CN113058375B - 痕量有机气体预处理设备及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体分析技术领域，具体而言，涉及一种痕量有机气体预处理设备及处理方法。设备包括除水装置、除二氧化碳装置、流量控制装置、加热控制装置、制冷装置、捕集装置、多位选择阀、多通双位阀及捕集阱控制阀。捕集装置包括第一热电偶、第二热电偶、第一冷盘、第二冷盘及捕集阱。多位选择阀、除水装置、多通双位阀、捕集阱控制阀及捕集阱通过气体管路依次相连，多通双位阀还与除二氧化碳装置相连，捕集阱与加热控制装置通过导线相连。流量控制装置位于除水装置与多位选择阀之间，或与捕集阱控制阀相连。制冷装置的冷端与第一冷盘相连，且制冷装置的冷端、捕集装置均经保温材料包裹。该设备能够提高痕量有机气体分析的灵敏度和准确度。

Description

痕量有机气体预处理设备及处理方法
技术领域
本发明涉及气体分析技术领域，具体而言，涉及一种痕量有机气体预处理设备及处理方法。
背景技术
痕量有机气体是指在空气中浓度极低(低于10-12)的有机气体物质，其种类繁多,部分痕量有机气体在大气中的存在时间久，并且具有较强的温室效应，有些气体物质(含氯、溴等卤原子)甚至会破坏臭氧层，进而影响环境或人类健康。
痕量有机气体的挥发性极强，有些气体的沸点在-120℃以下，对此，通常只能采用低温环境结合吸附剂的方式对其进行捕集。但是目前的预处理装置难以对上述挥发性极强且浓度极低的气体进行高效捕集，且没有办法去除其他干扰性气体，从而导致无法进行定量测定或者测量精度低。另外，即使有些预处理装置能够实现上述气体物质的富集，但是装置较为复杂(需要真空仓等装置)，且分析时间极长，导致系统的分辨率较低，无法满足实时测量的需求。另外，传统痕量有机气体预处理装置使用的制冷系统中含有卤代烃冷媒，会干扰相应的大气中该种低浓度卤代烃的测定。
发明内容
基于此，本发明提供了一种痕量有机气体预处理设备及处理方法。该预处理设备能够在去除干扰气体的同时实现痕量气体的有效富集，且提高了痕量气体的测量精度和分辨率。
本发明一方面，提供一种痕量有机气体预处理设备，其包括除水装置、除二氧化碳装置、流量控制装置、加热控制装置、制冷装置、捕集装置、多位选择阀、多通双位阀及捕集阱控制阀；
所述捕集装置包括第一热电偶、第二热电偶、第一冷盘、第二冷盘及捕集阱；
所述捕集阱包括两个直管部分和连接它们的弯管部分，所述弯管部分设有绝缘层，所述第一热电偶的测温探头位于绝缘层内并紧贴于所述弯管部分；
所述第二热电偶的测温探头位于所述冷盘被所述弯管部分环绕的区域，且所述弯管部分及所述第二热电偶的测温探头夹于所述第一冷盘与所述第二冷盘之间；
所述多位选择阀、除水装置、多通双位阀、捕集阱控制阀及捕集阱通过气体管路依次相连，所述多通双位阀还通过气体管路与所述除二氧化碳装置相连，所述捕集阱与所述加热控制装置通过导线相连；
所述流量控制装置连接在所述除水装置与所述多位选择阀之间，或与所述捕集阱控制阀相连；
所述制冷装置的冷端与所述第一冷盘相连，且所述制冷装置的冷端、所述捕集装置均经保温材料包裹。
在一些实施方式中，所述多位选择阀、多通双位阀及捕集阱控制阀均为多通道切换阀；
所述多位选择阀用于控制载气或样品气体的进出；
所述多通双位阀用于接通或隔断所述除水装置与除二氧化碳装置；
所述捕集阱控制阀通过气体管路与分析系统相连接。
在一些实施方式中，所述捕集阱控制阀为多位六通阀。
在一些实施方式中，所述预处理设备中还包括电磁阀，所述电磁阀与所述捕集阱控制阀之间通过气体管路相连。
在一些实施方式中，所述捕集阱的形状为L形、U形或V形，弯管部分设于转角处。
在一些实施方式中，所述除水装置选自高氯酸镁吸收管或Nafion干燥管。
在一些实施方式中，所述除二氧化碳装置选自碱石灰干燥管或填充有分子筛的吸附管。
