CN112557461B - 一种大气中氨的采集检测装置 - Google Patents

Abstract

一种大气中氨的采集检测装置，它涉及环境监测设备。它解决了解决现有易造成污染，由于离子色谱仪造价昂贵、体积略大，不易搬运，不适用于条件简陋的检测环境的问题。本发明由气体采集模块、气液分离模块、浓度检测模块以及温度控制模块构成，气体采集模块与气液分离模块相连，气液分离模块与浓度检测模块相连，温度控制模块贯穿整个氨的采集检测装置，控制各个模块的温度。本发明可采集大气中的氨，并准确检测其浓度，且具有易于携带、操作简单、成本较低等特点，适于推广，具有应用价值。

Description

一种大气中氨的采集检测装置

技术领域

本发明涉及环境监测设备，具体涉及一种大气中氨的采集检测装置。

背景技术

氨是大气中必不可少的气体，具有刺激性气味，且是其中唯一的碱性气体。随着科学技术的发展，工业、生活等方方面面都产生了不同的生产生活方式，产生或多或少的氨，改变大气中氨的浓度。从宏观角度来看，浓度异常的氨会对全球氮素循环、酸雨的中和等造成影响。从微观角度来看，高浓度的氨会对对呼吸道产生影响，会产生咽喉肿痛、呼吸困难、胸闷气短等症状，氨若进入血液，则会破坏血液的运氧功能，严重时甚至可能造成呼吸骤停，危及生命。氨是大气痕量气，一般情况下难以得到可靠数据，极易出现误差。目前，国家标准氨气检测方法使用纳氏试剂法，但此方法使用的纳氏试剂中含有汞，在使用过程中需小心且实验后对废液处理也需按标准处理，谨防汞污染。纳氏试剂法不仅易造成污染，且无法应用到在线检测中。而另一种常用方法，离子色谱法，虽然测量精度高、容易易制取、不会造成污染，且可与在线检测方法连用，但是由于离子色谱仪造价昂贵、体积略大，不易搬运等特点，其不适用于条件简陋的检测环境的问题。

发明内容

本发明为了解决现有纳氏试剂法不仅易造成污染，且无法应用到在线检测中；离子色谱法，虽然测量精度高、容易易制取、不会造成污染，且可与在线检测方法连用，但是由于离子色谱仪造价昂贵、体积略大，不易搬运，不适用于条件简陋的检测环境的问题，提供了一种大气中氨的采集检测装置，解决该问题的具体技术方案如下：

本发明的一种大气中氨的采集检测装置，由空气管路、气液发生管器、第一气体管路、第二气体管路、第三气体管路、排空瓶、干燥器、输入气泵、第一蠕动管路、第二蠕动管路、第三蠕动管路、第四蠕动管路、第五蠕动管路、第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、气液分离存样管、气液混合室、检测电导头、超纯水样品室、废液桶、样品室、交流电源、电导仪、温度控制器、多个气液分离存样管安放器、自动换样器和直流电源组成，空气管路的下端与气液发生管器内的螺旋形管的上端连通，螺旋形管的下端设在气液发生管器的器腔体下部，第一气体管路的一端设在螺型气液发生管器的上端，另一端设在排空瓶内，第二气体管路的一端设在排空瓶内，第二气体管路的另一端与干燥器的输入端连通，第三气体管路的一端与干燥器的输出端连通，气泵设在第三气体管路上，第一蠕动管路的一端与气液发生管器的下端连通，第一蠕动管路的另一端设在气液分离模块存样管的中部，第一蠕动泵设在第一蠕动管路上，第二蠕动管路的一端与气液分离模块存样管的输出端连通，第二蠕动管路的另一端与气液混合室的输入端连通，检测电导头设在气液混合室内，检测电导头的二个平行线圈分别与交流电源和电导仪连接,第三蠕动管路的一端与气液混合室10的纯水输入端口连通，第三蠕动管路的另一端设在超纯水样品室内，第二蠕动泵设在第三蠕动管路上，第四蠕动管路的一端与气液混合室的溶液输出端口连通，第四蠕动管路的另一端设在废液桶内，第三蠕动泵设在第四蠕动管路上，第五蠕动管路的一端与螺型气液发生管器的下端连通，第五蠕动管路的另一端设在样品室内，第四蠕动泵设在第五蠕动管路上；

