ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО
ВОЗДУХ АТМОСФЕРНЫЙ Определение содержания монооксида углерода. ISO 4224:2000
Предисловие Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения» Сведения о стандарте 1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (ОАО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4 2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 457 «Качество воздуха» 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 декабря 2007 г. № 354-ст 4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 4224:2000 «Воздух атмосферный. Определение содержания монооксида углерода. Метод недисперсионной инфракрасной спектрометрии» (ISO 4224:2000 «Ambient air - Determination of carbon monoxide - Non-dispersive infrared spectrometry method»). При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении D 5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет СОДЕРЖАНИЕ Введение Определение монооксида углерода (СО) является важным при оценке загрязнения атмосферного воздуха. Монооксид углерода образуется в процессе неполного сгорания углеводородного топлива и входит в состав выхлопных газов бензиновых двигателей. Предельно допустимые уровни содержания СО в атмосферном воздухе, предназначенные для защиты здоровья и благополучия людей, установлены различными национальными органами исполнительной власти. НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Дата введения - 2008-09-01 1 Область примененияНастоящий стандарт устанавливает метод недисперсионной инфракрасной спектрометрии для непрерывного определения содержания монооксида углерода (СО) в атмосферном воздухе. Метод применяют в диапазоне значений массовой концентрации монооксида углерода от 0,6 мг/м3 (0,5 млн-1)1) до 115 мг/м3 (100 млн-1). 1) В скобках приведены соответствующие значения объемной доли монооксида углерода. Предел обнаружения монооксида углерода в воздухе данным методом составляет около 0,06 мг/м3 (0,05 млн-1). 2 Нормативные ссылкиВ настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты: ИСО 6141:2000 Анализ газов. Требования к сертификатам на газы и газовые смеси для градуировки ИСО 6142:2001 Анализ газов. Приготовление газовых смесей для градуировки. Гравиметрический метод ИСО 6143:2001 Анализ газов. Методы сравнения для определения и проверки состава газовых смесей для градуировки ИСО 6144:2003 Анализ газов. Приготовление газовых смесей для градуировки. Статический объемный метод ИСО 6147:1979 Анализ газов. Приготовление газовых смесей для градуировки. Метод насыщения ИСО 6879:1995 Качество воздуха. Характеристики и соответствующие им понятия, относящиеся к методам измерений качества воздуха ИСО 9169:1994 Качество воздуха. Определение характеристик методик выполнения измерений 3 Основные положенияПробу атмосферного воздуха вводят в систему подготовки проб и затем в кювету недисперсионного инфракрасного спектрометра (НДИК). Спектрометр измеряет поглощение монооксидом углерода инфракрасного (ИК) излучения при длине волны 4,7 мкм [1] по двухлучевой схеме, при этом один параллельный пучок проходит через кювету с пробой, а второй - через кювету сравнения; приемником излучения является селективный детектор. Сигнал детектора после усиления измеряют и регистрируют. В некоторых ИК газоанализаторах используется корреляционный метод типа «газовый фильтр» для сравнения ИК спектра поглощения определяемым газом и другими газами, содержащимися в отбираемом воздухе, в одной ячейке с пробой. В этих газоанализаторах применяется кювета, заполненная газовой смесью с высоким содержанием СО, действующая как фильтр для прошедшего через кювету с пробой ИК пучка, для того чтобы получить излучение, которое не сможет в дальнейшем ослабляться СО, содержащимся в пробе, и таким образом действовать как пучок сравнения. Широкополосное излучение, которое проходит через газовый фильтр с СО и кювету с пробой, снова фильтруется узкополосным фильтром, через который к детектору проходит только излучение в области длин волн, характеристических для СО. Удаление длин волн, характеристических для других газов, ослабляет мешающее влияние. Содержание СО в пробе определяют по градуировочному графику [2]. 4 Мешающие вещества4.1 Общие положенияСтепень мешающего влияния зависит от типа используемого НДИК газоанализатора. В руководстве по эксплуатации газоанализатора обычно приводится информация о влияющих величинах, на основании которой делают вывод о том, возможно ли использование газоанализатора для конкретной цели анализа. 