一種在線揮發性有機物分析儀的製作方法

2023-06-20 05:47:01 1

專利名稱：一種在線揮發性有機物分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體中揮發性有機物分析儀，尤其是涉及一種氣體中揮發性有機物在線分析儀。
背景技術：
揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，簡稱VOCs)是指沸點範圍在 500C _260°C、室溫下飽和蒸汽壓超過133. 322Pa的化合物。這類化合物普遍存在於室內外空氣中，在對流層臭氧增加和其他氧化劑的生成中扮演著重要的角色，它還可以直接產生有機氣溶膠等二次汙染物。更重要的是VOCs成分中的一些化合物如苯、1，3- 丁二烯等具有潛在的致癌作用，因此研究環境中VOCs的存在、來源、分布規律、遷移轉化及其對人體健康的影響一直受到人們的重視，並成為國內外研究的重點。VOCs成分複雜，含量極微，建立簡單與可靠的VOCs採樣及測定方法是實現這一研究的必要手段。目前大氣中揮發性有機物分析方法主要有1現場採樣-實驗室分析系統2現場在線連續自動監測系統。現場採樣-實驗室分析系統，該系統現場採樣方法主要有氣袋採樣、不鏽鋼罐採樣、吸附劑管採樣，氣袋採樣由於內表面吸附V0C，現已較少使用不鏽鋼罐採樣效果較好， 但需要用液氮低溫製冷預濃縮樣品氣體(要經常添加液氮)，操作複雜、成本高吸附劑管採樣存在VOC吸附和解吸效率問題，以及吸附劑幹擾較多和更換吸附劑管等問題。實驗室分析方法主要是氣相色譜法(氣相色譜/氫焰離子化檢測器/光離子化檢測器)、氣相色譜/質譜法。現場採樣-實驗室分析系統分析氣體中VOC的主要缺點是不能對環境空氣中揮發性有機物實施實時連續自動監測，不能捕捉大氣中VOC濃度的快速變化。現場在線連續自動監測系統，目前這種監測系統的分析原理主要是吸附劑管採樣 (室溫/低溫)/熱解吸氣相色譜法，檢測器主要為氫焰離子化檢測器(FID)和光離子化檢測器(PID)。這種在線分析系統的主要缺點是吸附劑管採樣存在的對不同VOC的吸附/解吸效率、更換吸附劑管問題，FID和PID兩個檢測器對VOC定性分析的非專屬性以及對不同 VOC的選擇性檢測問題(FID只用於檢測碳氫化合物，PID不能檢測部分C2和C3碳氫化合物(如乙烷、丙烷)及部分滷代烴(如二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷等)和含氧(氮、硫) 化合物(如甲醇、丙烯腈、硫化羰等)。因此，目前在線VOC分析儀主要用於分析C2-C12碳氫化合物，並且C2-C5和C6-C12碳氫化合物要用兩臺分析儀分別完成，不能一次分析同時檢測C2-C12碳氫化合物、含氧(氮、硫)VOC和滷代烴。目前，對環境大氣揮發性有機物的研究起步較晚，對大氣揮發性有機物的採集分析主要是依靠國外的大型分析設備與儀器，不但價格昂貴，而且分析過程繁雜，尚未實現實時的在線連續自動分析，與大氣汙染研究的實際需要尚有較大的差距。因此，研究更新VOCs 的採樣方法和分析技術，發展高靈敏度、操作簡便、經濟實用且易維護的VOCs分析儀器，發展VOCs在線連續自動監測技術，在大氣環境監測研究領域具有重要的意義。

實用新型內容本實用新型主要是解決了現有技術所存在的用液氮製冷需要不斷添加液氮、限制應用環境和自動化的技術問題；應用了一種用電子超低溫製冷技術和方法，使分析系統操作程序簡單、可長期連續操作，便於自動化的一種在線揮發性有機物分析儀及其使用方法。本實用新型還有一目的是解決了現有技術應用吸附劑管採樣所存在的部分VOC 吸附效率低以及更換吸附管等技術問題；提供了一種可長期使用的用空毛細管柱低溫冷凝濃縮的一種在線揮發性有機物分析儀及其使用方法。本實用新型再有一目的是解決了現有在線檢測技術單一氣路採樣、雙機檢測 C2-C12碳氫化合物所存在的技術問題；提供了一種雙氣路同時採樣，分別濃縮C2-C5和 C5-C12碳氫化合物，一機同時檢測C2-C12碳氫化合物的一種在線揮發性有機物分析儀及其使用方法。本實用新型還有一目的是解決了現有在線檢測技術中使用選擇性檢測器(FID和 PID)存在的檢測VOC種類少的技術問題，提供了一種用FID和MS雙檢測器的檢測技術和方法，可一次分析同時檢測C2-C12碳氫化合物、含氧(氮、硫)化合物和滷代烴等各種揮發性有機物的一種在線揮發性有機物分析儀及其使用方法。