CN104729887A - 一种具有小死体积的气体污染物采样管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有小死体积的气体污染物采样管及其制造方法。所述采样管包括外管、第一内衬管、第二内衬管、吸附剂、第一过滤网及第二过滤网；所述吸附剂装填于所述外管内的中部，所述第一和第二过滤网分别设置于所述吸附剂的两端，所述第一内衬管设置在第一过滤网与外管其中一个管口之间形成的空间内，所述第二内衬管设置在第二过滤网与外管另一个管口之间形成的空间内，所述第一内衬管和第二内衬管的外径均与外管的内径相匹配。本发明所述的采样管通过加入两个内衬管使死体积减小到0.5mL以下，是传统采样管的1/4～1/5。对应的初始峰宽减小到0.1min以下，是原来的1/4～1/5，从而可以显著提高柱效、增强分离能力、提高分析速度。

Description

一种具有小死体积的气体污染物采样管及其制造方法

技术领域

本发明涉及气体污染物的分析技术领域，尤其涉及一种具有小死体积的气体污染物采样管及其制造方法，所述采样管可以与空气采样器、气相色谱仪、热解吸仪配套使用。

背景技术

气体污染物的分析测定目前广泛采用“固体吸附/热脱附-气相色谱法”，例如“GB 50325-2010民用建筑工程室内环境污染控制规范”、“HJ 583-2010环境空气苯系物的测定固体吸附/热脱附-气相色谱法”、“GB/T 18883-2002室内空气质量标准”等。

采样管是完成上述检测的重要部件。传统的采样管都是在直型的外管中部装填吸附剂，外管的规格按标准规定为外径6mm，内径4～5mm，长90～180mm的不锈钢管或玻璃管。其中外径6mm，内径5mm，长150mm的尺寸使用最为普遍。这种采样管其吸附管内腔体积为2.94mL，吸附剂装填量一般为150～200mg，所占体积约为0.3～0.4mL，其余部分全部留空，这样就形成了2.5mL以上的死体积。吸附管在热解吸进样操作时要与0.53μm内径的毛细管色谱柱串联使用，其流量一般小于5mL/min，因此使用这种采样管时，由于有较大死体积，导致进样的初始峰宽在0.5min以上，这样就造成了色谱柱效和分离能力的降低以及检测灵敏度的下降。虽然减小采样管内径也可达到减小死体积的目的，但会增加吸附剂填充长度，从而导致采样的气流阻力超过国标规定。例如“GB 50325-2010民用建筑工程室内环境污染控制规范”中规定采样管在空气流量为0.5L/min时阻力应在5～10kPa之间，若使用内径小于4mm的采样管，阻力将显著超过上述规定。

为了改善采样管的使用效果，目前采样管的研究都集中在寻找更好的吸附剂上，例如国家发明专利“CN 201965043U采样管和大气痕量挥发性有机物采样-富集-热解析装置”、“CN201156024Y用于烹调油烟挥发性有机化合物分析的采样管”等。但上述方法都没有解决采样管死体积大的问题。通过改进采样管内部构造达到减小死体积、同时不增加气流阻力的研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有小死体积的气体污染物采样管及其制造方法。该采样管可以将死体积减小到0.5mL以下，从而使进样的初始峰宽减小到0.1min以下、获得更高的柱效。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为：

一种具有小死体积的气体污染物采样管，所述采样管包括外管、第一内衬管、第二内衬管、吸附剂、第一过滤网及第二过滤网；所述吸附剂装填于所述外管内的中部，所述第一和第二过滤网分别设置于所述吸附剂的两端，所述第一内衬管设置在第一过滤网与外管其中一个管口之间形成的空间内，所述第二内衬管设置在第二过滤网与外管另一个管口之间形成的空间内，所述第一内衬管和第二内衬管的外径均与外管的内径相匹配。

