CN108627604A - 一种用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保检测设备，具体涉及一种用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，包括检测装置主体，检测装置主体包括富集级、聚焦级、第一色谱柱、第二色谱柱、第一FID火焰离子检测器和第二FID火焰离子检测器，检测装置主体上设有样品气入管、样品气出管、冲洗气体入管、冲洗气体出管、第一载气管路入管、第二载气管路入管，检测装置主体还包括六通阀A、六通阀B和四通阀D。本发明的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置设置有六通阀A、六通阀B和四通阀D，可以使样品可以通过一次进样，即同时分析所有挥发性有机物。

Description

一种用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置

技术领域

本发明属于环保检测设备，具体涉及一种用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置。

背景技术

大气中挥发性有机物(VOC)主要来源于自然界排放和人类化石燃料(煤、石油和天然气)的使用。这类化合物包含大量具有高反应活性的有机物，可与大气中活性物种(如OH自由基和臭氧等)快速反应产生有机过氧基，而有机过氧基在城市富含NOx的大气中进一步参与反应，产生对人类及生态系统具有明显负面影响的臭氧。此外，部分活性挥发性有机物在大气中经过光氧化等复杂过程形成二次有机气溶胶，可改变辐射平衡进而影响全球气候变化。由于大气中挥发性有机物在大气臭氧和二次有机气溶胶的生成中具有重要作用，并且部分VOC对人体健康存在危害，大气挥发性有机物的研究成为近年来国内外大气化学研究的热点领域之一。

目前国际上已发展了多种测定大气中挥发性有机物的监测技术和方法，但现有的VOC分析技术和方法大多具有设备复杂、价格昂贵、操作繁冗和分析时间分辨率低的缺点，并且无法实现一次性分析挥发性有机物全组分。因此，研究更新、更简单、更快速、应用物种更广的VOC采样分析装置，在大气环境领域具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，可以实现样品一次进样即可分析所有挥发性有机物。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

本发明的一种用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，包括检测装置主体，检测装置主体包括富集级、聚焦级、第一色谱柱、第二色谱柱、第一FID火焰离子检测器和第二FID火焰离子检测器，检测装置主体上设有样品气入管、样品气出管、冲洗气体入管、冲洗气体出管、第一载气管路入管、第二载气管路入管，检测装置主体还包括六通阀A、六通阀B和四通阀D；六通阀A包括A1，A2，A3，A4，A5，A6六个开孔，六通阀B包括B1，B2，B3，B4，B5，B6六个开孔，四通阀D包括D1，D2，D3，D4四个开孔；A1与样品气出管连接，A2、A5分别连接富集级的两端，A3与冲洗气体入管连接，A4与B6连接，A6与样品气入管连接；B1与冲洗气体出管连接，B2与B5分别连接聚焦级的两端，B3与第一载气管路入管连接，B4与第一色谱柱的输入端连接；D1与第一色谱柱的输出端连接，D2与第二色谱柱的输入端连接，D3与第二载气管路入管连接，D4与第一FID火焰离子检测器连接；第二FID火焰离子检测器与第二色谱柱的输出端连接。

优选地，第一色谱柱设置在第一加热装置内，第二色谱柱设置在第二加热装置内。

优选地，D4与第一FID火焰离子检测器之间还设置有阻尼。

优选地，样品气出管上设置有真空泵和气体流量计。

优选地，阻尼与第二色谱柱具有相同的气阻。

优选地，第一色谱柱用于分离样品中的高碳成分与低碳成分。

优选地，第一FID火焰离子检测器用于检测样品中的低碳成分，第二FID火焰离子检测器用于检测样品中的高碳成分。

优选地，还设置有瞬间加热装置，聚焦级与富集级均与瞬间加热装置连接。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置设置有六通阀A、六通阀B和四通阀D，可以使样品可以通过一次进样，即同时分析所有挥发性有机物。

2、本发明采用双火焰离子检测器方法，一个检测器用于测试样品中的低碳成分(C2-C6)，而另一个检测器用于检测高碳成分(C6-C12)。

3、本发明装置中配置第一色谱柱，完成高碳成分与低碳成分的预分离，同时可对高碳组分进行有效分离。

4、本发明的第一色谱柱和第二色谱柱分别装于带有独立程序升温的炉膛或加热装置内，这样保证了样品的进样峰宽很窄，提高了微量组份的检测灵敏度。

5、本发明通过四通阀D的气路切换，可以将样品中高沸点样品进行反吹，以保护第一色谱柱，并延长其使用寿命。

6、本发明装置中的阻尼利用中压色谱的原理来提高样品组份在第一色谱柱和第二色谱柱中的分离度。

附图说明

图1为本发明实施例的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置的结构示意图以及工作状态一的示意图；

