CN110361466A - 环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境检测技术领域，涉及一种环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统及监测方法。主要包括一个样气通道、两个载气通道、两个电子压力流量控制器、一个采样泵、一个定量环、三个电磁阀、一个带控温模块的吸附管、两个六通阀以及与其相连接色谱柱和检测器；通过三个电磁阀及两个六通阀的通道切换形成：试漏、取样富集、干吹、脱附、色谱取样、色谱分析及吹扫模式；本发明既可对环境空气中低浓度挥发性有机物污染物的富集，同时可解决GC‑FID技术无法满足环境空气中低浓度挥发性有机污染物在线监测的问题。本发明具有结构简单，安装和操作方便，分析结果准确等优点。
Description
技术领域
本发明属于环境检测技术领域，特别涉及一种环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统及监测方法。
背景技术
VOCs是挥发性有机化合物（volatile organic compounds）的英文缩写，在我国VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70 Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10 Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。VOCs种类很多，已经确定的有超过500种化合物，包括烷烃、烯烃、卤代芳烃、饱和和不饱和醛类、酮类、脂类。
VOCs对人体健康有很大的负面影响。研究表明，暴露在低浓度挥发性有机污染物工作环境中，易造成眼、鼻、喉、呼吸道不适，甚至头痛、眩晕、恶心、食欲不振等；暴露在高浓度挥发性有机污染物的工作环境中，可导致人体中枢系统、肝、肾和血液中毒，伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，长期接触会引起多种慢性中毒症状；此外，VOCs还是空气中PM2.5的重要前体物质，是城市空气雾霾的重要来源之一。
VOCs其作为一种对人体和环境都有巨大危害的污染物，近年来国家环保部门出台大量标准和法规来规范VOCs的排放。VOCs也成为继SO2，NOX之后国家强制要求监测的第三类污染物。VOCs来源广泛且成分复杂，现阶段多采用GC-FID技术对VOCs进行监测。利用GC-FID技术可以实现对固定污染源VOCs的在线检测，由于GC-FID技术受其自身检测灵敏度的限制（检测限10-6级），不能完全满足环境空气中的VOCs检测。
由于环境空气中挥发性有机污染物其浓度小，检测难度大，因此开发一种能实现低浓度VOCs在线检测的技术是十分有必要的。
本领域技术人员急需发明一种环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统及监测方法，来解决现有技术存在的问题。
发明内容
为了解决现有技术方案中的不足，本发明的目的在于提供一种环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统及方法。该系统优化现有技术中的无法准备测量环境空气中低浓度挥发性有机污染物的缺点，同时提高检测的准确性。
为了达到上述目的，本发明的主要技术方案：环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于该系统包括一个样气通道、两个载气通道、两个电子压力流量控制器、一个采样泵、一个定量环、三个电磁阀、一个带控温模块的吸附管、两个六通阀以及与其相连接色谱柱和检测器；通过三个电磁阀及两个六通阀的通道切换形成：试漏、取样富集、干吹、脱附、色谱取样、色谱分析及吹扫模式；所述试漏或干吹模式包括载气1通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管；所述取样富集或脱附模式包括样气通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管；所述色谱取样模块包括载气1通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管，将吸附管中所富集的样气带入与第二六通阀相连的定量环；所述色谱分析与吹扫模式包括载气2通过与第二六通阀相连的定量环，将定量环中的样气带入色谱柱，分离后进入检测器进行检测。
作为优选，所述的六通阀为电动转子阀或气动隔膜阀，分别标记为第一六通阀和第二六通阀。
所述的电子压力流量控制器用于控制载气1的流量和所采样气的流量，分别标记为EPC1和EPC2。
所述的采样泵为负压抽气泵。
