CN108195979A - 大气VOCs在线富集进样装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大气VOCs在线富集进样装置及方法，包括控制系统、样气进口、载气进口、过滤器、第一电磁二通阀、电磁多通阀、热解吸管、第二电磁二通阀、样气流量调节装置、载气流量调节装置、采样空气泵、样气排空口和进样解析口，所述样气进口通过所述过滤器连接所述第一电磁二通阀的第一端口，所述载气进口连通所述载气流量调节装置的第一端口，所述采样空气泵的第一端口通过所述样气流量调节装置连接所述第二电磁二通阀的第二端口，所述采样空气泵的第二端口连通所述样气排空口，所述电磁多通阀分别与所述热解吸管、所述第一电磁二通阀的第二端口、所述第二电磁二通阀的第一端口和所述进样解析口连接。
Description
技术领域
本发明涉及富集进样领域，具体的说，涉及了一种大气VOCs在线富集进样装置及方法。
背景技术
随着工业污染和汽车的日渐普及使得环境空气中的挥发性有机物(VOCs)含量越来越多，而空气中挥发性有机物(VOCs)对人体健康和环境的不良影响已受到人们的普遍关注，其中苯系物已被国际癌症研究中心（ＩＡＲＣ）确认为强致癌物。检测空气中挥发性有机化合物的一种有效方法就是利用热解吸技术对空气中的有害物质进行预处理。热解吸技术是一种不需要溶剂就可以分析空气中的挥发性有机化合物（VOCs）的技术。
但目前，根据此项技术开发的商品化的热解吸管都仅适用于实验室内的样品预处理，而不适合进行现场气体样品的快速预处理。为了满足快速分析、现场检测的要求，同时还要便于和多种车载或现场气相色谱仪、质谱仪进行联用，完成对空气中有害的挥发性有机化合物的快速现场分析，因此需要发明开发一种分流比可调、绿色环保、能够对现场气体进行预浓缩处理的全自动富集进样装置。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种大气VOCs在线富集进样装置及方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大气VOCs在线富集进样装置，包括控制系统、样气进口、载气进口、过滤器、第一电磁二通阀、电磁多通阀、热解吸管、第二电磁二通阀、采样空气泵、样气排空口和进样解析口，
所述样气进口通过所述过滤器与所述第一电磁二通阀的第一端口相连，所述采样空气泵的第一端口连通所述第二电磁二通阀的第二端口，所述采样空气泵的第二端口连通所述样气排空口，所述电磁多通阀分别与所述热解吸管的两端、所述第一电磁二通阀的第二端口、所述第二电磁二通阀的第一端口和所述进样解析口连通；
所述控制系统分别连接所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀，通过控制所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀的通断使得所述热解吸管连通所述样气进口和所述样气排空口，或者使得所述热解吸管孤立，或者使得所述热解吸管连通所述载气进口和所述进样解析口；
所述电磁多通阀还连接有进样分流气路，所述进样分流气路包括进样流量调节装置和分流输出口，所述进样流量调节装置用于调节通过所述分流输出口排出的进样气体的流量。
基于上述，所述采集空气泵和所述第二电磁二通阀之间的气路上设置有用于调节样气流量的样气流量调节装置，所述载气进口和所述电磁多通阀之间的气路上设置有用于调节载气流量的载气流量调节装置。
基于上述，所述控制系统包括MCU主控模块、热解吸管温控模块和气路切换控制模块，所述热解吸管温控模块设置在所述热解吸管中，用于调节所述热解吸管内的温度；所述气路切换控制模块分别与所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀连接，用于控制所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀的通断；所述MCU主控模块分别与所述热解吸管温控模块、所述气路切换控制模块、所述样气流量调节装置、所述载气流量调节装置、所述进样流量调节装置连接。
基于上述，还包括冗余电磁多通阀、冗余热解吸管、第三电磁二通阀和第四电磁二通阀，
所述冗余电磁多通阀分别与所述冗余热解吸管、所述第三电磁二通阀的第二端口、所述第四电磁二通阀的第一端口、所述电磁多通阀和所述进样解析口连接；所述第三电磁二通阀的第一端口通过所述过滤器连接所述样气进口，所述第四电磁二通阀的第二端口通过所述样气流量调节装置连接所述采样空气泵的第一端口；
