CN111044649A - 气体解析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种气体解析装置，其第一进气支路连至第一六通阀，第二进气支路连至第二六通阀；第一六通阀和第二六通阀均连接采样泵；第一六通阀的端口三与端口六连通，通路上设有第一富集管，第二六通阀的端口三与端口六连通，通路上设有第二富集管；第三六通阀可选择连至第一六通阀或第二六通阀，并连接采样泵，其端口三与端口六连通，且通路上设置有第三富集管；第一载气通路连至第一六通阀，第二载气通路连至第二六通阀，第三载气通路803连至第三六通阀；第三六通阀连接色谱柱。该气体解析装置第一六通阀和第二六通阀可交替进行富集和解析工作，第三六通阀可进行富集和二次解析，可实现无盲点深度检测处理，提高检测效率。

Description

气体解析装置

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种气体解析装置。

背景技术

挥发性有机化合物（volatile organic compounds,VOCs）普遍存在于大气中，对环境有污染性。VOCs的存在对人体健康具有一定的危害，是近年来国内外所关注的有害空气污染物之一。随着经济的发展，VOCs的污染问题日趋严重。为了能够检测和有效治理VOCs，目前世界各国都已在环境检测项目中添加VOCs的测定。

由于空气中的待检测物浓度极低，在检测前需要进行富集，为了能够充分地富集到待检测物，需要较长的时间进行富集，而随着富集时间的延长，由于气流的移动，样气也会慢慢移动，部分样气会从富集管内跑出。同时，为了满足长时间的富集需求，富集管内需要添加较多的填料，由于填料较多，在解析过程中吸附在填料中的气体难以充分解析。因此，现有技术中的检测装置的灵敏度相对较低。目前的检测装置的灵敏度一般在0.05ppm。而空气中的挥发性有机物含量一般仅在几十ppt。因此，现有技术中的检测装置无法满足精准检测空气中挥发性有机物具体浓度的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中，气体解析装置的结构缺陷造成的检测精度低、检测效率低的技术问题，改进气体解析装置的结构，提出一种检测灵敏度高、效率高的气体解析装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种气体解析装置，包括：

进气通路，包括第一进气支路和第二进气支路；

一级处理模块：包括第一六通阀和第二六通阀，第一进气支路连接至第一六通阀的端口一，第二进气支路连接至第二六通阀的端口一；第一六通阀的端口二和第二六通阀的端口二均连接采样泵；第一六通阀的端口三与端口六连通，且通路上设置有第一富集管，第二六通阀的端口三与端口六连通，且通路上设置有第二富集管；

二级处理模块：包括第三六通阀，其端口一连接至第一六通阀的端口五或第二六通阀的端口五，其端口二连接采样泵，其端口三与端口六连通，且通路上设置有第三富集管；

载气通路，包括第一载气通路、第二载气通路和第三载气通路，所述第一载气通路连接至第一六通阀的端口四，第二载气通路连接至第二六通阀的端口四，第三载气通路连接至第三六通阀的端口四；

色谱柱，第三六通阀的端口五经出气通路连接至色谱柱。

在本发明的一些实施例中，所述第三富集管的管径小于第一富集管和第二富集管的管径。

在本发明的一些实施例中，所述气体解析装置进一步包括，多通阀，至少包括三个端口，其端口一连接至第三六通阀的端口一，其端口二连接至第一六通阀的端口五，其端口三连接至第二六通阀的端口五。

在本发明的一些实施例中，所述气体解析装置进一步包括第三三通阀，所述第三三通阀设置在端口五和色谱柱之间的气路上，一端口连接至第三六通阀，一端口连接至色谱柱，一端口与大气相通。

在本发明的一些实施例中，进一步包括控制系统，所述控制系统连接第一六通阀、第二六通阀和第三六通阀；所述第一六通阀、第二六通阀和第三六通阀均具有富集和解析工作模式。

若工作在富集工作模式，所述控制系统控制相应六通阀的采样泵工作，端口一与端口六连通，相应六通阀连接的端口一进气。

若工作在解析工作模式，所述控制系统控制向相应六通阀内通入载气，相应六通阀的端口三与端口四连通，端口六与端口五连通。

在本发明的一些实施例中，所述控制系统进一步连接至多通阀，可控制第一六通阀或与第二六通阀经多通阀与第三六通阀之间连通。

在本发明的一些实施例中，所述气体解析装置进一步包括主进气通路和第一三通阀，所述主进气通路连接至第一三通阀的端口一，所述第一进气支路和第二进气支路分别连接至第一三通阀的另外两端口。

