摘要：研究了快速監測硫化氫氣體的新方法--硫化氫被動式檢氣管方法。該法是基于氣體分子擴散（Fick）定律和化學吸收原理，將檢氣管內的海棉載體涂漬上對硫化氫有特效的顯色劑（緩沖液G和醋酸鉛）。測定時，硫化氫通過檢氣管端口擴散進入管內，在經過載體時，與載體上的顯色劑發生反應，從而產生明顯的顏色變化（淺黃色變成棕黑色）。檢氣管顯色長度的平方與硫化氫質量濃度及采樣時間的乘積在50~1500mg·m-3范圍內成線性關系，從而快速監測環境中硫化氫的時間加權平均質量濃度。該檢氣管集采樣與分析為一體，可快速測定硫化氫氣體的質量濃度。與傳統的采樣分析方法比較，該檢氣管結構簡單，操作方便，不受被測環境的空間大小、有無電源等影響；攜帶方便，利于外出測定和大面積布點測定。經過應用實驗表明，該檢氣管具有較高的靈敏度，達到設計要求。

　　硫化氫氣體是一種對人體健康十分有害的空氣污染物。井噴事故給人們留下了難以磨滅的傷痛！空氣中的H2S主要來源于工業如煉鋼、煉焦、煉鐵、煉油中產生的氣體的排放以及城市生活污水的淤積和排放。如何準確而快速的測定出某一區域的空氣中的硫化氫質量濃度并采取有效的措施已成為當務之急。

　　對硫化氫的測定有碘量法和亞甲基藍法，還有醋酸鉛反應速率法、氣相色譜法、檢測管比長法等。碘量法是經典的化學分析方法，采用不同的取樣量，可檢測低至1mg·m-3（氣體體積計量的標準比條件為101.325kPa，20℃），高至100%的硫化氫。亞甲基藍法適用范圍較小，為0～25mg·m-3，此方法對硫化氫質量濃度較穩定的凈化天然氣較為適合。氣相色譜法主要是對檢測器、標準氣和取樣技術有較高的要求，火焰光度檢測器FPD主要用于mg·m-3數量級的硫化氫及其它硫化物，熱導檢測器TCD可用于硫化氫體積分數約大于0.05%的樣品[1]。這些測定方法，都有一個缺點：就是使用設備價格高，體積龐大，需要能源，很多時候不能實地進行測定，都需要先主動采樣后（即帶動力如泵等的采樣）再回實驗室進行分析，延長了分析時間，增大了分析的誤差，尤其對于穩定性不高的氣體。

　　選擇硫化氫被動式檢測管法，因為其結構簡單，攜帶及操作方便，分析快速，不受被測環境的空間大小、有無電源等的影響；其次，這種檢測方法價格低廉，利于外出測定和大面積布點測定。這方面國內少見報道。

　　1實驗部分

　　1.1儀器與試劑

　　5mm×5mm×70mm海綿條。

　　特效顯色劑制成的浸漬液（緩沖液G和醋酸鉛）。

　　檢氣管：將海綿條用浸漬液浸泡后，裝填于長50mm，管內徑4mm的玻璃管中管兩端加上蓋了將其密封。保存于陰暗處待用。

　　1.2檢氣管的校準

　　將檢氣管去掉密封后，吊于不同硫化氫氣體標準質量濃度的玻璃瓶中，在一定時間（T）內量出檢氣管顯色長度（L）以L2與（ρot）經回歸后作標準曲線或制成質量濃度標尺。

　　2結果與討論

　　2.1變色長度與質量濃度及時間的關系

　　（1）利用分子擴散定律[2,3]，硫化氫氣體進入檢氣管的量可以表示為：

　　(ρ0=0)

　　式中：M為進入管內的硫化氫量；A為擴散面積；D為擴散系數；L為顯色長度；ρ為環境中硫化氫質量濃度；t為暴露時間。

　　由于初始值都為0，經積分可得

　　（1）

　　（2）檢氣管內變色部分的顯色劑消耗量為：

　　（2）

　　式中：M′為變色部分顯色劑消耗量；K為單位體積擔體上顯色劑量。

　　（3）變色長度與濃度、時間的關系：

　　M=koM′（3）

　　結合以上（1）、（2）、（3）三式可得

　　簡化可得或（K′為常數），

　　因而只要測出檢氣管在t時間內的顯色長度L，依上述關系，可求得硫化氫氣體的質量濃度。經多次實驗證明，檢氣管顯色長度的平方與硫化氫質量濃度及采樣時間的乘積在50～1500mg·m-3范圍內成線性關系。

