武汉境辉环保科技有限公司联合中国环境监测总站、中国科学院大连化学物理研究所等单位“夺标”,共同自主研发。据悉,该企业曾先后自主研发50余项水质自动监测仪器。 /p p   目前,整个研发工作已全面启动。按照计划,研制组将采用多项国际前沿技术构建一套全新的检测设备。预计于2020年实现量产。该产品将首次实现水中SVOCs现场在线、快速检测,可在30分钟内一次检测出24种“隐形污染物”, 犹如一枚“照妖镜”让水中隐形污染物显形、被抓。业内人士称,此产品可弥补传统处理方法费时、费力、溶剂用量大等不足,能更好地分离、检测水中有机物,大大提升应对水体突发环境事故和日常监测水质的能力。 /p
  • 成都将出台臭氧污染防控方案 加强挥发有机物治理
    p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp “人间五月天,成都美如画!”最近,“成都蓝”再度刷屏朋友圈,不少市民欣喜惊呼,初夏的蓝天白云怎么看都看不够。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 另一方面,随着夏季到来,日照变强,臭氧污染开始凸显,成为四川省尤其是成都平原地区夏季大气环境的首要污染因子。如何未雨绸缪,提前谋划臭氧治理工作?5月11日,记者从成都平原地区臭氧污染防控工作会上获悉,今年,成都市将出台夏季臭氧污染防控方案,全省将以重点行业和园区为主,全面实施挥发性有机物综合治理,同时,四川省挥发性有机物地方排放标准也将在近期发布。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 值得注意的是,此次省环保厅还邀请到包含7位院士在内的大气环境专家顾问团把脉四川环保“一号工程”,在不同层次和不同角度的交流合作中,寻找到适合四川的臭氧污染协同防控技术思路。 /p p strong 臭氧“拖后腿” /strong /p p strong 今夏成都面临的臭氧污染形势更复杂 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 为什么明明是蓝天白云晴空万里,可是空气质量却欠佳?关键原因在臭氧。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 据四川省环境监测总站的相关专家介绍,臭氧是四川省尤其是成都平原地区夏季大气环境的首要污染因子。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp “臭氧污染的形成主要是以挥发性有机物(VOCs)为代表的多种污染物,在太阳光作用下发生光化学反应所致。”该名工作人员表示,这决定了臭氧污染取决于主观和客观两个方面的条件,主观上排放的氮氧化物和挥发性有机物的浓度高,客观上日照强,都会造成臭氧超标,“高温低湿容易臭氧超标,这就是为什么冬季臭氧污染并不严重的原因。” /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 另一方面,相较往年,今年臭氧污染出现早。“去年4月仅污染一天,今年同期污染天数达到5天,可以说成都面临的臭氧污染形势较去年和前年都要复杂。”虽然通过一系列措施,成都大气污染物排放大幅降低,PM10、PM2.5等重点污染物指标年均浓度持续下降,但对于夏季臭氧污染的形势,成都市环境保护科学研究院副院长谭钦文依旧表示不乐观。去年成都市中心城区超标天中,臭氧就超标46天,超标天中作为首要污染物有44天,仅次于PM2.5。虽较2015年减少14天,但出现了6天中度污染和2天重度污染,污染程度有所加剧。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 值得注意的是,不仅是成都,成都平原多个城市在4月也受到了臭氧污染的影响。截至今年5月3日,眉山市出现5天臭氧污染,较去年同期多6天,臭氧已经成为仅次于PM2.5的第二大污染物。 /p p strong 专家来把脉 /strong /p p strong 四川的复杂地形增加了臭氧治理难度 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 今年,针对夏季臭氧污染的防控问题,成都即将出台具体防控方案,德阳、绵阳、眉山等市也将加大臭氧污染防控力度。“臭氧污染是治理大气污染面临的另一挑战,重视PM2.5的同时也必须重视臭氧。”中国工程院院士、环境学家唐孝炎表示,四川的复杂地形增加了臭氧的治理难度。氮氧化物(NOx)与可挥发性有机物(VOCs)在强光照射下发生二次光化学反应,导致臭氧污染。而VOCs是由3000种以上化学物组成的混合体,不同化学物的浓度水平相差3个数量级以上,此外,它们的化学活泼性也相差甚远,因此大气中的VOCs处于快速变化之中。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp “难以捉摸”的VOCs为治理臭氧污染带来巨大挑战,“因此,臭氧污染治理和挥发性有机物排放控制是一个长期的过程,四川需要在臭氧治理中,加大对VOCs无组织排放的研究,同时,还要充分重视氮氧化物的情况。” /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 另一方面,中国环境规划院研究员杨金田建议,做好VOCs排放源和排放量监控治理的同时,还要重视VOCs治理管理技术路线的问题,“VOCs涉及到各个行业,所以其治理要强调一厂一测,全过程控制,清洁生产,不可能仅仅靠末端治理,最重要的还是全过程控制。”& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 此外,中国科学院过程研究所研究员陈运法建议,除了加强污染源之间的联防联控,还要加强地区间、跨行业的联防联控。 /p p strong 四川在行动 /strong /p p strong 挥发性有机物地方排放标准近期发布 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 加强挥发性有机物的综合整治是解决四川臭氧污染问题的关键。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 记者从会上获悉,今年,全省将以石油化工、汽车制造、表面涂装等重点行业和汽车城、家具园区等为重点,全面实施挥发性有机物综合治理,全面推进环保设施达标排放改造,确保2017年稳定达标。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 此外,包装印刷、制鞋、干洗、加油站等也是挥发性有机物的重要来源,“上述行业运行情况的排查工作,一个都不能少,而且要兼顾解决恶臭、有毒有害等民生环境问题。” /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 值得注意的是,全省已列出首批100家挥发性有机物重点企业重点整治,正在建立挥发性有机物排放动态管理平台,有效防控臭氧污染。据悉,四川省挥发性有机物地方排放标准近期即将发布。 /p
  • 地下水有机物污染监控难题待解
    近日,国土资源部下属中国地质环境监测院的一项调查显示,2008~2010年间,通过对全国31省(区、市)69个城市地下水有机污染物的检测发现,64个城市的地下水样品中至少有一项有机污染物,占检测城市总数的92.8%。   如今,相比有机污染物,研究者已经对地下水中无机污染物做了大量工作。然而,“地下水有机污染物监测、控制和修复仍有相当大的难度。”中科院地理科学与资源研究所研究员宋献方接受《中国科学报》记者采访时如是说。   污染从无机转向有机   上世纪80年代末期,地下水中有机物污染就已经引起了注意。1999年,中国地质调查局启动第一轮地下水有机污染调查,结果发现,在43项检测指标中,北京市范围内共发现36种有机物。   2006年,第二轮国土资源大调查项目展开了华北平原各市县的地下水污染调查。数据表明,致癌、致畸、致突变的“三致”微量有机污染物和持久性有机污染物(POPs)普遍检出。这一地区地下水污染范围日益扩大、水质整体下降已成不争事实。   在最近的中国地质环境检测院的调查中也显示,来自69个城市的791个样品有383个至少含有一项有机污染物。其中,挥发性卤代烃、单环芳烃和半挥发性有机氯农药等检出率较高。   长期从事水环境研究的宋献方,在野外调研中直接观察到地下水的变化。“在淮河地区,我们看到采上来的地下水样水面上漂浮着一层油状物质。”他说,“这说明这个样品可能受到有机物污染。”   因此,业内普遍认为,地下水污染研究已从无机转向有机,微量有机污染上升为地下水环境保护领域的首要问题。   中国地质大学(北京)水资源与环境学院教授陈鸿汉告诉《中国科学报》记者:“地下水中有机物污染主要源于人类的活动。”例如,加油站、化工厂、垃圾填埋场等地如防渗条件或措施不利,都可能使其局部区域的地下水受到污染。   基础薄、成本高   不过,目前对于地下水有机污染物的基础研究尚显薄弱。   中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员汪珊曾撰文指出,与国际先进水平相比,我国在毒害有机化学污染物研究领域起步较晚,“常规的水质分析也多局限于化学需氧量、生物需氧量等综合性指标,很少对有机污染物进行单独分析”。   同时,“和无机污染物相比,人们更关注持久性有机物,它一旦进入地下水环境将长期存在,降解中间产物可能还会进一步污染环境”。陈鸿汉向《中国科学报》记者介绍。例如,四氯乙烯和三氯乙烯在降解过程中的中间产物二氯甲烷的毒性更大。   此外,检测、分析手段的缺乏也使地下水有机物污染研究面临困境。   《中国科学报》记者在北京市地下水环境监测网点采样现场看到,采样员小心地用大小不一的棕色玻璃瓶封装检测有机物的样品,并严格保证不带有气泡、在4摄氏度恒温条件下冷藏,再由实验室中高效液相色谱、质谱等先进化学分析仪器进行检测。   这带来了昂贵的分析测试成本。一家化学分析公司业务人员向记者透露,分析有机污染物的花费至少是无机污染物的4倍。   修复、处理难上难   面对地下水有机物污染的现实,专家纷纷表示修复难度大、成本高。宋献方指出:“实际条件复杂多变,还有很多技术问题没有解决,是各国正在研究的难题。”   “地下水污染隐蔽,治理起来难度较大,还有很长的路需要走。”陈鸿汉说。   受到有机物污染的地下水作为饮用源水给饮用水安全问题带来了巨大威胁,也给常规给水处理工艺提出了新挑战。   中科院生态环境研究中心副研究员刘锐平介绍,低浓度的挥发性有机物通常可采用“曝气吹脱”法进行去除。“简单地说,就是向水中鼓气。”他解释。   在此次69个城市地下水检出率较高的几种有机污染物均属挥发性有机物。“低浓度半挥发性有机物的处理可采用氧化、粉末活性炭吸附等方法去除,也可以通过催化氧化过程产生具有极强氧化能力的羟基自由基降解有机物。”   刘锐平继续介绍说,对于浓度较高的腐殖质类大分子有机物,在工程中则可采用强化混凝、颗粒活性炭吸附或臭氧—颗粒活性炭组合等工艺进行处理。