在本发明的一些实施例中，所述主进气通路上设置有第一过滤装置。

在本发明的一些实施例中，所述气体解析装置进一步包括主载气通路和第二三通阀，所述主载气通路连接至第二三通阀的端口一，所述第一载气通路和第二载气通路分别连接至第二三通阀的另外两端口。

在本发明的一些实施例中，所述主载气通路上设置有第一质量流量计，所述第三载气通路上设置有第二质量流量计。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明提供了一种多级富集解析处理结构，一级处理模块中的两个六通阀可以交替进行富集和解析的工作，进而可实现连续无盲点检测，提高检测效率；二级处理模块中的第三六通阀可进行富集，以及气体二次解析，进而可对气体进行深度解析处理。

二级处理模块中富集管的管径相对一级处理模块中富集管的管径细，管径内的填料较少，一次富集解析后的样气进入二级富集管内，由于管径细，吸附剂少，在短时间内即可完成二次富集解析，且解析充分，大大提高样气浓度，提高检测灵敏度。

附图说明

图1为第一六通阀处于解析工作状态，第二六通阀处于富集工作状态，第三六通阀处于富集工作状态的示意图；

图2为第三六通阀处于解析工作状态的示意图；

图3为第一六通阀处于富集工作状态，第二六通阀处于解析工作状态，第三六通阀处于富集工作状态的示意图；

图4为实施例1色谱图；

图5为实施例2色谱图；

以上各图中：

100-主进气通路，101-第一进气支路，102-第二进气支路；

2-第一过滤装置；

301-第一三通阀,302-第二三通阀，303-第三三通阀；

4-第一六通阀；

5-第二六通阀；

601-第一采样泵，602-第二采样泵，603-第三采样泵；

701-第一富集管，702-第二富集管，703-第三富集管；

801-第一载气通路，802-第二载气通路，803-第三载气通路；

9-第三六通阀；

10-四通阀；

11-色谱柱；

1201-第一质量流量计，1202-第二质量流量计。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”，“连接”，另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，不用于暗指相对重要性。

本发明提供了一种气体解析装置，该装置可以用于气体中化学污染物的检测，通过一种多级富集解析结构，实现气体中化合物的精确和高效的检测处理。

气体解析装置，用于样气中挥发性物质的检测，包括：

进气通路，用于通入待检测气体，包括主进气通路100，和由主进气通路100分出的第一进气支路101和第二进气支路102；其中，主进气通路100上设置有第一过滤装置2和第一三通阀301，其中第一过滤装置2用于样气的初步处理，第一三通阀301的一个端口作为进气端口，另两个端口作为出气端口；其中进气端口连接主进气通路100，一个出气端口连接出第一进气支路101，另一个出气端口连接出第二进气支路102。

一级处理模块：包括第一六通阀4和第二六通阀5，第一进气支路101连接至第一六通阀4的端口一，第二进气支路102连接至第二六通阀5的端口一，可通过第一三通阀301控制第一进气支路101向第一六通阀4进气，或控制第二进气支路102向第二六通阀5进气；第一六通阀4的端口二连接第一采样泵601，第二六通阀5的端口二连接第二采样泵602，上述两个采样泵用于为第一六通阀4和第二六通阀5提供采样动力，当向某一个六通阀内通气时，打开相应的采样泵；第一六通阀4的端口三与端口六连通，且通路上设置有第一富集管701，第二六通阀5的端口三与端口六连通，且通路上设置有第二富集管702。

载气通路，主载气通路，主载气通路分支为第一载气通路801和第二载气通路802，所述第一载气通路801连接至第一六通阀4的端口四，第二载气通路802连接至第二六通阀5的端口四；具体的说，为了实现以上的载气通路的结构，采用第二三通阀302，主载气通路连接至第二三通阀302的端口一，所述第一载气通路801和第二载气通路802分别连接至第二三通阀302的另外两端口。为了实现流量的控制，在主载气通路上设置第一质量流量计1201。

