一种检测高分子材料产烟毒性的测试装置及测试方法与流程

本发明涉及烟气毒性测试领域，尤其涉及一种检测高分子材料产烟毒性的测试装置及测试方法。

背景技术：

烟密度箱是一种用于检测高分子材料烟密度的设备。其具体检测原理为材料在密闭空间内受到热辐射源加热和/或小火焰引燃作用，燃烧释放烟气，在整个测试过程中由光电倍增管实时检测箱内光路透光率的变化，以计算烟密度值。为了在检测高分子材料烟密度的同时，也检测材料的烟毒性，可在烟密度箱顶端安装抽气管路，在烟密度检测结束时立即开始取样，通过管路末端的抽吸泵抽取烟气，从而定性定量分析有毒气体。

高分子材料燃烧产生的有毒气体通常有co、co2、nox、so2、hcl、hcn、hf和hbr。针对这些气体无机污染物的检测，可使用的分析方法有比色法、非色散红外仪法、电位法、液相离子色谱法或烟气分析仪法等。其中，现今应用于烟密度箱上的比色法和电位法的检测原理为：将比色管和气体吸收瓶置于烟密度箱内，并分别通过连接管在箱外连接着抽吸泵，用抽吸泵抽取一定量的气体，气体分别流向比色管和气体吸收瓶，部分烟气与比色管内的物质接触发生化学反应，根据色柱颜色变化从而计算气体含量，另外还有部分烟气被吸收到气体吸收瓶的吸收液中，后续通过电位法检测溶液从而计算出每一种气体的含量。

烟箱在整个燃烧检测过程中都是处于密闭的，中途不能开启。因此在燃烧测试前，需将气体吸收瓶和比色管提前放入烟箱中，待烟密度测试结束且烟箱内废气排尽才可取出。气体取样时间取决于待测气体类型和分析方法，短约20s，长约5min，而非取样时间短则十几分钟，长则三十几分钟。这就意味着，在非取样时间内，即使没有使用抽吸泵抽取气体，样品燃烧释放的气体也可通过扩散方式从进气口进入吸收瓶和比色管中，部分烟气被吸收到吸收瓶中的吸收液中或者与比色管中的化学物质反应，导致测试结果不够精准，数据偏高，且目前没有方法可对数据修正，材料燃烧产烟量越大结果偏差越大。

比色法和电位法也还存在着其他隐患和难点。隐患：若测试过程中吸收瓶和比色管有异常情况发生，比如烟气颗粒过大，造成进气口堵塞，在烟密度箱内烟气缭绕且昏暗的背景下，很难通过窄小的观察窗发现，从而影响检测结果；难点：烟密度箱内并没有任何可支撑气体吸收瓶的装置，若为吸收瓶专用设计一个支撑架，则妨碍吸收瓶下的燃烧装置的放置；若设计一个支撑杆，将其机械安装在烟箱上，则会破坏烟密度箱内壁的保护涂层及箱壁，影响烟密度箱的使用寿命，对烟密度箱产生难以挽回的破坏。

目前应用于烟箱的不同气体分析法都是使用着不同的检测管路，比如比色法使用连接着比色管的管路，电位法使用连接着气体吸收瓶的管路，烟气分析仪法使用连接着控制指定抽取流速的采样泵的管路，不同分析法之间互不使用同一管路进行分析检测。并且，同一种分析法对应着多种气体检测管路，比如有3个气体使用比色法，因不同的气体使用的比色管不同，这就意味着比色法存在着3条检测管路。无论管路上使用的是哪种分析法或分析哪一种气体，都需连接着流量计和采样泵，并至少有一个开关需要控制。在烟毒性检测的同时，还需兼顾烟密度检测，造成管路繁多、安装繁琐，且多个分析装置仅能摆放在烟密度箱附近，位置摆放固死，操作不方便。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题在于现有可使用的气体分析法中，存在的比色法和电位法检测结果偏高、安装难点、可能出现的隐患、管路多和操作不便等问题。通过本发明的测试装置及测试方法，可解决上述问题，并满足客户的不同检测需求。为此，本发明采用以下技术方案。

本发明提供一种检测高分子材料产烟毒性的测试装置，包括：

烟密度箱，用于为高分子材料燃烧提供密闭空间，以产生用于测试烟密度和测试毒性用的烟气；

烟气取样装置，配置在所述烟密度箱的外部，并通过管道与所述烟密度箱连通；

开关阀，安装在所述烟密度箱和所述烟气取样装置之间的管道上，用于控制所述管道的导通和截止。

优选的，本发明的测试装置还包括独立设置的烟气毒性检测设备，所述烟气毒性检测设备包括：比色管和分析仪器；所述分析仪器包括非色散红外仪、化学发光定氮仪、电位分析仪、滴定仪、液相离子色谱仪和烟气分析仪中的一种或几种。