所述控制系统分别与所述第三电磁二通阀、所述冗余电磁多通阀和所述第四电磁二通阀连接，通过控制所述第三电磁二通阀、所述冗余电磁多通阀和所述第四电磁二通阀的通断使得所述冗余热解吸管连通所述样气进口和所述样气排空口，或者使得所述冗余热解吸管孤立，或者使得所述冗余热解吸管连通所述载气进口和所述进样解析口。
基于上述，所述电磁多通阀和所述冗余电磁多通阀均为电磁六通阀或电磁四通阀。
本发明还提供一种大气VOCs在线富集进样方法，基于上述大气VOCs在线富集进样装置，具体包括以下步骤：
载气采样阶段：
断开所述电磁多通阀，载气依次通过所述载气进口、所述电磁多通阀送入所述进样解析口；
所述热解吸管富集采样阶段：
断开所述电磁多通阀，接通所述第一电磁二通阀和所述第二电磁二通阀，样气依次通过所述样气进口、所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀、所述热解吸管、所述第二电磁二通阀和所述采样空气泵连通所述样气排空口，使得样气在所述热解吸管中富集；
所述热解吸管解析进样阶段：
断开所述第一电磁二通阀和所述第二电磁二通阀，接通所述电磁多通阀，载气依次通过所述载气进口、所述电磁多通阀带动所述热解吸管中富集的样气送入所述进样解析口。
基于上述，所述热解吸管解析进样阶段前还包括预解析阶段，
断开所述电磁多通阀、所述第一电磁二通阀和所述第二电磁二通阀，同时控制所述热解吸管温控模块加热所述热解吸管；
所述热解吸管解析进样完成后还包括解析管降温阶段：断开所述电磁多通阀，同时控制所述热解吸管温控模块降低所述热解吸管的温度。
基于上述，在所述进样解析口进样阶段，还可以通过所述进样流量调节装置调节通过所述分流输出口排出的进样气体的流量。
基于上述，在所述热解吸管解析进样阶段，所述热解吸管解析进样时，所述冗余热解吸管同时进行富集采样：
断开所述冗余电磁多通阀，接通所述第三电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，样气依次通过所述样气进口、所述第三电磁二通阀、所述冗余电磁多通阀、所述冗余热解吸管、所述第四电磁二通阀和所述采样空气泵连通所述样气排空口，使得样气在所述冗余热解吸管中富集；
在所述热解吸管富集采样阶段，所述热解吸管富集采样时，所述冗余热解吸管同时进行解析进样：断开所述第三电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，接通所述冗余电磁多通阀，载气通过所述载气进口、所述载气流量调节装置、所述冗余电磁多通阀、所述冗余热解吸管带动所述冗余热解吸管中的样气进入所述进样解析口。
基于上述，所述冗余热解吸管解析进样前，还包括冗余热解吸管预解析阶段：断开所述冗余电磁六通阀、所述第三电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，同时控制所述热解吸管温控模块加热所述冗余热解吸管；
所述冗余热解吸管解析进样完成后还包括冗余解析管降温阶段：断开所述冗余电磁多通阀，同时控制所述热解吸管温控模块降低所述冗余热解吸管的温度。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用电磁多通阀、电磁二通阀、进样泵和流量调节装置协调控制的设计方式，可实现样品全自动精确进样，载气压力和流量精确控制，具有自动化程度高、操作简单等特点；采用双套热解吸双路自动进样可实现24小时无死角采样，特别适用于对大气中有害挥发性有机物的快速现场分析和检测；同时样气出口分流比可调，可适用于多种色谱质谱仪。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明电磁六通阀和冗余电磁六通阀的结构示意图。
图3是本发明的控制系统框图。
图4是本发明温度检测模块的电路原理图。
图5是本发明加热电路的电路图。
图6是本发明气路切换控制模块的电路图。
图7是本发明实施例一的载气气路。
图8是本发明实施例一的富集采样气路。
图9是本发明实施例一的解析进样气路。
图10是本发明实施例二的结构示意图。
图11是本发明实施例二的载气气路。
图12是本发明实施例二的富集采样气路。
图13是本发明实施例二的解析进样气路。
图14是本发明实施例三的结构示意图。
图15是本发明实施例四的结构示意图。
图中，1.样气进口；2.过滤器；3.第一电磁二通阀；4.电磁六通阀、5.第二电磁二通阀；6.第三电磁二通阀；7.第四电磁二通阀；8.样气流量调节装置；9.采样空气泵；10.样气排空口；11.冗余电磁六通阀；12.载气进口；13.载气流量调节装置；14.热解吸管；15.冗余热解吸管；16.进样解析口；17.进样流量调节装置；18.分流输出口；19.第一电磁四通阀；20.第二电磁四通阀；21.第三电磁四通阀；22.第四电磁四通阀。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例一