  • 美科学家研制出金属或半导体与有机物结合神奇材料
    刚柔结合出奇“材”——美专家巧用沾笔纳米光刻技术获得生物超材料     你或许没有想过将坚硬的金属或半导体与柔软的有机物或生物产品结合起来会是何种情景,不过美国科学家可以告诉你的是,他们获得了自然界从没有见过的混合材料,而这些混合材料在医学和制造业中将具有惊人的应用前景。   美国佛罗里达州立大学综合纳米研究所(INSI)的科学家完成了这项开创性的工作。在2010年4月出版的《自然纳米技术》杂志上,综合纳米科学研究所新成员、生物学家史蒂文勒恩荷特作为主要作者,与同事们共同发表了相关的研究文章。   一类全新物质这样诞生   这篇题为《脂质多层光栅》的文章介绍了勒恩荷特本人过去在德国明斯特大学和卡尔斯鲁厄工学院时设计出的基于沾笔纳米光刻(Dip-Pen Nanolithography, 简写为DPN)的新工艺。沾笔纳米光刻是一种用锋利的笔状工具和“墨水”在固体物质表面上勾画纳米级图形的技术。勒恩荷特将沾笔纳米光刻经过改进,让它成为一种让柔性材料(作为墨水)与坚硬材料结合从而形成新材料的工艺。   实验中,研究人员通过自上而下及自下而上的制造方法,让多种柔性纳米级物质按需要以任意图案被“刻写”在预备好的结构物质表面,形成结构复杂的材料和器件。譬如,用该工艺对脂质材料进行操作,他们获得了易溶性光学衍射光栅。衍射光栅由多层脂质组成,高度被控制在5纳米至100纳米之间。   勒恩荷特说,将柔性材料与硬性材料结合,他们获得了从本质上讲可以说是全新的一类物质,事实上它们就是学术界所称的生物超材料(biometamaterial ),它们并不存在于自然界中。这类材料的行为如同生物传感器,通过将敏感生物元素和物理器件结合起来,能现场检测生物制剂的存在与否。   新材料应用范围广阔   科学家表示,用生物纳米技术和沾笔纳米光刻技术制造的新材料,不仅能用于医学诊断,而且可用于需要材料的任何领域,从人体组织工程到药物开发以及计算机芯片制造。   目前最有可能实现的是新材料在医学诊断领域的应用,科学家设想利用新材料生产出便于携带、价格便宜和用后可丢弃的芯片,并将其安装在手机中用于医学诊断。当前的诊断工作需要人们前去医院看医生并将样品交给化验室进行检验。未来的诊断芯片作为人们常说的“芯片实验室”,能够就地快速地分析血样或尿样,这类同于家用怀孕检测法。不过,科学家同时表示,其他种类的检测仍需要先进的化验室或实验室。   跨学科团队的协同创新   今年32岁的勒恩荷特出生在美国盐湖城,2004年在德国明斯特大学获得博士学位。在加入佛罗里达州立大学前,他一直是德国纳米科学研究小组的带头人。在2009年一次会议上,他无意中看到了佛罗里达州立大学散发的有关综合纳米科学研究所的宣传单,其上的内容深深地打动了他,并促使他接受佛罗里达州立大学的聘请,回国进入该大学的综合纳米科学研究所。   综合纳米科学研究所集中了大学多个系不同学科的优秀人才,他们从事的领域包括细胞和分子生物学、化学和生物化学、材料科学、化学工程和生物医学工程,以及物理学。这种跨学科人才的氛围让勒恩荷特感到振奋并印象深刻。目前他与研究所的其他科学家合作从事着尖端科学技术的研究。   勒恩荷特说:“我有幸在攻读研究生时有机会游学于不同的院系和学科,其中包括生物系、医学系、化学系和物理系。我觉得解决特殊问题的途径也许就在不远处。综合纳米科学研究所基于跨学科团队协同工作的原则,这是我喜欢它的原因。”   勒恩荷特在生物纳米技术和沾笔纳米光刻技术领域所做的开创性研究工作受到全球同行的认可。大学教授布莱恩特切斯认为,勒恩荷特并非属于传统的生物学家,他是在今天从事未来的生物学研究。他在纳米技术和生物学领域接受的训练帮助他采用以前无法完成的新奇实验,来解答生物学的问题。他正在设计的新工具在科学和医学领域具有前所未有的应用前景。
  • 超快速表面处理,秒取高质量界面【GDS微课堂-7】
    上图是瑞士摄影师马丁-奥格里利 ( Martin Oeggerli ) 通过扫描电子显微镜SEM拍摄的花粉照片,是不是很炫酷?但并非所有样品通过SEM,都能得到上图中直观惊艳的照片,更多样品需要经过预处理后方可充分展示。GDS就是对样品进行预处理,将观测的界面更好展示出来的利器。通过氩气等离子体持续轰击样品表面、溅射出样品离子后再进行分析的方法,GDS可以轻松替SEM剥蚀样品,供SEM进行观测。那与其他可用的剥蚀方法相比,GDS在样品制备与表征上有哪些优势呢?让我们一起来看看。GDS通过控制溅射时间,能精确地获得不同深度和清晰度的界面,将任意深度的包埋层完美地展现出来,供SEM分析。上图是铜表面的元素深度剖析图。铜的表面覆盖一层硫脲,硫脲分子通过硫端吸附到铜表面,C-S键垂直于金属表面。这个吸附层在深度剖面上以窄峰的形式清晰地显示在铜基体上方,包括碳、氢、氮和硫。从右图我们还可以看到,峰的位置按照吸附在铜基体上的硫脲分子的方向顺序被分离和定位。在扫描电镜中,必须精确控制溅射深度,GDS这种在原子尺度深度的分辨率,使这种精细的分析得以实现。GDS使用的是能力很低(低于50eV)但电流密度很高(~100mA cm-2)的氩气等离子体。氩离子的高电流密度能确保高速溅射,溅射速率每分钟达到1-10μm,整个样品的处理时间短,包括溅射在内往往几秒至几分钟就能搞定,相比于以往费时费力的机械抛光、化学抛光、电化学抛光、超薄切片等制备方法,不知道快了多少倍。比如为了获得高质量的表面,通常会用胶态二氧化硅悬浮液对样品进行抛光,来去除受损的表面区域。但是这种方法的抛光率非常低(仅为每分钟几纳米),因此对于延伸几百纳米的区域来说,需要数小时甚至一天的时间。而通过GDS溅射,可以在几十秒内去除大多数材料的受损表面区域。另外,GDS还有一个特点就是它是靠氩离子去撞击样品,通过溅射方法移除样品表面的材料,是对样品粒子一层层的剥蚀。此外,由于差动溅射效应,GDS能够在不同材料的分界处产生清晰的界面,这对于观测样品的表面形貌非常重要。而传统的机械抛光,靠的是细小的抛光粉的磨削、滚压,在对样品表面磨削的过程中势必会将凸起的花纹也一并磨掉,只留下光秃秃的平滑面。Show一个简单的比较图,让大家更直观的感受一下:(a)是机械抛光获得的结果,(b)是GDS剥蚀3S后获得的结果(a)图中是机械抛光获得的结果,我们看到样品表面的纹理被磨掉了;(b)图是GDS剥蚀处理后的结果,样品表面的花纹和结构保存的很好,我们可以看到表面的精细结构。我们再来看一个例子:通过超薄切片处理过的镀锌钢的横截面(a)图是通过超薄切片技术制备的整个镀锌钢样品的SEM图像;(b)图是通过超薄切片技术制备的镀锌钢样品中,锌/钢界面的SEM图,可以看到表面有严重的刮痕;(c)图是对(b)进行GDS溅射10秒后,锌/钢界面的SEM图片,可以看到而GDS制备的样品消除了刮痕,完美保留了样品的形貌。GDS除了可以为扫描电镜制备样品外,还可以联合SEM全面表征样品。下面是同一个样品:AlCrN/TiN/AlCrN/TiN/Fe使用SEM和GDS分别测试的结果。SEM提供了样品横截面的结构:根据颜色的深浅,可以了解到样品包含4个镀层,图中详细标注了不同镀层的厚度;GDS则展示了样品中各元素从表面到铁基体,不同深度处的含量分布。两个结果有交叠的信息也有截然不同的信息,更加全面立体地展示了样品的结构信息和含量分布。往期回顾【GDS微课堂-1】随Dr.JY掀起GDS神秘面纱【GDS微课堂-2】七问七答,掌握GDS常用概念【GDS微课堂-3】GDS解密:如何打造钢铁侠的战衣盔甲?【GDS微课堂-4】锂电池研发的“秘密武器”【GDS微课堂-5】“钢铁侠”背后的清洁能源之梦【GDS微课堂-6】看GDS如何助力“灯厂”奥迪独领风骚? HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识,旗下的JobinYvon更有着200年的光学、光谱经验,HORIBA非常乐意与大家分享这些经验,为此特创立Optical School(光谱学院)。无论是刚接触光谱的学生,还是希望有所建树的研究者,都能在这里找到适合的资料及课程。 HORIBA希望通过这种分享方式,使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解,不断提高仪器使用水平,解决应用中的问题,进而提升科研水平,更好地探索未知世界。
  • 莱伯泰科:省时、灵活、高通量,多样化产品助力土壤有机物检测
    p   随着土壤污染防治攻坚战的开展,各级政府对土壤污染防治纷纷从政策和资金上给予了大力支持, 2019年1月1日起正式施行的《中华人民共和国土壤污染防治法》更是从法律上给予了坚实的保障。由此看来,提升土壤检测能力的重要性和紧迫性越来越凸显。在土壤污染物检测中,有机污染物种类众多、类型复杂,检测分析方法难度系数较大,对从业者的专业要求也相当之高。 /p p & nbsp   为了帮助相关领域的用户学习、了解土壤有机物检测最新技术、方法及相关标准等内容,仪器信息网特别策划了 a href=" https://www.instrument.com.cn/zt/youjiwu" target=" _blank" style=" text-decoration: underline " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong “土壤有机物检测最新技术进展” /strong strong /strong /span /a 专题,并邀请莱伯泰科产品经理刘雪就土壤有机物检测技术相关的问题发表了自己的观点。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/fa91c9f8-344e-4bf5-805d-0e9eb230955e.jpg" title=" 莱伯泰科1.jpg" alt=" 莱伯泰科1.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 刘雪 莱伯泰科产品经理 /strong /p p & nbsp    span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 仪器信息网:请谈谈您对我国现行的土壤有机污染物检测标准或方法的看法,有哪些方面需要进行改进和完善? /strong /span /p p & nbsp    span style=" color: rgb(0, 0, 0) " strong 刘雪: /strong /span 目前国家一直在更新土壤检测方面的相关标准,相应的不同种类的仪器也被逐渐地收录到各个标准里面去,为相关检测单位提供了更加丰富、更加灵活的选择。然而就目前而言,相对于水和大气,土壤检测方面的标准还是相对偏少的,我相信后期在这方面肯定还会有更多更细化的标准出台。 /p p & nbsp   span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong  仪器信息网:在目前的土壤有机污染物检测项目中有哪些值得特别关注?相关检测方法的技术难点主要在哪? /strong /span /p p & nbsp    span style=" color: rgb(0, 0, 0) " strong 刘雪: /strong /span 我认为还是以半挥发性有机物和挥发性有机物为主,除了常见的PAHs、PCBs、有机氯等,二噁英、全氟化合物等有机物的检测也在逐渐进入大家的视线之中。针对土壤中半挥发性有机物的检测,主要涉及样品制备-提取-浓缩-净化-浓缩过程,流程比较复杂,要保证所有物质的回收率满足标准要求,尤其是一些比较容易挥发的物质,就要在检测过程中更加注意操作细节。土壤样品的种类比较多,含水率不同,基质从简单到复杂,不同含水率的样品需要不同的制备方法,且根据样品复杂情况以及测试项目的不同,选择的净化方式也有所不同。 /p p & nbsp    span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 仪器信息网:请介绍贵公司在土壤有机物检测方面有哪些仪器产品或产品组合?相比于同类产品,在技术上有哪些优势? /strong /span /p p & nbsp    span style=" color: rgb(0, 0, 0) " strong 刘雪: /strong /span 在这方面我们公司主要有高效溶剂萃取仪、微波萃取仪、定量浓缩仪、旋转蒸发仪、固相萃取仪、凝胶净化仪等前处理仪器,可以提供包含提取、净化以及浓缩在内的整体产品组合。 /p p & nbsp   莱伯泰科一直秉承自主研发创新的理念,走在科技创新的最前沿,用创新带动企业发展。我们的全自动快速溶剂萃取仪是目前通量最大、效率最高的自动萃取产品,可支持30位、双通道同时运行,效率极高;且仪器自动密封,杜绝漏液,保证连续运转;仪器支持从小体积到大体积8种萃取罐规格、5种实验室常用的收集瓶体积可供选择,非常灵活;仪器创新三维平台机械臂设计,萃取罐可在运行过程中追加,节省填罐等待时间;收集瓶架可以方便抽出进行下一步浓缩,提高检测效率;仪器整体透明式设计,方便观察仪器运行情况,且系统密闭自带通风,无需放入通风橱;除了硬件方面,软件控制终端为仪器自带一体触摸屏,360度自由旋转,操作灵活,软件支持数据溯源和权限管理功能。 /p p & nbsp   另外,我们的的凝胶净化系列产品也是创新设计采用不锈钢净化柱代替传统玻璃柱,无需人工装填,减少人工工作;且机械中压填充方式,将净化时间、试剂消耗量减少为原来的1/3,大大提升了检测效率。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 592px height: 446px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/5adc8484-2822-498f-97db-65ffa6590af4.jpg" title=" 莱伯泰科2.jpg" alt=" 莱伯泰科2.jpg" width=" 592" height=" 446" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong Flex-HPSE全自动高效快速溶剂萃取仪 /strong /p p style=" text-align: center " strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/2a161bf0-83d1-49d2-886a-ade9fa90d9f6.jpg" title=" 莱伯泰科3.jpg" alt=" 莱伯泰科3.jpg" / /strong /p p style=" text-align: center " strong MultiVap-10 定量平行浓缩仪 /strong /p p style=" text-align: center " strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/7a022a3a-a2d2-446f-810f-8742c01070b6.jpg" title=" 莱伯泰科4.jpg" alt=" 莱伯泰科4.jpg" / /strong /p p style=" text-align: center " strong SPE 1000 全自动固相萃取系统 /strong /p p style=" text-align: center " strong img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 450px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/233ce1b1-d11d-4514-b325-49a77af68122.jpg" title=" 莱伯泰科5.jpg" alt=" 莱伯泰科5.jpg" width=" 600" height=" 450" border=" 0" vspace=" 0" / /strong /p p style=" text-align: center " strong PrepElite-GV全自动样品前处理平台 /strong /p p style=" text-align: center " strong img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 574px height: 432px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/54718096-28b5-43bd-a593-65b7625f9972.jpg" title=" 莱6.jpg" alt=" 莱6.jpg" width=" 574" height=" 432" border=" 0" vspace=" 0" / /strong /p p style=" text-align: center " strong Astation 全自动多功能样品制备进样平台 /strong /p p & nbsp   strong span style=" color: rgb(255, 0, 0) "  仪器信息网:贵公司可以提供哪些土壤有机物检测解决方案? /span /strong /p p & nbsp    strong 刘雪: /strong 我们的仪器完全满足HJ 834、HJ 805等环境标准方法和GB15618和GB 36600等国标中对前处理的设备和方法的要求。对于土壤中半挥发性有机物(SVOC)检测,我们可以提供从提取、净化到浓缩的整体解决方案,如土壤中多氯联苯、多环芳烃、有机氯、二噁英等各种半挥发性有机物的检测。对于土壤中半挥发性有机物(VOC)检测,我们还可以提供全自动的多功能进样平台,配备水土一体吹扫捕集、顶空以及固相微萃取以及液体自动进样功能,可进行土壤中挥发性有机物的检测。 /p
  • 中国环境监测总站挥发性有机物项目中标结果:北京博赛德科技有限公司中标
    根据中国政府采购网消息,近日中国环境监测总站国家大气颗粒物组分-光化学监测网建设项目(包5:挥发性有机物样品测试及自动监测设备租赁及运维服务)评标工作已经结束,结果如下: 本次采购包件预算金额为861.47万元/年,三年共计2584.41万元。按国家大气颗粒物组分-光化学监测网建设方案要求,采购大气挥发性有机物117种VOCs的手工监测,包括样品采样、分析测试、数据分析、报告编写等服务。按照中国环境监测总站统一要求,开展采样及测试工作,并提供监测流程自动化管理、报告编写等服务。中标方需提供详细的实施方案及全流程的质控方案。每个城市采样点位为该市国家大气颗粒物组分及光化学自动监测站房所在地。本项目涉及在线 VOC 监测仪等的运维服务,涉及北京、天津、石家庄、雄安、太原、济南、郑州7个点位。具体点位及采样频次如下表所示: 按照本次项目标书的要求以及1月份环保部印发的《2018年重点地区环境空气挥发性有机物监测方案》的要求,北京博赛德科技有限公司推出了一整套的解决方案,方案分为实验室VOCs 手工监测方案和大气自动站VOCs 自动监测方案两种。实验室手工监测方案: 考虑到手工监测的准确性和自动化,采样系统我们推荐使用1900多通道罐采样系统,ENTECH 1900是全新一代的在线空气采样系统,它按照预先设定的流速或者触发参数把空气采集到Silonite® 涂层的真空采样罐中,然后把罐子拿到实验室里用GC/MS或者GC/MS/FID进行全面详细的分析。它彻底摒弃了质量流量计与电磁阀的使用,消除了泵阀中弹性密封材料等对样品造成的污染,同时消除了MFC 20%以下低量程测量时的巨大误差。Silonite® 涂层的惰性化流路大大减小了罐体表面的吸附,提高回收率,减少潜在残留。 众所周知,空气中的VOCs含量非常低,要想正确识别出这些物质并检测出正确含量,BCT必须采用合适的浓缩系统。作为行业标准,7200大气预浓缩进样系统在7100三级冷阱预浓缩及水管理技术的基础上进行了优化和全新的提升,质量流量计的摒弃,使得采样体积更加精确,分析数据更加准确。7200全新的Silonite-D惰性涂覆技术涂覆整个流路,以减小组分间发生化学反应的机率,并保证了VOC及轻SVOC物质的完全回收。其出色的除水、除CO2技术确保了极性及非极性有机化合物的超强分析,惰性的可加热管路结合不同的冷阱配置,可实现C2-C18之间化合物的回收。 使用苏码罐系统,还有一个很重要的环节关系到BCT终分析数据的准确性,那BCT是配气系统,配气系统可能带来的误差甚BCT高达20%以上。我们推荐使用4700高精度稀释仪,它摒弃了质量流量计(MFC),消除了MFC测量带来的各种误差,尤其是低流速时的测量误差以及不同MFC通道之间的误差;同时也避免了因为MFC平衡造成的标气的大量浪费。整套系统可以BCT配合,可以一次进样直接分析117种VOCs,包含13种醛酮类物质:大气自动站在线自动监测方案 大气自动监测方案不同于实验室方案,它要求设备更加稳定、可靠、少维护和少消耗。为此北京博赛德特推出BCT-7800A PLUS挥发性有机物在线监测系统,这套系统采用BCT先进的3级多层毛细柱捕集技术对样品进行浓缩,精确地将大气中C2BCTC18范围内的挥发性化学物质进行捕集、浓缩并自动进样到GCMS中进行检测、分析。整个过程无需复杂的液氮或电子制冷,使得系统更加稳定、可靠,便于维护,同时也大大降低了维护成本。 北京博赛德科技有限公司长期专注于VOCs整体解决方案的提供,从采样、前处理、预浓缩、到分析检测,从实验室,在线监测,到应急响应,从污染源到环境大气,均有一整套成熟的解决方案,我们期待着与您的合作!
