CN111060386A - 环境空气挥发性有机物除水富集方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境空气挥发性有机物除水富集方法，包括，环境空气样品经过除水和挥发性有机物进行富集；通过氦气吹扫富集阱，将富集阱内存在的水和氧气进行吹扫清除；将除水阱和富集阱升温，通过氮气或零级空气对除水阱进行吹扫，去除除水阱凝结的冰，同时富集阱所吸附的物质解吸，由氦气送入检测器进行检测；将除水阱和富集阱降温至设定温度，等待采样触发回到环境空气样品富集流程。本发明是一种控制简便，能够提高准确性的环境空气挥发性有机物除水富集方法，此外本发明还公开了一种环境空气挥发性有机物除水富集装置。
Description
技术领域
本发明涉及环境空气挥发性有机物检测技术领域，尤其涉及一种结构简单、控制简便，能够提高准确性的环境空气挥发性有机物除水富集方法和装置。
背景技术
随着经济的发展，人们生活水平的提高，越来越注重生活质量，而环境空气是影响生活质量的重要因素。
近年来，大气污染已经严重影响到了空气质量，对人类的生存环境及身体健康产生重要影响。其中，环境空气中的挥发性有机物是影响环境空气质量的一个重要指标。当空气中的挥发性有机物的浓度较高时，浓度级别为ppm、ppb 级，已有的技术可以直接测量，然而，当大气中的挥发性有机物浓度较低时，浓度级别为ppt级以下，需要对样品进行富集。已有的对样品进行富集的装置，设备结构复杂，控制繁琐，而且样品流经阀件及管路时阻力较大。
因此，亟需一种结构简单、控制简便，能够提高准确性的环境空气挥发性有机物除水富集方法和装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、控制简便，能够提高准确性的环境空气挥发性有机物除水富集方法和装置。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：提供一种环境空气挥发性有机物除水富集方法，包括，如下流程：
(1)环境空气样品富集流程，环境空气样品经过除水阱进行除水，以及经过富集阱对挥发性有机物进行富集；
(2)干吹流程：通过氦气吹扫富集阱，将富集阱内存在的水和氧气进行吹扫清除；
(3)解吸脱附进样流程：将除水阱和富集阱升温，通过氮气或零级空气对除水阱进行吹扫，去除除水阱凝结的冰；同时富集阱所吸附的物质解吸，由氦气送入检测器进行检测；
(4)复位准备流程：将除水阱和富集阱降温至设定温度，等待采样触发回到环境空气样品富集流程。
所述环境空气样品富集流程中，所述除水阱的温度为-50～-30℃，所述富集阱的温度为-30℃，且所述环境空气样品富集流程中，所吸入的环境空气样品总质量由质量流量控制器进行控制，所吸入的环境空气样品吸入的时间为25～60 分钟。
所述解吸脱附进样流程中，所述除水阱的温度升温至150℃，富集阱的温度升温至300℃，所述富集阱所吸附的物质解吸，由氦气送入所述检测器进行检测，并向所述检测器发送开始信号，所述检测器开始计时，时间持续3～10分钟。
为了实现上述目的，本发明还提供的技术方案为：提供一种环境空气挥发性有机物除水富集装置，包括：
多位阀，所述多位阀包括多个端口一个公共端口，所述多个端口中的一个端口连接氮气/零级空气，一个端口连接环境空气样品，一个端口连接内标气体，一个端口连接外标气体；
除水阱，所述多位阀的公共端口与所述除水阱连接，且所述除水阱用于对进入所述除水阱的气体进行除水；
富集阱，所述富集阱与所述除水阱连接，且所述富集阱用于对进入所述富集阱的气体含有的挥发性有机物进行富集；
检测器，用于通过氦气将所述富集阱所富集的挥发性有机物送入至所述检测器进行检测；
气泵，用于为进入所述除水阱、富集阱的气体提供气流动力；
六通阀，用于为所述除水阱、富集阱、氦气、气泵及检测器之间建立连接。
进入所述除水阱和/或富集阱的气体的总质量通过质量流量控制器进行控制。
环境空气样品富集或内标气体加入或外标气体加入时，环境空气样品或内标气体或外标气体分别连接至所述多位阀的各个端口进入并从所述公共端口连接至所述除水阱，所述除水阱的出口连接到所述六通阀的第一个端口、第六个端口进入所述富集阱，且从所述富集阱的出口连接到所述六通阀的第三端口、第二端口并连接到所述气泵。
