CN112133623B - VOCs走航监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了VOCs走航监测装置，包括走航工具；第一离子化单元，包括第一离子源及其传输单元，待测对象适于连通所述第一离子源；第二离子化单元，包括第二离子源及其传输单元，待测对象适于连通第二离子源；所述第一离子源和第二离子源采用不同的离子化方式；分离单元用于分离待测对象中的不同物质，并送所述第一离子源；质量分析器包括提取加速模块和离子检测器；所述第一离子化单元和第二离子化单元产生的离子经过所述提取加速模块后进入离子检测器；泵组，泵的输入端连通所述第一离子源、第二离子源和质量分析器。本发明具有响应快、高精度等优点。

Description

VOCs走航监测装置
技术领域
本发明涉及气体检测，特别涉及VOCs走航监测装置。
背景技术
VOCs走航监测已成为国内环境空气质量快速评估的热议话题。走航监测要求具有秒级的分析速度，并且需要对VOCs快速定性定量，以绘制实时走航图，目前市场上常见的为单SPI-TOFMS(单光子电离-飞行时间质谱仪)走航和离子阱MS+GC-MS走航。但是目前的技术路线均存在一定的问题。
单SPI-TOFMS走航，电离时得到VOCs分子离子峰，谱图无碎片峰重叠，可以实现秒级定性定量，但无法分辨同重化合物；
离子阱MS+GC-MS走航，因离子阱MS使用的是EI源，电离时产生大量碎片，复杂环境VOCs谱图碎片重叠严重，无法对物种快速定性，因此需要GC-MS进一步定性定量分析，由于GC-MS分析速度在分钟级，导致走航结果存在滞后，影响环境诊断结果。
因此，两者单独应用于VOCs走航监测分析都有一定的局限性。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种检测快速、精度高、区分同重化合物的VOCs走航监测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
VOCs走航监测装置，所述VOCs走航监测装置包括走航工具；所述VOCs走航监测装置还包括：
第一离子化单元，包括第一离子源及其传输单元，待测对象适于连通所述第一离子源；
第二离子化单元，包括第二离子源及其传输单元，待测对象适于连通第二离子源；所述第一离子源和第二离子源采用不同的离子化方式；
分离单元，所述分离单元用于分离待测对象中的不同物质，并送所述第一离子源；
质量分析器，所述质量分析器包括提取加速模块和离子检测器；所述第一离子化单元和第二离子化单元产生的离子经过所述提取加速模块后进入离子检测器；
泵组，泵的输入端连通所述第一离子源、第二离子源和质量分析器。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本申请利用了现有技术中的离子源及质量分析器，通过将不同技术路线的离子源、离子偏转单元和质量分析器组合为一个整体，分别利用了不同离子源的技术优势，实现了：
1.检测精度高；
利用不同技术路线的离子源，如EI源、SPI源，不仅实现了高精度的定性定量分析，还可以区别待测对象中的同重化合物；
2.工作模式多样式，根据需要地启动第一离子源、第二离子源和分离单元，如利用SPI源实现定性定量分析，利用EI源实现部分同重化合物的分析，利用分离单元和SPI源和质量分析器实现了同重化合物的快速、高精度分析。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1的VOCs走航监测装置的结构简图；
图2是根据本发明实施例2的VOCs走航监测装置的结构简图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的VOCs走航监测装置的结构简图，如图1所示，所述VOCs走航监测装置包括：
走航工具(未示出)，采用厢式货车改装的走航车，并配备定位模块、直流电供电模块、照明灯等；
第一离子化单元，包括EI源11及其传输单元12，待测对象适于连通所述EI源11；传输单元12的差分孔的孔径为2mm-5mm，如2mm、3mm、4mm、5mm；
第二离子化单元，包括SPI源21及其传输单元22，待测对象适于连通SPI源21；所述EI源和SPI源采用不同的离子化方式；所述SPI源的传输单元的第一级差分孔的孔径为0.5mm-2mm，如0.5mm、0.9mm、1.2mm或2mm，第二级差分孔的孔径为1mm-3mm，如1mm、1.3mm、2.5mm或3mm；
色谱分离单元61，所述色谱分离单元61用于分离待测对象中的不同物质，并送所述EI源11；
质量分析器，直线式TOF质量分析器，所述质量分析器包括提取加速模块31-32和离子检测器41；所述第一离子化单元和第二离子化单元产生的离子经过所述提取加速模块31-32后进入离子检测器41；
泵组71-73，包括二个分子泵71-72和一个前级泵73，二个分子泵71-72的输入端分别连通所述EI源11、离子偏转单元31-32和质量分析器41，维持所需的真空度，前级泵73连通SPI源21，二个分子泵71-72的输出端连通所述前级泵73的输入端；所述第一离子化单元内的压强为不高于1×10-2Pa，所述第二离子化单元内的压强为1-1×104Pa；
切换模块51，采用三位四通阀，输入端连通空气样品，输出端分别连通EI源11、SPI源21和色谱分离单元61。
本实施例VOCs走航监测装置的工作方式为：
走航监测时，首先使用SPI-TOFMS模式，即关闭第一离子化单元和色谱分离单元，打开SPI-TOFMS工作参数，将三位四通阀切换为流向SPI电离区，电离得到VOCs分子离子峰，可用于VOCs快速定性定量分析，可以满足大部分场景快速走航分析；
当怀疑空气中存在同重化合物，SPI-TOFMS难以准确分析时，切换为EI-TOFMS模式，即关闭第二离子化单元和色谱分离单元，打开EI-TOFMS工作参数，将三位四通阀切换为流向EI电离区，电离得到物种碎片信息，与SPI-TOFMS模式下得到的分子离子峰信息比对分析，进一步辅助定性定量，利用碎片差异，可区分部分同重化合物；
若所检测区域极为复杂，碎片重叠严重，使用SPI-TOFMS模式+EI-TOFMS仍无法分析时，则将走航车停下来，切换为GC-EI-TOFMS模式进一步定性定量分析，即关闭第二离子化单元，打开色谱分离单元与EI-TOFMS工作参数，将三位四通阀切换为流向色谱进样口，利用色谱将同重化合物在时间上加以分离，再利用EI-TOFMS电离和检测，实现精准定性定量分析。
实施例2：
根据本发明实施例1的VOCs走航监测装置的应用例，与实施例1不同的是：
如图2所示，利用反射式TOF质量分析器41，离子反射器42与离子检测器41、提取加速模块31-32相对设置；
设置三个屏蔽罩81-83，采用金属屏蔽罩，提取加速模块31-32设置在金属屏蔽罩81-82内，金属屏蔽罩81-82具有适于离穿过的通孔和离子出射的开口；离子检测器41设置在金属屏蔽罩83内，金属屏蔽罩83具有适于离子入射的开口。