  • 陕西首项挥发性有机物环境保护地方标准发布
    2月8日,陕西省首次针对挥发性有机物治理的环境保护地方标准——《挥发性有机物排放控制标准》由省环保厅会同省质监局制定完成已经发布,并于2月10日正式实施。  挥发性有机物是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要前体物,主要来源于化工、医药、电子制造、家具等行业。该《标准》对涉及的8个主要相关行业,如汽车整车制造、印刷、木质家具制造、医药制造、电子产品制造、涂料与油墨及其类似产品制造、橡胶制品制造、表面涂装等的挥发性有机物排放进行了严格的标准限制,在适用范围、排放限值、工艺管理、监测要求等方面作了详细规定,从原辅材料控制、工艺过程控制、末端排放控制、排放总量控制等4个控制途径设置了技术或管理规定和排放限值两类控制指标。同时,对关中地区的挥发性有机物排放限值更加严格。  《标准》规定,新建企业自2017年2月10日起执行,现有企业自2018年2月10日起执行。据初步估算,标准实施后,陕西省将有78%的工业挥发性有机物排放受到更加严格的标准限制,8个主要行业挥发性有机物减排总量可达65%以上,全省工业挥发性有机物排放总量将在现有水平上削减至少20%以上。
  • 锂电新能源材料 | 从硫酸盐到三元前驱体,TOC把关有机物残留
    导 读电动车正以其丝滑加速、便捷操控、环保和静音等优越体验俘获着一众新老司机,大街小巷悄然增多的电动车不断刷新着新能源车销量记录。工信部官微“工信微报”1月披露,2021年,我国新能源汽车销售完成352.1万辆,同比增长1.6倍,连续7年位居全球第一。电动车的核心是电池,电池的关键是正极材料,正极材料性能的基础在于前驱体,而电池级硫酸盐是制备三元前驱体的重要原料。近年来,前驱体生产企业发现,硫酸盐原料中引入的有机物残留会显著影响前驱体的合成,引起形貌变化和振实密度降低,最终导致电池容量显著下降。通过使用总有机碳分析仪(TOC)监测硫酸盐中的有机物残留,可保证前驱体的稳定生产。 三元前驱体生产工艺三元前驱体指镍钴锰的氢氧化物,是生产三元正极材料的重要上游材料,通过与锂源混合后,烧结制得三元正极成品,其性能直接决定三元正极材料核心理化性能。 图1 三元前驱体单颗粒中Ni、Co、Mn和O元素分布(由岛津电子探针EPMA-8050G拍摄) 目前三元路线的前驱体主要以共沉淀法合成,将镍、钴、锰的硫酸盐配制成可溶性的混合溶液,然后与氨、碱混合,通过控制反应条件形成类球形氢氧化物。 三元前驱体溶液中有机残留物的影响在镍钴锰硫酸盐的提纯过程中,会使用260#溶剂油、P204和P507等萃取剂,这些有机萃取剂残留在盐溶液中,将严重影响前驱体的合成,在沉淀生成过程中导致形貌疏松,无法成球,粒度分布宽化,振实密度下降。马跃飞在《高镍多元前驱体的制备与研究》[1]中评估了类似有机物残留的“油分”指标对形貌的影响,并提出需要控制溶液中油分在5ppm以下。由华友钴业等企业起草的团体标准《T/ATCRR10-2020电池级硫酸钴溶液》、《T/ATCRR11-2020电池级硫酸锰溶液》和《T/ATCRR12-2020电池级硫酸镍溶液》中,对优等品硫酸盐溶液中油分的限值分别为0.0100g/L、0.0100g/L和0.0050g/L。 图2 料液对高镍前驱体形貌影响(沉淀时间36h)(a)油分为9.5ppm(4000倍)(b)油分为2ppm(4000倍)图片引自http://www.cbcu.com.cn/shushuo/jishu/2021031635652.html 三元前驱体溶液中有机物残留分析方案为了控制前驱体溶液中有机物残留,保证前驱体的稳定合成,精确而稳定的监测十分重要。三元前驱体溶液中盐含量非常高,通常在30%以上,因此对测试仪器的耐盐性提出了更高的要求。岛津TOC-L总有机碳分析仪,以680℃催化氧化样品中有机物,通过精确测定生成二氧化碳的量来确定总有机碳含量。TOC-L用于三元前驱体溶液中有机残留物的测试,结果精确度高、稳定性好,配合八通阀在线加酸去除无机碳和自动稀释功能测试,操作简便,分析速度快。 01 方法评估在0-20ppm范围内建立标准曲线,试样6次重复测试RSD同时进行了加标实验,回收率为95.8%,具有良好的稳定性和准确度。 表2 样品回收率结果02耐盐性实验鉴于前驱体溶液中盐含量较高,且硫酸钴熔点仅98℃,易熔融,为了评估岛津TOC-L对前驱体溶液分析的耐受性,进行了耐盐性评估实验。对120g/L的硫酸钴(以Co计)溶液仅稀释五倍后进样,在五天内24h不间断连续分析,所得结果如图3。比较再生后的催化剂,表面附着的钴盐再生后已被清洗干净,催化剂效率无影响。 图3 120g/L(Co)硫酸钴溶液中TOC重复分析结果图4 催化剂状态图5 催化剂表面附着元素情况(使用岛津EDX-7000分析) 结语针对前驱体溶液中有机物残留的影响,使用岛津TOC-L总有机碳分析仪建立了有机物残留量的分析方法,并考察了仪器对高盐样品的耐受性。岛津TOC-L 680℃催化燃烧法操作简便,分析速度快,重现性好,适用于锂电原材料Ni、Co、Mn高盐样品中残留有机物的分析。岛津TOC-L稳定发挥,严格监控,在锂电上下游守护三元前驱体的合成工艺。 参考文献[1]马跃飞 高镍多元前驱体的制备与研究 [J]. 当代化工研究 2018.03 P45-47 撰稿人:刘洁 *本文内容非商业广告,仅供专业人士参考。
  • 锂电新能源材料 | 从硫酸盐到三元前驱体,TOC把关有机物残留
    导 读电动车正以其丝滑加速、便捷操控、环保和静音等优越体验俘获着一众新老司机,大街小巷悄然增多的电动车不断刷新着新能源车销量记录。工信部官微“工信微报”1月披露,2021年,我国新能源汽车销售完成352.1万辆,同比增长1.6倍,连续7年位居全球第一。电动车的核心是电池,电池的关键是正极材料,正极材料性能的基础在于前驱体,而电池级硫酸盐是制备三元前驱体的重要原料。近年来,前驱体生产企业发现,硫酸盐原料中引入的有机物残留会显著影响前驱体的合成,引起形貌变化和振实密度降低,最终导致电池容量显著下降。通过使用总有机碳分析仪(TOC)监测硫酸盐中的有机物残留,可保证前驱体的稳定生产。 三元前驱体生产工艺三元前驱体指镍钴锰的氢氧化物,是生产三元正极材料的重要上游材料,通过与锂源混合后,烧结制得三元正极成品,其性能直接决定三元正极材料核心理化性能。 图1 三元前驱体单颗粒中Ni、Co、Mn和O元素分布(由岛津电子探针EPMA-8050G拍摄) 目前三元路线的前驱体主要以共沉淀法合成,将镍、钴、锰的硫酸盐配制成可溶性的混合溶液,然后与氨、碱混合,通过控制反应条件形成类球形氢氧化物。 三元前驱体溶液中有机残留物的影响在镍钴锰硫酸盐的提纯过程中,会使用260#溶剂油、P204和P507等萃取剂,这些有机萃取剂残留在盐溶液中,将严重影响前驱体的合成,在沉淀生成过程中导致形貌疏松,无法成球,粒度分布宽化,振实密度下降。马跃飞在《高镍多元前驱体的制备与研究》[1]中评估了类似有机物残留的“油分”指标对形貌的影响,并提出需要控制溶液中油分在5ppm以下。由华友钴业等企业起草的团体标准《T/ATCRR10-2020电池级硫酸钴溶液》、《T/ATCRR11-2020电池级硫酸锰溶液》和《T/ATCRR12-2020电池级硫酸镍溶液》中,对优等品硫酸盐溶液中油分的限值分别为0.0100g/L、0.0100g/L和0.0050g/L。 