Atmosphärischer Heavy Metal Online-Monitor
Der Online-Monitor für atmosphärische Schwermetalle ist eine fortschrittliche Lösung zur Luftqualitätsüberwachung, die für die kontinuierliche und zuverlässige Messung von Feinstaub und Schwermetallkonzentrationen in der Luft entwickelt wurde. Er kombiniert Fusions-Röntgenfluoreszenz (RFA), β-Absorptionsspektrometrie und ein automatisches System zur Anreicherung von Luftpartikeln, um stabile, reproduzierbare und präzise Messergebnisse zu liefern. Das System wurde für die Langzeit-Umweltüberwachung entwickelt und entspricht der US-EPA-Norm IO-3.3. Dadurch eignet es sich für behördliche Überwachungsprogramme, Forschungseinrichtungen und Umweltbewertungsanwendungen.
Dieses Analysegerät ermöglicht die präzise Messung der Massenkonzentration von Luftpartikeln und bestimmt gleichzeitig deren Elementzusammensetzung. Es kann Spuren von Schwermetallen wie Blei, Cadmium, Chrom und Arsen nachweisen und unterstützt zudem die Überwachung der Feinstaubkonzentration (PM). Das System ist auf hohe Betriebseffizienz und Stabilität ausgelegt und ermöglicht einen vollautomatischen, unbeaufsichtigten Betrieb. So wird eine kontinuierliche Datenerfassung über längere Messzeiträume mit minimalem manuellem Eingriff gewährleistet.
Wichtige Highlights
- Kontinuierliche Online-Überwachung von Schwermetallen und Feinstaub in der Atmosphäre
- Kombinierte PM-Massenkonzentrations- und Elementanalyse in einem einzigen System
- Hohe Empfindlichkeit für den Nachweis von Schwermetallen im Spurenbereich
- Konzipiert für langfristigen, stabilen und unbeaufsichtigten Betrieb
- Geeignet für stationäre Überwachungsstationen und mobile Überwachungsanlagen
Anwendung
- Online-Überwachung von PM2.5-Schwermetallen
- Online-Überwachung von Schwermetallen im Rauchgas
- Notfallmaßnahmen bei Unfällen aufgrund von Rauchverschmutzung
- Stichprobenartige Kontrolle der Rauchgasemissionen von Unternehmen
- Online-Überwachung der nuklearen Strahlung an Strahlungsüberwachungsstationen
- Schwermetallerkennung nach Feststoff- oder Müllverbrennung
- Schneller Nachweis von Schwermetallen in Autoabgasen
- Umweltverträglichkeitsprüfung und Genehmigung
- Identifizierung und Rückverfolgbarkeit von Verschmutzungsquellen, Verschmutzungsvorhersage und Frühwarnung
- Erkennung von Feldversuchen und Strafverfolgung
Der Röntgenfluoreszenzprozess erklärt
Wenn eine Probe mit Röntgenstrahlen bombardiert wird, regt die Energie die darin enthaltenen Atome an und erzeugt Röntgenfluoreszenz. Dies geschieht, wenn Röntgenstrahlen innere Elektronen aus den K- und L-Schalen eines Atoms herausstoßen. Die entstehenden Leerstellen werden durch äußere Elektronen mit höherer Energie gefüllt, die die überschüssige Energie beim Übergang in Orbitale mit niedrigerer Energie als Röntgenfluoreszenz freisetzen.
Diese emittierten Röntgenlinien dienen als einzigartige Signaturen für Elemente, ähnlich wie Fingerabdrücke, und werden von der chemischen Valenz des Atoms nicht beeinflusst. Die Intensität der emittierten Strahlung korreliert direkt mit der Konzentration des spezifischen Elements in der Probe.