二级处理模块：包括第三六通阀9，其端口一连接至第一六通阀4的端口五或第二六通阀5的端口五，其端口二连接第三采样泵603，其端口三与端口六连通，且通路上设置有第三富集管703。

该气体解析装置，可通过控制第一六通阀4、第二六通阀5和第三六通阀9中端口的接通状态，控制六通阀工作在富集工作状态或解析工作状态；其中一级处理单元中的第一六通阀4和第二六通阀5保证一个工作在富集状态，一个工作在解析状态，采用交替工作的方式，可保证不间断无盲点检测，提高整个气体解析装置的工作效率。六通阀的工作状态可以人工调整也可以通过控制系统进行自动调整，下文将详述六通阀不同工作状态下端口的接通模式。

上述结构中，可根据需要选择第一富集管701、第二富集管702和第三富集管703的种类，且第三富集管703的管径小于第一富集管701和第二富集管702的管径（即，进行二级富集处理工作的富集管的管径小于进行一级富集处理工作的富集管的管径）。第三富集管703采用管径相对较细的富集管，管径内的填料较少，一次富集解析后的样气进入二级富集管（第三富集管703）内，由于管径细，吸附剂少，在短时间内即可完成二次富集解析，且解析充分，大大提高样气浓度，提高检测灵敏度。

在本发明的一些实施例中，为了解决一级处理模块和二级处理模块之间连通的问题，气体解析装置进一步包括，多通阀，至少包括三个端口，本实施例中采用的为四通阀10，其端口一连接至第三六通阀9的端口一，其端口二连接至第一六通阀4的端口五，其端口三连接至第二六通阀5的端口五，其端口四与大气相通。四通阀10一个状态下只能与第一六通阀4或第二六通阀5接通。具体是与处于工作在解析状态下的六通阀接通。

在本发明的一些实施例中，所述气体解析装置进一步包括色谱柱11，第三六通阀9的端口五经出气通路连接至色谱柱11。具体的，第三六通阀9的端口五接触气路，连接至色谱柱11，气路上设置有第三三通阀303；第三三通阀303的一端与第三六通阀9的端口五连接，另一端与色谱柱11连接，剩余一端与大气相通。当进行检测时，开通第三三通阀303与色谱柱11和第三六通阀9的端口五连接的两个端口，解析后的气体进入色谱柱11中进行分析。这一部分的另一功能是进行第三富集管703的反吹清洗。当检测结束后或进行检测前，开通第三三通阀303与第三六通阀9的端口五和大气连接的两个端口，载气通过第三三通阀303进入第三富集管703进行吹扫清洗后排入大气中。

在本发明的一些实施例中，主载气通路上设置有第一质量流量计1201，所述第三载气通路803上设置有第二质量流量计1202，用于气体流量的控制。

前文已述，第一六通阀4、第二六通阀5和第三六通阀9均具有富集和解析工作模式。更进一步的，为了控制气体解析装置的自动化工作，气体解析装置还包括控制系统，所述控制系统连接第一六通阀4、第二六通阀5和第三六通阀9，还可以用于控制第一三通阀301、第二三通阀302和第三三通阀303的工作；通过调整第一阀体的气路接通状态，控制气体解析装置的具体工作模式。所述控制系统进一步还连接至多通阀，可控制第一六通阀4或与第二六通阀5经多通阀与第三六通阀9之间连通。

概括的说：若工作在富集工作模式，所述控制系统控制相应六通阀的采样泵工作，端口一与端口六连通，相应六通阀连接的端口一进气；

若工作在解析工作模式，所述控制系统控制向相应六通阀内通入载气，相应六通阀的端口三与端口四连通，端口六与端口五连通。

以下将结合具体实施例，具体说明控制系统的控制原理。采用如图1~3所示为整体检测流程。

首先，第一六通阀4工作在解析模式，第二六通阀5工作在富集模式，第三六通阀9工作在富集模式。

如图1所示，第一六通阀4处于解析工作状态，第二六通阀5处于富集工作状态时，控制第一六通阀4的端口三和端口四连通，端口五和端口六连通。第二六通阀5的端口一与端口六连通，端口二与端口三连通；控制第二六通阀5的端口一和端口五连通，控制第一三通阀301的第二进气支路102连通，第二采样泵602启动工作。在第二采样泵602的带动下，样气以此经过第一过滤装置2、第一三通阀301进入第二六通阀5的端口一，依次经过端口六、第二富集管702、端口三、端口二，在第二富集管702内进行富集。