干吹时，氦气连接到所述六通阀的第四端口、第三端口进入所述富集阱，且从所述富集阱的出口连接到所述六通阀的第六端口、第五端口，并连接到所述检测器。
解吸脱附进样时，氮气/零级空气连接到所述多位阀的一个端口进入并从所述公共端口连接到所述除水阱，所述除水阱的出口连接到所述六通阀的第一个端口、第二个端口并通过一三通阀排出；同时氦气连接到所述六通阀的第四端口、第三端口并进入所述富集阱，且从所述富集阱的出口连接到所述六通阀的第六端口、第五端口，并连接到所述检测器。
与现有技术相比，由于在奔发明环境空气挥发性有机物除水富集方法及装置中，具有以下有益效果：
1、本发明是一种集除水、富集、解吸进样、校准标定的气体预处理装置。
2、本发明采用质量流量控制器来准确计量并控制气体的质量和流量。
3、本发明采用六通阀和多位阀实现气路的切换，减少体积死区。
4、本发明的富集流路在采集环境空气样品时管路无前置阀件，不经过可能产生挥发性有机释放的阀开关。
5、本发明采用低温冷阱经行除水和富集，低温有助于水汽凝结和吸附剂吸附。
6、本发明采用一体化设计，功能结构组合式集成，采样气体在气体预处理装置中依次经过除水阱-富集阱-质量流量控制器，并经过富集流程、干吹流程、解吸脱附流程、准备流程完成对环境空气样品中的挥发性有机物进行除水，除氧、富集、解析进样处理。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1所示为本发明环境空气样品富集流程的流路示意图。
图2所示为内标气体富集流程的流路示意图。
图3所示为外标气体富集流程的流路示意图。
图4所示为干吹流程或解吸脱附进样流程的流路示意图。
图5所示为复位准备流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的技术方案为：提供一种环境空气挥发性有机物除水富集方法，包括，如下流程：
参考图1，图1所示为环境空气样品富集流程，环境空气样品经过除水阱 10进行除水，以及经过富集阱20对挥发性有机物进行富集；
图1所示的环境空气样品富集流程中，所述多位阀T4的端口1接入环境空气样品，所述除水阱10的温度为-50～-30℃，所述富集阱20的温度为-30℃，且所述环境空气样品富集流程中，所吸入的环境空气样品总质量由质量流量控制器30进行控制，所吸入的环境空气样品吸入的时间为25～60分钟。而所吸入环境空气样品的动力是通过气泵40提供的。
需要说明的是，环境空气样品富集流程中，所述除水阱10的出口连接到所述六通阀T5的第一个端口a、第六个端口f进入所述富集阱20，且从所述富集阱20的出口连接到所述六通阀T5的第三端口c、第二端口b并连接到所述气泵40。
因此，环境空气样品从所述多位阀T4的端口1进入，并从所述多位阀T4的公共端口接入所述除水阱10，再从所述六通阀T5的第一个端口a、第六个端口 f进入所述富集阱20，所述富集阱20的出口连接到所述六通阀T5的第三端口c、第二端口b并连接到所述气泵40。环境空气样品中的水汽在所述除水阱10的 -50～-30℃温度下，遇冷而进行彻底的除水，环境空气样品中的挥发性有机物在所述富集阱20中被富集。
参考图2，图2所示为通过内标气体进行校准的流程。本发明还可以对内标气体进行校准，而对内标气体进行校准之前，首先是内标气体加入流程：图2 所示的实施例中，内标气体经过除水阱10进行除水，以及经过富集阱20对挥发性有机物进行富集；
图2所示的内标气体加入流程中，所述多位阀T4的端口2接入内标气体，其中，电磁阀T1是用于控制内标气体与所述多位阀T4之间的通断，所述除水阱10的温度为-50～-30℃，所述富集阱20的温度为-30℃，且所述内标气体富集流程中，所吸入的内标气体总质量由质量流量控制器30进行控制，内标气体吸入的时间为0.5～2分钟。而所吸入环内标气体的动力是通过气泵40提供的。
需要说明的是，内标气体富集流程中，所述除水阱10的出口连接到所述六通阀T5的第一个端口a、第六个端口f进入所述富集阱20，且从所述富集阱20 的出口连接到所述六通阀T5的第三端口c、第二端口b并连接到所述气泵40。