Konfiguration
Der Online-Analysator für atmosphärische Schwermetalle verfügt über ein System zur Anreicherung von Luftpartikeln, ein Spulenfilmsystem, ein β-Strahlungsabsorptionsdetektionsmodul, ein Röntgenfluoreszenzanalysesystem und ein Computersteuerungssystem. Bis auf den Partikelabschneider und die Probenahmepumpe ist das gesamte System in einem kompakten Gehäuse untergebracht, was einen einfachen Transport und eine unkomplizierte Installation ermöglicht.
Technisches Prinzip
Der Online-Analysator für Schwermetalle in der Atmosphäre verwendet ein Präzisions-Probenahmesystem mit konstantem Durchfluss, um eine genaue Kontrolle des gesammelten Luftvolumens zu gewährleisten. Luftpartikel werden durch eine Filtermembran angereichert, und die β-Strahlenabsorptionsmethode wird verwendet, um die Partikelkonzentration auf der Filtermembran zu ermitteln. Die Luftpartikelkonzentration wird als C1 (μg/m³) bezeichnet.
Anschließend wird die Röntgenfluoreszenztechnologie eingesetzt, um den Elementgehalt im Feinstaub zu ermitteln. Dadurch wird die Elementkonzentration in der Luft als C2 (ng/m³) ermittelt. Durch die Kombination der Messungen der Feinstaubkonzentration und der Elementkonzentration wird die Massenkonzentration der Elemente im Feinstaub (C3) wie folgt berechnet:
C3 = (C2 / C1) * 10³ (ppm)
Darüber hinaus wird der prozentuale Gehalt der Elemente im Feinstaub (P) wie folgt berechnet:
P = (C2 / C1) * 10⁻³ * 100 %
Arbeit Funktionales Bild
Leistungsmerkmal
- Präzise Schwermetallerkennung: Das Analysegerät misst präzise den Gehalt verschiedener Schwermetalle wie Blei, Cadmium, Chrom und Arsen mit einer niedrigen Nachweisgrenze von bis zu 0.01 ng/m³. Kundenspezifische Elementmodelle können an die jeweiligen Anwenderanforderungen angepasst werden.
- Fahrgestell und Einbau: Die Haupteinheit ist in einem 19-Zoll-Gehäuse nach internationalem Standard untergebracht und ermöglicht so die Installation auf mobilen Überwachungsfahrzeugen oder in Standardschränken an automatisierten Luftstationen.
- Hohe Zuverlässigkeit und Stabilität: Das Instrument ist auf hohe Betriebszuverlässigkeit und Stabilität ausgelegt und verfügt über intelligente Fehlerdiagnose- und Selbstkorrekturfunktionen.
- Eingebautes Kalibrierungsmodul: Das System verfügt über ein integriertes Kalibrierungsmodul, das die horizontalen und vertikalen Koordinaten des XRF-Spektrums automatisch kalibriert. Die Kalibrierungsfrequenz ist einstellbar und eine spezielle interne Metallstandardquelle gewährleistet automatische Qualitätskontrolle und Alarmfunktionen.
- Durchflussregelung und Kalibrierung: Eine genaue Kontrolle der Durchflussbedingungen der Proben wird durch einen Massendurchflussregler sowie Temperatur- und Drucksensoren mit automatischen Durchflusskalibrierungsfunktionen erreicht.
- Datenübertragung und Fernüberwachung: Der Analysator unterstützt mehrere Datenübertragungsmodi, darunter RS232/485, USB, GPRS, ADSL und Ethernet, und ermöglicht so die Fernübertragung, Überwachung und Überprüfung von Betriebsparametern, Status und Daten.
- Schutz vor Radioaktivität: Das System verfügt über professionelle Strahlenschutzmaßnahmen, die sicherstellen, dass während der Messungen in alle Richtungen keine Strahlung austritt.
- Zerstörungsfreie Prüfung: Das System führt zerstörungsfreie Prüfungen durch und Filterfilmproben können für weitere Analysen gespeichert werden.
- Programmierbare Probenahme und Analyse: Der Analysator ermöglicht programmierbare Probenahme- und Analysezeiten und bietet so Flexibilität im Betrieb.
