[发明专利]基于催化转化技术检测含碳化合物的方法及其系统

说明书

本发明涉及一种基于催化转化技术检测含碳化合物的方法及其系统。所述方法包括：(1)将待检测样品在氧气存在的条件下催化氧化燃烧生成二氧化碳；(2)将步骤(1)生成的二氧化碳在氢气存在的条件下催化加氢还原生成甲烷；(3)通过氢火焰离子化检测器检测步骤(2)生成的甲烷。本发明提供的方法和系统使用催化氧化燃烧和催化加氢还原的技术间接实现利用氢火焰离子化检测器检测微量或痕量含碳化合物，能同时测定CO和CO₂和有机物，特别是对常规方法难以检测的如甲醛、甲酸、甲酰胺等都具有相当高的检测灵敏度。

本申请是申请日为2018年2月8日、申请号为201810127070.1、发明名称为“基于催化转化技术检测含碳化合物的方法及其系统”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总地涉及含碳化合物的检测，具体涉及一种基于催化转化技术检测含碳化合物的方法及其系统。

背景技术

大气环境中的含碳化合物主要包括碳氧化合物和碳氢化合物，碳氧化合物主要是一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)，碳氢化合物即有机物，主要包括饱和烃类、不饱和烃类，以及含氧烃类，如醛、酮、醇、酸、醚、酯等。

目前，对含氧烃类没有比较理想的测量方法，而它们又是大气挥发性有机化合物(VOCs)中重要的一类，大多具有较高反应活性，能参与大气光化学反应。研究已证实很多含氧烃类会对人体健康造成非常大的伤害。比如,甲醛是人们最为熟知的致癌致畸类空气污染物之一，长期、低浓度接触甲醛会引起人体机能衰退和产生病变；甲酰胺已经被欧盟化学品管理局分类为具有生殖毒性的物质，被欧盟相关法规列为高关注物质候选清单中。通常采用比色法、光度法、化学滴定法等对这类含氧有机物进行检测。但这些方法前处理复杂，使用化学用品较多，而且很多测量方法误差较大，灵敏度也不高。

氢火焰离子化检测器(FID)是气相色谱仪器中最常用的检测器之一，不仅对大多数有机物具有很高灵敏度和相当宽的线性范围，而且成本低，操作维护简单，自1958年问世以来，得到迅速而广泛的应用，成为分析有机化合物的强有力工具。氢火焰离子化检测器的内火焰为富氢焰，外火焰为富氧焰。在火焰下部，从燃烧区向内扩散的氢原子流量较大，烃类首先产生热氢解作用，形成甲烷、乙烯和乙炔的混合物。然后这些非甲烷烃类与氢原子反应，进一步加氢成饱和烃。在低于600℃温度下，c-c键断裂，最后所有的碳均转化成最基本的、共同的响应单位——甲烷，然后再经过电离过程产生信号。电离过程的反应式如下：

CH+O——→CHO⁺+e^-。

所以，这种检测器得到的响应值一般与被测组份中碳原子数成正比，对碳有等摩尔数的响应，也被称之为“等碳响应”。但如果被测有机物组份分子中含有不饱和键或其它杂原子官能团(如氮、磷、硫，卤素等)时，检测器的响应值会受到影响。特别是低碳含氧有机化合物，比如甲醛、甲酸、甲酰胺等，响应值很小甚至几乎没有响应，并且氢火焰离子化检测器对含碳无机化合物，比如一氧化碳和二氧化碳，则完全没有响应。

现有技术中也有采用氢火焰离子化检测器检测微量CO、CO₂，通常是先将CO、CO₂加氢还原为CH₄。该方法主要包括载气带着样品经色谱柱分离后，与一路氢气混合进入甲烷转化炉，CO、CO₂样品在温度大约350℃的转化炉中催化加氢转化成甲烷，然后通过氢火焰离子化检测器检测，可容易地分析ppm级及以下的CO、CO₂。但该方法只能实现部分含氧有机物的分析。当采用金属(Pd，Pt，Ru，Rh，Ni-Al等)催化的加氢还原时，只有醛基和羰基可以加氢被还原为对应的醇，且实际上是加上氢负离子，而不是氢原子；而羧基和酯基中的碳氧双键一般不能发生加成反应，除非采用很强的还原剂，比如氢化铝锂(LiAlH₄)等。但氢化铝锂易燃易爆，遇水即爆炸性分解，难于实用化。因此，很多酸类、酯类(比如甲酸)并不能采用这种方法测量。