CN104502493A - 一种用于连续在线观测水中挥发性有机物的吹扫捕集仪 - Google Patents

Abstract

一种用于连续在线观测水中挥发性有机物的吹扫捕集仪，涉及水体中易挥发有机物检测。氮气经接进样六通阀的氮气进口，并经定量环接进样六通阀的样品出口，进样六通阀的样品出口接入吹扫室，样品在吹扫室内气提，吹扫室吹扫出的气体依次经手动六通阀、干燥管和十通阀进入捕集管，循环水散热系统设在捕集管、制冷片和加热管外，排水阀的进水口设于吹扫室内，干燥管流量控制器的入口外接干燥空气源，干燥管流量控制器的出口接干燥管；十通阀的目标物出口经加热解析流量控制器和气相色谱进样六通阀进入分离检测器，气相色谱进样六通阀的氮气入口外接氮气源，分离检测器的干燥空气入口外接干燥空气源，分离检测器的氢气入口外接氢气源。

Description

一种用于连续在线观测水中挥发性有机物的吹扫捕集仪

技术领域

本发明涉及水体中易挥发有机物检测，尤其是涉及一种用于连续在线观测水中VOCs的吹扫捕集仪。

背景技术

吹扫捕集方法的原理，一般是用高纯氮气或者氦气气提吹扫室内的水样或土壤样品，将溶解在土壤或者水中的易挥性发气体吹扫出来，富集至填有活性填料的捕集管中，可常温或者低温进行捕集。吹扫结束后，捕集管瞬间加热，将捕集的待分析气体样解析进入仪器及检测器测定。

吹扫捕集技术运用非常广泛，与色谱分离和质谱检测联用后，常用于测定水体中、土壤及大气中的易挥发性及半挥性发有机物。捕集管在低温条件下，提高吸附效率，因而提高了样品检测方法的灵敏度。传统商业化的吹扫捕集仪器，一般用液氮及液态二氧化碳来制冷捕集管，达到低温捕集的效果。另外，吹扫捕集仪器也很少用于野外现场在线连续测量。中国专利CN103675308A公开一种在线VOCs分析的吹扫仪器，可实现在线的自动观测。虽然技术有很大的改进，但是还无法实现低温冷肼捕集。然而，用液氮及液态二氧化碳制冷的方式不仅花费很高，庞大冷液罐携带不便，而且分析样品数目往往受制冷剂的限制。如果能够研发一种制冷捕集管的方式来替代传统利用制冷剂制冷，那么可以极大提高吹扫捕集仪器的适用性能，并节约测量成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的连续在线测量水体中易挥发有机物(VOCs)存在的技术难题，提供可电制冷，可在调查现场连续自动进样测量水体中的VOCs，用于船载在线长期连续测量海水中的二甲基硫化物(DMS)，并可应用于其他环境监测如水质在线连续自动检测等的一种用于连续在线观测水中VOCs的吹扫捕集仪。

本发明设有十通阀、进样六通阀、气相色谱进样六通阀、手动六通阀、制冷片、加热管、捕集管、循环水散热系统、定量环、吹扫室、排水阀、干燥管、吹扫流量控制器、干燥管流量控制器、加热解析流量控制器、分离检测器；

所述进样六通阀的待测样品进样口外接待测样品源，氮气经接进样六通阀的氮气进口，并经定量环接进样六通阀的待测样品出口，进样六通阀的待测样品出口经管道接入吹扫室，待测样品在吹扫室内利用氮气进行气提，吹扫室吹扫出的气体依次经手动六通阀、干燥管和十通阀进入捕集管，循环水散热系统设在捕集管、制冷片和加热管外，制冷片对捕集管制冷，排水阀的进水口设于吹扫室内，干燥管流量控制器的入口外接干燥空气源，干燥管流量控制器的出口接干燥管；十通阀的目标物出口经加热解析流量控制器和气相色谱进样六通阀进入分离检测器，气相色谱进样六通阀的氮气入口外接氮气源，分离检测器的干燥空气入口外接干燥空气源，分离检测器的氢气入口外接氢气源。