优选地，所述管道包括不锈钢管和聚四氟乙烯管，所述不锈钢管一端与聚四氟乙烯管连接，另一端伸入所述烟密度箱；所述开关阀和所述烟气取样装置均设置在所述聚四氟乙烯管上。

优选地，所述烟密度箱从内部向外部并列设置有两路所述管道，分别为第一管路和第二管路；所述第一管路上设置第一开关阀；所述第二管路上设置第二开关阀；所述烟气取样装置包括设置在所述第一管路上的气态取样组件和设在所述第二管路上的液态取样组件。

优选地，所述气态取样组件包括在所述第一管路上依次布设的第一流量计、第一采样泵和气袋；所述第一流量计连接在所述第一开关阀上，用于控制烟气的流速；所述液态取样组件包括在所述第二管路上依次布设的气体吸收瓶、第二流量计和第二采样泵；所述气体吸收瓶连接在所述第二开关阀上，用于吸收一定体积的烟气至所述气体吸收瓶内的吸收液中，以用于检测并计算气体成分与含量；所述第一采样泵和所述第二采样泵上还设有倒计时开关，用于预设燃烧时间，以在燃烧时间结束后，开启所述第一采样泵和所述第二采样泵。

本发明还提供一种检测高分子材料产烟毒性的测试方法，应用于如上所述的测试装置，其中：

所述第一管路中的烟气通过所述气袋收集，用比色法、非色散红外仪、化学发光法或烟气分析仪进行气体分析；

所述第二管路中的烟气通过所述气体吸收瓶收集，用电位法、滴定法或液相离子色谱法进行液体分析。

优选地，本发明的测试方法包括以下测试步骤：

材料燃烧：通过所述倒计时开关预设燃烧时间，将待测材料置于所述烟密度箱中燃烧，待达到所述燃烧时间后，开启所述第一采样泵、所述第二采样泵以及所述第一开关阀、所述第二开关阀，使烟气分别进入所述第一管路和所述第二管路；

烟气收集：由所述气袋采集完一定体积的烟气后，关闭所述第一开关阀和所述第一采样泵；由所述气体吸收瓶采集完一定体积的烟气后，关闭所述第二开关阀和所述第二采样泵；

烟气分析：取出所述气袋和所述气体吸收瓶；将所述气袋连接于气体检测仪上，抽取一定体积的烟气进行分析；气体吸收瓶中的溶液用液体检测仪来分析。

优选地，根据待检测的气体成分按照如下方式选择分析方法：

(1)定性分析：使用比色法对所有气体成分进行定性分析；

(2)定量分析：

使用电位法、滴定法或液相离子色谱分析阴离子对hcl，hcn，hf和hbr进行定量分析；

使用非色散红外仪对co和co2进行定量分析；

使用化学发光法对nox进行定量分析；

使用液相离子色谱对so2进行定量分析。

本发明的有益效果是：

(1)使用完全外置式的检测方式，检测仪器全部在烟密度箱外进行气体分析，即将比色管和气体吸收瓶也移至烟密度箱外，减小测试结果偏差，避免仪器在烟密度箱内异常情况的发生以及发现的不及时性，避免破坏箱壁和繁琐的玻璃器具安装过程。

(2)简化管路，多个采样泵、多个流量计和多个开关的使用，避免安装繁琐和分析仪器位置固死，简化了操作，减少附件的总投入。

(3)采用倒计时开关，可以更精确地控制取样时间，避免多个开关操作。

(4)检测方法覆盖co、co2、nox、so2、hcl、hcn、hf和hbr这8种气体及其对应可使用的所有分析法。不仅如此，也可用于其他气体污染物的分析，比如甲醛。满足不同测试申请者对待测气体和所使用的分析法的需求，并提供气体分析法的选择方向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的测试装置的连接关系示意图。

附图标记：烟密度箱1；第一开关阀2-1；第二开关阀2-2；气体吸收瓶3；倒计时开关4；第一流量计5-1；第二流量计5-2；气袋6；第一采样泵7-1；第二采样泵7-2；烟气取样装置8；聚四氟乙烯管9；比色管10；不锈钢管11；分析仪器12。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明提供一种检测高分子材料产烟毒性的测试装置，如图1所示，包括：

烟密度箱1，用于为高分子材料燃烧提供密闭空间，以产生用于测试烟密度和测试毒性用的烟气。烟密度箱1内还安装有光电倍增管以实时检测箱内光路透光率的变化，用以检测烟气的密度。