上述方案中，所述第一内衬管和第二内衬管的内径均为1mm，长度为40～70mm。

上述方案中，所述采样管的死体积小于0.5mL，采样时气流阻力不大于10KPa。

上述方案中，所述采样管还包括第一固定卡环及第二固定卡环，所述第一固定卡环及第二固定卡环分别用于固定第一内衬管、第二内衬管、吸附剂、第一过滤网及第二过滤网。

上述方案中，所述第一内衬管和第二内衬管的两端均为90°角内圆锥型。

上述方案中，所述吸附剂与所述外管的两端管口的距离相同。

上述方案中，所述第一内衬管和第二内衬管的材质为经过表面脱活处理的不锈钢、石英玻璃、硬质玻璃或聚四氟乙烯。

所述的气体污染物采样管的制造方法，包括如下步骤：

1)将预定种类和质量的吸附剂紧密装入到外管的中部，使吸附剂与所述外管的两端管口的距离相同，然后装入第一和第二过滤网使吸附剂不会漏出；

2)测量第一过滤网与外管其中一个管口之间形成的空间的长度Lmm，按Lmm-3mm的长度截取第一和第二内衬管；

3)将第一和第二内衬管分别插入至过滤网和外管管口形成的两段空间中，然后用第一固定卡环及第二固定卡环固定。

上述方案中，所述步骤2)还包括将第一和第二内衬管的两端加工为90°角内圆锥型的步骤。

气体污染物采样管在空气采样器及配热解吸进样装置的气相色谱仪中的应用。

可以理解的是，外管的尺寸为：外径6mm、内径4～5mm、长度150～180mm，其中内径的加工公差为-0mm～+0.05mm。外管的材质为不锈钢、硬质玻璃或石英玻璃中的一种，并且经过表面脱活处理。

可以理解的是，吸附剂可以为文献报道的各种常见吸附剂，如活性炭、Tenax-TA、Tenax-GC、TDX系列碳分子筛，GDX系列高分子小球等，也可以是相关文献中使用的其他吸附剂。可以根据实际需要选择上述吸附剂中的一种或几种的组合。吸附剂的粒度可以为40～100目，装填量可以为100～500mg，也可以是相关文献中报道的其他规格。一般情况下，吸附剂的种类、用量、粒度均根据相关国标规定。

可以理解的是，过滤网可以为玻璃纤维或者不锈钢网，安装在吸附剂的两端，用以防止吸附剂颗粒漏出。

可以理解的是，内衬管外径的加工公差为-0.05mm～+0mm，以保证内衬管可以插入到外管中而且与外管紧密接触。内衬管的内径为1mm，在该内径下，对气流产生的阻力可以忽略不计。按0.5L/min的流量进行采样时，气流阻力在5～10KPa之间，与不添加内衬管相比无明显变化，符合国标规定。内衬管的长度为40～70mm，具体实施时其长度视吸附剂装填量而定，以完全占据外管中未装填吸附剂的区间为准。内衬管的内孔两端倒角为90度内圆锥形，使过渡平滑，防止涡流产生。内衬管的材质为不锈钢、玻璃、石英或聚四氟乙烯中的一种，并且经过表面脱活处理。

可以理解的是，固定卡环为不锈钢材质的单圈弹簧，自由外径5.2～5.5mm，压缩外径小于5mm，卡入外管两端，用于固定内部的吸附剂、过滤网、内衬管。

外管、过滤网、内衬管、固定卡环在使用前都经表面脱活处理。脱活处理的方法为：依次用10％碳酸钠溶液、20％硝酸溶液、纯水、丙酮洗涤，然后在5％二氯二甲基硅烷的甲苯溶液中浸泡5min，取出后用乙醇洗净，干燥备用。

本发明相比现有技术具有如下特点：

本发明所述的采样管通过加入两个内衬管使死体积减小到0.5mL以下，是传统采样管的1/4～1/5。对应的初始峰宽减小到0.1min以下，是原来的1/4～1/5，从而可以显著提高柱效、增强分离能力、提高分析速度。同时峰宽减小也使得峰高显著增强，灵敏度显著提高。又因为吸附剂填充区域的直径仍为5mm，因此气流阻力不会有明显变化，符合国标对采样管阻力的要求，适合现有常规空气采样器的使用。该采样管的外形与接口与现有采样管完全相同，因此在安装使用上无特殊要求，在现有热解吸仪上可直接使用，无需对现有仪器进行任何改造。