本发明还可以对内标气体进行校准，而对内标气体进行校准之前，首先是内标气体加入流程：图2所示为内标气体加入流程，内标气体经过除水阱10进行除水，以及经过富集阱20对挥发性有机物进行富集；
类似地，参考图3，图3所示为通过外标气体进行校准流程，而对外标气体进行校准之前，首先是外标气体加入流程：图3所示为外标气体加入流程，外标气体经过除水阱10进行除水，以及经过富集阱20对挥发性有机物进行富集；其中，电磁阀T2是用于控制外标气体与所述多位阀T4之间的通断，所述除水阱10的温度为-50～-30℃，所述富集阱20的温度为-30℃，且所述外标气体富集流程中，所吸入的外标气体总质量由质量流量控制器30进行控制，外标气体吸入的时间为20～60分钟。而所吸入环内标气体的动力是通过气泵40提供的。
需要说明的是，外标气体富集流程中，所述除水阱10的出口连接到所述六通阀T5的第一个端口a、第六个端口f进入所述富集阱20，且从所述富集阱20 的出口连接到所述六通阀T5的第三端口c、第二端口b并连接到所述气泵40。
参考图4，干吹流程：通过氦气吹扫富集阱20，将富集阱20内存在的水和氧气进行吹扫清除；
干吹流程，氦气连接到所述六通阀T5的第四端口d、第三端口c进入所述富集阱20，且从所述富集阱20的出口连接到所述六通阀T5的第六端口f、第五端口e，并连接到所述检测器50，因此能够通过所述六通阀T5，容易地调整气体流路，方便控制。
需要说明的是，干吹流程，所述除水阱10的温度保持在-50～-30℃，而所述富集阱20的温度保持在-30℃。
参考图4，解吸脱附进样流程，本流程的流路和干吹流程的流路是相同的：将除水阱10和富集阱20升温，其中，通过氮气或零级空气对除水阱10进行吹扫，去除除水阱10凝结的冰；同时富集阱20所吸附的物质解吸，由氦气送入检测器50进行检测；
所述解吸脱附进样流程中，虽然流路和干吹流程的流路相同，但是所述除水阱10和富集阱20的温度设置不相同，在本流程中，所述除水阱10的温度升温至150℃，富集阱20的温度升温至300℃，所述富集阱20所吸附的物质解吸，由氦气送入所述检测器50进行检测，并向所述检测器50发送开始信号，所述检测器50开始计时，时间持续3～10分钟。
(6)复位准备流程：将除水阱10和富集阱20降温至设定温度，等待采样触发回到环境空气样品富集流程。复位准备流程时，所述除水阱10的温度为 -50～-30℃，所述富集阱20的温度为-30℃。
参考图1～5，为了实现上述目的，本发明还提供的技术方案为：提供一种环境空气挥发性有机物除水富集装置，包括：
多位阀T4，且所述多位阀T4包括多个端口一个公共端口，参考图1，所述公共端口设在所述多位阀T4的中间，而其他端口则布置在所述多位阀T4的周边，所述多个端口中的一个端口连接氮气/零级空气，一个端口连接环境空气样品，一个端口连接内标气体，一个端口连接外标气体；
除水阱10，所述多位阀T4的公共端口与所述除水阱10连接，且所述除水阱10用于对进入所述除水阱10的气体进行除水，所述除水阱10用于对环境空气样品、内标气体、外标气体所含有的水分进行除水；
富集阱20，所述富集阱20与所述除水阱10连接，且所述富集阱20用于对进入所述富集阱20的气体含有的挥发性有机物进行富集，所述富集阱20用于对环境空气样品、内标气体、外标气体所含有的挥发性有机物进行富集；
检测器50，用于通过氦气将所述富集阱20所富集的挥发性有机物送入至所述检测器50进行检测；
气泵40，用于为进入所述除水阱10、富集阱20的气体提供气流动力；
六通阀T5，用于为所述除水阱10、富集阱20、氦气、气泵40及检测器50 之间建立连接。
一个实施例中，进入所述除水阱10和/或富集阱20的气体的总质量通过质量流量控制器30进行控制。
环境空气样品富集或内标气体加入或外标气体加入时，环境空气样品或内标气体或外标气体分别连接至所述多位阀T4的各个端口进入并从所述公共端口连接至所述除水阱10，所述除水阱10的出口连接到所述六通阀T5的第一个端口a、第六个端口f进入所述富集阱20，且从所述富集阱20的出口连接到所述六通阀T5的第三端口c、第二端口b并连接到所述气泵40。