所述的气液分离存样管由半透膜、挤压纤细弹簧、伸缩管和活塞隔板组成，半透膜设在气液分离存样管的上端圆心处，活塞隔板设在气液分离存样管腔体的中部，挤压纤细弹簧和伸缩管设在活塞隔板的下方，挤压纤细弹簧环绕在伸缩管上，气液分离存样管的下部空置；

所述的温度控制器由电风扇、电阻加热器、温度传感器、温度调节器和保温罩组成，电风扇嵌于保温层上，电阻加热器设在电风扇的上方，电风扇、电阻加热器第一电线与温度调节器连接，温度传感器经第二电线与温度调节器连接，保温罩罩在温控器件的外围；

所述的多个气液分离存样管安放器由旋转柱、左上连接链、右上连接链、左下连接链和右下连接链组成，多个气液分离存样管均匀布置在左上连接链、右上连接链、左下连接链和右下连接链上，左上连接链、右上连接链、左下连接链和右下连接链的后端与旋转柱上、下端连接，旋转柱与电源连接；

所述的自动换样器由上插管、下插管、上固定块、下固定块、上连接块、下连接块、支撑柱和滑动槽组成，上插管设在气液分离存样管的输出端与第二蠕动管路之间，下插管设在第一蠕动管路与气液分离存样管的输入端之间，气液分离存样管由上固定块、上连接块和下固定块、下连接块固定在自动换样器上，上连接块和下连接块左端与上固定块和下固定块连接，上连接块和下连接块右端卡在滑动槽上，支撑柱19-7内开有滑动槽19-8；

所述的直流电源由第一导线、第二导线、第三导线、第四导线和第五导线组成，第一导线、第二导线、第三导线、第四导线和第五导线串联连接，第一导线与第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵和第四蠕动泵连接，第二导线与多个气液分离存样管安放器和自动换样器连接，第三导线与温度控制器连接，第四导线与输入气泵连接，第五导线与电导仪连接。

