CN109900779B

CN109900779B - 一种有毒气体监测仪

Info

Publication number: CN109900779B
Application number: CN201910220643.XA
Authority: CN
Inventors: 李娟秀; 刘惠强; 易洪江; 吴洲; 吴斌; 李必成; 张加强; 石歆慧
Original assignee: Sim Max Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Xinman Sensor Technology Co ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: CN109900779A

Abstract

本发明公开了一种有毒气体监测仪，有毒气体监测仪包括离子迁移谱探测装置、数据单元、干燥剂再生系统、用以探测气体成分和浓度的气体传感器组模块；所述离子迁移谱探测装置包括气路系统、带有检测器的漂移管、高压电源、信号放大及处理单元、控制系统；所述气体传感器组模块与离子迁移谱系统的漂移管通过连接气路串联或者并联；气体传感器组模块和漂移管探测后将输出的数据信号传输到数据单元进行综合分析，得出检测结果，扩展了样品的检测范围，有效避免了假阳性结果的问题。通过干燥剂再生系统，可以维持监测仪长时间工作，无需频繁的更换干燥剂填料等耗材，也就避免了更换耗材和校准等维护工作，真正实现了仪器在线连续监测。

Description

一种有毒气体监测仪

技术领域

本发明涉及一种有毒气体监测仪，特别涉及一种监测包括化学战剂在内的有毒气体的离子迁移谱与气体传感器组件的双探测系统。

背景技术

离子迁移谱(IMS)是20世纪60年代末出现的，经过几十年的发展已成为基于分子水平上较成熟的现场痕量检测技术。用于化学战剂的神经毒剂基本上是具有强质子亲和性的有机磷化合物的衍生物。离子迁移谱能够对这些化合物产生灵敏、专一和快速的信号响应，也是适合野外或现场检测的最好仪器。另外，用负离子漂移管还可以对糜烂性毒剂及其分解产物进行检测。

离子迁移谱(IMS)也在一些工业和环境方面应用于化学物质的测量，成功的解决了各种各样的现场检测问题，然而IMS在这些方面的应用范围有一定限制。

但在工业上使用的许多其它化合物也都具有相当高的毒性，而且这些工业有毒化合物(TICs)是很容易大量获取的。在早期研制的检测器材中，对检测这些化合物的重要性却没有给予足够的重视。在采用常规的有毒气体监测仪检测时，存在假阳性的结果。

另外，现在常规的在线监测气体监测仪，一般需要不定期地进行过滤器或耗材更换，且需要频繁和复杂的校准，无法达到真正意义上的在线连续检测。

因此，需要一种样品的检测范围更广，检测结果更准确的在线连续检测的有毒气体监测仪。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种有毒气体监测仪，以解决现有技术中有毒气体监测仪样品的检测范围有限，假阳性结果高的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种有毒气体监测仪，其特征在于，包括离子迁移谱探测装置、数据单元、用以探测气体成分和浓度的气体传感器组模块；

所述离子迁移谱探测装置包括气路系统、带有检测器的漂移管、高压电源、信号放大及处理单元、控制系统；高压电源与漂移管相连，提供漂移管工作所需的高压电源，控制系统控制漂移管离子门时序及高压极性切换；信号放大及处理单元的信号输入端与漂移管的检测器的信号输出端相连；气路系统包括气体预处理采集装置和连接气路；

所述气体传感器组模块与离子迁移谱系统的漂移管通过连接气路串联或者并联；且气体传感器组模块和漂移管与气体预处理采集装置连通；气体预处理采集装置输出的气体经过气体传感器组模块和漂移管，气体传感器组模块和漂移管探测后将输出的数据信号传输到数据单元进行综合分析，得出检测结果。

在本发明的优选方案中，所述气体传感器组模块与漂移管串联。进一步，所述气体预处理采集装置、气体传感器组模块、漂移管依次串联连接。

在本发明的优选方案中，所述气体传感器组模块与漂移管并联，气体预处理采集装置的输出端通过两根管路分别与气体传感器组模块和漂移管连通。

在本发明的优选方案中，所述气体传感器组模块由若干个气体传感器组合而成，若干个气体传感器组合排列，仅各个传感器与气体接触的滤膜形成的密闭腔接入气体气路中。进一步，气体传感器组模块可以包括电化学传感器(EC)、光离子化探测器(PID)和金属氧化物传感器(MOS)的一个或者多个。