本发明一方面，还提供一种根据上述所述的预处理设备处理痕量有机气体的方法，其包括以下步骤：
富集：通过制冷装置将捕集阱温度降温至第一预设温度，通过流量控制装置控制样品气体的流量，并使其依次经过除水装置及除二氧化碳装置后，在捕集阱中富集；
除杂：通入载气对捕集阱进行吹扫，并通过加热控制装置将捕集阱的温度升温至第二预设温度；
解吸：通过加热控制装置将捕集阱的温度升温至第三预设温度，使得样品气体解吸后进入分析仪器进行检测。
在一些实施方式中，所述第一预设温度为-100℃以下，所述第二预设温度为-80℃以上，所述第三预设温度为100℃以上。
在一些实施方式中，当除二氧化碳装置选自填充有分子筛的吸附管时，所述除杂步骤中还包括在所述除二氧化碳装置中通入载气对其进行反向吹扫的步骤。
有益效果：
本发明提供的痕量有机气体预处理设备通过单个捕集阱即可实现痕量有机气体的有效富集。而且将制冷装置的冷端与冷盘直接相连，提高了制冷效率。同时，除水装置、除二氧化碳装置及加热装置的配合使用能够对样品气体中的水汽和二氧化碳等杂质气体进行有效去除，解决了气体管路中残留气体的干扰问题，从而提高了样品气体后续分析的灵敏度和准确度。另外，在进行样品气体分析的同时，捕集阱能够快速降温至初始低温，并进行下一轮的采样工作，充分降低了单次分析的时长，提高了分析效率。而且在该预处理设备中无需使用真空仓等真空系统，降低了设备的复杂度，提高了集成度和便携性。且不使用卤代烃冷媒，在对含有卤代烃的痕量气体进行监测时不会产生干扰。
进一步地，在处理痕量有机气体的方法中增加除杂步骤能够防止杂质气体的干扰，提高系统定性和定量分析的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中痕量有机气体预处理设备连接关系示意图；
图2为本发明一个实施例中痕量有机气体预处理设备中捕集装置的正面透视结构示意图；
图3为本发明一个实施例中使用图1所示的设备进行气体富集工艺流程的示意图；
图4为本发明一个实施例中使用图1所示的设备进行吹扫除杂工艺流程的示意图；
图5为本发明一个实施例中使用图1所示的设备进行加热解吸工艺流程的示意图；
图6为本发明另一个实施例中痕量有机气体预处理设备连接关系示意图；；
图7为本发明一个实施例中使用图6所示的设备进行气体富集工艺流程的示意图；
图8为本发明一个实施例中使用图6所示的设备进行吹扫除杂工艺流程的示意图；
图9为本发明一个实施例中使用图6所示的设备进行加热解吸工艺流程的示意图；
图中：1-除水装置；2-除二氧化碳装置；3-流量控制装置；4-加热控制装置；5-制冷装置；6-捕集装置；61-第一热电偶；62-第二热电偶；63-第一冷盘；64-第二冷盘；65-捕集阱；7-多位选择阀；8-多通双位阀；9-捕集阱控制阀；10-第一气体管路；11-第二气体管路；12-第三气体管路；13-第四气体管路；14-第五气体管路；15-第六气体管路；151-三通；16-电磁阀。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
术语“长度”、“宽度”、“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“径向”、“轴向”、“纵向”、“横向”、“周向”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明一方面，提供一种痕量有机气体预处理设备，其包括除水装置、除二氧化碳装置、流量控制装置、加热控制装置、制冷装置、捕集装置、多位选择阀、多通双位阀及捕集阱控制阀；
其中捕集装置包括第一热电偶、第二热电偶、第一冷盘、第二冷盘及捕集阱；
捕集阱包括两个直管部分和连接它们的弯管部分，其中弯管部分设有绝缘层，第一热电偶的测温探头位于绝缘层内并紧贴于弯管部分；