4.2 Пары водыОсновное мешающее влияние оказывают пары воды, содержащиеся в отбираемом газе. Без введения поправки погрешность может достигать 11 мг/м3 (10 млн-1) [3]. Мешающее влияние паров воды может быть сведено к минимуму за счет использования одной или более приведенных ниже процедур: a) пропускание пробы воздуха через полупроницаемую мембрану или аналогичный осушитель; b) поддерживание постоянной влажности пробы и градуировочных газов путем охлаждения; c) насыщение пробы воздуха и градуировочных газов влагой для обеспечения постоянной влажности; d) использование узкополосных оптических фильтров в комбинации с некоторыми из вышеупомянутых процедур; e) введение поправки на объем, если проба была осушена или увлажнена. Примечание - Спектрометры, использующие корреляционный метод типа «газовый фильтр», снижают мешающее влияние паров воды, диоксида углерода и органических соединений, поэтому использование узкополосных фильтров гарантирует измерение поглощения только в узкой характеристической для СО области ИК спектра. 4.3 Диоксид углеродаДиоксид углерода (СО2) может оказывать мешающее влияние, однако оно минимально при обычном для атмосферного воздуха содержании СО2; т.е. при массовой концентрации СО2 на уровне 600 мг/м3 (340 млн-1) сигнал будет эквивалентен 0,2 мг/м3 (0,2 млн-1) СО [4]. При необходимости СО2 можно удалить с помощью натронной извести. 4.4 УглеводородыУглеводороды в обычном для атмосферного воздуха содержании, как правило, не оказывают мешающего влияния; т.е. при массовой концентрации метана на уровне 325 мг/м3 (500 млн-1) сигнал будет эквивалентен 0,6 мг/м3 (0,5 млн-1) СО [4]. 5 Аппаратура5.1 НДИК газоанализатор для определения монооксида углерода в воздухе В состав газоанализатора должны входить аналитический блок, насос для отбора проб, усилитель/блок управления, измерительное и регистрирующее устройство. Характеристики НДИК газоанализатора должны соответствовать требованиям, приведенным в приложении А. Схема газоанализатора для определения монооксида углерода приведена на рисунке 1. 1 - побудитель расхода; 2 -
коллектор пробоотборного устройства; 3 - вход пробоотборного устройства;
Рисунок 1 - Схема газоанализатора для определения монооксида углерода 5.2 Система подготовки пробы, состоящая из вентиля для регулирования потока, ротаметра, фильтра, улавливающего твердые частицы, и регулятора влажности. 5.3 Термометр, с погрешностью ± 0,5 °C для измерения температуры атмосферного воздуха. 5.4 Барограф или барометр, с погрешностью ± 0,6 кПа для измерения атмосферного давления. 5.5 Аппаратура для градуировки Применяют два метода динамической многоточечной градуировки газоанализаторов СО: a) с использованием нескольких баллонов с поверочной газовой смесью (ПГС) с различным содержанием СО; b) с использованием одного баллона с ПГС на СО с последующим разбавлением нулевым воздухом для получения необходимого значения массовой концентрации. Оба метода требуют применения следующей аппаратуры. 5.5.1 Регуляторы давления в баллонах с ПГС на СО Для использования баллона с ПГС на СО необходим двухступенчатый регулятор давления с устройствами для измерения давления до и после регулятора. В случае, когда для проверки каждой точки градуировки используют отдельный баллон, регулятор необходим для каждого баллона. Необходимо, чтобы баллоны имели мембрану из химически нейтрального материала и необходимое давление газовой смеси. Следует проконсультироваться с поставщиком, от которого были получены баллоны с СО, для получения правильных размеров запорного вентиля, необходимого для подбора регулятора давления. 5.5.2 Регулятор потока Регулятором потока может быть любое устройство (вентиль), используемое для настройки и регулирования потока ПГС. Если для градуировки используют метод разбавления, то применяют второй регулятор потока для нулевого воздуха. В этом случае регуляторы должны обеспечивать регулирование потока в пределах ± 1 %. 5.5.3 Расходомер Градуированный расходомер используется для измерения и контроля потока ПГС. Если для градуировки используют метод разбавления, то применяют второй расходомер для нулевого воздуха. В этом случае расходомеры должны обеспечивать измерение потока с погрешностью в пределах ± 2 %. 5.5.4 Камера смешения (только при использовании динамического метода разбавления) Камера смешения необходима только в том случае, если градуировочные смеси получают методом динамического разбавления ПГС на СО. Конструкцией камеры должно быть обеспечено полное смешивание СО и нулевого воздуха. 5.5.5 Выходной коллектор Диаметр выходного коллектора должен быть достаточным для обеспечения незначительного падения давления в месте присоединения к газоанализатору. Конструкцией должна быть предусмотрена линия сброса, предназначенная для обеспечения в коллекторе атмосферного давления и препятствия попаданию атмосферного воздуха в коллектор. 