本发明的一种大气中氨的采集检测装置具有如下优点：一、整体结构简单、易于组装拆卸、便于携带，清洁方便，可支持野外等采样条件艰苦地点的采样工作；二、支持连续采样，数据连续不间断，方便对比；三、无需长时间人工操作，省时省力，只需人工将药品配齐，每隔一段时间将数据导出即可；四、与离子色谱法等方法相比，整体仪器造价、使用的化学药剂成本、人工成本及仪器维护费用偏低；五、在装置中采用了二次浓度放大，提高了浓度极低的氨气检测的精准度，具有稳定性、可靠性、科学性，在数据处理方面，做标准曲线，可有效降低误差；六、采用了浓缩采集氨气样品、加入标准浓度氯化铵溶液提高样品的本底值浓度以及化学法释放氨气等方法，降低采样过程中的环境阻力，抗环境干扰能力强；七、浓度检测模块中使用的电导头采用了感应线圈的原理，此电导头无需精细保存，使用前也不需活化，与氨气敏电极相比更方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是图1中气液发生管器的结构示意图，图3中是图1中气液分离存样管的结构示意图，图4是图1中检测电导头的结构示意图，图5是图1中气液分离存样管自动换样器的结构示意图，图6是图1中自动换样器的结构示意图，图7是图1中温度控制器的结构示意图，图8是本发明的流程框图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3和图4描述本实施方式。本实施方式由空气管路1、气液发生管器2、第一气体管路3-1、第二气体管路3-2、第三气体管路3-3、排空瓶4、干燥器5、输入气泵6、第一蠕动管路7-1、第二蠕动管路7-2、第三蠕动管路7-3、第四蠕动管路7-4、第五蠕动管路7-5、第一蠕动泵8-1、第二蠕动泵8-2、第三蠕动泵8-3、第四蠕动泵8-4、气液分离存样管9、气液混合室10、检测电导头11、超纯水样品室12、废液桶13、样品室14、交流电源15、电导仪16、温度控制器17、多个气液分离存样管安放器18、自动换样器19和直流电源20组成，空气管路1的下端与气液发生管器2内的螺旋形管2-1的上端连通，螺旋形管2-1的下端设在气液发生管器2的器腔体下部，第一气体管路3-1的一端设在螺型气液发生管器2的上端，另一端设在排空瓶4内，第二气体管路3-2的一端设在排空瓶4内，第二气体管路3-2的另一端与干燥器5的输入端连通，第三气体管路3-3的一端与干燥器5的输出端连通，气泵6设在第三气体管路3-3上，第一蠕动管路7-1的一端与气液发生管器2的下端连通，第一蠕动管路7-1的另一端设在气液分离模块存样管9的中部，第一蠕动泵8-1设在第一蠕动管路7-1上，第二蠕动管路7-2的一端与气液分离模块存样管9的输出端连通，第二蠕动管路7-2的另一端与气液混合室10的输入端连通，检测电导头11设在气液混合室10内，检测电导头的二个平行线圈分别与交流电源15和电导仪16连接,第三蠕动管路7-3的一端与气液混合室10的纯水输入端口连通，第三蠕动管路7-3的另一端设在超纯水样品室12内，第二蠕动泵8-2设在第三蠕动管路7-3上，第四蠕动管路7-4的一端与气液混合室10的溶液输出端口连通，第四蠕动管路7-4的另一端设在废液桶13内，第三蠕动泵8-3设在第四蠕动管路7-4上，第五蠕动管路7-5的一端与螺型气液发生管器2的下端连通，第五蠕动管路7-5的另一端设在样品室14内，第四蠕动泵8-4设在第五蠕动管路7-5上；

所述的气液分离存样管9由半透膜9-1、挤压纤细弹簧9-2、伸缩管9-3和活塞隔板9-4组成，半透膜9-1设在气液分离存样管9的上端圆心处，活塞隔板9-4设在气液分离存样管9腔体的中部，挤压纤细弹簧9-2和伸缩管9-3设在活塞隔板9-4的下方，挤压纤细弹簧9-2环绕在伸缩管9-3上，气液分离存样管9的下部空置；

所述的温度控制器17由电风扇17-1、电阻加热器17-2、温度传感器17-3、温度调节器17-4和保温罩17-5组成，电风扇17-1嵌于保温层17-5上，电阻加热器17-2设在电风扇17-1的上方，电风扇17-1、电阻加热器17-2第一电线17-6与温度调节器17-4连接，温度传感器17-3经第二电线17-7与温度调节器17-4连接，保温罩17-5罩在温控器件的外围；

所述的多个气液分离存样管安放器18由旋转柱18-1、左上连接链18-2、右上连接链18-3、左下连接链18-4和右下连接链18-5组成，多个气液分离存样管9均匀布置在左上连接链18-2、右上连接链18-3、左下连接链18-4和右下连接链18-5上，左上连接链18-2、右上连接链18-3、左下连接链18-4和右下连接链18-5的后端与旋转柱18-1上、下端连接，旋转柱18-1与电源20连接；

所述的自动换样器19由上插管19-1、下插管19-5、上固定块19-2、下固定块19-4、上连接块19-3、下连接块19-6、支撑柱19-7，滑动槽19-8组成，上插管19-1设在气液分离存样管9的输出端与第二蠕动管路7-2之间，下插管19-5设在第一蠕动管路7-1与气液分离存样管9的输入端之间，气液分离存样管9由上固定块19-2、上连接块19-3和下固定块19-4、下连接块19-6固定在自动换样器19上，上连接块19-3和下连接块19-6左端与上固定块19-2和下固定块19-4连接，上连接块19-3和下连接块19-6右端卡在滑动槽19-8上，支撑柱19-7内开有滑动槽19-8；