第二热电偶的测温探头位于冷盘被弯管部分环绕的区域，且弯管部分及第二热电偶的测温探头夹于第一冷盘与第二冷盘之间；
多位选择阀、除水装置、多通双位阀、捕集阱控制阀及捕集阱通过气体管路依次相连，其中多通双位阀还通过气体管路与除二氧化碳装置相连，捕集阱与加热控制装置通过导线相连；
流量控制装置连接在除水装置与多位选择阀之间，或与捕集阱控制阀相连；
制冷装置的冷端与第一冷盘相连，且制冷装置的冷端、捕集装置均经保温材料包裹。
在一些实施方式中，保温材料为耐-100℃低温的材料，例如可以为氯醚橡胶、表氯醇橡胶、氯醇橡胶、冷轧钢。设置保温材料可以使得制冷装置和捕集装置与外界隔绝，从而避免降温过程中制冷装置外壁凝结大量水汽，进而有效保证对捕集阱进行精准的温度控制。
在一些实施方式中，捕集阱的形状为L形、U形或V形，弯管部分设于转角处。优选的，捕集阱的形状为为L形。
在一些实施方式中，弯管部分为圆弧形。
在一些实施方式中，第一热电偶的测温探头紧贴于弯管部分的中间部位。
在一些实施方式中，弯管内部安装有第一定位器和第二定位器，其中第一定位器与第二定位器之间填充有吸附剂，定位器用于固定吸附剂。
在一些实施方式中，定位器包括实心管及分别套设于实心管两端的第一中空管和第二中空管。所述定位器的材质为金属，例如可以为不锈钢。
在一些实施方式中，捕集阱的内径在1mm以上。
将捕集阱的结构进行上述设置能够保证在填充相同质量的吸附剂的基础上，有效缩短吸附剂在弯管中的长度。该结构有助于使气体在低温下实现快速捕集，在高温下实现快速热脱附，从而进一步提高了捕集和解吸效率。
优选的，捕集阱的内径为1mm。所述捕集阱的材质为不锈钢。
在一些实施方式中，弯管部分设有的保温绝缘层可以为直接涂覆于弯管部分的涂层，也可以为套设于弯管部分的保温绝缘层。优选的，保温绝缘层以涂层的形式直接涂覆于所述弯管部分。所述绝缘层的材质为高分子聚合物材料，优选为聚四氟乙烯。
在一些实施方式中，第一冷盘和/或第二冷盘上设有凹槽，用于固定捕集阱的弯管部分、第一热电偶和第二热电偶。所述第一冷盘及第二冷盘的材质为金属，例如可以为铁、铝、铜或含有前述一种或几种金属的合金。优选的，第一冷盘及第二冷盘的材质为铜，更进一步的，第一冷盘及第二冷盘的材质为纯度99％的铜。所述冷盘可以为任意形状，例如可以为规则或不规则多边形、圆形。优选的，冷盘为规则多边形或圆形，其中，规则多边形优选为正多边形，例如长方形、正方形、正五边形及正六边形等。更优选的，冷盘的形状为正方形。优选的，所述弯管部分位于规则多边形或圆形冷盘的几何中心及其附近区域；更优选的，弯管部分为圆弧形，圆弧的圆心与所述冷盘的几何中心重合。
在一些实施方式中，多位选择阀、多通双位阀及捕集阱控制阀均为多通道切换阀；
其中，多位选择阀用于控制载气或样品气体的进出；
多通双位阀用于接通或隔断所述除水装置与除二氧化碳装置；
捕集阱控制阀通过气体管路与分析系统相连接。
在一些实施方式中，捕集阱控制阀为多位六通阀，所述多位六通阀包括外壳、阀芯及驱动器；
其中阀芯横截面为圆形，沿圆周设置多个内凹的流道，流道之间具有间隔部；
外壳上设有多个开孔并套设于所述阀芯外部，所述间隔部紧贴所述外壳内壁；
当所述阀芯在所述驱动器的带动下于所述外壳内转动时，所述开孔与所述流道能够形成以下位置关系：
a)单个流道对应两个开孔；
b)单个流道对应一个开孔。
该多位阀仅通过阀芯的转动即可实现单阀控制复杂工作流程中气路的连接或密封，无需连接多个阀门。有效解决了传统多位阀流道设计简单而无法满足复杂气路设计和工作流程需求的问题。
在一些实施方式中，开孔的孔径相同。
在一些实施方式中，开孔均匀分布于所述外壳上。
在一些实施方式中，开孔与流道还能够形成以下位置关系：c)开孔被单个间隔部完全覆盖以阻隔。