如图1所示，一种大气VOCs在线富集进样装置，包括控制系统、样气进口1、载气进口12、过滤器2、第一电磁二通阀3、电磁多通阀、热解吸管14、第二电磁二通阀5、采样空气泵9、样气排空口10和进样解析口16；
优选的，所述电磁多通阀为电磁六通阀4或电磁四通阀，本实施例中所述电磁多通阀为电磁六通阀4；
如图2所示，记所述电磁六通阀4的一个接口为第一接口，剩下的5个接口逆时针顺次编号；所述电磁六通阀4断电时，所述电磁六通阀4的第一接口和第二接口导通，第三接口和第四接口导通，第五接口和第六接口导通；所述电磁六通阀4通电时，所述电磁六通阀4的第三接口和第二接口导通，第五接口和第四接口导通，第一接口和第六接口导通。
所述第一电磁二通阀3的第二端口连接所述电磁六通阀4的第一接口，所述热解吸管14的两端分别连通所述电磁六通阀4的第二接口和第五接口，所述载气进口12连通所述电磁六通阀4的第三接口，所述进样解析口16连通所述电磁六通阀4的第四接口，所述采样空气泵9通过所述第二电磁二通阀5连通所述电磁六通阀4的第六接口；所述样气进口1通过所述过滤器2连接所述第一电磁二通阀3的第一端口。
所述控制系统分别与所述第一电磁二通阀3、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀5连接，通过控制所述第一电磁二通阀3、所述电磁六通阀4和所述第二电磁二通阀5的通断使得所述热解吸管14的一端通过所述电磁六通阀4的第二接口和第一接口以及所述第一电磁二通阀3与所述样气进口1连通，所述热解吸管14的另一端通过所述电磁六通阀4的第五接口和第六接口、所述第二电磁二通阀5、所述采样空气泵9与所述样气排空口10连通；或者使得所述热解吸管14孤立；或者使得所述热解吸管14的一端通过所述电磁六通阀4的第三接口和第二接口连通所述载气进口12，所述热解吸管14的另一端通过所述电磁六通阀4的第五接口和第四接口与所述进样解析口16连通。
为了增加本发明的适用范围，使得本发明可以适用不同色谱仪和质谱仪的进样量需求，所述电磁六通阀4的第四接口还连接有进样分流气路，所述进样分流气路包括进样流量调节装置17和分流输出口18，所述进样流量调节装置17用于调节通过所述分流输出口18排出的进样气体的流量，从而间隔控制通过所述进样解析口16进入色谱仪或质谱仪中的进样气体的流量。
进一步的，为了对进入所述大气VOCs在线富集进样装置中的载气和样气进行恒压恒流控制，所述采样空气泵9和所述第二电磁二通阀5之间的气路上设置有用于调节样气流量的样气流量调节装置8，所述载气进口12和所述电磁多通阀之间的气路上设置有用于调节载气流量的载气流量调节装置13。
优选的，所述进样流量调节装置17、所述样气流量调节装置8、所述载气流量调节装置13为电子压力控制器（EPC）；所述过滤器2为紧密过滤器。
具体的，如图3所示，所述控制系统包括MCU主控模块、热解吸管温控模块和气路切换控制模块，所述热解吸管温控模块设置在所述热解吸管14中，用于调节所述热解吸管14内的温度；所述气路切换控制模块分别与所述第一电磁二通阀3、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀5连接，用于控制所述第一电磁二通阀3、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀5的通断；所述MCU主控模块分别与所述热解吸管温控模块、所述气路切换控制模块、所述样气流量调节装置8、所述载气流量调节装置13、所述进样流量调节装置17连接。
进一步的，所述热解吸管温控模块包括温度检测电路、加热电路和制冷电路，所述温度检测电路，用于检测所述热解吸仪的温度信息并上传给所述MCU主控模块；所述加热电路，用于提高所述热解吸管14内的温度；所述制冷电路，用于降低所述热解吸管14内的温度。
具体的，如图4所示，所述温度检测电路包括依次电连接的温度传感器、信号放大器和ADC模块，所述温度传感器用于采集所述热解吸管14的温度信号，所述信号放大器用于放大所述温度信号，所述ADC模块用于将所述温度信号转换为数据信号以发送给所述MCU主控模块。优选的，所述信号放大器采用精密仪用放大器INA122；所述温度传感器为三线制PT100传感器，为了防止PT100由于自发热而影响测量精度，所以激励电流源通常选为数百微安，在此设定为210微安；另外为了保证温度测量精度达到0.1℃，所述ADC模块选用了采用Σ-Δ调制技术的AD7793器件（AD7793是24位多通道ADC器件），该器件集成有高精度恒流源、滤波器等，具有自校准、系统校准功能，可以消除零点、满量程误差及温度漂移的影响。