图2为本发明实施例的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置的工作状态二结构示意图；

图3为本发明实施例的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置的工作状态三结构示意图；

图4为本发明实施例的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置的工作状态四结构示意图；

图5为本发明实施例的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置的工作状态五结构示意图；

图6为本发明实施例的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置的工作状态六结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，包括检测装置主体，检测装置主体包括富集级7、聚焦级10、第一色谱柱15、第二色谱柱18、第一FID火焰离子检测器17和第二FID火焰离子检测器20，检测装置主体上设有样品气入管1、样品气出管5、冲洗气体入管6、冲洗气体出管8、第一载气管路入管9、第二载气管路入管11，检测装置主体还包括六通阀A、六通阀B和四通阀D；六通阀A包括A1，A2，A3，A4，A5，A6六个开孔，六通阀B包括B1，B2，B3，B4，B5，B6六个开孔，四通阀D包括D1，D2，D3，D4四个开孔；A1与样品气出管5连接，A2、A5分别连接富集级7的两端，A3与冲洗气体入管6连接，A4与B6连接，A6与样品气入管1连接；B1与冲洗气体出管8连接，B2与B5分别连接聚焦级10的两端，B3与第一载气管路入管9连接，B4与第一色谱柱15的输入端连接；D1与第一色谱柱15的输出端连接，D2与第二色谱柱18的输入端连接，D3与第二载气管路入管11连接，D4与第一FID火焰离子检测器17连接；第二FID火焰离子检测器20与第二色谱柱18的输出端连接。

富集级为TENAX吸附剂、聚焦级为TENAX吸附剂、第一色谱柱为OV-1或其他高碳分离色谱柱、第二色谱柱为Al2O3或其他低碳分离色谱柱；样品气为环境空气或工业废气；第二载气为惰性气体，如氮气、氦气或氢气，第二载气从第二载气管路入管11流入系统内，为系统内的空气流通提供驱动力。

为了保证样品气体的进样峰宽很窄，提高微量组分的检测灵敏度，第一色谱柱15设置在第一加热装置16内，第二色谱柱18设置在第二加热装置19内，即第一色谱柱15与第二色谱柱18具有独立的加热装置。

为了使气路的切换不至于导致第一FID火焰离子检测器17的信号产生波动，D4与第一FID火焰离子检测器17之间还设置有阻尼14，阻尼14与第二色谱柱18具有相同的气阻。

样品气出管上设置有真空泵4和气体流量计3，气体流量计3可以记录富集样品气体的体积。

利用高碳成分与低碳成分的沸点的区别，第一色谱柱15预分离高碳成分与低碳成分，使得高碳成分进入第一FID火焰离子检测器17，低碳成分进入第二FID火焰离子检测器20。

还设置有瞬间加热装置，聚焦级10与富集级7均与瞬间加热装置，用温度控制聚焦级10与富集级7对样品的吸附与解吸。

通过以上设置的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，可以实现对样品中的所有挥发性有机物进行分析，分析的过程如下：