附图说明

图1为本发明所述的采样管的剖视结构图。

图2为本发明实施例1中的采样管与对照例中的采样管的使用效果对比图。与目前常用的采样管(对照例)相比，本发明所制的采样管(实施例1)在进样时具有较小的死体积，因此峰形更加尖锐，柱效更高。以苯的峰为例，其峰宽减小29％，峰高增强20％，柱效提高一倍。

具体实施方式

以下结合实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

对照例1

市售的符合“GB 50325-2010民用建筑工程室内环境污染控制规范”规定的测定TVOC的采样管，具体为：外径6mm、内径5mm、长150mm的内壁光滑的不锈钢管，内装60～80目的TENAX-TA吸附剂200mg。经测量和计算，该采样管中装填吸附剂部分所占体积为0.51mL，死体积为2.43mL。该采样管按国标规定的方法进行活化、采样、测定操作。在0.5L/min的流速下进行采样时，气流阻力为8KPa。以TVOC标样按GB 50325-2010规定的条件评价其使用效果，结果见图2。

实施例1

如图1所示，其为本实施例提供的一种具有小死体积的气体污染物采样管，它包括外管1、第一内衬管4、第二内衬管6、吸附剂2、第一过滤网3及第二过滤网7、第一固定卡环5及第二固定卡环8。

吸附剂2装填于所述外管1内的中部，第一过滤网3和第二过滤网7分别设置于吸附剂2的两端，第一内衬管4设置在第一过滤网3与外管1其中一个管口之间形成的空间内，第二内衬管6设置在第二过滤网7与外管另一个管口之间形成的空间内，第一内衬管4和第二内衬管6的外径均与外管1的内径相匹配。第一固定卡环5及第二固定卡环8分别用于固定第一内衬管4、第二内衬管6、吸附剂2、第一过滤网3及第二过滤网7。第一内衬管4和第二内衬管6的两端均为90°角内圆锥型。吸附剂2与外管1的两端管口的距离相同。该采样管符合“GB 50325-2010民用建筑工程室内环境污染控制规范”规定且具有小死体积。

具体制作过程为：取外径6mm、内径5mm、长度150mm的不锈钢外管1，该不锈钢外管1的内壁进行抛光并使内径的公差为-0mm～+0.05mm。将该不锈钢外管1依次用10％碳酸钠溶液、20％硝酸溶液、纯水、丙酮洗涤，以除去表面附着的各种污染物，然后在5％二氯二甲基硅烷的甲苯溶液中浸泡5min，取出后用乙醇洗净，从而达到表面脱活的目的。干燥后备用。称取60～80目的TENAX-TA吸附剂200mg，将其紧密的装入不锈钢外管1的中间部位。取不锈钢第一过滤网3及第二过滤网7，按不锈钢外管1相同的方法进行清洗、脱活、干燥，然后分别从两端塞入不锈钢外管1并压紧，使吸附剂2不会漏出。经测量，吸附剂2两端空间的长度为65mm。取内径1mm、外径5mm、长62mm的不锈钢管两段制作第一内衬管4及第二内衬管6，将其外壁抛光并加工至外径公差为-0.05mm～+0mm，将其两端加工为90°角内圆锥型。加工好的第一内衬管4及第二内衬管6按不锈钢外管1相同的方法进行清洗、脱活、干燥，然后将第一内衬管4及第二内衬管6分别插入外管1两端的空间中，然后用第一固定卡环5及第二固定卡环8固定(固定卡环在使用前按不锈钢外管相同的方法进行清洗、脱活、干燥)。即得具有小死体积的测TVOC采样管。经测量和计算，该采样管中装填吸附剂部分所占体积为0.51mL，与对照例1相同，死体积为0.35mL，显著小于对照例1。在0.5L/min的流速下进行采样时，该采样管的气流阻力为8KPa，与对照例1相同。

该采样管按国标规定的方法进行活化、采样、测定操作，具体为：将采样管安装在热解吸仪上，两端用螺母及密封圈固定并保持气密性，在350℃下通氮气活化吸附管至无杂峰为止。活化后的采样管密封冷藏保存备用。使用时，在采样现场打开采样管，与空气采样器连接，按规定的流量和体积进行采样，采样完成后密封保存，带回实验室测定。测定时，将已经采样的采样管安装在热解吸仪上，按方法规定的解吸附条件和色谱条件进行进样测定。以TVOC标样按GB 50325-2010规定的条件评价其使用效果，结果见图2。