具体的，如图5所示，所述加热电路包括过零双向可控硅型光耦和双向可控硅，所述过零双向可控硅型光耦的正输入引脚通过电阻连接电源VCC，所述过零双向可控硅型光耦的负输入引脚连接I/O接口，所述过零双向可控硅型光耦的两个输出引脚分别连接交流电源，并且所述过零双向可控硅型光耦的一个输出引脚连接所述双向可控硅的控制端，所述双向可控硅的两个固定端分别连接交流电源。
具体的，如图6所示，所述气路切换控制模块包括光电耦合器LTV816、MOS管IRF640以及由三极管Q1和三极管Q2组成的推挽电路，所述光电耦合器的正输入引脚通过电阻连接电源VCC，所述光电耦合器的负输入引脚连接I/O接口，所述光电耦合器的集电极通过所述推挽电路连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的漏极通过电磁阀电机或者采样空气泵9连接电源VCC1，所述MOS管的源极和所述光电耦合器的发射极接电源地。
所述气路切换控制模块的工作原理是：所述MCU主控模块响应用户的参数设置和操作，在I/O口输出一个高电平，使所述光电耦合器LTV816不导通，所述光电耦合器LTV816输出高电平使Q1导通和MOS管IRF640导通，此时所述电磁阀电机或者所述采样空气泵9就启动工作；所述MCU主控模块在I/O口输出一个低电平，使所述光电耦合器LTV816导通，所述光电耦合器LTV816输出低电平使Q2导通，所述MOS管IRF640截止，此时所述电磁阀电机或者所述采样空气泵9就停止工作。
具体的，还包括壳体，所述壳体上设置有显示屏，所述显示屏与所述MCU控制部分通信，用于显示所述热解吸管14、阀和管线温度信号、载气压力流量、样品气进样量。
本发明还提供一种大气VOCs在线富集进样方法，所述方法基于上述大气VOCs在线富集进样装置来实现，具体包括以下步骤：
载气采样阶段：
断开所述电磁六通阀4，载气依次通过所述载气进口12以及所述电磁六通阀4的第三接口和第四接口送入所述进样解析口16，如图7所示；
所述热解吸管富集采样阶段：
断开所述电磁六通阀4，接通所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5，样气依次通过所述样气进口1、所述第一电磁二通阀3、所述电磁六通阀4的第一接口和第二接口、所述热解吸管14、所述电磁六通阀4的第五接口和第六接口、所述第二电磁二通阀5和所述采样空气泵9连通所述样气排空口10，使得样气在所述热解吸管14中富集，如图8所示；
所述热解吸管解析进样阶段：
断开所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5，接通所述电磁六通阀4，载气依次通过所述载气进口12、所述电磁六通阀4的第三接口和第二接口带动所述热解吸管14中富集的样气通过所述电磁六通阀4的第五接口和第四接口送入所述进样解析口16，如图9所示。
更进一步的，所述热解吸管解析进样阶段前还包括预解析阶段：断开所述电磁六通阀、所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5，同时控制所述加热电路加热所述热解吸管14，从而使得所述热解吸管14中富集吸附的样气快速解吸出来；
所述热解吸管14解析进样完成后还包括解析管降温阶段：断开所述电磁六通阀，同时控制所述制冷电路降低所述热解吸管14的温度。
需要注意的是，在所述进样解析口16进样阶段，还可以通过所述进样流量调节装置17调节通过所述分流输出口18排出的进样气体的流量。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：如图10所示，还包括冗余电磁多通阀、冗余热解吸管15、第三电磁二通阀6和第四电磁二通阀7，优选的，其中，所述冗余电磁多通阀为冗余电磁六通阀11或冗余电磁四通阀。本发明实施例中所述冗余电磁多通阀选用冗余电磁六通阀11；
记所述冗余电磁六通阀11的一个接口为第一接口，剩下的5个接口逆时针顺次编号；所述冗余电磁六通阀11断电时，所述冗余电磁六通阀11的第一接口和第二接口导通，第三接口和第四接口导通，第五接口和第六接口导通；所述冗余电磁六通阀11通电时，所述冗余电磁六通阀11的第三接口和第二接口导通，第五接口和第四接口导通，第一接口和第六接口导通。
所述第三电磁二通阀6的第二端口连接所述冗余电磁六通阀11的第一接口，所述冗余热解吸管15的两端分别连通所述冗余电磁六通阀11的第二接口和第五接口，所述电磁六通阀4的第四接口连通所述冗余电磁六通阀11的第三接口，所述进样解析口16连通所述冗余电磁六通阀11的第四接口，所述采样空气泵9通过所述第四电磁二通阀7连通所述冗余电磁六通阀11的第六接口；所述样气进口1通过所述过滤器2连接所述第三电磁二通阀6的第一端口。
