CN109187425A - 基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统，本系统的气象杆和采样杆设于箱式汽车车顶，实验台设于车厢内，在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪分别设于实验台，采样总管、温湿度控制系统、避震减震系统、空气过滤系统、电力系统和监测数据传输系统分别设于车厢内和实验台，采样总管连通采样杆提供在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪，同步实现对挥发性有机物和氨等大气污染物的自动连续采样和分析。本系统可实现灵活布设监测点位，实时监测数据传输，监测数据准确可靠，可实现长期驻点监测或应急监测。
Description
技术领域
本发明涉及空气质量在线监测领域，尤其涉及一种基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统。
背景技术
环境空气中挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是对流层大气臭氧和二次有机气溶胶生成的关键前体物，也是当前我国区域性大气复合污染的主要贡献者之一。我国环境空气VOCs自动在线监测系统主要依托空气超级站和重点产业园区站点开展，然而由于固定监测站点筹建费用高昂，站点数量有限，一般已有的固定监测点无法满足和全覆盖一定区域环境空气监测，无法实现对VOCs及其它污染物排放源及敏感污染区的在线实时监测。
本发明提供了一种基于在线质谱和光谱仪器的移动监测系统，可自动连续分析VOCs、氨、二氧化硫和硫化氢等大气污染物，具有点位布设灵活的优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统，本系统可实现灵活布设监测点位，实时监测数据传输，且监测项目覆盖VOCs、二氧化硫、硫化氢和氨等大气污染物，监测数据准确可靠，从而满足全区域或敏感点位对污染源排查的需求，可实现长期驻点监测或应急监测。
为解决上述技术问题，本发明基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统包括箱式汽车、气象杆和采样杆，所述气象杆和采样杆设于所述箱式汽车车顶，还包括实验台、在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪、紫外差分气体分析仪、温湿度控制系统、避震减震系统、空气过滤系统、不间断供电系统和监测数据传输系统和采样总管，所述实验台设于所述箱式汽车的车厢内，所述在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪分别设于所述实验台，所述采样总管设于所述箱式汽车的车厢内并且前端口连通车厢外采样杆、后端口连通所述在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪，同步实现对挥发性有机物和氨等大气污染物的自动连续采样和分析，所述温湿度控制系统、避震减震系统、空气过滤系统、不间断供电系统和监测数据传输系统设于所述箱式汽车的车厢内，分别实现极端高温或低温条件下实验台的温湿度控制、长途运输中仪器避震、以及满足实验台空气质量、不间断电力供应和数据实时传输的实验要求。
进一步，车厢内采样总管前端与车厢顶部采样杆连通，采样总管和采样杆材质均为特氟龙，且采用保温材料对车厢内采样管路进行包裹，以避免夏季进样气体在管路中结露。
进一步，所述气象杆实时监测大气环境风向、风速、气温、气压和相对湿度。
进一步，本系统还包括工控机和大屏显示器，所述工控机设于所述实验台并且与所述在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪和在线挥发性有机物质谱仪通讯连接，所述大屏显示器设于所述箱式汽车的车厢壁并且连接所述工控机。
进一步，所述实验台包括右侧实验台和左侧实验台，所述右侧实验台和左侧实验台分别设于所述箱式汽车的车厢两侧，所述在线色谱质谱联用分析仪、在线挥发性有机物质谱仪和不间断供电系统设于所述左侧实验台，所述傅里叶红外光谱仪和紫外差分气体分析仪设于所述右侧实验台。
进一步，所述温湿度控制系统包括空气调节器、车厢内壁材料采用具有隔热保温性能的硬质聚氨脂泡沫塑料板和排热管道，所述排热管道一端出口位于车厢后端左下侧、另一端出口连通在线色谱质谱联用分析仪，用于该仪器冷阱每间隔1小时加热至230℃并快速降温至40℃以下的热量输出，保证在极端高温天气条件下，车厢内温度在25±5℃范围内，满足多台仪器同时运行的环境条件。
进一步，所述空气过滤系统在进风口加装活性炭空气过滤器，使车厢内部空气VOCs总量控制在小于10ppb范围，保障车厢内分析结果的准确性和实验人员健康。
进一步，所述不间断供电系统包括外接市电单元和不间断蓄电装置，车厢电源由外接市电单元或不间断蓄电装置供电；外接市电单元输入为交流380V三相四线制电源，通过电源转换开关切换交流380V电源输入和交流220V电源输入，所述电源转换开关设置于配电箱上，所述不间断蓄电装置供车厢内照明、傅里叶红外光谱仪和在线挥发性有机物质谱仪在无外接市电接入时自动采样使用。
进一步，所述避震减震系统包括在车辆底盘采用空气悬架技术、监测设备定制带减震弹簧托盘和固定设施。
