CN105181431B - 一种挥发性有机物气体捕集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体捕集装置，属于环境监测领域，具体涉及一种挥发性有机物气体捕集装置。包括：安装于所述冷端上的捕集头，所述捕集头包括：由非金属材料构成的凹形池体，放置于所述凹形池体底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体捕集管，从所述池体底部向外依次放置于所述气体捕集管上的绝缘片、隔热片和导热片，并且所述导热片与所述冷端相接触。因此，本发明具有如下优点：(1)挥发性有机物气体浓缩效果好，可实现定量捕集和定量热脱附；(2)能耗低并且无污染。

Description

一种挥发性有机物气体捕集装置
技术领域
本发明涉及一种气体捕集装置，属于环境监测领域，具体涉及一种挥发性有机物气体捕集装置。
背景技术
空气中的有机化合物通常用气相色谱和气相色谱/质谱方法进行测定，比如环境空气中臭氧前驱体碳氢化合物和有毒有害卤代烃及含氧有机物的测定。
环境空气中有机化合物的浓度比较低，难以用分析仪器直接进行测定；因此，需要对空气中的有机化合物进行浓缩后进行分析。浓缩仪应该满足：对极性、非极性各类挥发性有机化合物都能够定量吸附和定量解吸，各类挥发性有机化合物在浓缩及解吸过程中不发生化学反应和不可逆吸附。
目前的浓缩挥发性有机物气体的方法主要有吸附剂吸附浓缩和低温空管冷冻浓缩。但是，吸附剂具有选择性吸附和不可逆吸附的弊端，对低沸点有机化合物和极性有机化合物的吸附、热解吸效果不好。低温空管冷冻浓缩制冷方法有液氮制冷、半导体制冷、压缩机制冷；液氮制冷成本高、受条件限制不易推广，半导体制冷效果较差，压缩机制冷耗电高、体积大、质量重，需要定期添加氟利昂制冷剂，污染环境。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中所存在的吸附浓缩方法的吸附及热解吸效果不好，以及低温冷冻的液氮制冷、半导体制冷、压缩机制冷存在的弊端，提供了一种挥发性有机物气体捕集装置。该捕集系统的制冷装置制冷效果好、无污染，捕集系统的捕集头可以定量捕集、定量热脱附极性、非极性各类挥发性有机物，从而能够在线或离线分析极性和非极性各类挥发性有机物。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种挥发性有机物气体捕集装置，包括：安装于所述冷端上的捕集头，所述捕集头包括：由非金属材料构成的凹形池体，放置于所述凹形池体底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体捕集管，根据分析需要，凹形池体底部可以并联安装两根捕集管，实现双路采样捕集浓缩不同类别挥发性有机物。
从所述池体底部向外依次放置于所述气体捕集管上的绝缘片、隔热片和导热片，并且所述导热片与所述冷端相接触。
优化的，上述的一种挥发性有机物气体捕集装置，所述气体捕集管的两端与加热电源相连。
优化的，上述的一种挥发性有机物气体捕集装置，所述池体的底部设置具有一定宽度和深度的螺纹形状的凹槽，并且所述气体捕集管安装于该凹槽内。
优化的，上述的一种挥发性有机物气体捕集装置，所述凹形池体外部设置有一个带有气体出入口的密封外罩。
优化的，上述的一种挥发性有机物气体捕集装置，所述密封外罩包括：固定于所述冷端上的固定板，所述固定板上设置有保温套，所述保温套与一个可开闭的上盖连接，当所述上盖闭合后，所述固定板、保温套、上盖形成一个将所述冷端的顶部包裹于内的空腔。
优化的，上述的一种挥发性有机物气体捕集装置，所述上盖上设置有通向所述密闭空腔内部的两个通气细管。
优化的，上述的一种挥发性有机物气体捕集装置，所述管座上还设置一个接水盘。
优化的，上述的一种挥发性有机物气体捕集装置，所述气体捕集管与温度传感器相连接。
因此，本发明具有如下优点：(1)挥发性有机物气体浓缩效果好，可实现定量捕集和定量热脱附极性和非极性各类挥发性有机物；(2)能耗低并且无污染。
附图说明
附图1是本发明的一种结构示意图；
附图2是本发明毛细管座结构示意图。
附图3是本发明冷冻捕集头局部结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，冷源1、冷端2、捕集头3、凹形池体301、气体捕集管302、绝缘片303、隔热片304、导热片305、固定板4、保温套5、上盖6、接水盘7、密封圈8。
实施例：
如图1所示，一种挥发性有机物气体捕集装置，包括与冷源1相连接的冷端2，安装于冷端2上的捕集头3，捕集头3包括：凹形池体301，放置于凹形池体301底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体捕集管302，从池体301底部向外依次放置于气体捕集管302上的绝缘片303、隔热片304和导热片305，并且导热片305与冷端2相接触。其中，可以使用用螺丝将绝缘片303、隔热片304和导热片305这三个薄片与凹形小池体391底面连接固定成为一体。三种薄片大小、形状与凹形小池体内部形状匹配，薄片厚度根据各自的功能要求可以改变，例如0.25mm-5mm。