在第二六通阀5进行富集的同时，控制第一载气通路801接通，载气通过第一质量流量控制计1201后经过第二三通阀302进入第一六通阀4的端口四，通过管路经过第一六通阀4的端口三后进入第一富集管701，在载气的带动下解析后的气体依次通过第一六通阀4端口六、端口五，经过端口五从第一六通阀4流出，进入四通阀10，此时，四通阀10与第一六通阀4的气路接通，与第二六通阀5之间的气路闭合。第一六通阀4内的气体进入第三六通阀9进行富集。

此时，第三六通阀9处于富集工作状态，第三六通阀9的端口一和端口六连通，端口六和端口三经气路连通，端口二和端口三连接。控制第三采样泵603工作。在二级第三采样泵603的带动下，第一六通阀4内经过一次解析后的样气进入第三六通阀9的端口一，经端口六内的管路后进入第三富集管703进行富集。

第三六通阀9富集状态的工作时间，可通过控制系统进行控制。第三六通阀9富集完成后，切换其进行解析，如图2所示，将第三六通阀9的端口三与端口四连接，将端口五与端口六连接。控制第三载气通路803接通，载气通过第二质量流量控制计1202进入第三六通阀9的端口四，通过管路经过后进入第三富集管703的端口三，在载气的带动下解析后的气体通过端口五、端口六和第三三通阀303进入色谱柱11进行检测分析。

前文已述，为了实现高效气体处理，第一六通阀4和第二六通阀5是交替进行富集和解析工作的。当第一六通阀4进行一段时间解析工作后，调整第一六通阀4进行富集工作状态，此时，第二六通阀5进入解析工作状态。具体调整时间可通过控制系统进行控制。

图2和图3均给出了第一六通阀4工作在富集状态，第二六通阀5工作在解析状态的结构示意图。此时，第一六通阀4的端口一与端口六连通，端口二与端口三连通。第二六通阀5的端口三和端口四连通，端口五和端口六连通。控制第一采样泵601工作，第一进气支路101与第一六通阀4之间的通路连通。在第一采样泵601的带动下样气依次通过第一过滤装置2、第一三通阀301后依次进入第一六通阀4的端口一，经端口六流出后进入第一富集管701进行富集。在第一六通阀4进行富集的同时，载气通过第一质量流量控制计1201后经过第二三通阀302进入第二六通阀5的端口四，通过管路经过第二六通阀5的端口三后进入第二富集管702，控制四通阀10与第二六通阀5之间的气路连通，与第一六通阀4之间的气路关闭。在载气的带动下解析后的气体依次通过第二六通阀5的端口六、端口五和四通阀10后三进入第三六通阀9。

参考图3，第一六通阀4工作在富集模式，第二六通阀5工作在解析模式，第三六通阀9工作在富集模式。

此时第三六通阀9处于富集工作状态，第三六通阀9的端口一和端口六连通，端口二和端口三连接。端口二与第三采样泵603连通。打开第三采样泵603，第二六通阀5中一次解析后的样气依次进入第三六通阀9的端口一，经端口六内的管路流出后进入二级富集管（第三富集管703）进行富集。

基于以上结构和工作原理，具体采用以下两种实施结构进行试验。

实施例1：第一富集管701和第二富集管702与第三富集管703的管径不同。本实施例，第一富集管701和第二富集管702的管径可相同或不同，但均需要大于第三富集管703的管径。

第一富集管701和第二富集管702采用管径为6mm的富集管，两个一级富集管的中的吸附剂的体积分别为4 mL。第三富集管703采用管径为3 mm的富集管，吸附剂的体积为0.5mL。设置第一富集管701和第二富集管702的富集温度为0℃，解析温度为230℃，富集时间为30min，解析时间为3min。设置第三富集管703的富集温度为0℃，解析温度为230℃，富集时间为3min，解析时间为3 min。试验结果如图4所示。