所述的电磁阀为两位两通阀。
所述的检测器为氢火焰离子化检测器。
所述的定量环，其容量根据所检测物质的不同进行更换，优选定量环容量为1mL。
所述的带控温模块的吸附管，其制冷采用半导体制冷，制热采用电阻丝直接加热。
所述的带控温模块的吸附管，其吸附材料根据所检测的物质不同进行更换。
本发明还提供了一种环境空气中挥发性有机污染物在线监测的方法，该监测方法包括：
A、试漏：打开载气，通过EPC1控制载气流量，关闭EPC2，电磁阀2打开，设置吸附管及第一六通阀温度，电磁阀1和3关闭，保压10min，观察压力变化，如果压力变化小于0.01MPa，判断管道不漏气；
B、取样富集：采样流量通过EPC2进行控制，电磁阀3打开，设置进样时间，对吸附管进行降温，保持第一六通阀温度，电磁阀1与电磁阀2 关闭，样气经电池阀3进入，在吸附管中进行富集；
C、干吹：干吹过程中，电磁阀2打开，载气1经第一六通阀到达吸附管，将吸附管中的轻组分吹出吸附管，这样保证分析结果的准确性；
D、脱附：待富集完成后，加热丝对吸附管进行快速升温脱附，脱附过程中所有电磁阀关闭；
E、色谱取样：待脱附完成后，电磁阀1 打开，载气1将吸附管中所富集的样气带到与第二个六通阀相连的定量环，完成色谱取样；
F、色谱分析及吹扫：待色谱取样完成，切换第二六通阀流向，载气2将定量环中的样气带入色谱柱进行分离，分离完成后进入检测器进行检测，即可得出待测组分的浓度；此时，载气1会对吸附管进行吹扫，为下次采样富集做准备。
本发明采用两个六通阀即可对环境空气中低浓度挥发性有机物污染物的富集，同时可解决GC-FID技术无法满足环境空气中低浓度挥发性有机污染物在线监测的问题。本发明通过改变六通阀之间的流向，及两位两通电磁阀的通断即可实现监测系统的采样及分析。
本发明具有结构简单，安装和操作方便，分析结果准确等优点。
附图说明
图1是本发明实施例中试漏模式流程示意图。
图2是本发明实施例中取样模式流程示意图。
图3是本发明实施例中干吹流程示意图。
图4是本发明实施例中脱附流程示意图。
图5是本发明实施例中色谱取样流程示意图。
图6是本发明实施例中色谱分析及吹扫流程示意图。
具体实施方式
以下为本发明的实施例，结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明并不仅限于这些实施例。
实施例
环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，主要包括一个样气通道、两个载气通道、两个电子压力流量控制器、一个采样泵、一个定量环、三个电磁阀、一个带控温模块的吸附管、两个六通阀以及与其相连接色谱柱和检测器；通过三个电磁阀及两个六通阀的通道切换形成：试漏、取样富集、干吹、脱附、色谱取样、色谱分析及吹扫模式；所述试漏或干吹模式包括载气1通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管；所述取样富集或脱附模式包括样气通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管；所述色谱取样模块包括载气1通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管，将吸附管中所富集的样气带入与第二六通阀相连的定量环；所述色谱分析与吹扫模式包括载气2通过与第二六通阀相连的定量环，将定量环中的样气带入色谱柱，分离后进入检测器进行检测。
实施例中，六通阀采用为电动转子阀或气动隔膜阀，分别标记为第一六通阀和第二六通阀。电子压力流量控制器用于控制载气1的流量和所采样气的流量，分别标记为EPC1和EPC2。所述的采样泵为负压抽气泵，所述的电磁阀为两位两通阀。所述的检测器为氢火焰离子化检测器。所述的定量环，其容量根据所检测物质的不同进行更换，实施例定量环容量为1mL。所述的带控温模块的吸附管，其制冷采用半导体制冷，制热采用电阻丝直接加热。
上述环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统的监测方法包括：
A、试漏：打开载气，通过EPC1控制载气流量，载气流量设置为50mL/min，关闭EPC2，电磁阀2打开，吸附管温度设置为30℃，六通阀温度设置为150℃，电磁阀1和3关闭，保压10min，观察压力变化，如果压力变化小于0.01MPa，判断管道不漏气。
B、取样富集：采样流量通过EPC2进行控制，流量为100ml/min, 六通阀温度设置为150 ℃，电磁阀3打开，电磁阀1与电磁阀2关闭，样气经电池阀3进入，设置进样时间为0-10min，吸附管进行降温，温度降至-30 ℃，样气在吸附管中进行富集。
C、干吹：干吹过程中，电磁阀2打开，载气1经第一个六通阀到达吸附管，将吸附管中的轻组分吹出吸附管，这样保证分析结果的准确性。此时吸附管内温度依然为-30℃，六通阀温度为150℃。