凹形小池体301可以选用聚四氟乙烯、陶瓷、石英等非金属材料构成，绝缘片303可以选用云母等材料、隔热片304可以选用如聚四氟乙烯、peek等低导热系数耐高温材料制成，导热片305可以选用铝、铜或相关合金等高导热系数、高比热容金属材料制成。
在凹形小池体301的底面上加工有一定宽度和深度的螺纹形状的凹槽，以便安装固定气体捕集管302。该气体捕集管为30～50cm长、0.3mm～1.0mm内径的钝化处理金属管，金属管材料为不锈钢、铜或相关合金管。根据分析需要，凹槽内可以并联安装两根捕集管，实现双路采样捕集浓缩不同类别挥发性有机物。
本实施例中，在冷端2上还设置有固定板4，固定板4上设置有保温套5，保温套5与一个可开闭的上盖6连接，并且当上盖6闭合后，固定板4、保温套5、上盖6形成一个将冷端2的顶部包裹于内的密闭空腔，在上盖6上设置有两个通向密闭空腔内部的通气细管，在管座2上还设置一个接水盘7。
采用上述结构后，捕集头3密封安装在冷源1(如冷阱)的冷端2上，捕集头3内的高导热系数、高比热容材料构成的导热片305与冷端接触；冷端和捕集头用绝缘保温材料保温；冷端通过热传导对捕集头3内的气体捕集管302进行制冷，通过控制气体捕集管302的温度达到冷冻捕集样品中的挥发性有机物的目的，可优选-150度进行捕集。气体捕集管302冷冻捕集后，需要快速将气体捕集管302加热到100℃以上，热脱附挥发性有机物，用载气(氮气、氦气等惰性气体)将挥发性有机物吹扫进入分析系统进行分析。由于金属气体捕集管302的两端与加热电源相连，因而可以用电源直接通电加热。并且由于与气体捕集302接触的是一个低导热系数绝缘材料构成的绝缘片303，因此捕集管加热升温过程中热损失很少，升温速率快，完全满足快速升温热脱附的要求，温度可调、可控；直接加热效果优于热扩散加热；金属气体捕集管302快速加热后又需要快速降温，为下一次冷冻捕集做准备；由于金属气体捕集管302的外层与冷端接触的是一个高导热、高储热材料制成的导热片305，该部件在捕集管热脱附过程中能够保持(储备)一定的低温，在捕集管热脱附结束后，冷端2能够对气体捕集管302进行快速降温，从而保证系统的循环运行。捕集头在-150度制冷捕集挥发性有机物过程中，外部的含湿空气会在捕集装置的外壁上结冰，影响捕集头的快速降温。通过捕集装置上盖的两个通气细管，向捕集装置的密闭空腔内部充干燥气体，形成一点正压，将捕集头与外部含湿空气隔，防止湿空气渗透到捕集装置内部结冰，影响捕集头升温和降温性能，捕集装置外壁如果有水珠可以用接水盘7收集。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了冷源1、冷端2、捕集头3、凹形池体301、气体捕集管302、绝缘片303、隔热片304、导热片305、固定板4、保温套5、上盖6、接水盘7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种挥发性有机物气体捕集装置，包括：安装于冷端(2)上的捕集头(3)，其特征在于，所述捕集头(3)包括：由非金属材料构成的凹形池体(301)，放置于所述凹形池体(301)底部并且由钝化金属材料构成的呈平面螺旋形状的气体捕集管(302)，从所述池体(301)底部向外依次放置于所述气体捕集管(302)上的绝缘片(303)、隔热片(304)和导热片(305)，并且所述导热片(305)与所述冷端(2)相接触；所述气体捕集管(302)的进气端和出气端分别与细管接线柱相连接。
2.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体捕集装置，其特征在于，所述气体捕集管(302)的两端与加热电源相连。
3.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体捕集装置，其特征在于，所述池体(301)的底部设置具有一定宽度和深度的螺纹形状的凹槽，并且所述气体捕集管(302)安装于该凹槽内。
4.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体捕集装置，其特征在于，所述凹形池体(301)外部设置有一个带有气体出入口的密封外罩。
5.根据权利要求4所述的一种挥发性有机物气体捕集装置，其特征在于，所述密封外罩包括：固定于所述冷端(2)上的固定板(4)，所述固定板(4)上设置有保温套(5)，所述保温套(5)与一个可开闭的上盖(6)连接，当所述上盖(6)闭合后，所述固定板(4)、保温套(5)、上盖(6)形成一个将所述冷端(2)的顶部包裹于内的空腔。
6.根据权利要求5所述的一种挥发性有机物气体捕集装置，其特征在于，所述上盖(6)上设置有通向密闭空腔内部的细管接线柱。
7.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体捕集装置，其特征在于，冷端(2)上还设置一个接水盘(7)。
8.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物气体捕集装置，其特征在于，所述气体捕集管(302)与温度传感器相连接。
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