在一些实施方式中，每个所述间隔部最多只能完全覆盖一个开孔。
在一些实施方式中，阀芯由圆柱形内杆和套设于内杆上的套环所组成，所述套环沿圆周设置多个镂空的孔洞，所述孔洞配合所述内杆形成流道。
在一些实施方式中，阀芯设有流道处套设有密封圈，所述密封圈在所述阀芯设有流道处设有开孔。
更优选的，捕集阱控制阀为十二位六通阀，所述十二位六通阀外壳上有6个孔径相同且均匀分布的开孔，流道之间有3个间隔部。
在一些实施方式中，开孔与流道能够形成以下位置关系：i)所有所述开孔同时处于a状态；ii)一个开孔处于c状态，一个开孔处于b状态，其余开孔处于a状态。
在一些实施方式中，预处理设备中还包括电磁阀，电磁阀与捕集阱控制阀之间通过气体管路相连。
在本发明中，作为进一步说明，多位选择阀、多通双位阀、捕集阱控制阀及电磁阀的数量可进行调整，从而能够使得该设备适应复杂的工艺流程。所述多位选择阀、多通双位阀、捕集阱控制阀及电磁阀的材质独立地选自不锈钢或碳钢，优选的，多位选择阀、多通双位阀、捕集阱控制阀及电磁阀的材质均为不锈钢。
在本发明中，作为进一步说明，多位选择阀、多通双位阀、捕集阱控制阀及电磁阀均可以包括多个进气口和出气口。优选的，多位选择阀具有7个进气口和1个出气口，多通双位阀具有3个进气口和3个出气口，或具有2个进气口和2个出气口，捕集阱控制阀具有3个进气口和3个出气口。
在一些实施方式中，多通双位阀可以为三通双位阀、四通双位阀或六通双位阀。优选的，多通双位阀为四通双位阀或六通双位阀。
在一些实施方式中，电磁阀与捕集阱控制阀连接的气体管路上安装有三通，所述三通的材质可以为金属或塑料，优选的，三通的材质为金属，更优选的，三通的材质为不锈钢。
在一些实施方式中，除水装置选自高氯酸镁吸收管或Nafion干燥管。
需要说明的是，Nafion干燥管和高氯酸镁吸收管用于除去样品气体中的大量水汽，从而防止过多的水汽被捕集阱捕集而占据较多的吸附位点，从而影响其对目标气体的捕集。而且去除样品气体中的水汽后也有助于提高后续分析结果的灵敏度和准确度。
Nafion干燥管的除水原理是通入与样品气体流向相反的干燥气，从而使干燥气与样品气体进行水汽交换以除去样品气体中的水汽。高氯酸镁吸收管通过其中的高氯酸镁与水发生反应来将水汽去除。
在一些实施方式中，除二氧化碳装置选自碱石灰干燥管或填充有分子筛的吸附管。所述填充有分子筛的吸附管中的分子筛选自4A型分子筛、13X型分子筛、ZSM-5分子筛及5A型分子筛中的至少一种。优选的，分子筛为4A型分子筛。
填充有分子筛的吸附管及碱石灰干燥管用于去除样品气体中的二氧化碳。填充有分子筛的吸附管去除二氧化碳的原理为根据不同气体分子粒径不同，从而使得样品气体无损失通过，而在分子筛内部留下二氧化碳气体。碱石灰干燥管通过其中的碱石灰与二氧化碳发生反应来将其除去。
在一些实施方式中，制冷装置为氦气制冷机。
在一些实施方式中，流量控制装置为质量流量控制计(MFC)。
本发明一方面，还提供一种根据上述所述的预处理设备处理痕量有机气体的方法，其包括以下步骤：
富集：通过制冷装置将捕集阱温度降温至第一预设温度，通过流量控制装置控制样品气体的流量，并使其依次经过除水装置及除二氧化碳装置后，在捕集阱中富集；
除杂：通入载气对捕集阱进行吹扫，并通过加热控制装置将捕集阱的温度升温至第二预设温度；
解吸：通过加热控制装置将捕集阱的温度升温至第三预设温度，使得样品气体解吸后进入分析仪器进行检测。
在一些实施方式中，第一预设温度为-100℃以下。
在一些实施方式中，第二预设温度通常需要根据样品气体与杂质气体的沸点和极性而确定，例如，当样品气体为氢氟烃，杂质气体为氪气、氙气时，第二预设温度为为-80℃。当样品气体为氟氯碳化物，杂质气体为氪气、氙气、二氧化碳时，第二预设温度为-50℃。
在一些实施方式中，第三预设温度为100℃以上。