　　2.2載體的選擇

　　將硅膠和海綿條分別做載體，裝管使用，結果裝有海綿條的能夠顯色，并且顯色長度良好，邊界清楚；而裝有硅膠的無論在什么質量濃度下的H2S中都是顯色長度很短，邊界也時常出現不清的情況，所以，本實驗選取海綿條作載體。

　　2.3裝管方法的確定和選擇

　　選擇：干法裝管，紅外燈（燈泡距離液面8cm）烘60min，方法靈敏，邊界清晰。

　　具體見表1所示。

　　表1裝管方法的選擇實驗

　　Table1Testsforpreparetube

　　顯色效果邊界

　　濕法裝管不烘干濕差無

　　干法裝管

　　紅外燈(燈泡距離液面8cm)烘30min半干明顯很不清晰

　　烘60min近干明顯,靈敏清晰

　　烘100min過干明顯很不清晰

　　2.4海綿條的浸泡時間的選擇

　　將5支不同時間浸泡制成的檢氣管分別放入同質量濃度的硫化氫中實驗，發現浸泡1～2h的效果較好。

　　2.5選擇管徑

　　選取內徑分別為5.0mm,4.5mm,4.0mm,3.5mm的玻璃管（長度均為5cm）裝管，結果表明，不同管徑對顯色效果影響很小。

　　2.6溫度、濕度和風速的影響

　　環境條件對氣體擴散有一定的影響，在室內條件下，溫度為16~35℃，相對濕度為18%~80%，實驗表明，溫度、濕度和風速對檢氣管的測量無明顯影響[3]。

　　2.7干擾初步研究

　　顯色劑長時間敞開在空氣中會吸收二氧化碳氣體，生成固體粉末，阻礙硫化氫氣體的擴散。初步解決辦法是檢氣管制成之后，盡快密封保存；并且顯色劑與硫化氫氣體的顯色反應速率遠遠大于顯色劑吸收二氧化碳氣體的速率，所以二氧化碳氣體的干擾較小。

　　二氧化硫氣體產生正干擾。二氧化硫質量濃度低于57mg·m-3時，對檢氣管不產生干擾。當二氧化硫質量濃度高于57mg·m-3時，硫化氫實際讀數略有增高。二氧化硫單獨存在時，檢氣管沒有顯色反應[4]。

　　2.8放置時間的影響

　　將檢氣管在密封的條件下，可保存60d以上。

　　3應用

　　分別抽取20mL廣州石油化工廠提供的硫化氫氣體樣品（廣州石油化工廠測定值是1.51%，即氣體質量濃度是895.3mg·m-3）注入三個瓶中，擴散1小時，每個瓶子內都吊有檢氣管進行測定，查L2-(ρot)圖得對應質量濃度（表2）。

　　表2樣品實驗

　　Table2Sampletests

　　顯色長度L/mm2.352.202.552.502.552.55

　　時間t/h0.07110.06830.07530.07000.07750.0756

　　L2/mm25.5234.8406.5036.2506.5036.503

　　ρ/(mg·m-3)798.5758.6848.6886.6824.5845.2

　　相對誤差/%－10.8－15.3－5.2－1.0－7.9－5.6

　　變異系數/%（平均值）5.4

　　4結論

　　本文研制的檢氣管長度為50mm，內徑為4mm，將特效顯色劑（緩沖液G和醋酸鉛）涂漬于海綿條上，形成一顯色體系。測定時，在H2S中檢氣管兩端同時顯黑色，顯色長度的平方（L2）與質量濃度和時間的乘積（ρot）在50~1500mg/m3內呈線性關系。此檢測管的顯色體系較穩定，成本低。它適用于各種燒煤或耗汽油的工廠、車間中有毒氣體H2S的定性和定量的測定，而且可以大面積布點測定，如石油井周圍環境H2S含量的測定，確定是否需疏散人群，以確保人民的生命安全。一般情況下，溫度、濕度和風速等對測定無明顯影響，且該檢氣管有一定的抗干擾能力。在密封下檢氣管可保存較長時間。