在本发明的优选方案中，离子迁移谱探测装置的漂移管包括进样口、电离源、离子门、漂移区和检测器。

在本发明的优选方案中，所述气体预处理采集装置包括有过滤器、采样泵和流量传感器，过滤器和采样泵通过管路连接。

在本发明的优选方案中，还包括一内部自校准系统，所述内部自校准系统包括校准池和串联的校准泵，校准池内放置有校准物质，校准池的一端与预处理采集装置尾端连接，另一端与漂移管的进样口连接，校准池外围设有加热与温控单元将校准物质转化成气态，由校准泵定期地吹扫进入漂移管内，通过捕获校准物的特征峰，反馈仪器当前的工作条件变状况，从而推导相同条件下样品物质的特征峰位，达到校正的目的。进一步，内部自校准系统中校准物池可填充至少甲基水杨酸和烟酰胺中的一种。

在本发明的优选方案中，还包括用以对漂移管内的迁移气体进行干燥净化的干燥剂再生系统，所述干燥剂再生系统包括两组并联的干燥装置和控制两组并联的干燥装置进行切换的控制装置，干燥装置的两端分别与漂移管的出气口和进气口连接；每组干燥装置均至少包括通过管路串联连接的气泵、控制阀和干燥器，所述干燥器内部填装有用于滤尘空气湿度的干燥剂填料，所述干燥器的外围设加热与温度检测单元。

进一步，所述控制阀包括干燥器前控制阀和干燥器后控制阀，分别连接在干燥器的前面和后面，所述干燥器前控制阀为两通电磁阀；干燥器后控制阀为三通电磁阀。

进一步，所述干燥器为金属圆筒形状。

进一步，所述干燥剂填料为分子筛、矿物干燥剂、硅胶中的一种。

本发明的两探测器组件分别对被测气体进行检测，并将检测结果进行交叉验证，有效地提高了有毒气体检测和报警的准确性。

本发明实现了地铁、机场、金融中心等人群比较集中的区域的安防、监测和早期报警。

本发明检测范围宽，包含了化学战剂及工业有毒有害等多种有毒气体。

本发明采用干燥剂再生系统，可以维持监测仪长时间工作，无需频繁的更换干燥剂填料等耗材，也就避免了更换耗材时的校准等维护工作，能够低故障低维护运行，极大地便利了实际使用，真正实现了仪器在线连续监测。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为实施例的有毒气体监测仪的示意图。

图2为实施例的双探测器交叉验证的示意图。

图3为实施例的离子迁移谱双模式检测的示意图。

图4为实施例的干燥剂再生系统的再生过程示意图。

图5为实施例的干燥剂再生系统的再生完成示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

参见图1-3，有毒气体监测仪，包括离子迁移谱探测装置、数据单元、用以探测气体成分和浓度的气体传感器组模块。

在本实施例中，离子迁移谱探测装置包括气路系统110、带有检测器的漂移管120、高压电源130、信号放大及处理单元140、控制系统150；漂移管120为离子迁移谱探测装置的核心部件，漂移管120包括进样口、电离源、离子门、漂移区和检测器。高压电源130与漂移管120相连，提供漂移管工作所需的高压电源，控制系统150控制漂移管离子门时序及高压极性切换；高压极性切换时先切断当前高压的连接后释放余电，Δt时间后再连接上另一极性的高压至稳定，如此将正高压和负高压按特定周期和时长，连续交替加到漂移管上，以完成正离子和负离子的有效检测。信号放大以及处理单元的信号输入端与漂移管尾端的检测器信号输出端相连，采集正与负高压下的不同离子信号并进行数据处理。

信号放大及处理单元140的信号输入端与漂移管尾端的检测器121的信号输出端相连。图3所示为离子迁移谱双模式(参见本申请人在2015年申请的专利号为201510553819.5，专利名称为：实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源及方法)检测的示意图，信号放大以及处理单元交替输出正模式和负模式的检测结果，分别得到气体样品中高质子亲和力物质成分在正模式，以及高电负性物质成分在负模式下的图谱数据，或者同一物质在正负模式下的不同响应。