所述控制系统分别与所述第三电磁二通阀6、所述冗余电磁六通阀11和所述第四电磁二通阀7连接，通过控制所述第三电磁二通阀6、所述冗余电磁六通阀11和所述第四电磁二通阀7的通断使得所述冗余热解吸管15的一端通过所述冗余电磁六通阀11的第二接口和第一接口以及所述第三电磁二通阀6与所述样气进口1连通，所述冗余热解吸管15的另一端通过所述冗余电磁六通阀11的第五接口和第六接口、所述第四电磁二通阀7、所述样气流量调节装置8、所述采样空气泵9与所述样气排空口10连通；或者使得所述冗余热解吸管15孤立；或者使得所述冗余热解吸管15的一端通过所述冗余电磁六通阀11的第三接口和第二接口、所述电磁六通阀4的第四接口和第三接口以及所述载气流量调节装置13连通所述载气进口12，所述冗余热解吸管15的另一端通过所述冗余电磁六通阀11的第五接口和第四接口与所述进样解析口16连通。
本发明还提供另一种大气VOCs在线富集进样方法，所述方法基于上述的大气VOCs在线富集进样装置来实现，具体包括以下步骤：
载气采样阶段：
断开所述电磁六通阀4和所述冗余电磁六通阀11，载气依次通过所述载气进口12、所述电磁六通阀4的第三接口和第四接口、所述冗余电磁六通阀11的第三接口和第四接口送入所述进样解析口16，如图11所示；
所述热解吸管14首次富集采样阶段：
断开所述电磁六通阀4和所述冗余电磁六通阀11，接通所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5，样气依次通过所述样气进口1、所述第一电磁二通阀3、所述电磁六通阀4的第一接口和第二接口、所述热解吸管14、所述电磁六通阀4的第五接口和第六接口、所述第二电磁二通阀5和所述采样空气泵9连通所述样气排空口10，使得样气在所述热解吸管14中富集，如图12所示；
所述热解吸管解析进样阶段：
断开所述第一电磁二通阀3、所述第二电磁二通阀5、所述冗余电磁六通阀11，接通所述电磁六通阀4、所述第三电磁二通阀6和所述第四电磁二通阀7；
载气通过所述载气进口12、所述电磁六通阀4的第三接口和第二接口、所述热解吸管14带动所述热解吸管14中的样气进入所述进样解析口16；
样气依次通过所述样气进口1、所述第三电磁二通阀6、所述冗余电磁六通阀11的第一接口和第二接口、所述冗余热解吸管15、所述冗余电磁六通阀11的第五接口和第六接口、所述第四电磁二通阀7和所述采样空气泵9连通所述样气排空口10，使得样气在所述冗余热解吸管15中富集，如图13所示；
所述热解吸管富集采样阶段：
断开所述电磁六通阀4、所述第三电磁二通阀6和所述第四电磁二通阀7，接通所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5和所述冗余电磁六通阀11；
载气通过所述载气进口12、所述冗余电磁六通阀11的第三接口和第二接口带动所述冗余热解吸管15中富集的样气通过所述冗余电磁六通阀11的第五接口和第四接口送入所述进样解析口16；
同时样气依次通过所述样气进口1、所述第一电磁二通阀3、所述电磁六通阀4的第一接口和第二接口、所述热解吸管14、所述电磁六通阀4的第五接口和第六接口、所述第二电磁二通阀5和所述采样空气泵9连通所述样气排空口10，使得样气在所述热解吸管14中富集；
之后循环执行所述热解吸管解析进样阶段和所述热解吸管富集采样阶段即可。
更进一步的，所述冗余热解吸管15解析进样前，还包括冗余热解吸管15预解析阶段：断开所述冗余电磁六通阀11、所述第三电磁二通阀6和所述第四电磁二通阀7，同时控制所述加热电路加热所述冗余热解吸管15，从而使得所述冗余热解吸管15中富集吸附的样气快速解吸出来；
所述冗余热解吸管15解析进样完成后还包括冗余解析管降温阶段：断开所述冗余电磁六通阀，同时控制所述制冷电路降低所述冗余热解吸管15的温度。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于：如图14所示，所述电磁多通阀为第一电磁四通阀19和第二电磁四通阀20组成的双电磁四通阀；具体的，所述第一电磁四通阀19和所述第二电磁四通阀20为相同的电磁四通阀，当所述电磁四通阀断电时，所述电磁四通阀的第一接口和所述电磁四通阀的第二接口连通，所述电磁四通阀的第三接口和所述电磁四通阀的第四接口连通；当所述电磁四通阀通电时，所述电磁四通阀的第一接口和所述电磁四通阀的第三接口连通，所述电磁四通阀的第二接口和所述电磁四通阀的第四接口连通。