本實用新型最後有一目的是解決了現有大氣揮發性有機物分析中存在的現場採樣-實驗室分析和現場在線連續自動監測不能兼得的技術問題，提供了一種即可用於現場採樣(採樣罐採樣)-實驗室分析，又可以用於現場在線連續自動檢測揮發性有機物的一種在線揮發性有機物分析儀及其使用方法。本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，包括採樣裝置、供氣裝置以及分別與所述採樣裝置和供氣裝置連接的製冷裝置；該雙空管冷富集雙檢測器在線揮發性有機物分析儀還包括一個分別與所述採樣裝置和供氣裝置連接的氣體流量控制裝置、與所述氣體流量控制裝置連接的分析裝置以及與所述分析裝置相連的的數據採集、處理裝置。在上述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，所述採樣裝置包括一個六通閥以及分別與所述六通閥連通的過濾器、樣品氣體進氣管(可以通過軟體設置選擇連續進樣和單次進樣)、內標進氣管、外標進氣管、第一電磁閥以及第二電磁閥，所述第一電磁閥與第二電磁閥相連通。在上述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，所述製冷裝置包括一個十二通閥以及分別與十二通閥相連通的第一除水管、第二除水管、第一濃縮管以及第二濃縮管，所述第一除水管和第二除水管同時與上述第二電磁閥相連通。在上述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，所述製冷裝置還包括一個(X)2捕集管，所述第二除水管通過(X)2收集器與十二通閥相連通，所述第一除水管、第二除水管、第一濃縮管以及第二濃縮管設置在一個低溫冷阱器中。在上述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，所述氣體流量控制裝置包括第三電磁閥、第四電磁閥、分別與所述第三電磁閥和第四電磁閥相連通的第一質量流量控制器和第二質量流量控制器、同時與所述第三電磁閥和第四電磁閥相連通的第三質量流量控制器、同時與所述第一質量流量控制器、第二質量流量控制器、上述第一電磁閥和一個採樣泵連通的第五電磁閥以及通過所述第三質量流量控制器同時與所述第三電磁閥和第四電磁閥相連通的減壓閥。在上述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，所述的分析裝置包括一個柱箱、設置在柱箱內且分別與上述十二通閥相連通的第一毛細管柱和第二毛細管柱、與所述第一毛細管柱連通的第一檢測器以及與所述第二毛細管柱連通的第二檢測器。在上述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，所述的供氣裝置包括氮氣供氣器、 氦氣供氣器、空氣供氣器以及氫氣供氣器；所述氮氣供氣器與上述減壓閥連通，所述氦氣供氣器與上述十二通閥連通，所述空氣供氣器和氫氣供氣器均與上述第二檢測器連通；上述第一檢測器採用質譜檢測器，上述第二檢測器採用氫火焰檢測器。在上述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，所述第一除水管和第二除水管採用內徑1. 0-1. 5mm、長30cm-40cm的空玻璃管或空石英管；所述第一除水管和第二除水管外壁均纏繞溫度可調可控的加熱絲；所述第一濃縮管以及第二濃縮管均採用內徑為0. 53mm且長30cm-40cm的空毛細管柱，所述第一濃縮管採用活化的石英毛細管柱，所述第二濃縮管採用PLOT毛細管柱，所述第一濃縮管和第二濃縮管外壁均纏繞溫度可調可控的加熱絲。 在上述的一種在線揮發性有機物分析儀，所述CO2捕集管為內徑4mm，長15cm的聚四氟乙烯管或玻璃管，管內填有鹼石棉。因此，本實用新型具有如下優點1.本實用新型採用電子製冷技術實現超低溫製冷，避免了使用液氮製冷需要經常添加液氮、應用條件受限制的弊端，可以長期連續自動運行，便於自動化操作；2.本實用新型用空毛細管柱低溫冷凝濃縮揮發性有機化合物，濃縮效率/解吸效率高，避免了吸附劑管吸附濃縮中部分有機物吸附/解吸效率差以及更換吸附管的弊端，可以長期連續自動運行，便於自動化操作；3.本實用新型採用雙空毛細管柱低溫濃縮技術，一次採樣可以分別濃縮C2-C5碳氫化合物和C5-C12碳氫化合物、含氧(氮、 硫)化合物及滷代烴等多種揮發性有機化合物；4.本實用新型採樣雙分析柱、雙檢測器分析技術，選擇性檢測器(FID和通用型檢測器(MQ相結合，提高了揮發性有機物定性分析、 定量分析的能力，一次採樣可以同時分析C2-C12碳氫化合物、含氧(氮、硫)化合物和滷代烴等多種揮發性有機有機物；5.本實用新型採樣方法具有連續採樣和單次採樣功能，即可以在實驗室通過單次採樣操作分析現場採樣罐採集的樣品，也可以安置在自動監測站實施在線連續自動監測。

