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一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置及方法，包括走航车、化学电离质谱仪、减震底座、车外采样头、车内采样管、GPS定位器、排气管、扩展电池组、不间断电源和数据监控单元；本发明检测方法是通过走航车上的化学电离质谱对大气VOCs进行边走边测，通过将质谱数据、GPS位置信息和电子地图融合，在电子地图上实时展示走航检测结果。本发明弥补了常规技术不能低浓度大范围排查的不足，实现了大气VOCs污染源的快速大区域排查。

Description

一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置及 方法
技术领域
本发明属于分析检测领域，具体涉及一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置及方法。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)本身是一种污染物，高浓度长期接触具有致死、致畸、致癌、致突变等风险，而且大气中VOCs在太阳紫外线作用下还会发生光化学反应，还产生臭氧和二次有机气溶胶等二次污染物。因此，对VOCs排放的管控是环保部门解决居民投诉、臭氧超标、控制雾霾天气形成的核心抓手。
VOCs排放企业为节省成本往往不按要求安装或开启处理设备，受污染气体影响的群众只要闻到敏感气味就会不停投诉。一般的便携式传感器因检测限差，无法检出鼻子可嗅探出的低浓度污染气体，所以，环保部门目前只能通过嗅辨师到现场用鼻子嗅探或采样到实验室浓缩检测的方式处理投诉事件。鼻子嗅探方式往往因个体差异容易引起群众误解，面对多处分散的污染源，实验室检测方式的完全没办法开展大区域污染源排查。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：克服现有环保部门VOCs污染源排查方法的不足，提供一种大气VOCs车载化学电离质谱走航检测装置及检测方法，通过走航车携带极低探测限的化学电离质谱仪及相关附件，实现对VOCs污染源进行现场实时检测，并通过走航过程边走边测，将不同地点的VOCs成分和浓度结果融合到电子地图上，实现大区域污染源排查和可视化展示，为环保部门解决VOCs偷排问题和群众投诉问题提供高效准确的新装置和新方法，为打赢蓝天保卫战提供走航质谱新工具。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置，包括走航车1、化学电离质谱仪2、减震底座3、车外采样头4、车内采样管5、GPS定位器6、排气管7、扩展电池组8、不间断电源9、数据监控单元10；所述的化学电离质谱仪2通过减震底座3安装于走航车1内；所述的车外采样头4安装于走航车1的顶部，通过车内采样管5与化学电离质谱仪2相连；所述排气管7一端与化学电离质谱仪2相连，另一端从走航车1侧面或下面引出；所述的不间断电源9安装于走航车1内，与化学电离质谱仪2通过电源线相连；所述扩展电池组8安装于走航车1内，通过电源线与不间断电源9相连；所述的数据监控单元10通过控制线缆与化学电离质谱仪2相连，通过线缆还与安装于走航车1外部的GPS定位器6相连。
所述的走航车1具有安装化学电离质谱仪2的防雨恒温车厢。
所述的化学电离质谱仪2是通过母离子与待测VOCs发生离子-分子反应的化学电离原理对VOCs进行电离，通过质谱检测离子；母离子可以是H3O+、NH4 +、NO+、O2 +、C3H7O+、OH-或NH2 -，检测离子的质谱可以是四极杆质谱、飞行时间质谱、离子阱质谱、傅里叶变换离子回旋共振质谱或磁质谱探测系统。
所述的车外采样头4具有防雨防蚊虫结构；所述的车内采样管具有伴热恒温结构。