Das System kann in einem mobilen Überwachungsfahrzeug installiert werden und ist somit ideal für die Notfallüberwachung und schnelle Überprüfung plötzlich auftretender Umweltverschmutzungsunfälle geeignet.
Luftpartikelanreicherungssystem
Das System besteht im Wesentlichen aus einem Partikelschneider, einem DHS (Dynamic Heating System), Filterpapierband und einer Probenahmepumpe und gewährleistet so eine zuverlässige und effiziente Funktionalität.
Feinstaubschneider
Das System umfasst drei Partikelabscheider – TSP, PM10 und PM2.5 –, die je nach Bedarf ausgewählt werden können. Diese Abscheider ermöglichen die Klassifizierung und Analyse von Schwermetallen in Partikeln unterschiedlicher Größe. Zusätzlich ist das System mit einem Außentemperatur- und Feuchtigkeitssensor ausgestattet, der über eine Lüftungsblende und einen Blitzschutz für einen zuverlässigen Betrieb unter verschiedenen Bedingungen verfügt.
Dynamisches Heizsystem (DHS)
Das DHS reguliert dynamisch die Temperatur der entnommenen Luft, um deren Luftfeuchtigkeit zu kontrollieren und so den Einfluss von Feuchtigkeit auf die Testgenauigkeit effektiv zu eliminieren.
Probenahmepumpe
Das System verfügt über eine hocheffiziente Membranpumpe mit einer maximalen Durchflussrate von 20 l/min und einem minimalen Vakuumniveau von 0.5 Pa, wodurch eine zuverlässige und präzise Probenahme gewährleistet wird.
Spulenmembransystem
Das System besteht im Wesentlichen aus einem Haarfilmmotor, einem Filmaufnahmemotor, einer Führungsstange, einer PTFE-Filtermembran und weiteren wichtigen Komponenten, die einen effizienten Betrieb gewährleisten.
Das System verwendet einen speziellen PTFE-Filterfilm, der sich von herkömmlichen Filterfilmen aus Quarz, Glasfaser oder Polyvinylchlorid unterscheidet, die üblicherweise zur Messung von Partikeln verwendet werden. Dieser Filterfilm ist frei von Schwermetallen, wodurch der Messhintergrund reduziert wird, und bietet ausreichend Festigkeit für eine zuverlässige Leistung.
β-Strahlabsorptionsdetektionsmodul
PM2.5-Partikel werden auf Filterpapier gesammelt und ein Strahl Betastrahlen wird durch den Filter und die Partikel geleitet. Beim Durchgang werden die Strahlen durch Streuung gedämpft, wobei der Dämpfungsgrad direkt proportional zum Gewicht der PM2.5-Partikel ist. Durch Messen der Strahlendämpfung kann das Gewicht der PM2.5-Partikel genau berechnet werden.
Das System verwendet eine radioaktive 14C-Quelle mit niedriger Energie, die aufgrund ihrer Stabilität, Sicherheit und Haltbarkeit ausgewählt wurde. Ihr Aktivitätsniveau liegt im Allgemeinen unter dem Freiwert, wodurch die Einhaltung der Standards für radioaktive Sicherheit gewährleistet wird.
Computer-Steuerungssystem
PM2.5-Partikel werden auf Filterpapier gesammelt und ein Strahl Betastrahlen wird durch den Filter und die Partikel geleitet. Beim Durchgang werden die Strahlen durch Streuung gedämpft, wobei der Dämpfungsgrad direkt proportional zum Gewicht der PM2.5-Partikel ist. Durch Messen der Strahlendämpfung kann das Gewicht der PM2.5-Partikel genau berechnet werden.
Das System verwendet eine radioaktive 14C-Quelle mit niedriger Energie, die aufgrund ihrer Stabilität, Sicherheit und Haltbarkeit ausgewählt wurde. Ihr Aktivitätsniveau liegt im Allgemeinen unter dem Freiwert, wodurch die Einhaltung der Standards für radioaktive Sicherheit gewährleistet wird.