图2 料液对高镍前驱体形貌影响(沉淀时间36h)(a)油分为9.5ppm(4000倍)(b)油分为2ppm(4000倍)图片引自http://www.cbcu.com.cn/shushuo/jishu/2021031635652.html 三元前驱体溶液中有机物残留分析方案为了控制前驱体溶液中有机物残留,保证前驱体的稳定合成,精确而稳定的监测十分重要。三元前驱体溶液中盐含量非常高,通常在30%以上,因此对测试仪器的耐盐性提出了更高的要求。岛津TOC-L总有机碳分析仪,以680℃催化氧化样品中有机物,通过精确测定生成二氧化碳的量来确定总有机碳含量。TOC-L用于三元前驱体溶液中有机残留物的测试,结果精确度高、稳定性好,配合八通阀在线加酸去除无机碳和自动稀释功能测试,操作简便,分析速度快。 01方法评估在0-20ppm范围内建立标准曲线,试样6次重复测试RSD同时进行了加标实验,回收率为95.8%,具有良好的稳定性和准确度。 表2 样品回收率结果02耐盐性实验鉴于前驱体溶液中盐含量较高,且硫酸钴熔点仅98℃,易熔融,为了评估岛津TOC-L对前驱体溶液分析的耐受性,进行了耐盐性评估实验。对120g/L的硫酸钴(以Co计)溶液仅稀释五倍后进样,在五天内24h不间断连续分析,所得结果如图3。比较再生后的催化剂,表面附着的钴盐再生后已被清洗干净,催化剂效率无影响。图3 120g/L(Co)硫酸钴溶液中TOC重复分析结果 图4 催化剂状态 图5 催化剂表面附着元素情况(使用岛津EDX-7000分析) 结语针对前驱体溶液中有机物残留的影响,使用岛津TOC-L总有机碳分析仪建立了有机物残留量的分析方法,并考察了仪器对高盐样品的耐受性。岛津TOC-L 680℃催化燃烧法操作简便,分析速度快,重现性好,适用于锂电原材料Ni、Co、Mn高盐样品中残留有机物的分析。岛津TOC-L稳定发挥,严格监控,在锂电上下游守护三元前驱体的合成工艺。 参考文献[1]马跃飞 高镍多元前驱体的制备与研究 [J]. 当代化工研究 2018.03 P45-47 撰稿人:刘洁 *本文内容非商业广告,仅供专业人士参考。
  • 赛默飞谈土壤有机物检测:关注时效性和检测方法稳定性
    随着土壤污染防治攻坚战的开展,各级政府对土壤污染防治纷纷从政策和资金上给予了大力支持, 2019年1月1日起正式施行的《中华人民共和国土壤污染防治法》更是从法律上给予了坚实的保障。由此看来,提升土壤检测能力的重要性和紧迫性越来越凸显。在土壤污染物检测中,有机污染物种类众多、类型复杂,检测分析方法难度系数较大,对从业者的专业要求也相当之高。  为了帮助相关领域的用户学习、了解土壤有机物检测最新技术、方法及相关标准等内容,仪器信息网特别策划了“土壤有机物检测最新技术进展”专题,并邀请赛默飞公司市场部经理胡忠阳就土壤有机物检测技术相关的问题发表了自己的观点。  仪器信息网:请谈谈您对我国现行的土壤有机污染物检测标准或方法的看法,有哪些方面需要进行改进和完善?  胡忠阳:作为服务科学的世界领导者,我们始终在关注着环境检测市场动态,并不断更新我们的解决方案以满足不断变化的需求。   早在2016年5月,国务院发布“土壤污染防治行动计划”,正式拉开了土壤污染大决战序幕,充分掌握土壤污染状况被置为第一要务,我们就注意到监测市场需求将会大幅增长。很快在同年年底,当时的环保部公布全国土壤详查实验室筛选技术规定,明确了土壤详查计划的检测项目,以及对实验室应配备的仪器设备基本要求。关于《土壤环境质量标准》修订进程明显加快,我国《土壤环境质量标准》自1995年发布实施以来,在土壤环境保护工作中发挥了积极作用,但正如生态环境部土壤环境管理司有关负责人所说:“随着形势变化,该标准不适应农用地土壤污染风险管控的需要,也不适用于建设用地,已不能满足当前土壤环境管理的需要。”现行土壤质量标准实施自2018年8月1日,区别于原GB 15618-1995《土壤质量标准》发生了很大变化。  新标准立足于我国现阶段经济社会发展状况,充分考虑我国土壤环境的基本特征及土壤污染的特点,农用地标准检测指标增加了苯并芘检测项,建设用地检测指标增加到85项,充分考虑了我国土壤环境管理实际需求。颁布的两个土壤管理新标准,对农用地实施分类管理、保障农业生产环境安全;实施建设用地准入管理、防范人居环境风险,提供了重要的技术标准支撑,对我们土壤污染防治工作战略的具体细化具有重要意义。  正如一开始我们所提到的,环境威胁不断演变,污染治理也不可能一蹴而就。许多污染物已知是有害的,比如这次新标准中监控清单受到政府相关部门法律和法规的严格管控。对于环境中许多其他污染物并不在这个清单里,其对健康的影响尚未了解清楚, 或者在环境中的含量和暴露频率不明确,或者用于定量和表征的有效分析方法尚不可用,需要我们加快对它们的研究。这也预示着我国环境质量监测的合规标准和法律法规将持续更新、日趋严格。  仪器信息网:请介绍贵公司在土壤有机物检测方面有哪些仪器产品或产品组合?相比于同类产品,在技术上有哪些优势?  胡忠阳:从有机污染物检测的标准我们可以看到,涉及GC、GCMS、 HPLC、HRGC-HRMS等方法,涵盖VOCs, SVOCs, 有机农药、石油烃、多氯联苯、多溴联苯和二噁英等众多类型污染物。我们能提供全系列的色谱-质谱产品组合,全面满足标准要求。有一点需要强调,仅仅提供分析仪器本身是远远不够的,检测工作包括从样本前处理到数据的交付整个过程,我们很早就耕耘在这个领域,利用我们广泛的产品优势,率先于市场就提出了“土壤有机污染检测高效分析流”整体解决方案,兼顾效率和准确性,这是我们最为突出的优势,一站式解决方案和服务得到市场的广泛欢迎与认可。  除了整体的方案优势以外,涉及到流程中各个环节,也有其独特的优势, 下面做一个简要的介绍。  首先,样品前处理是整个分析流程中最繁琐、最花时间的步骤。根据LC-GC杂志对1000多个实验室进行的调查,在色谱分析过程中,实际仪器分析仅仅占6%的时间,而样品前处理所花费的时间则高达60%以上。很明显,样品前处理已经成为阻碍我们提高分析效率的瓶颈。因此,要提高分析效率,就必须解决样品前处理过程中标准化、自动化、高通量等问题。对此,我们充分整合优势提出萃取-净化-浓缩一体化高效方案,将 ASE系统含In-Cell净化和Rocket火箭蒸发器的结合,完全省去了手工样品转移步骤。这种结合对实验室产率的影响十分显著,可确保获得高准确度、高重复性的样品制备效果。比如,土壤和固体废物中的多氯联苯 (PCB)项目,我们使用加速溶剂萃取以及在线净化来萃取受污染土壤中的多氯联苯时,加标回收率和重现性都很好。使用在线净化选择性地消除干扰避免了耗时和昂贵的萃取后手动净化程序。使用加速溶剂萃取处理样品仅需 20 分钟并且只需 40mL 溶剂。Rocket 蒸发器不需要繁琐的氮吹浓缩,通过使用 Flip-Flop 系统,可以直接将样品浓缩到 GC 小瓶中,节省时间并降低实验室成本。EXTREVA™ ASE™ 加速溶剂萃取仪  在仪器分析这一块,赛默飞可以提供从气相色谱、单四极杆气质、三重四极杆气质以及高分辨气质综合解决方案。应对常规检测,提供可以满足环境法规中常见VOCs,SVOC等污染的解决方案,也可以提供环境中未知化合物筛查的解决方案,提高突发事件的定性能力,十分全面。在分析效率方面,提供超快速分析方法,6分钟分析土壤中的总石油烃,8分钟分析64种SVOC;另一方面不断开发针对多种VOCs,SVOC的一针分析多种化合物的方案,如一针进样40min分析环境中160余种SVOC,提高实验室分析效率。