6 Реактивы и материалы6.1 Нулевой воздух Используют нулевой воздухе содержанием СО менее 0,1 мг/м3 (0,09 млн-1) в баллоне под давлением; либо нулевой воздух может быть получен с использованием каталитического окислителя для преобразования СО в СО2 или палладиевого фильтра. 6.2 Поверочная газовая смесь Используют ПГС (СО - воздух) с массовой концентрацией, соответствующей 80 % верхнего значения диапазона измерений, в баллоне под давлением. ПГС в баллоне аттестуют на соответствие требованиям ИСО 6142, ИСО 6143, ИСО 6144 или ИСО 6147. 6.3 Градуировочные газовые смеси Используют градуировочные газовые смеси (СО - воздух) с массовой концентрацией, соответствующей рабочему диапазону устройств, например 10 %, 20 %, 40 % и 80 % верхнего значения диапазона измерений, в баллонах под давлением. ПГС должны быть поверены на соответствие требованиям национального стандарта. При применении для градуировки метода разбавления возможно использование одного баллона под давлением. Возможно использование баллона с СО в азоте, если коэффициент разбавления нулевым воздухом составляет не менее чем 100:1. Для поверочных и градуировочных газовых смесей следует применять баллоны высокого давления с внутренними поверхностями из хромомолибденовых сплавов с низким содержанием железа. 6.4 Аттестация ПГС Поверочные и градуировочные газовые смеси аттестуют с погрешностью в пределах ± 2 % установленного значения (см. ИСО 61411)). 1) В ИСО 6141 установлено, что документ об аттестации (в РФ - паспорт) предоставляет изготовитель поверочной или градуировочной газовой смеси. 7 Меры безопасностиГазоанализатор не эксплуатируют во взрывоопасной зоне, если только он не является взрывобезопасным. Соблюдают стандартные меры безопасности при работе и хранении баллонов со сжатыми газами, при установке и эксплуатации газоанализатора (см. ИСО 6142). Баллоны со сжатыми газами не подвергают воздействию прямого солнечного излучения или высоких температур. При отборе проб и градуировке поддерживают один и тот же расход в ячейке с пробой. Используют один и тот же насос для отбора проб. 8 Отбор пробПри отборе проб атмосферного воздуха газоанализатор устанавливают в ограждении, а отбор проб проводят на расстоянии не менее 1 м от газоанализатора в защищенном от попадания осадков месте. Газоанализатор устанавливают в ограждении с контролируемыми атмосферными условиями так, чтобы температура поддерживалась постоянной в пределах ± 5 °С. Записывают температуру и давление атмосферного воздуха. 9 Градуировка9.1 Процедуры градуировкиПроцедуры градуировки должны соответствовать требованиям приложения В. 9.2 Частота проведения градуировки9.2.1 Многоточечная градуировка Многоточечную градуировку (см. В.1) проводят в следующих случаях: a) при введении газоанализатора в эксплуатацию; b) после технического обслуживания, которое могло оказать воздействие на метрологические характеристики газоанализатора; c) дрейф контрольного показания газоанализатора превышает установленные пределы (см. 9.2.2). 9.2.2 Установка нуля и контрольного показания Установку нуля и контрольного показания (см. В.2) проводят до и после каждого отбора проб или ежедневно, если газоанализатор используют непрерывно. 10 Порядок проведения измеренийОпределяют характеристики газоанализатора в соответствии с ИСО 9169. Проверяют стабильность градуировки, рабочие характеристики газоанализатора, устанавливают требуемый расход пробы. После стабилизации выходного сигнала газоанализатора по данным регистрирующего устройства определяют содержание СО непосредственно по градуировочному графику в миллиграммах на кубический метр или в миллионных долях в зависимости от выходного сигнала газоанализатора. Правила перевода значений, выраженных в миллионных долях, в значения в миллиграммах на кубический метр приведены в разделе 11. Проводят оперативные проверки в соответствии с требованиями приложения С ежедневно или при каждом отборе проб [3]. 11 ВычисленияПересчитывают значения, выраженные в миллионных долях, в значения в миллиграммах на кубический метр по формуле