所述在线色谱质谱联用分析仪和在线挥发性有机物质谱仪均为自动连续监测的大型质谱设备，对实验环境温湿度、空气洁净、电力稳定性和防震减震的实验条件要求高。两台仪器应用侧重点不同，在线色谱质谱联用分析仪具有精度高、定量定性准确、可分析痕量污染物，辨析未知污染物。在线挥发性有机物质谱仪自动采样分析时间分辨率可达分钟检测，应用于快速评估污染物及其浓度。
所述傅里叶红外光谱仪和紫外差分气体分析仪为基于光谱原理的自动连续监测设备，具有便携性、可充电，检测范围大和测试速度快，其应用侧重于浓度较高污染源监测，或离开移动车进行应急监测。
由于本发明基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统采用了上述技术方案，即本系统的气象杆和采样杆设于箱式汽车车顶，实验台设于车厢内，在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪分别设于实验台，采样总管、温湿度控制系统、避震减震系统、空气过滤系统、电力系统和监测数据传输系统分别设于车厢内和实验台，采样总管连通采样杆提供在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪，同步实现对挥发性有机物和氨等大气污染物的自动连续采样和分析。本系统可实现灵活布设监测点位，实时监测数据传输，且监测项目覆盖VOCs、二氧化硫、硫化氢和氨等大气污染物，监测数据准确可靠，从而满足全区域或敏感点位对污染源排查的需求，可实现长期驻点监测或应急监测。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统示意图；
图2为本系统中箱式汽车车厢内部示意图。
具体实施方式
实施例如图1和图2所示，本发明基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统包括箱式汽车1、气象杆2和采样杆33，所述气象杆2和采样杆33设于所述箱式汽车1车顶，还包括实验台3、在线色谱质谱联用分析仪4、傅里叶红外光谱仪5、在线挥发性有机物质谱仪6、紫外差分气体分析仪7、温湿度控制系统10、避震减震系统、空气过滤系统16、不间断供电系统12和监测数据传输系统17和采样总管9，所述实验台3设于所述箱式汽车1的车厢11内，所述在线色谱质谱联用分析仪4、傅里叶红外光谱仪5、在线挥发性有机物质谱仪6和紫外差分气体分析仪7分别设于所述实验台3，所述采样总管9设于所述箱式汽车1的车厢11内并且前端口连通车厢外采样杆33、后端口连通所述在线色谱质谱联用分析仪4、傅里叶红外光谱仪5、在线挥发性有机物质谱仪6和紫外差分气体分析仪7，同步实现对挥发性有机物和氨等大气污染物的自动连续采样和分析，所述温湿度控制系统、避震减震系统、空气过滤系统、不间断供电系统和监测数据传输系统设于所述箱式汽车1的车厢11内，分别实现极端高温或低温条件下实验台3的温湿度控制、长途运输中仪器避震、以及满足实验台3空气质量、不间断电力供应和数据实时传输的实验要求。
优选的，车厢11内采样总管9前端与车厢顶部采样杆33连通，采样总管9和采样杆33材质均为特氟龙，且采用保温材料对车厢11内采样管路进行包裹，以避免夏季进样气体在管路中结露。
优选的，所述气象杆2实时监测大气环境风向、风速、气温、气压和相对湿度。
优选的，本系统还包括工控机13和大屏显示器14，所述工控机13设于所述实验台3并且与所述在线色谱质谱联用分析仪4、傅里叶红外光谱仪5和在线挥发性有机物质谱仪6通讯连接，所述大屏显示器14设于所述箱式汽车1的车厢11壁并且连接所述工控机13。实时监测数据传输至工控机，并可通过大屏显示器显示，并由工控机经监测数据传输系统传输至相关节点，提供实时的空气监测数据。
优选的，所述实验台3包括右侧实验台32和左侧实验台31，所述右侧实验台31和左侧实验台32分别设于所述箱式汽车1的车厢11两侧，所述在线色谱质谱联用分析仪4、在线挥发性有机物质谱仪6和不间断供电系统设于所述左侧实验台31，所述傅里叶红外光谱仪5和紫外差分气体分析仪7设于所述右侧实验台32。
优选的，所述温湿度控制系统10包括空气调节器、车厢11内壁材料采用具有隔热保温性能的硬质聚氨脂泡沫塑料板16和排热管道，所述排热管道一端出口位于车厢11后端左下侧、另一端出口连通在线色谱质谱联用分析仪4，用于该仪器冷阱每间隔1小时加热至230℃并快速降温至40℃以下的热量输出，保证在极端高温天气条件下，车厢11内温度在25±5℃范围内，满足多台仪器同时运行的环境条件。
优选的，所述空气过滤系统16在进风口加装活性炭空气过滤器15，使车厢11内部空气VOCs总量控制在小于10ppb范围，保障车厢11内分析结果的准确性和实验人员健康。
优选的，所述不间断供电系统12包括外接市电单元和不间断蓄电装置，车厢电源由外接市电单元或不间断蓄电装置供电；外接市电单元输入为交流380V三相四线制电源，通过电源转换开关切换交流380V电源输入和交流220V电源输入，所述电源转换开关设置于配电箱上，所述不间断蓄电装置供车厢11内照明、傅里叶红外光谱仪5和在线挥发性有机物质谱仪6在无外接市电接入时自动采样使用。
优选的，所述避震减震系统包括在车辆底盘采用空气悬架技术、监测设备定制带减震弹簧托盘8和固定设施。