实施例2：第一富集管701、第二富集管702和第三富集管703的管径相同，均采用管径为6 mm的富集管。设置两个一级富集管的富集温度为0℃，解析温度为230℃，富集时间为30 min，解析时间为3min。设置二级富集管的富集温度为0℃，解析温度为230℃，富集时间为3min，解析时间为3min。具体检测结果如图5所示。

由图4和图5的比较可以看出，图4所示的色谱图，峰形更尖锐，本发明将第三富集管703的管径减小，可以更精确的解析出样气中的物质，提高解析处理精度和效果。

采用本发明提供的气体解析装置，为一种多级气体解析装置，通过对两级富集解析处理单元的分时工作的控制，可以精确高效的完成样气的检测和处理，可实现不间断处理，有利于提高气体检测质量和检测速度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体解析装置，其特征在于，包括：

进气通路：包括第一进气支路和第二进气支路；

一级处理模块：包括第一六通阀和第二六通阀，第一进气支路连接至第一六通阀的端口一，第二进气支路连接至第二六通阀的端口一；第一六通阀的端口二和第二六通阀的端口二均连接采样泵；第一六通阀的端口三与端口六连通，且通路上设置有第一富集管，第二六通阀的端口三与端口六连通，且通路上设置有第二富集管；

二级处理模块：包括第三六通阀，其端口一可连接至第一六通阀的端口五或第二六通阀的端口五，其端口二连接采样泵，其端口三与端口六连通，且通路上设置有第三富集管，

载气通路，包括第一载气通路、第二载气通路和第三载气通路，所述第一载气通路连接至第一六通阀的端口四，第二载气通路连接至第二六通阀的端口四，第三载气通路连接至第三六通阀的端口四；

色谱柱，第三六通阀的端口五经出气通路连接至色谱柱。

2.如权利要求1所述的气体解析装置，其特征在于，所述第三富集管的管径小于第一富集管和第二富集管的管径。

3.如权利要求1所述的气体解析装置，其特征在于，所述气体解析装置进一步包括，多通阀，至少包括三个端口，其端口一连接至第三六通阀的端口一，其端口二连接至第一六通阀的端口五，其端口三连接至第二六通阀的端口五。

4.如权利要求1所述的气体解析装置，其特征在于，所述气体解析装置进一步包括第三三通阀，所述第三三通阀设置在端口五和色谱柱之间的气路上，一端口连接至第三六通阀，一端口连接至色谱柱，一端口与大气相通。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的气体解析装置，其特征在于，进一步包括控制系统，所述控制系统连接第一六通阀、第二六通阀和第三六通阀；所述第一六通阀、第二六通阀和第三六通阀均具有富集和解析工作模式；

若工作在富集工作模式，所述控制系统控制相应六通阀的采样泵工作，端口一与端口六连通，相应六通阀连接的端口一进气；

若工作在解析工作模式，所述控制系统控制向相应六通阀内通入载气，相应六通阀的端口三与端口四连通，端口六与端口五连通。

6.如权利要求5所述的气体解析装置，其特征在于，所述控制系统进一步连接至多通阀，可控制第一六通阀或与第二六通阀经多通阀与第三六通阀之间连通。

7.如权利要求1所述的气体解析装置，其特征在于，所述气体解析装置进一步包括主进气通路和第一三通阀，所述主进气通路连接至第一三通阀的端口一，所述第一进气支路和第二进气支路分别连接至第一三通阀的另外两端口。

8.如权利要求7所述的气体解析装置，其特征在于，所述主进气通路上设置有第一过滤装置。

9.如权利要求1所述的气体解析装置，其特征在于，所述气体解析装置进一步包括主载气通路和第二三通阀，所述主载气通路连接至第二三通阀的端口一，所述第一载气通路和第二载气通路分别连接至第二三通阀的另外两端口。

10.如权利要求9所述的气体解析装置，其特征在于，所述主载气通路上设置有第一质量流量计，所述第三载气通路上设置有第二质量流量计。

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