所述第一电磁二通阀3的第二端口连接所述第一电磁四通阀19的第一接口，所述载气进口12连通所述第一电磁四通阀19的第四接口，所述采样空气泵9通过所述第二电磁二通阀5连通所述第一电磁四通阀19的第一接口，所述进样解析口16连通所述第一电磁四通阀19的第四接口，所述热解吸管14的两端分别连通所述第一电磁四通阀19的第二接口和所述第二电磁四通阀20的第二接口，所述样气进口1通过所述过滤器2连接所述第一电磁二通阀3的第一端口。
所述控制系统分别与所述第一电磁二通阀3、所述第一电磁四通阀19、第二电磁四通阀20和所述第二电磁二通阀5连接，通过控制所述第一电磁二通阀3、所述第一电磁四通阀19、第二电磁四通阀20和所述第二电磁二通阀5的通断使得所述热解吸管14的一端通过所述第一电磁四通阀19的第二接口和第一接口以及所述第一电磁二通阀3与所述样气进口1连通，所述热解吸管14的另一端通过所述电磁四通阀的第二接口和第一接口、所述第二电磁二通阀5、所述采样空气泵9与所述样气排空口10连通；或者使得所述热解吸管14孤立；或者使得所述热解吸管14的一端通过所述第一电磁四通阀19的第二接口和第四接口连通所述载气进口12，所述热解吸管14的另一端通过所述第二电磁四通阀20的第二接口和第四接口与所述进样解析口16连通。
本发明还提供一种大气VOCs在线富集进样方法，所述方法基于上述大气VOCs在线富集进样装置来实现，具体包括以下步骤：
载气采样阶段：
断开所述第一电磁四通阀19和所述第二电磁四通阀20，载气依次通过所述载气进口12以及所述第一电磁四通阀19的第四接口和第三接口以及所述第二电磁四通阀20的第三接口、第四接口送入所述进样解析口16；
所述热解吸管富集采样阶段：
断开所述第一电磁四通阀19和所述第二电磁四通阀20，接通所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5，样气依次通过所述样气进口1、所述第一电磁二通阀3、所述第一电磁四通阀19的第一接口和第二接口、所述热解吸管14、所述第二电磁四通阀20的第二接口和第一接口、所述第二电磁二通阀5和所述采样空气泵9连通所述样气排空口10，使得样气在所述热解吸管14中富集；
所述热解吸管解析进样阶段：
断开所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5，接通所述第一电磁四通阀19和所述第二电磁四通阀20，载气依次通过所述载气进口12、所述第一电磁四通阀19的第四接口和第二接口带动所述热解吸管14中富集的样气通过所述第二电磁四通阀20的第二接口和第四接口送入所述进样解析口16。
更进一步的，所述热解吸管解析进样阶段前还包括预解析阶段：断开所述第一电磁四通阀19和所述第二电磁四通阀20、所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5，同时控制所述加热电路加热所述热解吸管14，从而使得所述热解吸管14中富集吸附的样气快速解吸出来；
所述热解吸管14解析进样完成后还包括解析管降温阶段：断开所述第一电磁四通阀19和所述第二电磁四通阀20，同时控制所述制冷电路降低所述热解吸管14的温度。
实施例四
本实施例与实施例二的区别在于：如图15所示，所述冗余电磁多通阀为第三电磁四通阀21和第四电磁四通阀22组成的双电磁四通阀；具体的，所述第三电磁四通阀21和所述第四电磁四通阀22为相同的电磁四通阀，当所述电磁四通阀断电时，所述电磁四通阀的第一接口和所述电磁四通阀的第二接口连通，所述电磁四通阀的第三接口和所述电磁四通阀的第四接口连通；当所述电磁四通阀通电时，所述电磁四通阀的第一接口和所述电磁四通阀的第三接口连通，所述电磁四通阀的第二接口和所述电磁四通阀的第四接口连通。
所述控制系统分别与所述第三电磁二通阀6、所述第三电磁四通阀21、第四电磁四通阀22和所述第四电磁二通阀7连接，通过控制所述第三电磁二通阀6、所述第三电磁四通阀21、第四电磁四通阀22和所述第四电磁二通阀7的通断使得所述冗余热解吸管15的一端通过所述第三电磁四通阀21的第二接口和第一接口以及所述第三电磁二通阀6与所述样气进口1连通，所述冗余热解吸管15的另一端通过所述第四电磁四通阀22的第二接口和第一接口、所述第四电磁二通阀7、所述样气流量调节装置8、所述采样空气泵9与所述样气排空口10连通；或者使得所述冗余热解吸管15孤立；或者使得所述冗余热解吸管15的一端通过所述第三电磁四通阀21的第二接口和第四接口、所述第二电磁四通阀204的第四接口和第三接口、所述第一电磁四通阀194的第四接口和第三接口以及所述载气流量调节装置13连通所述载气进口12，所述冗余热解吸管15的另一端通过所述第四电磁四通阀22的第二接口和第四接口与所述进样解析口16连通。
本发明还提供另一种大气VOCs在线富集进样方法，所述方法基于上述的大气VOCs在线富集进样装置来实现，具体包括以下步骤：