本发明可连用气相色谱及质谱等分离分析仪器，实现水体中VOCs的在线连续自动测量。

本发明的控制系统，包括用于进样六通阀模块状态控制，十通阀模块状态控制，制冷、加热管及捕集管集成模块状态控制，排水模块状态控制以及与连用检测分析仪器信号处理控制。控制系统采用时间逻辑，通过设定时间来控制各个部件的状态，并实现仪器分析流程。连用检测分析仪器信号处理控制方式，采用与联用仪器自动进样器接口连接，并通过信号线释放短路信号的方法，来实现仪器间的通讯。

所述进样六通阀采用一种定量环连接至六通阀，用水泵持续将样品抽入定量环，通过进样六通阀切换，系统将样品压入吹扫室，实现自动控制进样。

所述吹扫室可采用特氟龙材质制成的吹扫室，采用气管插入吹扫室底部的气提方法。该吹扫室与传统玻璃吹扫室相比，在现场作业都更为安全，更有良好的气密性。

所述十通阀切换模块可加装预分离柱，用于系统气路切换。

制冷、加热组件及捕集管集成模块，制冷组件由制冷腔，优选半导体制冷片及电源构成。制冷腔为一铝块，铝块中间有1cm直径的孔洞，用于放置加热套管及捕集管。制冷片夹在制冷腔两边，制冷片冷面紧贴制冷腔，用于制冷腔的降温，进而制冷捕集管。

本发明在进行样品测量时的吹扫捕集方法如下：

待测样品通过管道接入进样六通阀，并充满接于进样六通阀上的样品定量环。开启吹扫仪器，制冷片开始工作，进行捕集管制冷。待捕集管温度降至所需要的温度后，通过切换十通阀，仪器进入吹扫状态，切换进样六通阀，将样品定量环置于吹扫气路中，管路中流通的高纯氮气将定量环中的样品压入吹扫室。控制高纯氮气流量，对吹扫室内的样品进行气提。吹扫出来的气体通过Nafion干燥管干燥后，被制冷的捕集管捕集。样品吹扫的同时，制冷片继续工作，以保持捕集温度。在吹扫室与Nafion干燥管之间，设有手动六通阀，该手动六通阀一般处于关闭状态用来保护系统。吹扫结束后，切换十通阀，仪器进入解析及散热状态，制冷片停止工作，加热管开始工作，捕集管迅速升温，将目标物质解析，捕集管的解析温度可控。解析出来的目标物通过气相色谱六通阀进入气相色谱仪分离和检测。触发气相色谱进校六通阀的瞬间，气相色谱的数据记录系统自动开始谱图数据记录，并完成样品测定分析。样品解析完成后，切换十通阀，同时打开排水阀，仪器进入排水状态。系统内的高纯氮气，将吹扫室内的水样通过插至吹扫室底部的管道压至排水阀排出系统。排水结束后，仪器进入等待状态，并开始新的样品测定。

本发明是一种可实现电制冷，高度可控制，用于连续在线测量水中易挥发有机物(VOCs)的仪器。利用水泵将水样连续抽入进样六通阀的定量环，通过控制进样六通阀的切换，将样品压入吹扫室气提并实现连续进样。气提出的VOCs，经过干燥后，被捕集管捕集。捕集管置于一制冷及加热装置内，实现在低温下捕集VOCs，在高温下解析VOCs进入联用仪器分离分析。通过一单片机控制器，实现吹扫仪器自动控制，并可与联用仪器进行信号通讯。仪器的各个参数，可由一软件进行设置。仪器结构紧凑，操作简便，同时实现连续在线测量水中VOCs。