所述的直流电源20由第一导线20-1、第二导线20-2、第三导线20-3、第四导线20-4和第五导线20-5组成，第一导线20-1、第二导线20-2、第三导线20-3、第四导线20-4和第五导线20-5串联连接，第一导线20-1与第一蠕动泵8-1、第二蠕动泵8-2、第三蠕动泵8-3和第四蠕动泵8-4连接，第二导线20-2与多个气液分离存样管安放器18和自动换样器19连接，第三导线20-3与温度控制器17连接，第四导线20-4与输入气泵6连接，第五导线20-5与电导仪16连接。

具体实施方式二：结合图1、图4描述本实施方式。本实施方式所述的检测电导头11，由绝缘管11-1内嵌第一平行线圈11-1-1和第二平行线圈11-1-2构成，第一平行线圈11-1-1与第二平行线圈11-1-2的匝数相同，采用铁镍合金、纳米晶或与其材质近似的物质作为内芯，外套绝缘层，绝缘管11-1采用氧化铝陶瓷、石英或其余高绝缘、化学性质稳定的物质。

具体实施方式三：结合图1、图6描述本实施方式。本实施方式所述的所述温度控制器17，由电风扇17-1、电阻加热器17-2、温度传感器17-3分别由导线17-6、导线17-7连接温度调节器17-4组成，且外部包有一面带有透气孔的保温层17-5。

具体实施方式四：结合图1、图2描述本实施方式。本实施方式所述的螺旋形管2-1纵向设置。

具体实施方式五：结合图1描述本实施方式。本实施方式样品室14内的吸收液为硫酸和氯化铵溶液混合组成，比例为1：0.01～0.2。

具体实施方式六：结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的气液发生管器2腔体2-2内的吸收液液面的高度为气液发生器2的二分之一至三分之二之间。

具体实施方式七：结合图1、图3描述本实施方式。本实施方式所述的气液分离存样管9为圆筒形结构。

具体实施方式八：结合图1、图5描述本实施方式。本实施方式所述的交流电源15、交流电线(第一平行线圈)11-1-1、其中交流电源15与交流电线(第一平行线圈)11-1-1形成闭合回路。

具体实施方式九：结合图1、图5描述本实施方式。本实施方式所述的电源系统由交流电源与直流电源两部分结合，交流电源15负责感应电场的产生，直流电源20负责供给整个装置运行的电力。

装置的运行过程：

装置运行前由第四蠕动泵8-4将样品室14内的硫酸溶液与氯化铵溶液按1：0.01～0.2比例混合。混合而成的吸收液经第五蠕动管路7-5导入气液发生管器2内；空气由空气管路1进入气液发生管器2内的螺旋形管2-1内，与吸收液进行充分的接触，吸收液进而吸收空气中的氨，随后气体从螺旋形管2-1下端溢出，进入气液发生器2的腔体内，从上端的第一气体管路3-1排出气液发生器2，进入排空瓶4内，避免由于气泵6动力过大或者气液发生器2中吸收液液面高而溅出的吸收液对后续步骤产生影响，气体再经第二气体管路3-2进入干燥器5进行干燥后由第三气体管路3-3由气泵6将气体排入空气中；第一蠕动泵8-1提供动力，将吸收完大气中氨的吸收液由第一蠕动管路路路7-1进入气液分离存样管9的中部，随着吸收液从第一蠕动管路路7-1输送至气液分离存样管9内，活塞隔板9-4向下端移动挤压纤细弹簧9-2以及伸缩管9-3，与此同时吸收液与氢氧化钠溶液反应，生成氨气，产生的氨气透过只有气体能通过的半透膜9-1进入第二蠕动管路路7-2输送至气液混合室10内，样品室12中储存着超纯水，由第二蠕动泵8-2提供动力，将超纯水从第三蠕动管路路7-3进入气液混合室10内，此时氨气与超纯水结合，气液混合室10内的溶液中含有铵根离子，静置1至2分钟，此时溶液的电导率发生改变，气液混合室10的检测电导头11测定溶液中的电导，并将检测得到数据传输给电导仪16储存记录数据，储存记录的数据由电脑进行处理，电导仪11读取存储完数据后，气液混合室10内的溶液由第三蠕动泵8-3提供动力经第四蠕动管路路-4排入废液桶13内，待废液排净后，可重新开始下一组采样，循环上述流程。