XRF-Analysesystem
Ein Röntgenfluoreszenzanalysesystem besteht im Wesentlichen aus einer Röntgenröhre mit geringer Leistung, einem Röntgenfluoreszenzdetektor, einem Mehrfilter-Umschaltgerät, einem Gerät zur automatischen Nullkalibrierung, einem digitalen Mehrkanalanalysator und Analysesoftware, die eine genaue und effiziente Elementanalyse gewährleisten.
Die Analysesoftware zeichnet sich durch ein fortschrittliches hierarchisches Moduldesign aus und bietet leistungsstarke und flexible Funktionen für Dateneinstellung, Kalibrierung, Speicherung, Anzeige, Abfrage, Analyse und Übertragung.
Intelligente Plattform
Durch die Analyse der Hauptbestandteile und Elementkorrelationen mittels XRF-System bietet das Verfahren eine genauere Grundlage für die Rückverfolgbarkeit von Schadstoffen und die Quellenanalyse.
Das System ermöglicht eine kontinuierliche Online-Überwachung der Konzentration und Entwicklung von Schwermetallelementen in Feinstaub (PM2.5) in Echtzeit und liefert wichtige Daten zur Bewertung der Schadstoffemissionen und der Luftqualität.
Das System ermöglicht eine integrierte, kollaborative Prüfung der Konzentration von Partikeln in der Luft und der Schwermetallwerte in der Atmosphäre und wird häufig zur Analyse des Hintergrundwerts, der Umweltaktivität und der Schwermetallquellen verwendet.
Arbeitsstromversorgung | 220 V Wechselstrom ± 10 %, 50 Hz ± 1 Hz (auch 110 V verfügbar) |
Messen der Umgebungstemperatur | -40 ~ 50 ℃ |
Messung der Umgebungsfeuchtigkeit | 0% RH ~ 90% rF |
Betriebstemperatur der Haupteinheit | 0 ℃ ~ 40 ℃ |
Luftfeuchtigkeit in der Betriebsumgebung der Haupteinheit | 30% RH ~ 60% rF |
Größe | 435 × 510 × 660 mm (L × B × H) |
Weg zur Arbeit | Kontinuierliche automatische Überwachung; Ein Jahr störungsfreier Betrieb und Selbstwiederherstellungsfunktion |
Geltende Normen | HM: US EPA IO-3.3 Standardmethode „Bestimmung von Schwermetallen in Umweltpartikeln mittels Röntgenfluoreszenzspektrometrie“ PM: HJ653-2013 „Technische Anforderungen und Detektionsmethoden für ein kontinuierliches Überwachungssystem für Feinstaub (PM10 und PM2.5) in der Umgebungsluft“ |
Der Steuermodus | Computersteuerung mit Selbstdiagnose- und Konfigurationsfunktionen, Echtzeit-Statusüberwachung und Langzeitdatenspeicherung von mehr als zehn Jahren |
Interface | Englische Touchscreen-Oberfläche zur Anzeige von Probenahmeablauf, Probenahmezeitpunkt, Messstatus, Schwermetallkonzentration und Trendkurven. Unterstützt die Installation in Schränken oder mobilen LKWs. |
Installation | 1. TSP/PM10/PM2.5-Massenkonzentration 2. Gleichzeitige Überwachung von Pb, Cd, Hg, As und bis zu 30 weiteren Elementen (erweiterbar je nach Benutzeranforderungen) |
Überwachungsindikatoren | HM: 0-100 μg/m3 PM: 0-10 mg/m²3 |
Messbereich | HM: 10 pg/m3 (Probenahmezeit 1 Stunde, Durchflussrate 20 l/min) PM: ＜0.5 μg/m³3 (24-Stunden-Durchschnitt) |
Erkennungsgrenze | HM: ＜15% (Pb, Cd, As, Probenahmezeit 4H) PM: ±5μg/m3 (in 24 Stunden) |