附圖1是本實用新型的一種工作原理示意圖；具體實施方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。實施例一種氣體在線揮發性有機物分析儀，包括採樣裝置1、供氣裝置2以及分別與所述採樣裝置1和供氣裝置2連接的製冷裝置3 ；該雙空管冷富集雙檢測器在線揮發性有機物分析儀還包括一個分別與所述採樣裝置1和供氣裝置2連接的氣體流量控制裝置4、與所述氣體流量控制裝置4連接的分析裝置5以及與所述分析裝置5相連的的數據採集、處理裝置。採樣裝置1包括一個六通閥101以及分別與六通閥101連通的過濾器102、內標進氣管103、外標進氣管104、第一電磁閥105以及第二電磁閥106，第一電磁閥105與第二電磁閥106相連通。製冷裝置3包括一個十二通閥301以及分別與十二通閥301相連通的第一除水管302、第二除水管303、第一濃縮管304以及第二濃縮管305，第一除水管302和第二除水管303同時與第二電磁閥106相連通；第一除水管302和第二除水管303採用內徑 1. 0-1. 5mm、長30cm-40cm的空玻璃管或空石英管；第一除水管302和第二除水管303外壁均纏繞溫度可調可控的加熱絲；第一濃縮管304以及第二濃縮管305均採用內徑為0. 53mm 且長30cm-40cm的空毛細管柱，第一濃縮管304採用去活的石英毛細管柱，第二濃縮管305 採用PLOT毛細管柱，第一濃縮管304和第二濃縮管305外壁均纏繞溫度可調可控的加熱絲。製冷裝置3還包括一個(X)2捕集管306，第二除水管303通過(X)2收集器306與十二通閥301相連通，第一除水管302、第二除水管303、第一濃縮管304以及第二濃縮管305設置在一個低溫冷阱器中；0)2捕集管306為內徑4mm，長15cm的聚四氟乙烯管或玻璃管，管內填有鹼石棉，管兩端各填充Icm玻璃棉固定鹼石棉，防止鹼石棉被氣體吹出。氣體流量控制裝置4包括第三電磁閥401、第四電磁閥402、分別與第三電磁閥401 和第四電磁閥402相連通的第一質量流量控制器404和第二質量流量控制器405、同時與第三電磁閥401和第四電磁閥402相連通的第三質量流量控制器406、同時與第一質量流量控制器404、第二質量流量控制器405、上述第一電磁閥105和一個採樣泵408連通的第五電磁閥403以及通過第三質量流量控制器406同時與第三電磁閥401和第四電磁閥402相連通的減壓閥407。分析裝置5包括一個柱箱501、設置在柱箱501內且分別與上述十二通閥301相連通的第一毛細管柱502和第二毛細管柱503、與第一毛細管柱502連通的第一檢測器504 以及與第二毛細管柱503連通的第二檢測器505。柱箱具有加熱、程序升溫、控溫功能，可以安裝兩個60m長毛細管柱，安裝兩個進樣器，連接兩個檢測器。進樣器和檢測器具有升溫、 控溫功能。供氣裝置2包括氮氣供氣器201、氦氣供氣器202、空氣供氣器203以及氫氣供氣器204 ；氮氣供氣器201與減壓閥407連通，氦氣供氣器202與十二通閥301連通，空氣供氣器203和氫氣供氣器204均與第二檢測器505連通；第一檢測器504採用質譜檢測器，第二檢測器505採用氫火焰檢測器。下面介紹一下應用上面的氣體在線揮發性有機物分析儀進行在線分析的方法，步驟如下步驟1，採集樣品氣體打開採樣泵408，樣品氣體經過濾器102進入採樣氣路，進入六通閥101S1位入口，由S6位公共口出，通過第二電磁閥106後，樣品氣體分成兩路第1氣路樣品氣體，通過第一除水管302進入十二通閥30112號位，經11號位出後進入第一濃縮管304，揮發性有機物C4-C12碳氫化合物、含氧(氮、硫)有機物、滷代烴被冷凝富集在第一濃縮管304內，其它氣體進入十二通閥3018號位，從7號位出後經第四電磁閥402後，通過第二質量流量控制器405再經過第五電磁閥403，由採樣泵408放空；[0036]第2氣路樣品氣體，進入第二除水管303通過(X)2捕集管306進入十二通閥3011 號位，經2號位出來進入第二濃縮管305，C2-C5碳氫化合物被定量冷凝富集在第二濃縮管 305內，其它氣體進入十二通閥3015號位，從6號位出來，通過第三電磁閥401經過第一質量流量控制器404，再通過第五電磁閥403經採樣泵408放空；完成樣品氣體採集程序，然後由數據採集、處理裝置對分析裝置中的數據進行分析，在本步驟中，第一除水管302溫度為零下_20°C，第二除水管303為零下_80°C。