本发明的测试装置不仅测试烟密度，还进行烟毒性检测，即对烟气的成分及含量进行测试。为此，本测试装置还设置烟气取样装置8和开关阀。

其中，烟气取样装置8配置在烟密度箱的外部，并通过管道与烟密度箱1连通。

其中，开关阀安装在烟密度箱1和烟气取样装置8之间的管道上，用于控制管道的导通和截止。

进一步的，本发明的测试装置还包括独立设置的烟气毒性检测设备。烟气毒性检测设备包括：比色管10和分析仪器12。分析仪器12包括非色散红外仪、化学发光定氮仪、电位分析仪、滴定仪、液相离子色谱仪和烟气分析仪中的一种或几种。

本发明使用完全外置式的检测方式，检测仪器全部在烟密度箱外进行气体分析，减小了测试结果偏差，避免仪器在烟密度箱内发生异常情况及其发现的不及时性，简化了管路，避免安装繁琐和分析仪器位置固死，简化了操作。

具体的，本发明的测试装置上安装的管道包括不锈钢管11和聚四氟乙烯管9。不锈钢管11一端与聚四氟乙烯管9连接，另一端伸入烟密度箱1。开关阀和烟气取样装置8均设置在聚四氟乙烯管9上。不锈钢管11耐火烧，不变形，不变质，不和烟气反应，适于安装在烟密度箱1内。聚四氟乙烯管9耐高温、耐腐蚀，不与烟气反应，适于输送烟气。

具体地，烟密度箱1从内部向外部并列设置有两路管道，分别为第一管路和第二管路；第一管路上设置第一开关阀2-1；第二管路上设置第二开关阀2-2；烟气取样装置8包括设置在第一管路上的气态取样组件和设在第二管路上的液态取样组件。

其中，气态取样组件包括在第一管路上依次布设的第一流量计5-1、第一采样泵7-1和气袋6；第一流量计5-1通过管路连接在第一开关阀2-1上，用于控制指定的烟气流速，以在气袋6内装载一定体积的烟气。

其中，液态取样组件包括在第二管路上依次布设的气体吸收瓶3、第二流量计5-2和第二采样泵7-2；气体吸收瓶3连接在第二开关阀2-2上，用于吸收一定体积的烟气至气体吸收瓶3内的吸收液中，吸收液用于检测，并计算气体成分与含量；

第一采样泵7-1和第二采样泵7-2上还设有倒计时开关4，用于预设燃烧时间，以在燃烧时间结束后，开启第一采样泵7-1和第二采样泵7-2。采用倒计时开关4，可以更精确地控制取样时间，避免多个开关操作。

本发明还提供一种检测高分子材料产烟毒性的测试方法，应用于上述的测试装置，其中：

第一管路中的烟气通过气袋6收集，用比色管10、非色散红外仪、化学发光法或烟气分析仪进行气体分析；

第二管路中的烟气通过气体吸收瓶3收集，用电位法、滴定法或液相离子色谱法进行液体分析。

具体的，本发明的测试方法包括以下测试步骤：

材料燃烧：通过倒计时开关4预设燃烧时间，将待测高分子材料置于烟密度箱1中燃烧，待达到燃烧时间后，接通两个采样泵的电源，以开启第一采样泵7-1、第二采样泵7-2以及第一开关阀2-1、第二开关阀2-2，使烟气分别进入第一管路和第二管路；

烟气收集：由气袋6采集一定体积的烟气后，关闭第一开关阀2-1和第一采样泵7-1；由气体吸收瓶3采集完一定体积的烟气后，关闭第二开关阀2-2和第二采样泵7-2；

烟气分析：取出气袋6和气体吸收瓶3；气袋中的气体可用于比色法、非色散红外仪法、化学发光法和烟气分析仪法的分析。只需将气袋6连接于气体检测仪上，通过气体检测仪上连接的采样泵以一定流速抽取相应分析法所需体积的烟气进行分析。气体吸收瓶3中的溶液用电位法、滴定法或液相离子色谱法来分析。

本发明还提供根据待检测的气体成分按照如下方式选择分析方法的方向：

(1)定性分析：使用比色法对所有气体成分进行定性分析。比色管是预先校准的、操作简单、结果直接迅速、读数方便、无需维护，不仅能检测co、co2、nox、so2、hcl、hcn、hf和hbr这8种气体，还可检测甲醛、苯等500多种气体，但比色管测量误差最高可达±10～15％。因此优先对气袋采集的气体进行比色法定性分析，可在最快的时间内检测气体存在有否，减少后续不必要的气体定量分析。

(2)定量分析：

使用电位法、滴定法或液相离子色谱分析阴离子对hcl，hcn，hf和hbr进行定量分析；

使用非色散红外仪对co和co2进行定量分析；

使用化学发光法对nox进行定量分析；

使用液相离子色谱对so2进行定量分析。

通过8中无机气体分析法的合力规划，能均衡不同分析仪器的使用率，并能满足客户的不同检测需求。

以上所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，本发明的实施例的详细描述并非旨在限制本发明要求保护的范围，而仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。