本发明检测方法如下：走航车1行驶于道路上，GPS定位器6将位置信息实时传送给数据监控单元10；车外采样头4采集走航车1外的大气VOCs，通过车内采样管5引入化学电离质谱仪2，在化学电离质谱仪2中通过离子-分子反应原理实现化学电离和质谱检测，得到大气VOCs的种类和浓度等质谱数据，化学电离质谱仪2再将质谱数据等实时发送给数据监控单元10；数据监控单元10将收到的位置信息和质谱数据融合到电子地图上，以高低棒图和不同颜色将不同浓度的质谱数据展示出来；随着走航车1行驶，不同位置的质谱数据即可描绘在电子地图上，从而实现大气VOCs的走航检测。
本发明与现有技术相比的区别和优点在于：
(1)污染源排查一般依赖便携式传感器、嗅辨师和采样实验室色谱检测。便携式传感器检测限差，对鼻子能嗅到的低浓度气味一般测不到；嗅辨师的嗅探具有主观性，也容易受环境和身体状况影响；采样带到实验室进行色谱检测需要耗费大量的时间以及人力物力，无法进行污染源排查。本发明克服现有技术方法不足，提供一种大气VOCs车载化学电离质谱走航检测装置及检测方法，通过走航车携带极低检测限的化学电离质谱仪及相关附件，实现对VOCs污染源进行现场实时检测，并通过走航过程边走边测，将不同地点的VOCs成分和浓度结果融合到电子地图上，实现大区域污染源排查和可视化展示。本发明主要包括走航车、化学电离质谱仪、减震底座、车外采样头、车内采样管、GPS定位器、排气管、扩展电池组、不间断电源、数据监控单元。极低检测限的化学电离质谱仪、走航车、GPS定位器、数据监控单元等的综合配置方式和连接方式与现有技术不同。
(2)本发明的创新之处在于：将极低检测限的化学电离质谱仪、GPS定位器等安装于走航车内，通过数据监控单元将获取的质谱数据、位置信息以及电子地图融合起来，快速获取大气VOCs种类和浓度在某关心区域的分布，快速锁定污染源；配备的化学电离质谱仪是目前VOCs检测技术中检测限最低的技术，例如质子转移反应质谱的检测限可至ppqv量级，远低于一般的传感器、光谱、色谱、色谱-质谱联用仪、光电离质谱等。相比常规技术，本发明最大的优点在于可以快速排查污染源、机动性好、多组分同时测量、低浓度测量、浓度自定量测量等优势。
附图说明
图1为本发明的一种大气VOCs车载化学电离质谱走航检测装置示意图；
图2为本发明的一种大气VOCs车载化学电离质谱走航检测装置走航排查结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置，实施例包括：走航车1、化学电离质谱仪2、减震底座3、车外采样头4、车内采样管5、GPS定位器6、排气管7、扩展电池组8、不间断电源9、数据监控单元10；所述的化学电离质谱仪2通过减震底座3安装于走航车1内；所述的车外采样头4安装于走航车1的顶部，通过车内采样管5与化学电离质谱仪2相连；所述排气管7一端与化学电离质谱仪2相连，另一端从走航车1侧面或下面引出；所述的不间断电源9安装于走航车1内，与化学电离质谱仪2通过电源线相连；所述扩展电池组8安装于走航车1内，通过电源线与不间断电源9相连；所述的数据监控单元10通过控制线缆与化学电离质谱仪2相连，通过线缆还与安装于走航车1外部的GPS定位器6相连。
走航车1行驶于道路上，GPS定位器6将位置信息实时传送给数据监控单元10；车外采样头4采集走航车1外的大气VOCs，通过车内采样管5引入化学电离质谱仪2，在化学电离质谱仪2中通过离子-分子反应原理实现化学电离和质谱检测，得到大气VOCs的种类和浓度等质谱数据，化学电离质谱仪2再将质谱数据等实时发送给数据监控单元10；数据监控单元10将收到的位置信息和质谱数据融合到电子地图上，以高低棒图和不同颜色将不同浓度的质谱数据展示出来；随着走航车1行驶，不同位置的质谱数据即可描绘在电子地图上，从而实现大气VOCs的走航检测。
为了获得长期稳定检测效果，所述的走航车1具有安装化学电离质谱仪2的防雨恒温车厢；所述的车外采样头4具有防雨防蚊虫结构；所述的车内采样管具有伴热恒温结构。