为了最大化方便操作者,我们将环境监测项目转化为eWorkflow方法包随机提供给客户,客户在实验室只需下载方法包即可一键快速建立合规方法,大幅缩短实验室方法开发的时间和重复投入。 ISQ 7610™单四极杆 GC-MS  另一个值得一提的是双三元液相色谱在土壤中多环芳烃检测中的应用,HJ 784-2015《土壤和沉积物多环芳烃的测定 液相色谱法》国标方法采用索式提取,后续还要转移依次进行过滤、浓缩、净化等繁琐的操作,不仅耗时而且还会消耗大量溶剂并存在样品损失和污染风险。我们创新性推出ASE-Online SPE-HPLC法测定土壤中的PAHs,简化了前处理步骤,减少了有机试剂与人的接触,重现性更好,是一个环境友好、自动化的全新方法,代表了仪器分析方法的未来发展方向并受到市场的认可。其原理是利用DGLC双梯度液相双泵设计,可以同时单独控制三种不同的流动相来进行复杂的样品分析。双三元梯度系统具有独特的阀切换系统,柱温箱部分放置的两个切换阀可以通过变色龙软件的控制在设定的时间进行阀切换,从而实现流动相流路和色谱柱连接的不同组合切换。该方法就是在DGLC上轻松实现在线样品净化SPE-LC用于全自动样品制备和分析的。赛默飞 Vanquish™ UHPLC超高效液相色谱系统  二噁英项目近年来越来越受到关注,也为土壤质量标准所收录,相应的HJ 77-4作为方法标准成为监管的有力技术支撑,方法中使用的高分辨磁式质谱仪DFS代表了二噁英分析的黄金标准,DFS GC-HRMS 在世界范围内完全遵循任何官方 Dioxin、PCB 或 PBDE 方法(如 EPA 1613、1668、1614)。通过大体积离子传输, 将 Dioxin 的灵敏度和稳健性发挥到极致。赛默飞关于二噁英检测方案不仅于此,同时也提供配套的自动、高效的完整样品前处理解决方案,包括快速溶剂萃取(ASE)、全自动净化设备、和快速溶剂浓缩设备Rocket Evaporator。在土壤二噁英分析领域,赛默飞所提供的不单是仪器,而是全流程的解决方案。赛默飞DFS高分辨率磁式气质联用仪  仪器信息网:当前土壤有机污染物检测项目中有哪些值得特别关注?相关检测方法的技术难点主要在哪?  胡忠阳:新的建设用地采用土壤污染风险管控标准,基本项目45项,其它项目即选测项目表中有40项,大部分是有机污染物项目。检测项目数量猛增,土壤调查或普查等涉及的样品量也是很大的,土壤样品尤其有机项目检测对时效性的要求也更为严苛,加上其复杂的基体干扰,这些对检测工作者来说是不小的挑战。我们和一线检测人员也常有沟通,以下几点值得我们特别重视:一个是实验室分析整个工作流程中的效率问题,不仅仅是标准所推荐的仪器方法,这其中包括从样品前处理到数据结果的处理整体的提升,其中任何一个短板都会对整体方案形成瓶颈;一个是检测方法的稳定性、灵敏度和抗基质干扰,对仪器设备和操作人员的水平也提出了更高的要求,面对如此庞大的样品量,如何降低这些因素的风险是我们要特别关注的;如上面提到的众多有机污染物类型,需要不同的前处理和检测方法,复杂程度不一,建设一个完备的土壤检测实验室需要从整体的视角来把控,值得管理人员和方案提供者共同思考。  仪器信息网:贵公司可以提供哪些土壤有机物检测解决方案?  胡忠阳:正如我上面提到的对于最新土壤标准,我们可以提供所有目标污染物检测方案,在这里不仅仅是一个孤立的仪器方法,还包括了从样品到结果交付的整个过程的解决方案,而且以一个方法包的形式提供给使用者,这些也可以在我们的《土壤污染物分析解决方案》中作进一步了解。总之,客户无论是扩项需求还是要新建一个土壤检测实验室,都可以从赛默飞得到最佳和最全面的解决方案。  在世界各地,环境威胁不断演变,合规标准和各项法规也随之改变。从样品输入到数据输出,赛默飞能提供最全面的色谱、质谱和光谱仪器。各种仪器、软件、应用、色谱柱和耗材完美组合,我们的环境分析技术组合不仅设计用于满足当前法规要求,也同样适用于未来的需求,能够提供可靠而精准的结果。所有这一切,均旨在让世界更洁净、公众更健康。
  • 有机物监测为发电用水处理提供解决方案
    简介对于核电厂、燃气轮机发电厂、燃煤发电厂、地热发电厂、生物质燃烧发电厂来说,超纯水是发电系统的重要组成部分。发电用水通常来自于回收水、地表水、地下水等天然水源,用完后会被现场再利用或排放到环境中去。在提高整体发电效率、满足排放要求、为现场回收水创造更多用途方面,水处理发挥着关键作用。好的监测工具不仅能帮助操作人员控制水处理、保护昂贵设备、避免意外停机,还能用来优化水处理过程以节省开支、提高生产效率、防止污染物腐蚀锅炉和汽轮机。总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)是造成腐蚀的罪魁祸首,TOC法能有效监测有机物污染。人们发现的有机污染物的种类越来越多,TOC是所有有机化合物的总称,TOC监测法在分别量化有机化合物方面提供了快速、简单的解决方法。检测有机物浓度的变化,能帮助识别系统工艺的违规之处。监测控制点有助于查找和排除污染源。源水中的有机化合物经过处理,在锅炉中氧化成腐蚀性酸。在水的回流侧,蒸汽冷凝后被循环使用。但冷却过程(在打开或关闭时)可能会将冷却剂或污染物从外部环境泄漏到工艺蒸汽中。表1是可能的有机污染源列表。表1. 可能的有机污染源列表例如,人们很难用传统处理方法去除源水中的多糖,而电导率或UV 254传感器也很难检测到多糖。在锅炉或汽轮机中,多糖会在高温高压下分解成具有腐蚀性的甲酸和乙酸,进而酸化蒸汽,造成腐蚀,并在锅炉中留下沉积物。维护和修理锅炉时,工厂不得不停机减产。为了防止锅炉受到损坏,有些锅炉保险公司和监管机构要求工厂满足很低的TOC限值,低至200 ppb(VGB)或100 ppb(EPRI)。多糖也同超滤(Ultrafiltration,UF)和反渗透(Reverse Osmosis,RO)污染有关。只有准确监测和去除有机化合物,才能有效地保护设备。总有机物包括离子形式和非离子形式的化合物,以及芳香族和非芳香族化合物。在监测总有机物浓度方面,TOC监测法具有可靠、精确等优点。图1显示了关键监测点,以查找泄漏或潜在污染处。表2是TOC分析法举例。图1. 需要监测的关键区域表2. TOC分析法举例现场再利用,推动液体零排放(Zero Liquid Discharge,ZLD)随着排放标准越来越严格,以及污水处理成本不断提高,工厂不得不减少用水量和排水量。这就增加了零液体排放(ZLD)系统监测和自动化的市场需求。在系统前端冷却和循环利用蒸汽,可以节约用水、提高工作效率。 TOC分析法能尽早检测到乙二醇等冷却液是否泄漏到工艺水流中,从而帮助操作人员采取措施以防止系统停机或永久性的设备损坏。TOC分析法能提供准确数据,来帮助操作人员决定是否重新使用或者舍弃回收的水流。结论TOC分析法可以检测和控制发电用水中的化学物质,极大降低有机物污染。通过有效监测和处理进水,工厂可以将腐蚀性离子浓度降到很低的水平。源水中的有机物含量和种类总是变化,因此只有监测水源,才能有效达到监测目的,保护昂贵设备不被损坏。还有一些有机物会污染膜和树脂床。尽可能地减少有机污染物,有助于节约成本、提高效率。新型的高温高压锅炉通常要求TOC限值低至100 ppb,内部控制限值低至10 ppb。补给水或回收水必须经过适当处理,才能达到上述要求和满足更严格的排放标准。有机物监测法能检测到泄漏、微生物生长、处理失效、有机物污染。减少此类问题能够帮助工厂降低生产成本、提高发电效率。◆ ◆ ◆联系我们,了解更多!