在一些实施方式中，当除二氧化碳装置选自填充有分子筛的吸附管时，除杂步骤中还包括在除二氧化碳装置中通入载气对其进行反向吹扫的步骤。
在一些实施方式中，升至第三预设温度后，还包括通过捕集阱控制阀在捕集阱中通入载气的步骤。
通过在捕集阱中通入载气，从而可以使得载气带动样品气体进入分析仪器。
以下结合具体实施例对本发明的痕量有机气体预处理设备及处理方法作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例1的痕量有机气体预处理设备包括除水装置1、除二氧化碳装置2、流量控制装置3、加热控制装置4、制冷装置5、捕集装置6、多位选择阀7、多通双位阀8及捕集阱控制阀9。如图2所示，捕集装置6包括第一热电偶61、第二热电偶62、第一冷盘63、第二冷盘64及捕集阱65。
在本实施例1中，除水装置1为Nafion干燥管，除二氧化碳装置2为填充有4A分子筛的吸附管，流量控制装置3为质量流量控制计(MFC)。
以下根据图1对本实施例1的痕量有机气体预处理设备各装置之间的具体连接关系作如下说明：
流量控制装置3通过第一气体管路10与多位选择阀7的出气口相连接，通过第二气体管路11与除水装置1相连接。除水装置1与多通双位阀8之间还连接有第三气体管路12，多通双位阀8还通过第四气体管路13与除二氧化碳装置2相连，且通过第五气体管路14与捕集阱控制阀9相连接。捕集阱控制阀9与捕集阱65之间通过第六气体管路15连接。另外，捕集阱65通过导线与加热控制装置4进行连接。制冷装置5的冷端与第一冷盘63连接。且制冷装置5的冷端及捕集装置6均经由保温材料包裹。
需要说明的是，在本实施例1中多位选择阀7用于控制样品气体和载气的接通与关闭，其具有一个出气口和七个进气口，其中的一个进气口连接载气，剩余的进气口连接样品气体。
多通双位阀8为六通双位阀，用于控制除二氧化碳装置2的连通或关闭。
捕集阱控制阀9为十二位六通阀，用于控制捕集阱65的连通或关闭。
以图1所示的预处理设备连接关系为基础进行痕量有机气体的预处理。该方法包括以下三个工艺流程，分别如下：
(1)如图3所示的富集工艺：通过制冷装置5的冷端将冷量传递给第一冷盘63，进而对捕集阱65进行降温至第一预设温度。通过多位选择阀7的进气口通入样品气体，并经流量控制装置3来测量其流量。当样品气体经第一气体管路10、第二气体管路11到达除水装置1去除水汽后，控制多通双位阀8到A位，通过第三气体管路12和第四气体管路13将样品气体输送到除二氧化碳装置2中，以除去二氧化碳。然后将捕集阱控制阀9切换到12位，经由第五气体管路14及第六气体管路15将样品气体输送至捕集阱65中进行富集，剩余气体通过第一出口排除。
通常捕集阱65的温度，即第一预设温度需要足够低，本实施例1中设置为-100℃，从而能够实现对待测样品的有效富集。
(2)如图4所示的吹扫除杂工艺：将载气通过多位选择阀7接入气体管路，并通过流量控制装置3测量其流量，使载气依次经由第一气体管路10、第二气体管路11、第三气体管路12、第五气体管路14及第六气体管路15输送至捕集阱65，对其进行吹扫以将氙气、氩气和残留的二氧化碳气体等从第一出口排出。并通过加热控制装置4使捕集阱65的温度升到第二预设温度。同时，将多通双位阀8切换到B位以关闭第四气体管路13和第五气体管路14，并直接在除二氧化碳装置2通入载气，对其进行反向吹扫，将残留的二氧化碳通过第二出口吹扫出管路。
一般情况下，第二预设温度、吹扫压力及吹扫时间需要根据样品气体与杂质气体的沸点和极性而定。本实施例中的第二预设温度吹扫压力及吹扫时间分别为-80℃、15psi、2.5min。