为了保证大气低浓度VOCs的高灵敏检测，配备的化学电离质谱仪是目前VOCs检测技术中检测限最低的技术，例如质子转移反应质谱的检测限可至ppqv量级，远低于一般的传感器、光谱、色谱、色谱-质谱联用仪、光电离质谱等。化学电离质谱仪2是通过母离子与待测VOCs发生离子-分子反应的化学电离原理对VOCs进行电离，通过质谱检测离子，母离子可以是H3O+、NH4 +、NO+、O2 +、C3H7O+、OH-或NH2 -，检测离子的质谱可以是四极杆质谱、飞行时间质谱、离子阱质谱、傅里叶变换离子回旋共振质谱或磁质谱探测系统。
为了保障化学电离质谱长期稳定工作，数据监控单元10还对化学电离质谱内的多个电极电压/电流、多路管道伴热温度、仪器内温湿度、各腔体气压、母离子试剂气体的流量、多个电磁阀门等进行监测和控制，并根据参数状态对关键部件和整机进行实时保护。
图2给出了以H3O+为母离子的化学电离质谱按照本发明所述的连接方式建成的装置快速排查城市区域获得的电子地图展示结果示意图，图中所指的黑色且高的棒图位置为VOCs污染浓度高的位置，白色且矮为棒图位置为VOCs污染浓度低的位置。通过走航观测获得该图即可实时清楚地了解区域VOCs污染状况。
本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置，其特征在于：包括走航车(1)、化学电离质谱仪(2)、减震底座(3)、车外采样头(4)、车内采样管(5)、GPS定位器(6)、排气管(7)、扩展电池组(8)、不间断电源(9)和数据监控单元(10)；所述的化学电离质谱仪(2)通过减震底座(3)安装于走航车(1)内；所述的车外采样头(4)安装于走航车(1)的顶部，通过车内采样管(5)与化学电离质谱仪(2)相连；所述排气管(7)一端与化学电离质谱仪(2)相连，另一端从走航车(1)侧面或下面引出；所述的不间断电源(9)安装于走航车(1)内，与化学电离质谱仪(2)通过电源线相连；所述扩展电池组(8)安装于走航车(1)内，通过电源线与不间断电源(9)相连；所述的数据监控单元(10)通过控制线缆与化学电离质谱仪(2)相连，通过线缆还与安装于走航车(1)外部的GPS定位器(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置，其特征在于：所述的走航车(1)具有安装化学电离质谱仪(2)的防雨恒温车厢。
3.根据权利要求1所述的一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置，其特征在于：所述的化学电离质谱仪(2)是通过母离子与待测挥发性有机物发生离子-分子反应的化学电离原理对挥发性有机物进行电离，通过质谱检测离子；所述母离子可以是H3O+、NH4 +、NO+、O2 +、C3H7O+、OH-或NH2 -；所述质谱可以是四极杆质谱、飞行时间质谱、离子阱质谱、傅里叶变换离子回旋共振质谱或磁质谱探测系统。
4.根据权利要求1所述的一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测装置，其特征在于：所述的车外采样头(4)具有防雨防蚊虫结构；所述的车内采样管(5)具有伴热恒温结构。
5.一种大气挥发性有机物车载化学电离质谱走航检测方法，其特征在于，实现步骤如下：走航车(1)行驶于道路上，GPS定位器(6)将位置信息实时传送给数据监控单元(10)；车外采样头(4)采集走航车(1)外的大气挥发性有机物，通过车内采样管(5)引入化学电离质谱仪(2)，在化学电离质谱仪(2)中通过离子-分子反应原理实现化学电离和质谱检测，得到大气挥发性有机物的种类和浓度质谱数据，化学电离质谱仪(2)再将质谱数据等实时发送给数据监控单元(10)；数据监控单元(10)将收到的位置信息和质谱数据融合到电子地图上，以高低棒图和不同颜色将不同浓度的质谱数据展示出来；随着走航车(1)行驶，不同位置的质谱数据即可描绘在电子地图上，从而实现大气挥发性有机物的走航检测。
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