Claims (10)

1.VOCs走航监测装置，所述VOCs走航监测装置包括走航工具；其特征在于：所述VOCs走航监测装置还包括：
第一离子化单元，包括第一离子源及其传输单元，待测对象适于连通所述第一离子源；
第二离子化单元，包括第二离子源及其传输单元，待测对象适于连通第二离子源；所述第一离子源和第二离子源采用不同的离子化方式；
分离单元，所述分离单元用于分离待测对象中的不同物质，并送所述第一离子源；
质量分析器，所述质量分析器包括提取加速模块和离子检测器；所述第一离子化单元和第二离子化单元产生的离子经过所述提取加速模块后进入离子检测器；
泵组，泵的输入端连通所述第一离子源、第二离子源和质量分析器；
切换模块，所述切换模块用于使待测对象选择性地连通第一离子源、第二离子源和分离单元，使得在走航监测时，待测对象首先连通第二离子源作为第一工作模式，当怀疑存在同重化合物时，待测对象连通第一离子源作为第二工作模式，当第一工作模式和第二工作模式均无法分析待测对象时，停止走航，待测对象连通分离单元。
2.根据权利要求1所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述不同物质包括同重化合物。
3.根据权利要求1所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述VOCs走航监测装置还包括：
切换模块，所述切换模块用于使待测对象选择性地连通第一离子源、第二离子源和分离单元。
4.根据权利要求1所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述分离单元是色谱分离单元。
5.根据权利要求1所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述质量分析器还包括：
离子反射器，从所述提取加速模块出射的离子经过所述离子反射器反射后进入所述离子检测器。
6.根据权利要求1所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述第一离子源是EI源，所述第二离子源是SPI源。
7.根据权利要求6所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述泵组包括分子泵和前级泵，所述分子泵分别连通第一离子源和质量分析器，前级泵连通所述第二离子源；所述分子泵的输出端连通所述前级泵的输入端。
8.根据权利要求6所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述EI源的传输单元的差分孔的孔径为2mm-5mm，所述SPI源的传输单元的第一级差分孔的孔径为0.5mm-2mm，第二级差分孔的孔径为1mm-3mm。
9.根据权利要求6所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述第一离子化单元内的压强为不高于 1×10-2Pa，所述第二离子化单元内的压强为1-1×104Pa。
10.根据权利要求5所述的VOCs走航监测装置，其特征在于：所述质量分析器还包括：
电场屏蔽罩，所述电场屏蔽罩适于容纳所述提取加速模块以及离子检测器，并具有适于离子入射的通孔和适于离子出射的开口。
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