揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置的製作方法

2023-04-28 01:21:01

本發明涉及一種自動進樣裝置，進一步涉及一種揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置。

背景技術：

揮發性有機化合物(VOCs)是指在常壓下，沸點50～260℃的各種有機化合物，主要成分有：烴類、滷代烴、氧烴和氮烴，它包括：苯系物、有機氯化物、氟裡昂系列、有機酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。在目前已確認的900多種室內化學物質和生物性物質中，揮發性有機化合物(VOCs)至少在350種以上(＞1ppb)，其中20多種為致癌物或致突變物，有些長期接觸則能導致癌症(肺癌、白血病)或導致流產、胎兒畸形和生長發育遲緩等。故對孕婦、小孩等特殊人群影響最大。同時作為PM2.5的重要前體物和光化學煙霧的主要組成部分，對複合大氣汙染的形成往往起著至關重要的作用。VOCs可導致光化學汙染，而光化學汙染煙霧中的代表成分是臭氧、VOCs會對高空臭氧層產生破壞作用。由於VOCs本身具有極大的危害性，已經被社會喻為人類的「隱形殺手」。

目前，對固定汙染源VOCs排放監測，主要依據《固定汙染源排氣中揮發性有機物的採樣氣袋法》HJ732-2014用氣袋現場採集樣品，轉交實驗室用氫火焰離子檢測器氣相色譜(Gas Chromatography Flame Ionization Detector，簡稱GC-FID)或氣相色譜和質譜的聯用儀(Gas Chromatography-Mass Spectrography，簡稱GC-MS)分析。《固定汙染源排氣中揮發性有機物的採樣氣袋法》HJ732-2014方法中明確規定：在樣品分析之前須觀察樣品氣袋內壁，如果有液滴凝結現象，則應將氣袋放入加熱箱中，確認加熱液滴凝結現象消除後，迅速取出氣袋取樣分析。但實際操作中，氣袋從樣品加熱箱取出的瞬間，氣體中的水氣就會冷凝吸附在氣袋上，部分VOCs會溶解在水滴中，導致分析結果偏低。此外，氣袋進樣主要依靠手工擠壓氣袋，分析人員力度不同，進樣量會存在誤差。

現有技術中一種方式是利用氣袋採樣，實驗室內用烘箱加熱後取出，手工擠壓氣袋進樣分析；該方式的缺點在於，氣袋在加熱過程中液滴凝結現象消除，但從烘箱取出瞬間液滴又會冷凝，加熱過程實質上未起到消除液滴冷凝減少吸附損失的作用；手工擠壓進樣量不宜控制，引起分析誤差。

現有技術中的另一種方式是在每次分析時，使用吹風機熱風吹掃氣袋後，手工擠壓氣袋進樣分析，該方式的缺點在於，吹風機無法控制加熱溫度，不能保證液滴凝結現象消除，導致液滴進入分析儀器，損壞儀器；需要兩人以上共同完成，浪費人力；每個氣袋需要單獨吹掃加熱，工作效率較低；手工擠壓進樣量不宜控制，引起分析誤差。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置，以解決以上所述的至少一項技術問題。

(二)技術方案

本發明提供一種揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置，包括箱體，其中，所述箱體內配置為放置至少一收集揮發性有機物氣體的氣袋，氣袋內形成第一空間，箱體內壁與氣袋外壁形成第二空間，氣袋包括氣嘴，氣嘴上設置有氣閥，所述氣嘴配置為在箱體內部與箱體側壁上的快速接頭連接，連接後，氣袋上的氣閥處於打開狀態，氣袋內氣體由所述快速接頭控制；所述箱體上設置有加熱恆溫部件，用於對所述氣袋內的氣體加熱和保持溫度。

進一步的，所述加熱恆溫部件包括：加熱片、PID(proprotion--integral--derivative，比例-積分-微分)溫度控制器和溫度傳感器，其中，所述加熱片和溫度傳感器分別電性連接至所述PID溫度控制器，當溫度傳感器所測箱體內部溫度下降至第一設定溫度以下，所述PID溫度控制器控制所述加熱片加熱；當溫度傳感器所測溫度上升至第二設定溫度以上，所述PID溫度控制器控制所述加熱片停止加熱。

進一步的，所述PID溫度控制器包括繼電器，所述繼電器用於閉合電路使加熱片加熱，還用於切斷電路使加熱片停止加熱。

進一步的，所述加熱片貼於所述箱體的內壁上，配置為對箱體內的各氣袋同時加熱。

進一步的，裝置還包括自動加壓部件，所述自動加壓部件包括：隔膜泵、壓力傳感器和壓力控制電路，所述隔膜泵和壓力傳感器分別電性連接至所述壓力控制電路，所述壓力傳感器設置在所述第二空間內；所述箱體壁上開設有連通第二空間的開口，其中，