气路系统包括气体预处理采集装置160和连接气路。气体预处理采集装置依次包括有过滤器、采样泵和流量传感器。过滤器内置精度较高的过滤芯，材质为不锈钢或聚四氟乙烯，倒置在仪器外壳底部凹槽内；通过过滤器将对测气体进行粉尘过滤。采样泵驱动过滤后的气体沿设定的气路流通。流量传感器用于控制采样泵的流量及反馈过滤器中滤芯的污染状态。

气体传感器组模块200由若干个气体传感器组合而成，气体传感器组模块种类可根据需要进行扩展，如电化学传感器(EC)、光离子化探测器(PID)和金属氧化物传感器(MOS)等；多个气体传感器组合排列，仅各个传感器与气体接触的滤膜形成的密闭腔接入气体气路中，降低了死体积，同时缩短了响应时间。

在本实施例中，气体传感器组模块200串联在漂移管120的前端(当然，气体传感器组模块也可以串联在漂移管的后端；或者，气体传感器组模块与漂移管并联连接)。气体预处理采集装置160、气体传感器组模块200、漂移管120依次串联连接。

通过气体预处理采集装置采集并过滤粉尘后的气体，由采样泵驱动依次进入气体传感器组模块200、漂移管120，气体传感器组模块200、漂移管120对该气体分别进行独立检测，气体传感器组模块200、漂移管120分别与数据单元电连接，检测的数据结果都传输到数据单元300；图2为两探测器间交叉验证法：两探测器组件基于不同的机理同时检测，分别得出成分与浓度信息，经比较且当两探测器的检出结果一致时，则判定为正的检测结果。

另外，本发明还包括一内部自校准系统，内部自校准系统包括校准池410和串联的校准泵，校准池410内放置有校准物质，校准池410的一端与预处理采集装置160尾端连接，另一端与漂移管120的进样口连接，校准池外围设有加热与温控单元将校准物质转化成气态，由校准泵定期地吹扫进入漂移管内，对仪器当前的工作条件变化进行校正。内部自校准系统中校准物池可填充至少甲基水杨酸和烟酰胺中的一种。内部自校准系统以净化后的空气作为载气，吹扫校准池中经加热单元加热汽化的校准物质进入漂移管的电离室中完成电离，检测器捕捉校准物离子的特征峰；根据以下关系式K₀(未知)*t_d(未知)＝K₀(校准)*t_d(校准)修正IMS中与电场强度、温度和压力有关的不确定量，物质的约化离子迁移率K₀可以由实验得到，从而由校准物的特征峰t_d(校准)得出当前样品物质的特征峰t_d(未知)。

有毒气体监测仪的检测方法为：首先采集被测气体，驱动被测气体流入气体传感器组模块和离子迁移谱探测装置，由气体传感器组模块和离子迁移谱探测装置分别对被测气体进行探测，气体传感器组模块和漂移管探测后将输出的数据信号传输到数据单元，经比较，当两探测器的检出结果一致时，则判定为正的检测结果。本发明通过两探测器组件可对气体进行多重检测和交叉验证，有效地提高了有毒气体检测和报警的准确性。

另外，在本实施例中，该有毒气体监测仪还包括干燥剂再生系统500，用以对漂移管内的迁移气体进行干燥净化的。

参见图4，干燥剂再生系统包括两组并联的干燥装置和控制两组并联的干燥装置进行切换的控制装置，干燥装置的两端分别与漂移管120的出气口和进气口连接；第一组干燥装置均包括气泵501、两通电磁阀502、干燥器503和三通电磁阀504，且气泵501、两通电磁阀502、干燥器503和三通电磁阀504通过管路依次串联连接。

第二组干燥装置均包括气泵511、两通电磁阀512、干燥器513和三通电磁阀514，且气泵511、两通电磁阀512、干燥器513和三通电磁阀514通过管路依次串联连接。然后，第一组干燥装置与第二组干燥装置并联连接。