  • OPTON微观世界|第34期 从荷叶效应到超疏水表面——从自然到人工合成
    前 言在盛夏时节安静的池塘边,正是观赏荷花的好时候。在红花绿叶的点缀下,夏日仿佛多了一丝清凉舒缓。每当提到荷花(莲花),总能想起周敦颐在《爱莲说》中 “予独爱莲之出淤泥而不染,濯清涟而不妖”的诗句。荷花历来被佛教尊为神圣净洁之花,并且极力宣传并倡导学习荷花这种清白、圣洁的精神。另外,李白的诗句“清水出芙蓉,天然去雕饰”,也表明荷花具有天然之美。荷花即青莲,青莲与“清廉”谐音,因此荷花也被用以比喻为官清正,不与人同流合污,这主要是指在仕途中。比如,有一幅由青莲和白鹭组成的名为“一路清廉”的图画,就被很多文人置于自己的书房中。可是,莲为什么可以出淤泥而不染呢?这就要讲到莲花的“自清洁”和“不沾湿”特性了。荷叶效应如果留心观察莲花的叶子,你就会发现荷叶上总是干干净净的,好似不留一点灰尘。这是因为荷叶表面的特殊结构有自我清洁的功能,即荷叶的“自清洁”特性。此外,我们经常会看到这样的场景:当水滴在荷叶上时,水并没有完全铺展开,而是以水珠的形式停留在荷叶上,而且只要叶面稍微倾斜,水珠就会滚离叶面。这就是荷叶的“不沾湿”特性。荷叶的“自清洁”和“不沾湿”特性被统称为“荷叶效应”。这一概念最早是由德国波恩大学的植物学家巴特洛特提出的。图1荷叶效应超疏水特性其实,荷叶的“不沾湿”特性也被称为“超疏水”特性。那么,如何界定“超疏水”这一概念呢?在明确“超疏水”这一概念前,我们要先了解表面化学中的一个概念——接触角。如下图所示,接触角指的是“液-固”界面的水平线与“气-液”界面切线之间通过液体内部的夹角θ。有了这一概念,我们可以很方便地表示液体对固体的润湿情况。当夹角θ小于90°时,我们称该液体可以湿润固体。当θ大于90°时,该液体不能湿润固体。当θ大于150°时,该固体表面具有超疏水特性。通俗地讲,我们可以认为这种固体表面有很强的排斥水的能力。图2 浸润与不浸润的特征在自然界中,奇异的性质往往是其独特的结构决定的。那么,你肯定会问:“荷叶的特性是否与它的结构有关呢?”答案是肯定的。扫描电子显微镜的发展给我们的科学研究带来了更多的可能,也使得我们能够观察到荷叶的微观结构。通过电子显微镜的成像结果,我们可以清晰地看到荷叶表面有许多突起的“小山包”(这类结构被称为“乳突”如图3(a))。这些乳突的尺寸通常在6微米左右,这些乳突的平均间距在12微米左右。而这些乳突是由许多直径在100纳米左右的纳米蜡质晶体组成。由此可见,荷叶表面存在复杂的“微米-纳米”双重结构,正是这些结构使得荷叶产生了“超疏水”和“自清洁”的双重特性。图3 荷花叶片的sem图像 (a)低倍图像(b) “乳突”高倍图像(c)叶片底部高倍图像(d)“乳突”尺寸对应的接触角曲线分布由荷叶到仿生技术自然界的生物都经历了漫长的演化过程,在物竞天择下,生物自身的结构和功能都经过了长期的筛选、发展和优化,具有极高的效能。荷叶的“自清洁”性能,并不是简单的美观功效,清洁程度直接影响叶片的光合作用效率。那么不仅仅是荷叶,在自然界中具有自清洁功能的生物还有很多种,比如蝴蝶的翅膀具有的超疏水结构,保证蝴蝶翅膀不会粘连露水影响飞行。水黾的脚具有绒毛结构,确保了水黾在水面上能以每秒钟滑行100倍于自身长度的距离,这都由于水黾腿部上有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛。而这些像针一样的微米刚毛的直径不足3微米,表面上形成螺旋状纳米结构的构槽,吸附在构槽中的气泡形成气垫,从而让水黾能够在水面上自由地穿梭滑行,却不会将腿弄湿。还有蚊子的复眼,它是由许多尺寸均一的微米半球组成,其表面还覆盖有无数精细的纳米乳突结构,这种纳米乳突结构的尖端与雾滴接触的面积无限小,具有理想的超疏水特性,从而确保了蚊子的复眼具有理想的超疏水防雾性能。图4 蝴蝶翅膀,水黾足,蚊子复眼的超疏水结构对自然界演化生成的超疏水结构,科学家们也做了进一步的研究,其超疏水表面的制备方法有多种:溶胶-凝胶法、相分离法、模板法、蚀刻法、化学气相沉积法、自组装法等等,下图为具有独特形状的表面微米阵列(如图5)纳米阵列(如图6),使得它们具有很好的疏水特性。图5不同形态的人工合成的超疏水结构图6 超疏水结构碳纳米管阵列经过先进结构材料的表面改性,我们常见的水也可以变得很有趣,比如我们可以用手切割水珠(图7),利用涂有超疏水材料的刀片对水滴进行切割(图8)。日常生活上,通过先进疏水材料的应用我们可以使得衣物不再被水或者油污污染,减少洗涤衣物的麻烦。在军事上,由于疏水材料的使用使得水的阻力明显下降,有效地提升了舰载的行驶速度。
  • 专家:PM2.5主要危害成分为有机物重金属等
    环保部7月31日公布的2013年全国74个城市上半年空气质量数据显示,今年上半年全国74个城市PM2.5平均浓度为76&mu g/m3,北京地区空气质量达标天数仅38.9%,超标天数中,重度污染和严重污染的天数达到42天,占23.3%。在8月13日举行的&ldquo 空气和健康&rdquo 科学沙龙活动上,专家表示&mdash &mdash 空气中有机物、放射性物质、重金属等污染物对人体的危害不容忽视,PM2.5中所含有机物、放射性物质等污染成分危害性更大。   空气中PM1.0、有机物对人体健康的危害   据公开数据显示,在北京,人们有60%以上的时间生活在空气质量不达标的日子里。对此,大气物理专家、中国科学院大气物理研究所研究员王庚辰认为,空气污染对人体健康的影响包括气候变化、全球变暖、放射性物质等多重因素。   王说,全球变暖基本已经是一个不争的事实,现在的争论是引起全球变暖的原因 而暖冬、干旱、洪涝、热浪等极端天气气候事件的发生频率增加,近期持续性的高温、洪涝等气象灾害发生后的相关疾病疫情,也在直接危害着人体的健康。   &ldquo 从先前的TSP、PM10、PM2.5到现在研究的PM1.0,PM1.0对人体健康影响最严重,PM1.0包括PM2.5,PM2.5包括PM10。截至目前,PM1.0还没有纳入到环保部门日常业务监测中,科学研究表明PM1.0是真正的&ldquo 凶手&rdquo ,国家环保部门在PM1.0方面还没有日常观测,没发布这方面的资料。&rdquo 王庚辰说。   对于有机物造成的空气污染,王认为,有机物对人体健康的影响不包括在大气中经过物理和化学作用转化成其他污染物以及细小的颗粒物。他举例说,一些企业排放的气体经过发生反应转化成PM2.5和PM1.0等二次污染物,排放有机物多,同样严重污染空气质量。   空气中重金属、放射性物质污染对人体健康的危害   据环保部统计(2009)的重金属和类金属污染事件数据显示,全国发生12起金属污染事件,有4035人血铅超标,182人镉超标。   &ldquo 截至目前,重金属污染尤其是铅、砷、镉中毒并没有引起有关部门和广大公众的关注,现在我们的关注点在PM2.5,大家都知道PM2.5。实际上我们看PM2.5的时候有两个问题,一是看它的浓度,我认为这不是最主要的,最主要的是PM2.5里含有什么组成成分,如果PM2.5里包含着有机物和重金属,那么,当PM2.5值不是很高的情况下危害也会很高。&rdquo 王庚辰说。   在他看来,日本福岛核电站事故报道后,公众对放射性物质的污染以及环保部门的监测数据结果关注度还不够。&ldquo 放射性物质污染是一个非常重要的问题,它不同于一般性事件污染 当事件发生后,其影响到整个事故周边群众的身体健康,而且这种影响是长期性的。&rdquo 王庚辰强调,重视放射性物质污染已不容忽视。   王庚辰最后指出,空气污染恶化生存环境,直接或间接危害人体健康,重视空气污染,需要强化相关流行病学和环境毒理学研究。科研人员应该将研究数据的结果和看法更多地推广公开,让更多的人知道,尤其让政策决策部门领导知道问题的严重性以及问题的所处阶段。
  • 南京古生物所研发大型化石表面元素分析仪器
    近日,中国科学院南京地质古生物研究所研究员王伟团队研发的“非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法”获得国家发明专利授权。常见的化石多为硬体骨骼化石,软躯体化石可提供更多生物信息,但由于生物死亡后腐败降解等原因通常难以保存。然而,软躯体在降解过程中会释放不同类型的有机物,这些有机物与周围的沉积物发生反应,往往会在化石周围的岩石中留下一些化学元素信息。此前通常用电子显微镜的能谱(EDS)或同步辐射X射线荧光光谱(SXRF)检测化石表面的化学元素分布。这些分析需将样品-X射线光源-探测器(简称“样-源距离”)之间的距离保持一致,才能获得化石形状和元素浓度的综合图像。如果开展一定面积的检测,就需将化石及围岩磨成平面(或不断调整样品位置,几乎较难实现),才能保持“样-源距离”不变。然而,磨平这种破坏性方法对于重要化石来说是难以接受的,因此无损伤检测手段亟待探寻。王伟团队研发的三维X射线荧光扫描仪通过建立化石及围岩表面的空间数学模型,实时移动检测器和X射线光源的空间位置,实现它们与化石及围岩表面保持同等距离。该方法克服了化石及围岩立体表面对分析结果的干扰,也避免了样品需磨平带来的损害。此外,该扫描仪还增加了惰性气体喷气口,可降低大气中的氧气、氮气对测量结果的影响,使得测量环境可与真空媲美。激光漫反射能量检测反馈系统可实现非光滑表面的精准检测,从而使大型化石表面化学元素分布的无损测量成为可能。三维X射线荧光扫描仪的研发为古生物学-地质学研究提供了新工具,并可为文物等相关领域开展元素级样品鉴定提供参考。研究工作得到中科院、国家自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室的支持。三维X射线荧光扫描仪通过三维X射线荧光扫描仪对贵州龙化石进行检测并得到元素分布示意图。其中,左边为待测样品贵州龙化石,右边为Ca元素含量分布图,元素含量越高,则在图中显示的颜色越深。
  • 食品接触用原纸板:挥发性有机物的表征与溯源分析