其中气液分离模块与浓度检测模块的温度一直处于温度控制模块的调节下，以保证氨气的全部析出或者氨气与超纯水完全融合。而且温度的适宜及恒定，对于混合液的电导的测定也具有帮助，可使其电导率的波动处于浓度-电导率线性相关范围。

本发明的温度控制模块17贯穿了整体，尤其在气液分离模块9以及浓度检测模块(气液混合室10、检测电导头11、交流电源15和电导仪16)中。温度控制模块17调节气液分离模块9，使氨气全部溢出。温度控制模块17调节浓度检测模块温度，氨与超纯水结合，水中存在一水合氨与铵根离子，温度适宜且维持恒定，保证氨的解离常数不变，控制混合液的电导率处于浓度-电导率线性相关的范围。风扇17-1嵌入带有透气孔的保温罩17-5，便于透气与散热，电阻加热器17-2位于风扇17-1平行上方，模块内部置有温度传感器17-3，监测模块内部温度，当模块温度需要改变时，检测信号经由温度传感器传给温度调节器17-4，再经由温度调节器17-4控制电阻加热器17-2与风扇17-1调节温度。

本发明的自动更换气液分离存样管装置9，采用机械的多个气液分离存样管安放器18、自动换样器19当更换样品时上固定块19-2和下固定块19-4分别在滑动槽19-8中上、下滑动促使第一蠕动管路7-1及第二蠕动管路7-2与上插管19-1和下插管19-5脱离采完样品的气液分离存样管9，此时旋转柱18-1旋转，使采完样品的气液分离存样管9脱离自动换样器19的固定位置，同时将新的气液分离存样管9带到固定位置，上固定块19-2和下固定块19-4再次分别在滑动槽19-8中向下向上滑动使上插管19-1和下插管19-5与第二蠕动管路7-2和第一蠕动管路7-1重新连接，进入新的采样。此为一次换样流程，连接链可连接多组气液分离存样管装置9进行连续采样。

装置运行过程中，除检测电导头11使用交流电源15外，运行过程中使用的蠕动泵8-1、蠕动泵8-2、蠕动泵8-3、蠕动泵8-4、电导仪16、温度控制模块17及机械的多个气液分离存样管安放器18、自动换样模组19等均使用220v直流电源20，支持直接供电或蓄电池供电。

本发明并不用以限制本发明，其中各个部件的结构连接方式都是可以变化的，凡是基于本发明技术方案的原理进行的润色、改进、同等变换等任何修改，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大气中氨的采集检测装置，它由空气管路、气液发生管器、第一气体管路、第二气体管路、第三气体管路、排空瓶、干燥器、输入气泵、第一蠕动管路、第二蠕动管路、第三蠕动管路、第四蠕动管路、第五蠕动管路、第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、气液分离存样管、气液混合室、检测电导头、超纯水样品室、废液桶、样品室、交流电源、电导仪、温度控制器、多个气液分离存样管安放器、自动换样器和直流电源组成，其特征在于：空气管路的下端与气液发生管器内的螺旋形管的上端连通，螺旋形管的下端设在气液发生管器的器腔体下部，第一气体管路的一端设在螺型气液发生管器的上端，另一端设在排空瓶内，第二气体管路的一端设在排空瓶内，第二气体管路的另一端与干燥器的输入端连通，第三气体管路的一端与干燥器的输出端连通，气泵设在第三气体管路上，第一蠕动管路的一端与气液发生管器的下端连通，第一蠕动管路的另一端设在气液分离模块存样管的中部，第一蠕动泵设在第一蠕动管路上，第二蠕动管路的一端与气液分离模块存样管的输出端连通，第二蠕动管路的另一端与气液混合室的输入端连通，检测电导头设在气液混合室内，检测电导头的二个平行线圈分别与交流电源和电导仪连接,第三蠕动管路的一端与气液混合室的纯水输入端口连通，第三蠕动管路的另一端设在超纯水样品室内，第二蠕动泵设在第三蠕动管路上，第四蠕动管路的一端与气液混合室的溶液输出端口连通，第四蠕动管路的另一端设在废液桶内，第三蠕动泵设在第四蠕动管路上，第五蠕动管路的一端与螺型气液发生管器的下端连通，第五蠕动管路的另一端设在样品室内，第四蠕动泵设在第五蠕动管路上；