本发明有效解决了低温捕集的问题及连续观测的难题。有效节约了测定成本，并实现了连续高效的现场测定。

附图说明

图1是本发明实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

下面具体说明本发明与气相色谱脉冲火焰光度检测器(GC-PFPD)联用，用于船载走航在线连续观测表层海水中的一种易挥发有机物——二甲基硫(DMS)。

参见图1，本发明实施例设有十通阀1、进样六通阀2、气相色谱进样六通阀3、手动六通阀4、制冷片5、加热管6、捕集管7、循环水散热系统8、定量环9、吹扫室10、排水阀11、干燥管12、吹扫流量控制器13、干燥管流量控制器14、加热解析流量控制器15、分离检测器16。

所述进样六通阀2的待测样品进样口外接待测样品源A，氮气经13接进样六通阀2的氮气进口B，并经定量环9接进样六通阀2的待测样品出口，进样六通阀2的待测样品出口经管道接入吹扫室10，待测样品在吹扫室10内利用氮气进行气提，吹扫室10吹扫出的气体依次经手动六通阀4、干燥管12和十通阀1进入捕集管7，循环水散热系统8设在捕集管7、制冷片5和加热管6外，制冷片5对捕集管7制冷，排水阀11的进水口设于吹扫室10内，干燥管流量控制器14的入口外接干燥空气源C，干燥管流量控制器14的出口接干燥管12；十通阀1的目标物出口经加热解析流量控制器15和气相色谱进样六通阀3进入分离检测器16，气相色谱进样六通阀3的氮气入口外接氮气源D，分离检测器16的干燥空气入口外接干燥空气源C，分离检测器16的氢气入口外接氢气源E。

本发明开启后，制冷片开始工作，并对捕集管进行制冷。在一定时间内，待捕集管温度降至所需要的温度后，进入进样分析步骤。仪器通过进样六通阀与定量环进样，可以将该定量环接入水泵系统，也可以用注射器进样。进样六通阀切换后，通过系统内部的气压，将定量环中的样品压入吹扫室。进样后，样品在吹扫室内，利用高纯氮进行气提。吹扫出的气体，经过Nafion管干燥后，被制冷的捕集管捕集。吹扫结束后，气路切换至进样模式，制冷片停止工作，加热管工作，捕集管迅速升温，将目标物质解析。捕集管的解析温度可以通过，加热时间来控制。通过与气相色谱六通阀处利用一条钝化不锈钢管道连接，控制六通阀的切换，实现由吹扫仪器到GC进样分析的过程。在吹扫仪器解析进样的瞬间，短路信号通过线路发送至GC自动进样器接口，触发六通阀的切换，进而完成自动进样的过程。此时，数据记录系统会自动开始谱图数据记录，完成测定。色谱工作站，可以编辑样品采样列表，制定吹扫仪器的分析样品数目。吹扫仪器每完成一次的测定，就会触发一次样品分析及记录。解析进样结束后，气路切换，排水阀开启，通过内部压力，将分析完的水样排出。

Claims (1)

1.一种用于连续在线观测水中挥发性有机物的吹扫捕集仪，其特征在于设有十通阀、进样六通阀、气相色谱进样六通阀、手动六通阀、制冷片、加热管、捕集管、循环水散热系统、定量环、吹扫室、排水阀、干燥管、吹扫流量控制器、干燥管流量控制器、加热解析流量控制器、分离检测器；

所述进样六通阀的待测样品进样口外接待测样品源，氮气经接进样六通阀的氮气进口，并经定量环接进样六通阀的待测样品出口，进样六通阀的待测样品出口经管道接入吹扫室，待测样品在吹扫室内利用氮气进行气提，吹扫室吹扫出的气体依次经手动六通阀、干燥管和十通阀进入捕集管，循环水散热系统设在捕集管、制冷片和加热管外，制冷片对捕集管制冷，排水阀的进水口设于吹扫室内，干燥管流量控制器的入口外接干燥空气源，干燥管流量控制器的出口接干燥管；十通阀的目标物出口经加热解析流量控制器和气相色谱进样六通阀进入分离检测器，气相色谱进样六通阀的氮气入口外接氮气源，分离检测器的干燥空气入口外接干燥空气源，分离检测器的氢气入口外接氢气源。