где ρ1 - массовая концентрация СО, мг/м3; ρ2 - концентрация СО, млн-1; mг - молярная масса монооксида углерода, равная 28 г/моль; 298 - стандартная абсолютная температура, К; р - измеренное давление газа, кПа; 24,45 - объем 1 моля газа, приведенный к стандартным условиям, л; Т - измеренная абсолютная температура газа, К; 101,3 - стандартное давление газа, кПа. 12 Прецизионность и систематическая погрешностьПримечание - Данные по прецизионности основаны на результатах межлабораторных анализов проб монооксида углерода в сухом воздухе, проведенных Юго-Западным исследовательским институтом (Хьюстон, Техас, США) в 1972 г. Были подготовлены три контрольных баллона с номинальным содержанием СО 8, 30 и 53 мг/м3, содержимое которых было распределено по баллонам высокого давления и направлено в лаборатории, участвующие в анализах. Содержимое каждого баллона было проанализировано три раза в течение одного дня, анализы были повторены в последующие два дня. Было получено 810 результатов измерений. 12.1 Прецизионность [5]12.1.1 Трехкратные измерения Содержание монооксида углерода (СО) записывают в миллиграммах на кубический метр, округляя результат до первого десятичного знака. Результаты трех измерений считают приемлемыми для усреднения (с доверительной вероятностью 95 %)1), если размах результатов не превышает 0,6 мг/м3. 1) Используемые для исследований данные хранятся в ASTM, 100 Bass Hobos Drive West Conshohocken, PA 19428, in Research Report File No.RR:D022-1000. Примечание - Результаты двух измерений считают приемлемыми для усреднения (с доверительной вероятностью 95 %), если разница между ними не превышает 0,5 мг/м. 12.1.2 Повторяемость (один аналитик) Оценка стандартного отклонения среднего (каждый результат является усредненным по трем определениям), полученного одним и тем же лаборантом-аналитиком в различные дни, составила 0,44 мг/м3 при 14 степенях свободы. Два таких значения должны рассматриваться как подозрительные (с доверительной вероятностью 95 %), если они отличаются друг от друга более чем на 1,2 мг/м3 (см. 12.1.1, примечание). 12.1.3 Воспроизводимость (межлабораторная) Оценка стандартного отклонения среднего (каждый результат является усредненным по трем определениям), полученного лаборантами-аналитиками в различных лабораториях, составила 0,96 мг/м3 при 11 степенях свободы. Два таких значения должны рассматриваться как подозрительные (с доверительной вероятностью 95 %), если они отличаются друг от друга более чем на 3,0 мг/м3 (см. 12.1.1, примечание). 12.2 Систематическая погрешностьСистематическая погрешность метода зависит от систематических погрешностей аттестации содержания СО в градуировочных газах, используемых для построения градуировочной характеристики газоанализатора. Приложение А(справочное) Минимальный перечень
характеристик газоанализатора для определения
|
Обозначение ссылочного |
Обозначение и наименование
соответствующего национального стандарта |
ИСО 6141:2000 |
* |
ИСО 6142:2001 |
* |
ИСО 6143:2001 |
* |
ИСО 6144:2003 |
* |
ИСО 6147:1979 |
* |
ИСО 6879:1995 |
ГОСТ Р ИСО 6879-2005 Качество воздуха. Характеристики и соответствующие им понятия, относящиеся к методам измерений качества воздуха |
ИСО 9169:1994 |
ГОСТ Р ИСО 9169-2006 Качество воздуха. Определение характеристик методик выполнения измерений |
* Соответствующий национальный стандарт отсутствует. До его утверждения рекомендуется использовать перевод на русский язык данного международного стандарта. Перевод данного международного стандарта находится в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов. |
Dechant, R.F. and Mueller, P.K. Performance of Continuous NDIR Carbon Monoxide Analyser, Report No. 57, Air and Industrial Hygiene Laboratory, Department of Public Health, Berkeley, CA, USA, June 1969 |
|
Jacobs, M.B., Braverman, M.M. and Hochheiser, S. Continuous Determination of Carbon Monoxide and Hydrocarbons in Air by a Modified Infrared Spectrometer, J. Air Pollution Control Assoc, 9, 1959, pp. 110 - 114 |
|
Smith, F. and Nelson, A.C. Guidelines for Development of Quality Assurance Program. Reference Method for Continuous Measurement of CO in the Atmosphere. Environmental Protection Agency Document. EPA-R4-73-028a. Research Triangle Institute. Research Triangle Park, NC, USA, 1973 |
|
Moore, M. A Critical Evaluation of the Analysis of Carbon Monoxide with Nondispersive Infrared, NDIR, presented at the Ninth Conference of Methods in Air Pollution and Industrial Hygiene Studies, Pasadena, CA, USA, Feb. 7-9, 1968 |
|
McKee, H.C. and Childers, R.E. Collaborative Study of Reference Method for the Continuous Measurement of Carbon Monoxide in the Atmosphere (Nondispersive Infrared Spectrometry), Southwest Research Institute, Contract CP 70-40, SWRI Report 01-2811, San Antonio, TX, USA, May 1972 EPA QA Handbook, Vol. 2, EPA-600/4-77-027a, Section 2.6.0, Reference Method for the Determination of Carbon Monoxide in the Atmosphere (Nondispersive Infrared Photometry) |
Ключевые слова: воздух атмосферный, моноксид углерода, измерения, газоанализатор, метод недисперсионной инфракрасной спектрометрии