所述的气液分离存样管由半透膜、挤压纤细弹簧、伸缩管和活塞隔板组成，半透膜设在气液分离存样管的上端圆心处，活塞隔板设在气液分离存样管腔体的中部，挤压纤细弹簧和伸缩管设在活塞隔板的下方，挤压纤细弹簧环绕在伸缩管上，气液分离存样管的下部空置；

所述的温度控制器由电风扇、电阻加热器、温度传感器、温度调节器和保温罩组成，电风扇嵌于保温层上，电阻加热器设在电风扇的上方，电风扇、电阻加热器第一电线与温度调节器连接，温度传感器经第二电线与温度调节器连接，保温罩罩在温控器件的外围;

所述的多个气液分离存样管安放器由旋转柱、左上连接链、右上连接链、左下连接链和右下连接链组成，多个气液分离存样管均匀布置在左上连接链、右上连接链、左下连接链和右下连接链上，左上连接链、右上连接链、左下连接链和右下连接链的后端与旋转柱上、下端连接，旋转柱与电源连接；

所述的自动换样器由上插管、下插管、上固定块、下固定块、上连接块、下连接块、支撑柱和滑动槽组成，上插管设在气液分离存样管的输出端与第二蠕动管路之间，下插管设在第一蠕动管路与气液分离存样管的输入端之间，气液分离存样管由上固定块、上连接块和下固定块、下连接块固定在自动换样器上，上连接块和下连接块左端与上固定块和下固定块连接，上连接块和下连接块右端卡在滑动槽上，支撑柱内开有滑动槽；

所述的直流电源由第一导线、第二导线、第三导线、第四导线和第五导线组成，第一导线、第二导线、第三导线、第四导线和第五导线串联连接，第一导线与第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵和第四蠕动泵连接，第二导线与多个气液分离存样管安放器和自动换样器连接，第三导线与温度控制器连接，第四导线与输入气泵连接，第五导线与电导仪连接。

2.根据权利要求1所述的一种大气中氨的采集检测装置，其特征在于：所述的检测电导头，由绝缘管内嵌第一平行线圈和第二平行线圈构成，第一平行线圈与第二平行线圈的匝数相同。

3.根据权利要求1所述的一种大气中氨的采集检测装置，其特征在于：所述的样品室内的吸收液为硫酸和氯化铵溶液混合组成，比例为1：0.01～0.2。

4.根据权利要求1所述的一种大气中氨的采集检测装置，其特征在于：所述的气液发生管器腔体内的吸收液液面的高度为气液发生器的二分之一至三分之二之间。

5.根据权利要求1所述的一种大气中氨的采集检测装置，其特征在于：所述的螺旋形管纵向设置。

6.根据权利要求1所述的一种大气中氨的采集检测装置，其特征在于：所述的气液分离存样管为圆筒形结构。

7.根据权利要求2所述的一种大气中氨的采集检测装置，其特征在于：所述的检测电导头的内芯采用铁镍合金或纳米晶材料，外套绝缘层，绝缘管采用氧化铝陶瓷或石英材料。

8.根据权利要求1所述的一种大气中氨的采集检测装置，其特征在于：所述的电源由交流电源与直流电源共同组成，其中交流电源与导线形成闭合回路。