本系统中安置的四台大型在线自动监测仪器，由于其运行条件要求较高，目前国内仅在固定实验室或监测站点配置。而本系统将这些设备集成在车厢内，并为了达到实验室运行要求，针对性满足在线自动质谱和光谱在移动车厢内运行的技术问题，在车厢内有针对性地优化、配置和设计了温湿度控制系统、避震减震系统、空气过滤系统以及电力系统，来解决在线大型质谱和光谱设备自动在线监测的技术问题，包括满足固定实验室要求的温湿度控制、新风系统、稳定的电力供应等技术问题均在移动的车厢内满足并实现，并解决移动车辆在长途运输中设备的避震减震，保证设备稳定和正常运行。
本系统中经采样总管的环境空气分别通入在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪进行环境空气VOCs等污染物的自动连续监测分析。
本系统为实验室级别的移动监测车，可用于监测环境空气中VOCs、二氧化硫、硫化氢和氨等大气污染物的污染特征、来源和趋势变化，实时跟踪和掌握VOCs等污染物随时间演变的特征，具有点位布设灵活的优点，有效弥补现有空气监测固定站点分布数量有限的不足，提高对大气污染物的精细化定量移动观测和研究的能力；可用于环境空气质量移动监测、污染事件溯源以及承担突发事故的应急监测等。
Claims (9)
1.一种基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统，包括箱式汽车、气象杆和采样杆，所述气象杆和采样杆设于所述箱式汽车车顶，其特征在于：还包括实验台、在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪、紫外差分气体分析仪、温湿度控制系统、避震减震系统、空气过滤系统、不间断供电系统和监测数据传输系统和采样总管，所述实验台设于所述箱式汽车的车厢内，所述在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪分别设于所述实验台，所述采样总管设于所述箱式汽车的车厢内并且前端口连通车厢外采样杆、后端口连通所述在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪、在线挥发性有机物质谱仪和紫外差分气体分析仪，同步实现对挥发性有机物和氨等大气污染物的自动连续采样和分析，所述温湿度控制系统、避震减震系统、空气过滤系统、不间断供电系统和监测数据传输系统设于所述箱式汽车的车厢内，分别实现极端高温或低温条件下实验台的温湿度控制、长途运输中仪器避震、以及满足实验台空气质量、不间断电力供应和数据实时传输的实验要求。
2.根据权利要求1所述的基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统，其特征在于：车厢内采样总管前端与车厢顶部采样杆连通，采样总管和采样杆材质均为特氟龙，且采用保温材料对车厢内采样管路进行包裹，以避免夏季进样气体在管路中结露。
3.根据权利要求1或2所述的基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统，其特征在于：所述气象杆实时监测大气环境风向、风速、气温、气压和相对湿度。
4.根据权利要求3所述的基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统，其特征在于：本系统还包括工控机和大屏显示器，所述工控机设于所述实验台并且与所述在线色谱质谱联用分析仪、傅里叶红外光谱仪和在线挥发性有机物质谱仪通讯连接，所述大屏显示器设于所述箱式汽车的车厢壁并且连接所述工控机。
5.根据权利要求4所述的基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统，其特征在于：所述实验台包括右侧实验台和左侧实验台，所述右侧实验台和左侧实验台分别设于所述箱式汽车的车厢两侧，所述在线色谱质谱联用分析仪、在线挥发性有机物质谱仪和不间断供电系统设于所述左侧实验台，所述傅里叶红外光谱仪和紫外差分气体分析仪设于所述右侧实验台。
6.根据权利要求4所述的基于在线质谱和光谱仪的环境空气移动监测系统，其特征在于：所述温湿度控制系统包括空气调节器、车厢内壁材料采用具有隔热保温性能的硬质聚氨脂泡沫塑料板和排热管道，所述排热管道一端出口位于车厢后端左下侧、另一端出口连通在线色谱质谱联用分析仪，用于该仪器冷阱每间隔1小时加热至230℃并快速降温至40℃以下的热量输出，保证在极端高温天气条件下，车厢内温度在25±5℃范围内，满足多台仪器同时运行的环境条件。
7.根据权利要求4所述的一种基于在线质谱和光谱仪器的移动监测系统， 其特征在于：所述空气过滤系统在进风口加装活性炭空气过滤器，使车厢内部空气VOCs总量控制在小于10ppb范围，保障车厢内分析结果的准确性和实验人员健康。
8.根据权利要求4所述的一种基于在线质谱和光谱仪器的移动监测系统， 其特征在于：所述不间断供电系统包括外接市电单元和不间断蓄电装置，车厢电源由外接市电单元或不间断蓄电装置供电；外接市电单元输入为交流380V三相四线制电源，通过电源转换开关切换交流380V电源输入和交流220V电源输入，所述电源转换开关设置于配电箱上，所述不间断蓄电装置供车厢内照明、傅里叶红外光谱仪和在线挥发性有机物质谱仪在无外接市电接入时自动采样使用。
9.根据权利要求4所述的一种基于在线质谱和光谱仪器的移动监测系统， 其特征在于：所述避震减震系统包括在车辆底盘采用空气悬架技术、监测设备定制带减震弹簧托盘和固定设施。
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