需要对所述富集阱20进行干吹时，氦气连接到所述六通阀T5的第四端口d、第三端口c进入所述富集阱20，且从所述富集阱20的出口连接到所述六通阀 T5的第六端口f、第五端口e，并连接到所述检测器50，因此能够通过所述六通阀T5，容易地调整气体流路，方便控制。对所述富集阱20进行干吹时，所述富集阱20的温度保持在-30℃。
参考图5，解吸脱附进样流程：将除水阱10和富集阱20升温，其中，通过氮气或零级空气对除水阱10进行吹扫，去除除水阱10凝结的冰；同时富集阱 20所吸附的物质解吸，由氦气送入检测器50进行检测；
所述解吸脱附进样流程中，所述除水阱10的温度升温至150℃，富集阱20 的温度升温至300℃，所述富集阱20所吸附的物质解吸，由氦气送入所述检测器50进行检测，并向所述检测器50发送开始信号，所述检测器50开始计时，时间持续3～10分钟。
本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种环境空气挥发性有机物除水富集方法，其特征在于，包括，如下流程：
(1)环境空气样品富集流程，环境空气样品经过除水阱进行除水，以及经过富集阱对挥发性有机物进行富集；
(2)干吹流程：通过氦气吹扫富集阱，将富集阱内存在的水和氧气进行吹扫清除；
(3)解吸脱附进样流程：将除水阱和富集阱升温，通过氮气或零级空气对除水阱进行吹扫，去除除水阱凝结的冰，同时富集阱所吸附的物质解吸，由氦气送入检测器进行检测；
(4)复位准备流程：将除水阱和富集阱降温至设定温度，等待采样触发回到环境空气样品富集流程。
2.如权利要求1所述的环境空气挥发性有机物除水富集方法，其特征在于，所述环境空气样品富集流程中，所述除水阱的温度为-50～-30℃，所述富集阱的温度为-30℃，且所述环境空气样品富集流程中，所吸入的环境空气样品总质量由质量流量控制器进行控制，所吸入的环境空气样品吸入的时间为25～60分钟。
3.如权利要求1所述的环境空气挥发性有机物除水富集方法，其特征在于，所述解吸脱附进样流程中，所述除水阱的温度升温至150℃，富集阱的温度升温至300℃，所述富集阱所吸附的物质解吸，由氦气送入所述检测器进行检测，并向所述检测器发送开始信号，所述检测器开始计时，时间持续3～10分钟。
4.一种环境空气挥发性有机物除水富集装置，其特征在于，包括：
多位阀，所述多位阀包括多个端口一个公共端口，所述多个端口中的一个端口连接氮气/零级空气，一个端口连接环境空气样品，一个端口连接内标气体，一个端口连接外标气体；
除水阱，所述多位阀的公共端口与所述除水阱连接，且所述除水阱用于对进入所述除水阱的气体进行除水；
富集阱，所述富集阱与所述除水阱连接，且所述富集阱用于对进入所述富集阱的气体含有的挥发性有机物进行富集；
检测器，用于通过氦气将所述富集阱所富集的挥发性有机物送入至所述检测器进行检测；
气泵，用于为进入所述除水阱、富集阱的气体提供气流动力；
六通阀，用于为所述除水阱、富集阱、氦气、气泵及检测器之间建立连接。
5.如权利要求4所述的环境空气挥发性有机物除水富集装置，其特征在于，进入所述除水阱和/或富集阱的气体的总质量通过质量流量控制器进行控制。
6.如权利要求4所述的环境空气挥发性有机物除水富集装置，其特征在于，环境空气样品富集或内标气体加入或外标气体加入时，环境空气样品或内标气体或外标气体分别连接至所述多位阀的各个端口进入并从所述公共端口连接至所述除水阱，所述除水阱的出口连接到所述六通阀的第一个端口、第六个端口进入所述富集阱，且从所述富集阱的出口连接到所述六通阀的第三端口、第二端口并连接到所述气泵。
7.如权利要求4所述的环境空气挥发性有机物除水富集装置，其特征在于，干吹时，氦气连接到所述六通阀的第四端口、第三端口进入所述富集阱，且从所述富集阱的出口连接到所述六通阀的第六端口、第五端口，并连接到所述检测器。
8.如权利要求4所述的环境空气挥发性有机物除水富集装置，其特征在于，解吸脱附进样时，氮气/零级空气连接到所述多位阀的一个端口进入并从所述公共端口连接到所述除水阱，所述除水阱的出口连接到所述六通阀的第一个端口、第二个端口并通过一三通阀排出；同时氦气连接到所述六通阀的第四端口、第三端口并进入所述富集阱，且从所述富集阱的出口连接到所述六通阀的第六端口、第五端口，并连接到所述检测器。
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