第一濃縮管304和第一濃縮管305溫度均為零下_155°C左右；步驟2，對步驟1的所採集的樣品氣體進行熱解吸第一濃縮管304和第二濃縮管 305同時快速加熱，從零下-155°C升到100°C後，升溫速度為40°C /s，兩個濃縮管內的揮發性有機物快速解吸；具體操作如下第1氣路由氦氣供氣器202通入氦氣，由十二通閥3019號位入8號位出，進入第一濃縮管304，解吸的C5-C12碳氫化合物、含氧(氮、硫)有機物和滷代烴在氦氣的吹掃下經過十二通閥301的11號位和10號位，進入柱箱501，在第一毛細管柱502中被分離，再進入第一檢測器504進行定性、定量分析；第一毛細管柱是60m長、內徑0. 25mm毛細管柱。第2氣路由氮氣供氣器201通入氮氣，由十二通閥3014號位和5號位進入第二濃縮管305，解吸的C2-C5碳氫化合物在氮氣吹掃下經過十二通閥3012號位和3號位，進入柱箱501，在第二毛細管柱503中被分離，再進入第二檢測器505，對C2-C5碳氫化合物進行定性和定量分析，第二毛細管柱為15m長、內徑0. 32mm毛細管柱；上述第一濃縮管304和第二濃縮管305熱解吸期間，製冷不停止，低溫冷阱器保持溫度為-155°C至-150°C ；步驟3，進行加熱反吹淨化將第一除水管302和第二除水管303和第一濃縮管 304和第二濃縮管305加熱到100°C以上，低溫冷阱器保持溫度為_155°C至_150°C ；氮氣供氣器201提供的吹掃氣氮氣經過減壓閥407和第三質量流量控制器406成兩路氮氣經過第四電磁閥402，經十二通閥3017號位和8號位反吹第一濃縮管304，再經過十二通閥30111號位和12號位進入第一除水管302，吹掃管中水氣，經第二電磁閥106 和第一電磁閥105，最後經第五電磁閥403由採樣泵408放空；氮氣經過第三電磁閥401經過十二通閥3016號位和5號位反吹第二濃縮管305， 再經過十二通閥3012號位和1號位進入(X)2捕集管306，再進入第二除水管303，經第二電磁閥106和第一電磁閥105，最後經第五電磁閥403由採樣泵408放空。本分析儀可連續自動同時分析大氣中揮發性C2-C12碳氫化合物、含氧(氮、硫) 有機物和滷代烴，在本實施例中，上述低溫冷阱器採用實用新型專利200810118237. 4 一種低溫冷阱。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。儘管本文較多地使用了採樣裝置1、六通閥101、過濾器102、內標進氣管103、外標進氣管104、第一電磁閥105、第二電磁閥106、供氣裝置2、氮氣供氣器201、氦氣供氣器 202、空氣供氣器203、氫氣供氣器204、製冷裝置3、十二通閥301、第一除水管302、第二除水管303、第一濃縮管304、第二濃縮管305、C02捕集管306、氣體流量控制裝置4、第三電磁閥401、第四電磁閥402、第五電磁閥403、第一質量流量控制器404、第二質量流量控制器405、第三質量流量控制器406、減壓閥407、採樣泵408、分析裝置5、柱箱501、第一毛細管柱 502、第二毛細管柱503、第一檢測器504、第二檢測器505等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
權利要求1.一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，包括採樣裝置(1)、供氣裝置O) 以及分別與所述採樣裝置(1)和供氣裝置( 連接的製冷裝置(3)；該雙空管冷富集雙檢測器氣體在線揮發性有機物分析儀還包括一個分別與所述採樣裝置(1)和供氣裝置(2)連接的氣體流量控制裝置(4)、與所述氣體流量控制裝置(4)連接的分析裝置( 以及與所述分析裝置( 相連的的數據採集、處理裝置。
2.根據權利要求1所述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，所述採樣裝置(1)包括一個六通閥(101)以及分別與所述六通閥(101)連通的過濾器(102)、內標進氣管(103)、外標進氣管(104)、第一電磁閥(105)以及第二電磁閥(106)，所述第一電磁閥 (105)與第二電磁閥(106)相連通。