    近日,国家食品接触材料检测重点实验室(广东)(IQTC)联合华南理工大学制浆与造纸国家重点实验室以食品接触用原纸板及其原材料为研究对象,对其中的VOCs进行了表征和溯源研究,并在食品科技领域TOP期刊Food Packaging and Shelf Life (JCR Q1,IF=8.749)发表了题为“Characterization of volatile organic compounds in food contact paperboards and elucidation of their potential origins from the perspective of the raw materials”的研究论文。 IQTC李函珂博士为论文第一作者,IQTC李丹研究员和华南理工大学马彤梅教授为共同通讯作者。中山大学公共卫生学院医学统计学系和西班牙萨拉戈萨大学(University of Zaragoza)为本论文合作单位。该研究得到了国家重点研发计划项目2022YFF0607202、2022YFF0607201和广东省自然科学基金2022A1515010334的资助。 原文链接:https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2023.10106201.研究背景 纸制品是使用最为广泛的食品接触材料之一,其安全问题一直广受关注,IQTC牵头修订的GB4806.8-2022即将于2023年6月30日起正式实施。由于纸制品所用原材料多为成分复杂的天然植物,如桉树、杨树、竹子、亚麻、棉花等,且其生产过程包括制浆、漂白、成型、施胶、干燥、涂布等多个步骤,期间会引入多种化学品,例如过程助剂、功能性添加剂、天然产物、自氧化产物、聚合物及其降解产物、污染物等,这就导致纸制品中含有的化学物质远比塑料、橡胶等材质的食品接触材料复杂[1]。 在可能导致纸制品安全问题的各种因素中,挥发性有机物(VOCs)更容易得到较高的关注度:一是由于VOCs会加速纤维素降解,从而破坏纸制品的结构并降低食品的保质期;二是由于VOCs相比于其他化合物更容易在消费者进食的过程中被吸入或摄入,故具有潜在风险的VOCs更容易对消费者健康造成负面影响;三是由于某些具有较低气味阈值的VOCs可能会影响所包装食品的感官特性(如气味或异味),从而影响消费者的消费体验和接受程度。鉴于此,食品接触用纸制品中的VOCs得到了较为广泛的研究[2-5]。然而,由于目前采用的VOCs表征技术仍以传统一维GC-MS技术为主,可定性化合物通常不超过40个,难以追溯这些VOCs的来源。02.IQTC的研究 IQTC近年来开展了多项食品接触用纸制品中安全因子表征的相关研究[6-8],并与国内多家造纸企业建立了良好的合作关系。在本研究中,IQTC从相关企业收集了23批次样品,包括9批次食品接触用原纸板(RPBs)、4批次漂白化学热磨机械浆(BCTMP)、6批次干浆板(DPSs)和4批次桉树木料(WCs),并采用顶空-固相微萃取-全二维气相色谱-四极杆飞行时间质谱(HS-SPME-GCxGC-qTOF-MS)技术对上述样品中的VOCs进行了系统表征。同时,还基于表征结果对食品接触用原纸板中检出的VOCs进行了溯源分析[9]。▲ 图1 食品接触用原纸板及其原材料中的VOCs分布情况 如图1所示,对于RPBs、BCTMP、DPSs和WCs这四种类型的样品,经HS-SPME-GC×GC-QTOF-MS分析,分别定性出331、154、295和191种VOCs,包括芳香烃类化合物、芳香族含氧化合物、萜类及其衍生物、脂肪族含氧化合物、非芳香烃类化合物和其他共6大类化合物,表明GC×GC-qTOF-MS技术在复杂样品的VOCs表征上比传统的GC-MS技术更具优势;另一方面,经进一步统计分析,上述化合物在不同样品中呈现出特异性分布,且检出频次存在较大差异,如:BCTMP中定性出比WCs更多的芳香族含氧化合物,表明桉树木料中的木质素在制浆和漂白过程中发生了解聚;DPSs中的脂肪族含氧化合物分布与RPBs相似,表明前者可能是后者中脂肪族含氧化合物的主要来源;RPBs中出现了较多的烷基苯类化合物(RI=1500~1900),而这些化合物在原材料中均未检出,表明其可能在后续的生产过程中引入。▲ 图2 食品接触用原纸板与其原材料中VOCs的相关性分析 进一步对食品接触用原纸板与其原材料中VOCs进行相关性分析。如图2所示,聚类分析和主成分分析均表明各类样品中检出的VOCs具有显著差异。欧式距离分析表明,WCs与BCTMP和WCs与DPSs的VOCs相似性具有显著差异,这表明DPSs与BCTMP或采用了不同的制浆工艺。此外,Jaccard指数分析表明,DPSs与RPBs比BCTMP与RPBs具有更高的VOCs相似性,表明DPSs或对RPBs中的VOCs贡献更大。▲ 图3 食品接触用原纸板中VOCs的溯源分析 在RPBs中检出的331个VOCs中,153个VOCs在BCTMP、DPSs或WCs中检出,表明这些VOCs可追溯至原材料;而其余178个VOCs仅在RPBs中检出,表明这些VOCs很可能在后续生产流程中产生,其来源包括但不限于涂布添加剂、施胶剂、大分子降解产物、表面活性剂、抗氧化剂、消泡剂、杀菌剂、环境污染物等。03.结论 上述研究表明,食品接触用原纸板及其原材料中的VOCs数量繁多且呈现样品特异性分布。特别值得关注的是,制浆和漂白过程对原纸板中的VOCs有显著影响,且对原纸板中VOCs贡献程度最大的原材料是干浆板。溯源分析表明,相当数量的VOCs是天然存在的化学物质,比如萜类和脂肪族含氧化合物,而亦有相当数量的VOCs与生产过程等人为因素相关,如烃类和芳香族含氧化合物。 IQTC的上述研究也得到了Food Packaging and Shelf Life审稿人的高度认可,其中一位审稿人指出该研究对纸和纸板的测试有很大贡献(The paper contributes highly to the testing of paper and paper boards)。上述研究阐明了食品接触用原纸板及其原材料中VOCs的种类和来源,为相关行业的从业人员提供了有价值的参考,有助于进一步提升纸质食品包装的质量并保障消费者健康。 IQTC也将继续与高校、科研院所和相关企业密切合作,深入研究与食品接触用纸制品中VOCs相关的问题,包括质量问题、安全性问题、感官异味问题等,致力于为行业提供切实可行的技术解决方案。参考文献[1] C.N. Lowe, K.A. Phillips, K.A. Favela, A.Y. Yau, J.F. Wambaugh, J.R. Sobus, A.J. Williams, A.J. Pfirrman, K.K. Isaacs, Chemical Characterization of Recycled Consumer Products Using Suspect Screening Analysis, Environ Sci Technol, 55 (2021) 11375-11387.[2] Ó. Ezquerro, B. Pons, M.a.T. Tena, Development of a headspace solid-phase microextraction–gas chromatography–mass spectrometry method for the identification of odour-causing volatile compounds in packaging materials, J Chromatogr A, 963 (2002) 381-392.[3] M. Czerny, A. Buettner, Odor-active compounds in cardboard, J Agric Food Chem, 57 (2009) 9979-9984.[4] T.V. Caelenberg, I.V. Leuven, P. Dirinck, An Analytical Approach for Fast Odour Evaluation of Recycled Food-Grade Paperboard Materials Using HS-SPME-MS-Nose Technology, Packag Technol Sci, 26 (2013) 161-172.[5] P. Vera, E. Canellas, C. Nerin, Compounds responsible for off-odors in several samples composed by polypropylene, polyethylene, paper and cardboard used as food packaging materials, Food Chem, 309 (2020) 125792.[6] H.-n.Zhong, Y. Zeng, L. Zhu, J.-j. Pan, S.-l. Wu, D. Li, B. Dong, H.-k. Li, X.-h. Wang, H. Zhang, J.-g. Zheng, The occurrence of Mono/Di-Chloropropanol contaminants in food contact papers and their potential health risk, Food Packag Shelf Life, 34 (2022) 101002.[7] H.-n. Zhong, Y. Zeng, D.-y. Yang, Z.-c. Wu, D. Li, H.-x. Sui, J. Gao, Y.-f. Chen, C.-H. Mo, Investigation of factors influencing the release of chloropropanols (3-MCPD and 1,3-DCP) from food contact paper, Food Addit Contam A, 38 (2021) 2036-2044.[8] J.J. Pan, Y.F. Chen, J.G. Zheng, C. Hu, D. Li, H.N. Zhong, Migration of mineral oil hydrocarbons from food contact papers into food simulants and extraction from their raw materials, Food Addit Contam A, 38 (2021) 870-880.[9] H. Li, L. Chen, X. Wu, S. Wu, Q.-z. Su, B. Dong, D. Li, T. Ma, H. Zhong, X. Wang, J. Zheng, C. Nerín, Characterization of volatile organic compounds in food contact paperboards and elucidation of their potential origins from the perspectiveof the raw materials, Food Packag Shelf Life, 37 (2023), 101062.
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