载气采样阶段：
断开所述第一电磁四通阀19、所述第二电磁四通阀20、所述第三电磁四通阀21和所述第四电磁四通阀22，载气依次通过所述载气进口12、所述第一电磁四通阀19的第四接口和第三接口、所述第二电磁四通阀20的第三接口和第四接口、所述第三电磁四通阀21的第四接口和第三接口、所述第四电磁四通阀22的第三接口和第四接口送入所述进样解析口16；
所述热解吸管14首次富集采样阶段：
断开所述第一电磁四通阀19、所述第二电磁四通阀20、所述第三电磁四通阀21和所述第四电磁四通阀22，接通所述第一电磁二通阀3和所述第二电磁二通阀5，样气依次通过所述样气进口1、所述第一电磁二通阀3、所述第一电磁四通阀19的第一接口和第二接口、所述热解吸管14、所述第二电磁四通阀20的第二接口和第一接口、所述第二电磁二通阀5和所述采样空气泵9连通所述样气排空口10，使得样气在所述热解吸管14中富集；
所述热解吸管解析进样阶段：
断开所述第一电磁二通阀3、所述第二电磁二通阀5、所述第三电磁四通阀21和所述第四电磁四通阀22，接通所述第一电磁四通阀19、所述第二电磁四通阀20、所述第三电磁二通阀6和所述第四电磁二通阀7；
载气通过所述载气进口12、所述第一电磁四通阀19的第四接口和第二接口带动所述热解吸管14中的样气通过所述第二电磁四通阀20的第二接口和第四接口进入所述进样解析口16；
样气依次通过所述样气进口1、所述第三电磁二通阀6、所述第三电磁四通阀21的第一接口和第二接口、所述冗余热解吸管15、所述第四电磁四通阀22的第二接口和第一接口、所述第四电磁二通阀7和所述采样空气泵9连通所述样气排空口10，使得样气在所述冗余热解吸管15中富集；
所述热解吸管富集采样阶段：
断开所述第一电磁四通阀19、所述第二电磁四通阀20、所述第三电磁二通阀6和所述第四电磁二通阀7，接通所述第一电磁二通阀3、所述第二电磁二通阀5、所述第三电磁四通阀21和所述第四电磁四通阀22；
载气通过所述载气进口12、所述第三电磁四通阀21的第四接口和第二接口带动所述冗余热解吸管15中富集的样气通过所述第四电磁四通阀22的第二接口和第四接口送入所述进样解析口16；
同时样气依次通过所述样气进口1、所述第一电磁二通阀3、所述第一电磁四通阀19的第一接口和第二接口、所述热解吸管14、所述第二电磁四通阀20的第二接口和第一接口、所述第二电磁二通阀5和所述采样空气泵9连通所述样气排空口10，使得样气在所述热解吸管14中富集；
之后循环执行所述热解吸管解析进样阶段和所述热解吸管富集采样阶段即可。
更进一步的，所述冗余热解吸管15解析进样前，还包括冗余热解吸管15预解析阶段：断开所述第三电磁四通阀21、所述第四电磁四通阀22、所述第三电磁二通阀6和所述第四电磁二通阀7，同时控制所述加热电路加热所述冗余热解吸管15，从而使得所述冗余热解吸管15中富集吸附的样气快速解吸出来；
所述冗余热解吸管15解析进样完成后还包括冗余解析管降温阶段：断开所述第三电磁四通阀21和所述第四电磁四通阀22，同时控制所述制冷电路降低所述冗余热解吸管15的温度。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种大气VOCs在线富集进样装置，其特征在于：包括控制系统、样气进口、载气进口、过滤器、第一电磁二通阀、电磁多通阀、热解吸管、第二电磁二通阀、采样空气泵、样气排空口和进样解析口，
所述样气进口通过所述过滤器与所述第一电磁二通阀的第一端口相连，所述采样空气泵的第一端口连通所述第二电磁二通阀的第二端口，所述采样空气泵的第二端口连通所述样气排空口，所述电磁多通阀分别与所述载气进口、所述热解吸管的两端、所述第一电磁二通阀的第二端口、所述第二电磁二通阀的第一端口和所述进样解析口连通；
所述控制系统分别连接所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀，通过控制所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀的通断使得所述热解吸管连通所述样气进口和所述样气排空口，或者使得所述热解吸管孤立，或者使得所述热解吸管连通所述载气进口和所述进样解析口；
所述电磁多通阀还连接有进样分流气路，所述进样分流气路包括进样流量调节装置和分流输出口，所述进样流量调节装置用于调节通过所述分流输出口排出的进样气体的流量。
2.根据权利要求1所述的大气VOCs在线富集进样装置，其特征在于：所述采集空气泵和所述第二电磁二通阀之间的气路上设置有用于调节样气流量的样气流量调节装置，所述载气进口和所述电磁多通阀之间的气路上设置有用于调节载气流量的载气流量调节装置。