當所述壓力傳感器所測壓力下降至第一設定壓力以下，所述壓力控制電路控制所述隔膜泵從所述開口向第二空間輸入氣體；當所述壓力傳感器所測壓力達到第二設定壓力，停止隔膜泵工作。

進一步的，裝置還包括壓力自動平衡部件，當所述壓力傳感器所測壓力超過第二設定壓力，所述壓力自動平衡部件控制第二空間與外部連通，使箱體內壓力與大氣壓平衡。

進一步的，所述開口上設有壓力安全閥，當所述第二空間壓力達到峰值，安全閥自動開啟。

進一步的，所述快速接頭至少有一個，設置於箱體側壁上，每一所述快速接頭配置為與每一所述氣袋的氣嘴連接，通過所述快速接頭控制氣嘴的開啟或關閉。

進一步的，所述快速接頭位於箱體外壁的埠配置為連接GC或者GC-MS。

進一步的，所述箱體內配置為放置1-6個氣袋。

(三)有益效果

通過上述技術方案，可獲知本發明的揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置有益效果在於：

(1)本發明中的加熱恆溫部件加熱溫度可自由設置，並且支持6個氣體樣品的同時加熱，能夠使氣袋中樣品加熱到120℃(±5度)，可有效防止氣袋壁液滴凝結，同時可自行平衡大氣壓防止氣袋加熱過程中壓力變化造成氣袋破裂；

(2)自動加壓部件可使氣袋中樣品在正壓環境下自動輸出，可控制輸出氣體量；

(3)氣體輸出快速接頭可具有具備六氣路輸出，提高了加熱工作效率；

(4)氣體輸出口使用快速接頭兼容GC或GC-MS連接進樣，降低手工進樣帶來的誤差。

附圖說明

圖1是本發明實施例的揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置的透視效果圖。

圖2是本發明實施例的加熱恆溫部件的工作原理圖。

圖3是本發明實施例的自動加壓部件的工作原理圖。

圖4是本發明實施例的快速接頭的剖面圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

根據本發明的基本構思，本發明實施例設計一款揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置，用於解決GC或GC-MS對氣袋中的有機氣體組分分析時，氣袋暴露在空氣中迅速冷凝而造成有機物吸附損失濃度降低的情況，又降低了人工擠壓氣袋進樣帶來的進樣量誤差，可支持多個(例如可以支持6個)氣體樣品的同時加熱，解決了每個氣袋單獨加熱引起的熱量損失等問題。

圖1是本發明實施例的揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置的透視效果圖。本發明實施例的揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置，包括箱體，其中，箱體內配置為放置至少一收集揮發性有機物氣體的氣袋，氣袋包括氣嘴，所述氣嘴從箱體內部穿出，氣嘴上設置有氣閥，氣袋內形成第一空間，箱體內壁與氣袋外壁形成第二空間；並且箱體上設置有加熱恆溫部件，用於對所述氣袋內的氣體加熱和保持溫度。自動加熱進樣器具備加熱功能，可有效防止氣袋壁液滴凝結。

本實施例中的箱體可以選擇具有密封性和保溫性的材料，以保持箱體內部的溫度和箱體內的空氣密閉性；還優選的，所述箱體可以為透明材料，以方便作業者觀察箱體內部。箱體可以分隔為多個彼此熱連通的空間以放置多個氣袋，並且在加熱時保持箱體整體內部同時被加熱，各氣袋也能同時被加熱。作為優選的，所述密封箱材料為透明塑料材質。

參見圖1所示本發明實施例的加熱恆溫部件，可包括加熱片4、PID溫度控制器和溫度傳感器3。其中，加熱片4和溫度傳感器3分別電性連接至所述PID溫度控制器，加熱片4可以貼於箱體的內壁上(形式可以為薄膜加熱片)，用於對箱體內的氣袋同時加熱；溫度傳感器3用於對箱體內部溫度進行自動檢測；PID溫度控制器用於根據溫度傳感器3檢測的溫度經計算後控制加熱片4加熱或者停止加熱。加熱恆溫部件能自行平衡大氣壓防止氣袋加熱過程中壓力變化造成氣袋破裂。

圖2是本發明實施例的加熱恆溫部件的工作原理圖。當溫度傳感器3所測箱體內部溫度下降至第一設定溫度(即圖中所示下限)以下，所述PID溫度控制器控制所述加熱片加熱；當溫度傳感器所測溫度上升至第二設定溫度(即圖中所示上限)以上，所述PID溫度控制器控制所述加熱片停止加熱。上述第一設定溫度為氣袋內的氣體樣品的待加熱溫度的下限，可根據氣袋內的氣體類型進行具體設定，優選的為115℃；第二設定溫度為氣袋內的氣體樣品的待加熱溫度的上限，優選的為125℃。第一設定溫度和第二設定溫度可通過位於箱體外部的PID控制面板7上的相應按鍵進行設定。