S10，冲洗取样管路、富集级7和聚焦级10，如图1所示：

样品自样品气入管1→A6→A1→气体流量计→真空泵→样品气出管5，实现对取样管路的清洗；

冲洗气体自冲洗气体入管6→A3→A2→富集级7→A5→A4→B6→B1→冲洗气体出管8，实现对富集级7的清洗；

载气自第一载气管路入管9→B3→B2→聚焦级10→B5→B4→第一色谱柱15V1→D4→阻尼14→第一FID火焰离子检测器17，实现对聚焦级10的清洗；

此时富集级7和聚焦级10处于低温等待状态，样品不会进入富集系统，只有高纯载气流过富集级7和聚焦级10；

S20，切换六通阀，样品进入富集级7进行富集，如图2所示：

样品自样品气入管1→A6→A5→富集级7→A2→A1→气体流量计→真空泵→样品气出管5，流量计可以记录富集样品气体的体积，便于后期定量；

S30，切换六通阀A，冲洗六通阀B，如图3所示：

冲洗气体自冲洗气体入管6→A3→A2→富集级7→A5→A4→B6→B1→冲洗气体出管8，实现对六通阀B的清洗；

富集级7热然处于低温状态，冲洗气体对六通阀B的管路进行冲洗；

S40，切换六通阀B，将样品从富集级7转移到聚焦级10，切换阀后，瞬间加热装置对富集级7进行瞬间加热，如图4所示：

冲洗气体自冲洗气体入管6→A3→A2→富集级7→A5→A4→B6→B5→聚焦级10→B2→B1→冲洗气体出管8；

先前吸附在富集级7中的样品成分会释放，并随着冲洗气体流到低温状态下的聚焦级10进行二次聚焦；该动作可以让样品在进入色谱柱前进行排队，色谱技术有一个要求就是进样要瞬时进样，而不是慢吞吞的进去，二次聚焦可以把前面的气体先聚集一会儿，然后一起在高温情况下瞬时释放。

S50，切换六通阀B与四通阀D，将聚焦级10内的样品载入第一色谱柱15进行分离，如图5所示：

载气自第一载气管路入管9→B3→B2→聚焦级10→B5→B4→第一色谱柱15→D1→D2→第二色谱柱18→第二FID火焰离子检测器20进行监测分析；

此时，瞬间加热装置使得聚焦级10快速升温，将吸附在该处的样品随着载气全部释放到第一色谱柱15进行预分离，第一色谱柱15留下了大分子组分(如C6-C12等组分)，小分子气体组分(H2，He，Ne，O2，N2，CH4，C2-C6)流经第一色谱柱15并经过四通阀D进入第二色谱柱18进行分离；

S60，等小分子组份全部进入到第二色谱柱18后，切换四通阀D将大分子组份经过阻尼14进入到第一FID火焰离子检测器17进行检测分析，如图6所示：

载气自第一载气管路入管9→B3→B2→聚焦级10→B5→B4→第一色谱柱15→D1→D4→阻尼14→第一FID火焰离子检测器17进行检测分析。

为了保护第一色谱柱15，可通过切换四通阀D将样品中高沸点组分进行反吹。

在本实施例中，载气、冲洗气体可选择使用氦气、氢气或其他惰性气体。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (8)

1.一种用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，其特征在于，包括检测装置主体，所述检测装置主体包括富集级、聚焦级、第一色谱柱、第二色谱柱、第一FID火焰离子检测器和第二FID火焰离子检测器，所述检测装置主体上设有样品气入管、样品气出管、冲洗气体入管、冲洗气体出管、第一载气管路入管、第二载气管路入管，所述检测装置主体还包括六通阀A、六通阀B和四通阀D；六通阀A包括A1，A2，A3，A4，A5，A6六个开孔，六通阀B包括B1，B2，B3，B4，B5，B6六个开孔，四通阀D包括D1，D2，D3，D4四个开孔；A1与样品气出管连接，A2、A5分别连接富集级的两端，A3与冲洗气体入管连接，A4与B6连接，A6与样品气入管连接；B1与冲洗气体出管连接，B2与B5分别连接聚焦级的两端，B3与第一载气管路入管连接，B4与第一色谱柱的输入端连接；D1与第一色谱柱的输出端连接，D2与第二色谱柱的输入端连接，D3与第二载气管路入管连接，D4与第一FID火焰离子检测器连接；所述第二FID火焰离子检测器与第二色谱柱的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，其特征在于，所述第一色谱柱设置在第一加热装置内，第二色谱柱设置在第二加热装置内。

3.根据权利要求1所述的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，其特征在于，所述D4与第一FID火焰离子检测器之间还设置有阻尼。

4.根据权利要求1所述的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，其特征在于，所述样品气出管上设置有真空泵和气体流量计。

5.根据权利要求3所述的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，其特征在于，所述阻尼与第二色谱柱具有相同的气阻。

6.根据权利要求1所述的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，其特征在于，所述第一色谱柱用于分离样品中的高碳成分与低碳成分。

7.根据权利要求6所述的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，其特征在于，所述第一FID火焰离子检测器用于检测样品中的低碳成分，第二FID火焰离子检测器用于检测样品中的高碳成分。

8.根据权利要求1-7任一所述的用于检测环境空气中挥发性有机物全组分通用装置，其特征在于，还设置有瞬间加热装置，所述聚焦级与富集级均与瞬间加热装置连接。