实施例2

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：外管1为外径6mm、内径4mm、长度150mm的硬质玻璃管。吸附剂为60～80目的椰子壳活性炭吸附剂100mg。吸附剂两端空间的长度为67mm，取内径1mm、外径4mm、长64mm的硬质玻璃管两段制作第一内衬管4及第二内衬管6。

经测量和计算，该采样管中装填吸附剂部分所占体积为0.17mL，死体积为0.22mL。在0.5L/min的流速下进行采样时，该采样管的气流阻力为5KPa

该采样管按国标规定的方法进行活化、采样、测定操作，具体为：将采样管安装在热解吸仪上，两端用螺母及密封圈固定并保持气密性，在350℃下通氮气活化吸附管至无杂峰为止。活化后的采样管密封冷藏保存备用。使用时，在采样现场打开采样管，与空气采样器连接，按规定的流量和体积进行采样，采样完成后密封保存，带回实验室测定。测定时，将已经采样的采样管安装在热解吸仪上，按方法规定的解吸附条件和色谱条件进行进样测定。测定结果与实施例1大致相同。

实施例3

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：外管1为外径6mm、内径5mm、长度180mm的不锈钢管。吸附剂为60～80目的TENAX-TA吸附剂300mg。吸附剂两端空间的长度为70mm，取内径1mm、外径5mm、长67mm的石英玻璃管两段制作第一内衬管4及第二内衬管6。

经测量和计算，该采样管中装填吸附剂部分所占体积为0.76mL，死体积为0.37mL。在0.5L/min的流速下进行采样时，该采样管的气流阻力为10KPa。该采样管按国标规定的方法进行活化、采用、测定操作。测定结果与实施例1大致相同。

Claims (10)

1.一种具有小死体积的气体污染物采样管，其特征在于，所述采样管包括外管、第一内衬管、第二内衬管、吸附剂、第一过滤网及第二过滤网；所述吸附剂装填于所述外管内的中部，所述第一和第二过滤网分别设置于所述吸附剂的两端，所述第一内衬管设置在第一过滤网与外管其中一个管口之间形成的空间内，所述第二内衬管设置在第二过滤网与外管另一个管口之间形成的空间内，所述第一内衬管和第二内衬管的外径均与外管的内径相匹配。

2.如权利要求1所述的气体污染物采样管，其特征在于，所述第一内衬管和第二内衬管的内径均为1mm，长度为40～70mm。

3.如权利要求1所述的气体污染物采样管，其特征在于，所述采样管的死体积小于0.5mL，采样时气流阻力不大于10KPa。

4.如权利要求1所述的气体污染物采样管，其特征在于，所述采样管还包括第一固定卡环及第二固定卡环，所述第一固定卡环及第二固定卡环分别用于固定第一内衬管、第二内衬管、吸附剂、第一过滤网及第二过滤网。

5.如权利要求1所述的气体污染物采样管，其特征在于，所述第一内衬管和第二内衬管的两端均为90°角内圆锥型。

6.如权利要求1所述的气体污染物采样管，其特征在于，所述吸附剂与所述外管的两端管口的距离相同。

7.如权利要求1所述的气体污染物采样管，其特征在于，所述第一内衬管和第二内衬管的材质为经过表面脱活处理的不锈钢、石英玻璃、硬质玻璃或聚四氟乙烯。

8.如权利要求1所述的气体污染物采样管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将预定种类和质量的吸附剂紧密装入到外管的中部，使吸附剂与所述外管的两端管口的距离相同，然后装入第一和第二过滤网使吸附剂不会漏出；

2)测量第一过滤网与外管其中一个管口之间形成的空间的长度Lmm，按Lmm-3mm的长度截取第一和第二内衬管；

3)将第一和第二内衬管分别插入至过滤网和外管管口形成的两段空间中，然后用第一固定卡环及第二固定卡环固定。

9.如权利要求1所述的气体污染物采样管的制造方法，其特征在于，所述步骤2)还包括将第一和第二内衬管的两端加工为90°角内圆锥型的步骤。

10.如权利要求1所述的气体污染物采样管在空气采样器及配热解吸进样装置的气相色谱仪中的应用。