3.根据权利要求2所述的大气VOCs在线富集进样装置，其特征在于：所述控制系统包括MCU主控模块、热解吸管温控模块和气路切换控制模块，所述热解吸管温控模块设置在所述热解吸管中，用于调节所述热解吸管内的温度；所述气路切换控制模块分别与所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀连接，用于控制所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀和所述第二电磁二通阀的通断；所述MCU主控模块分别与所述热解吸管温控模块、所述气路切换控制模块、所述样气流量调节装置、所述载气流量调节装置、所述进样流量调节装置连接。
4.根据权利要求3所述的大气VOCs在线富集进样装置，其特征在于：还包括冗余电磁多通阀、冗余热解吸管、第三电磁二通阀和第四电磁二通阀，
所述冗余电磁多通阀分别与所述冗余热解吸管、所述第三电磁二通阀的第二端口、所述第四电磁二通阀的第一端口、所述电磁多通阀和所述进样解析口连接；所述第三电磁二通阀的第一端口通过所述过滤器连接所述样气进口，所述第四电磁二通阀的第二端口通过所述样气流量调节装置连接所述采样空气泵的第一端口；
所述控制系统分别与所述第三电磁二通阀、所述冗余电磁多通阀和所述第四电磁二通阀连接，通过控制所述第三电磁二通阀、所述冗余电磁多通阀和所述第四电磁二通阀的通断使得所述冗余热解吸管连通所述样气进口和所述样气排空口，或者使得所述冗余热解吸管孤立，或者使得所述冗余热解吸管连通所述载气进口和所述进样解析口。
5.根据权利要求4所述的大气VOCs在线富集进样装置，其特征在于：所述电磁多通阀和所述冗余电磁多通阀均为电磁六通阀或电磁四通阀。
6.一种大气VOCs在线富集进样方法，基于权利要求4或5所述的大气VOCs在线富集进样装置，其特征在于，包括以下步骤：
载气采样阶段：
断开所述电磁多通阀，载气依次通过所述载气进口、所述电磁多通阀送入所述进样解析口；
所述热解吸管富集采样阶段：
断开所述电磁多通阀，接通所述第一电磁二通阀和所述第二电磁二通阀，样气依次通过所述样气进口、所述第一电磁二通阀、所述电磁多通阀、所述热解吸管、所述第二电磁二通阀和所述采样空气泵连通所述样气排空口，使得样气在所述热解吸管中富集；
所述热解吸管解析进样阶段：
断开所述第一电磁二通阀和所述第二电磁二通阀，接通所述电磁多通阀，载气依次通过所述载气进口、所述电磁多通阀带动所述热解吸管中富集的样气送入所述进样解析口。
7.根据权利要求6所述的大气VOCs在线富集进样方法，其特征在于，所述热解吸管解析进样阶段前还包括预解析阶段：断开所述电磁多通阀、所述第一电磁二通阀和所述第二电磁二通阀，同时控制所述热解吸管温控模块加热所述热解吸管；
所述热解吸管解析进样完成后还包括解析管降温阶段：断开所述电磁多通阀，同时控制所述热解吸管温控模块降低所述热解吸管的温度。
8.根据权利要求7所述的大气VOCs在线富集进样方法，其特征在于：在所述进样解析口进样阶段，还可以通过所述进样流量调节装置调节通过所述分流输出口排出的进样气体的流量。
9.根据权利要求6-8任一项所述的大气VOCs在线富集进样方法，其特征在于：
在所述热解吸管解析进样阶段，所述热解吸管解析进样时，所述冗余热解吸管同时进行富集采样：
断开所述冗余电磁多通阀，接通所述第三电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，样气依次通过所述样气进口、所述第三电磁二通阀、所述冗余电磁多通阀、所述冗余热解吸管、所述第四电磁二通阀和所述采样空气泵连通所述样气排空口，使得样气在所述冗余热解吸管中富集；
在所述热解吸管富集采样阶段，所述热解吸管富集采样时，所述冗余热解吸管同时进行解析进样：断开所述第三电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，接通所述冗余电磁多通阀，载气通过所述载气进口、所述载气流量调节装置、所述冗余电磁多通阀、所述冗余热解吸管带动所述冗余热解吸管中的样气进入所述进样解析口。
10.根据权利要求9所述的大气VOCs在线富集进样方法，其特征在于，所述冗余热解吸管解析进样前，还包括冗余热解吸管预解析阶段：断开所述冗余电磁六通阀、所述第三电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，同时控制所述热解吸管温控模块加热所述冗余热解吸管；
所述冗余热解吸管解析进样完成后还包括冗余解析管降温阶段：断开所述冗余电磁多通阀，同时控制所述热解吸管温控模块降低所述冗余热解吸管的温度。
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