D、脱附：待富集完成后，加热丝对吸附管进行快速升温脱附，升温速率为100℃/s，升温至350℃进行脱附，脱附时间0-1min, 脱附过程中所有电磁阀关闭。
E、色谱取样：待脱附完成后，电磁阀1打开，载气1将吸附管中所富集的样气带到与第二个六通阀相连的定量环，完成色谱取样。此时吸附管温度为350℃，六通阀温度为150℃。
F、色谱分析与吹扫：待色谱取样完成，切换电磁阀流向，载气2将定量环中的样气带入色谱柱进行分离，分离完成后进入检测器进行检测，即可得出待测组分的浓度。此时，载气1会对吸附管进行吹扫，吸附管温度设定为300 ℃，为下次采样富集做准备。
Claims (10)
1.一种环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于该系统包括一个样气通道、两个载气通道、两个电子压力流量控制器、一个采样泵、一个定量环、三个电磁阀、一个带控温模块的吸附管、两个六通阀以及与其相连接色谱柱和检测器；通过三个电磁阀及两个六通阀的通道切换形成：试漏、取样富集、干吹、脱附、色谱取样、色谱分析及吹扫模式；所述试漏或干吹模式包括载气1通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管；所述取样富集或脱附模式包括样气通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管；所述色谱取样模块包括载气1通过与第一六通阀相连的带控温模块的吸附管，将吸附管中所富集的样气带入与第二六通阀相连的定量环；所述色谱分析与吹扫模式包括载气2通过与第二六通阀相连的定量环，将定量环中的样气带入色谱柱，分离后进入检测器进行检测。
2.根据权利要求1所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于，所述的六通阀为电动转子阀或气动隔膜阀。
3.根据权利要求1所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于，所述的电子压力流量控制器用于控制载气1的流量和所采样气的流量。
4.根据权利要求1所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于，所述的采样泵为负压抽气泵。
5.根据权利要求1所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于，所述的电磁阀为两位两通阀。
6.根据权利要求1所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于，所述的检测器为氢火焰离子化检测器。
7.根据权利要求1所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于，所述的定量环，其容量根据所检测物质的不同进行更换，优选定量环容量为1mL。
8.根据权利要求1所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于，所述的带控温模块的吸附管，其制冷采用半导体制冷，制热采用电阻丝直接加热。
9.根据权利要求8所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统，其特征在于，所述的带控温模块的吸附管，其吸附材料根据所检测的物质不同进行更换。
10.环境空气中挥发性有机污染物在线监测方法，其特征在于：采用如权利要求1至9任一所述的环境空气中挥发性有机污染物在线监测系统进行监测，包括：
A、试漏：打开载气，通过EPC1控制载气流量，关闭EPC2，电磁阀2打开，设置吸附管及第一六通阀箱温度，电磁阀1和3关闭，保压10min，观察压力变化，如压力变化小于0.01MPa，判断管道不漏气；
B、取样富集：采样流量通过EPC2进行控制，电磁阀3打开，设置进样时间，对吸附管进行降温，保持第一六通阀温度，电磁阀1与电磁阀2 关闭，样气经电磁阀3进入，在吸附管中进行富集；
C、干吹：干吹过程中，电磁阀2打开，载气1经第一个六通阀到达吸附管，将吸附管中的轻组分吹出吸附管，保证分析结果的准确性；
D、脱附：待富集完成后，加热丝对吸附管进行快速升温脱附，脱附过程中所有电磁阀关闭；
E、色谱取样：待脱附完成后，电磁阀1 打开，载气1将吸附管中所富集的样气带到与第二个六通阀相连的定量环，完成色谱取样；
F、色谱分析及吹扫：待色谱取样完成，切换第二六通阀流向，载气2将定量环中的样气带入色谱柱进行分离，分离完成后进入检测器进行检测，得出待测组分的浓度；此时，载气1对吸附管进行吹扫，为下次采样富集做准备。
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