3.根據權利要求2所述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，所述製冷裝置C3)包括一個十二通閥(301)以及分別與十二通閥(301)相連通的第一除水管(302)、 第二除水管(303)、第一濃縮管(304)以及第二濃縮管(305)，所述第一除水管(30 和第二除水管(303)同時與上述第二電磁閥(106)相連通。
4.根據權利要求3所述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，所述製冷裝置C3)還包括一個CO2捕集管(306)，所述第二除水管(30 通過CO2收集器(306)與十二通閥(301)相連通，所述第一除水管(302)、第二除水管(303)、第一濃縮管(304)以及第二濃縮管(30 設置在一個低溫冷阱器中。
5.根據權利要求4所述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，所述氣體流量控制裝置(4)包括第三電磁閥(401)、第四電磁閥(40 、分別與所述第三電磁閥G01) 和第四電磁閥(40 相連通的第一質量流量控制器(404)和第二質量流量控制器005)、同時與所述第三電磁閥(401)和第四電磁閥(40 相連通的第三質量流量控制器006)、同時與所述第一質量流量控制器004)、第二質量流量控制器005)、上述第一電磁閥(105)和一個採樣泵(408)連通的第五電磁閥003)以及通過所述第三質量流量控制器(406)同時與所述第三電磁閥G01)和第四電磁閥(402)相連通的減壓閥007)。
6.根據權利要求5所述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，所述的分析裝置( 包括一個柱箱(501)、設置在柱箱(501)內且分別與上述十二通閥(301)相連通的第一毛細管柱(50 和第二毛細管柱(50 、與所述第一毛細管柱(50 連通的第一檢測器(504)以及與所述第二毛細管柱(50 連通的第二檢測器(505)。
7.根據權利要求6所述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，所述的供氣裝置( 包括氮氣供氣器001)、氦氣供氣器002)、空氣供氣器Q03)以及氫氣供氣器O04)；所述氮氣供氣器O01)與上述減壓閥(407)連通，所述氦氣供氣器(20 與上述十二通閥(301)連通，所述空氣供氣器(20 和氫氣供氣器(204)均與上述第二檢測器 (505)連通；上述第一檢測器(504)採用質譜檢測器，上述第二檢測器(50 採用氫火焰檢測器。
8.根據權利要求3所述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，所述第一除水管(302)和第二除水管(303)採用內徑1. 0-1. 5mm、長30cm-40cm的空玻璃管或空石英管；所述第一除水管(30 和第二除水管(30 外壁均纏繞溫度可調可控的加熱絲；所述第一濃縮管(304)以及第二濃縮管(305)均採用內徑為0.53mm且長30cm-40cm的空毛細管柱，所述第一濃縮管(304)採用活化的石英毛細管柱，所述第二濃縮管(30 採用PLOT毛細管柱，所述第一濃縮管(304)和第二濃縮管(30 外壁均纏繞溫度可調可控的加熱絲。
9.根據權利要求4所述的一種氣體在線揮發性有機物分析儀，其特徵在於，所述(X)2捕集管(306)為內徑4mm，長15cm的聚四氟乙烯管，管內填有鹼石棉。
專利摘要本實用新型涉及一種氣體中揮發性有機物在線分析儀，包括採樣裝置(1)、供氣裝置(2)以及分別與所述採樣裝置(1)和供氣裝置(2)連接的製冷裝置(3)；該雙空管冷富集雙檢測器氣體在線揮發性有機物分析儀還包括一個分別與所述採樣裝置(1)和供氣裝置(2)連接的氣體流量控制裝置(4)、與所述氣體流量控制裝置(4)連接的分析裝置(5)以及與所述分析裝置(5)相連的數據採集、處理裝置。因此，本實用新型具有如下優點1.本實用新型採用電子製冷技術實現超低溫製冷，避免了使用液氮製冷需要經常添加液氮、應用條件受限制的弊端，可以長期連續自動運行，便於自動化操作。
文檔編號G01N35/00GK202256359SQ201120347390
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者李虹傑, 王彭蛟, 蔣茂貴, 韓長綿 申請人:武漢市天虹儀表有限責任公司