對揮發性有機物加熱時，可以打開位於箱體外部的加熱開關8，進行自動加熱，自動加熱過程中，通過溫度傳感器3可控制氣袋內的氣體溫度位於第一設定溫度和第二設定溫度之間。

對於PID溫度控制器，其可以包括繼電器(例如3A溫度繼電器)，繼電器用於閉合電路使加熱片4加熱，還用於切斷電路使加熱片停止加熱。當溫度上升到預定值的時候，繼電器切斷電路，電熱器停止工作，被加熱器件自然散熱溫度下降當溫度下降到預定值的時候，繼電器重新閉合電路，電熱器工作，被加熱器件溫度上升，這樣就保證被加熱器件始終在一定溫度範圍內。

本發明實施例的揮發性有機物氣體自動加熱進樣裝置還可包括自動加壓部件。自動加壓部件可包括隔膜泵5、壓力傳感器6和壓力控制電路，所述隔膜泵5和壓力傳感器6分別電性連接至所述壓力控制電路，所述壓力傳感器6設置在所述第二空間內；所述箱體壁上開設有連通第二空間的開口(可位於箱體的頂部)。當壓力傳感器6所測壓力下降至第一設定壓力以下，所述壓力控制電路控制所述隔膜泵5從所述開口向第二空間輸入氣體；當所述壓力傳感器6所測壓力達到第二設定壓力，停止隔膜泵5工作。上述第一設定壓力和第二設定壓力為第二空間內壓力的下限和上限，目的是保證內外部氣體壓力平衡。上述的壓力控制電路也可以通過PID溫度控制器實現。

圖3是本發明實施例的自動加壓部件的工作原理圖。通過箱體外部的相應加壓(保壓)開關9啟動加壓後，隔膜泵5兩端電源接通，從開口對箱體輸入氣體，當壓力到達設定值(第二設定壓力)後，停止加壓，進入保壓狀態。當壓力小於設定壓力值下限(第一設定壓力)，隔膜泵5重新工作，基於PID原理的壓力控制電路與溫度控制流程基本相同，在此不予贅述。

進一步的，本發明實施例的裝置還可包括壓力自動平衡部件，當壓力傳感器所測壓力超過第二設定壓力，所述壓力自動平衡部件控制第二空間與外部連通，使箱體內壓力與大氣壓平衡。

進一步的，本發明實施例的裝置還可包括壓力安全閥1，該壓力安全閥1設置在開口上，箱體通過壓力安全閥1與大氣聯通，壓力安全閥1根據系統的工作壓力能自動啟閉。當壓力平衡部分失效或壓力控制部分失效，以至於箱體內到達壓力峰值，壓力安全閥1可以自動開啟。

圖4是本發明實施例的快速接頭的剖面圖。本發明實施例的箱體壁上設置有至少一個快速接頭，每一快速接頭配置為與每一所述氣袋的氣嘴連接，通過所述快速接頭控制氣嘴的開啟或關閉。

並且，快速接頭位於箱體外壁的埠配置為連接GC或者GC-MS。

圖4所示的快速接頭2可以是一種不需要工具就能實現管路連通或斷開的接頭。

其中，採用特氟龍材質的導氣管(該導氣管例如可以是氣袋的氣嘴)稱作「子體」，快速接頭稱作「母體」(即本發明實施例中的快速接頭2)；

在連接輸出氣路時：當子體插入有密封圈203的母體一側時，通過不鏽鋼珠202頂抵快拆鎖環201，使閥門打開導致流體流動，密封圈203被密封彈簧205的力量通過自密封頭204推回原來的位置，不鏽鋼珠會鎖住以確保子/母體連接，裡面的墊圈能完全阻斷氣體的滲漏。

不連接輸出氣路時：此時母體的密封圈203移到另一端，不鏽鋼珠202自動向外滾動，子體被閥門密封彈簧205的反作用力彈開，閥門就能自動關閉以阻斷流體流動。

快速接頭可以設置多個，以與箱體內部的氣袋數量匹配。從而實現多路氣路(例如6路)輸出，並且使用快速接頭兼容GC或GC-MS連接進樣。

以上通過本發明實施例，能夠使氣袋中樣品加熱，有效防止氣袋壁液滴凝結，同時可自行平衡大氣壓；並且自動加壓部件可使氣袋中樣品在正壓環境下自動輸出，控制輸出氣體量；並且快速接頭可具有具備多路氣路輸出，提高了加熱工作效率。

以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。