两个干燥器为金属圆筒形状，其内部填装有用于滤尘空气湿度的干燥剂填料，干燥剂填料为分子筛、矿物干燥剂、硅胶中的一种。干燥器的外围设加热与温度检测单元。

参见图4和5，当经过第二组干燥装置循环的工作气体的湿度达到限值时(干燥剂填料湿度饱和)，在控制装置的控制下，第一组干燥装置开始工作，此时，第一组干燥装置的干燥器503外层的加热元件处于常温，前端的气泵501与两通电磁阀502及后端的三通电磁阀504水平出气口均打开，流量传感器反馈调节气泵501的工作电压至流量稳定输出，从而对工作气体进行除湿净化处理。

而第二组干燥装置则与工作气路断开并进入再生流程：此时，干燥器513外层的加热元件开始升温加热，最后稳定在200摄氏度左右，并持续加热4小时，同时前端两通电磁阀511与气泵512打开，吹扫干燥剂加热后形成的水汽通过后端三通电磁阀514的侧排气口排出；干燥剂再生完成后，第二组干燥装置的干燥器513的前端两通电磁阀511与气泵512及后端的三通电磁阀514分别关闭以绝缘外界环境，储备干燥剂备用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.有毒气体监测仪，其特征在于，包括离子迁移谱探测装置、数据单元、用以探测气体成分和浓度的气体传感器组模块；

所述气体传感器组模块与离子迁移谱系统的漂移管通过连接气路串联或者并联；且气体传感器组模块和漂移管与气体预处理采集装置连通；气体预处理采集装置输出的气体经过气体传感器组模块和漂移管，气体传感器组模块和漂移管探测后将输出的数据信号传输到数据单元进行综合分析，得出检测结果；所述气体传感器组模块由若干个气体传感器组合而成，若干个气体传感器组合排列，仅各个传感器与气体接触的滤膜形成的密闭腔接入气体气路中；

还包括用以对漂移管内的迁移气体进行干燥净化的干燥剂再生系统，所述干燥剂再生系统包括两组并联的干燥装置和控制两组并联的干燥装置进行切换的控制装置，干燥装置的两端分别与漂移管的出气口和进气口连接。

2.根据权利要求1所述的有毒气体监测仪，其特征在于，所述气体传感器组模块与漂移管串联。

3.根据权利要求2所述的有毒气体监测仪，其特征在于，所述气体预处理采集装置、气体传感器组模块、漂移管依次串联连接。

4.根据权利要求1所述的有毒气体监测仪，其特征在于，所述气体传感器组模块与漂移管并联，气体预处理采集装置的输出端通过两根管路分别与气体传感器组模块和漂移管连通。

5.根据权利要求1所述的有毒气体监测仪，其特征在于，气体传感器组模块可以包括电化学传感器、光离子化探测器和金属氧化物传感器的一个或者多个。

6.根据权利要求1所述的有毒气体监测仪，其特征在于，离子迁移谱探测装置的漂移管包括进样口、电离源、离子门、漂移区和检测器。

7.根据权利要求1所述的有毒气体监测仪，其特征在于，所述气体预处理采集装置包括有过滤器、采样泵和流量传感器，过滤器和采样泵通过管路连接。

8.根据权利要求1所述的有毒气体监测仪，其特征在于，还包括一内部自校准系统，所述内部自校准系统包括校准池和串联的校准泵，校准池内放置有校准物质，校准池的一端与预处理采集装置尾端连接，另一端与漂移管连接，校准池外围设有加热与温控单元将校准物质转化成气态，由校准泵定期地吹扫进入漂移管内。

9.根据权利要求8所述的有毒气体监测仪，其特征在于，内部自校准系统中校准物池可填充至少甲基水杨酸和烟酰胺中的一种。

10.根据权利要求1所述的有毒气体监测仪，其特征在于，每组所述干燥装置均至少包括通过管路串联连接的气泵、控制阀和干燥器，所述干燥器内部填装有用于滤尘空气湿度的干燥剂填料，所述干燥器的外围设加热与温度检测单元。

11.根据权利要求10所述的有毒气体监测仪，其特征在于，所述控制阀包括干燥器前控制阀和干燥器后控制阀，分别连接在干燥器的前面和后面，所述干燥器前控制阀为两通电磁阀；干燥器后控制阀为三通电磁阀。

12.根据权利要求10所述的有毒气体监测仪，其特征在于，所述干燥器为金属圆筒形状。

13.根据权利要求10所述的有毒气体监测仪，其特征在于，所述干燥剂填料为分子筛、矿物干燥剂、硅胶中的一种。