(3)如图5所示的加热解吸工艺：调控加热控制装置4将捕集阱65的温度升至100℃，使得捕集阱65中富集的气体释放并混匀。将捕集阱控制阀9切换到2位，并经由捕集阱控制阀9和第六气体管路15将捕集阱65直接与载气接通，在该载气的带动下使得样品气体进入分析系统进行检测。随后通过制冷装置5将捕集阱65的温度快速降至初始温度。
需要说明的是，本发明的处理方法中，包含传统预处理方法中没有的吹扫除杂步骤，从而避免了富集后直接热解吸进入检测系统对定性和定量分析造成干扰的问题。
进一步地，通过对第二预设温度、吹扫压力和吹扫时间的控制，配合除水装置1和除二氧化碳装置2，可以实现绝大部分杂质气体的有效去除，大大提升了分析的精度和准确性。
实施例2
如图6所示，本实施例2的痕量有机气体预处理设备包括除水装置1、除二氧化碳装置2、流量控制装置3、加热控制装置4、制冷装置5、捕集装置6、多位选择阀7、多通双位阀8、捕集阱控制阀9及电磁阀16。如图2所示，捕集装置6包括第一热电偶61、第二热电偶62、第一冷盘63、第二冷盘64及捕集阱65。
在本实施例2中，除水装置1为高氯酸镁吸收管，除二氧化碳装置2为碱石灰干燥管，流量控制装置3为质量流量控制计(MFC)。
以下根据图6对本实施例2的痕量有机气体预处理设备各装置之间的具体连接关系作如下说明：
除水装置1通过第一气体管路10与多位选择阀7相连接，通过第二气体管路11与多通双位阀8相连，多通双位阀8通过第三气体管路12与除二氧化碳装置2相连，通过第四气体管路13与捕集阱控制阀9相连，捕集阱控制阀9与捕集阱65之间还连接有第五气体管路14。捕集阱控制阀9、流量控制装置3及电磁阀16之间通过安装有三通151的第六气体管路15连接。另外，捕集阱65通过导线与加热控制装置4进行连接，制冷装置5的冷端与第一冷盘63连接。且制冷装置5的冷端及捕集装置6均经由保温材料包裹。
需要说明的是，在本实施例2中多位选择阀7用于控制样品气体和载气的接通与关闭，其具有一个出气口和七个进气口，一个进气口连接载气，剩余的进气口连接样品气体。
多通双位阀8为四通双位阀，用于控制除二氧化碳装置2的连通或关闭。
捕集阱控制阀9为十二位六通阀，用于控制捕集阱65的连通或关闭。
电磁阀16用于控制第二出口的打开和关闭。
以图6所示的预处理设备连接关系为基础进行痕量有机气体的预处理。该方法包括以下三个工艺流程，分别如下：
(1)如图7所示的富集工艺：将电磁阀16关闭，通过制冷装置5的冷端将冷量传递给第一冷盘63，进而对捕集阱65进行降温至第一预设温度。通过多位选择阀7的进气口通入样品气体，并经流量控制装置3来测量其流量。当样品气体经第一气体管路10到达除水装置1去除水汽后，控制多通双位阀8到A位，通过第二气体管路11和第三气体管路12将样品气体输送到除二氧化碳装置2中，以除去二氧化碳。然后将捕集阱控制阀9切换到12位，经由第四气体管路13及第五气体管路14将样品气体输送至捕集阱65中进行富集，剩余气体通过第一出口排除。
通常捕集阱65的温度，即第一预设温度需要足够低，本实施例2中设置为-100℃，从而能够实现对待测样品的有效富集。
(2)如图8所示的吹扫除杂工艺：将多通双位阀8切换到B位关闭第三气体管路12及第四气体管路13，并打开电磁阀16。然后将载气通过多位选择阀7接入气体管路，并通过流量控制装置3测量其流量，使载气经由第一气体管路10、第二气体管路11、第四气体管路13及第五气体管路14输送至捕集阱65，并通过加热控制装置4使捕集阱65的温度升到第二预设温度，对捕集阱65进行吹扫以将氙气、氩气和残留的二氧化碳气体等杂质气体经由第五气体管路14和第六气体管路15从第二出口排出。
一般情况下，第二预设温度、吹扫压力及吹扫时间需要根据样品气体与杂质气体的沸点和极性而定。本实施例中的第二预设温度吹扫压力及吹扫时间分别为-80℃、15psi、2.5min。
(3)如图9所示的加热解吸工艺：调控加热控制装置4将捕集阱65的温度升至100℃，使得捕集阱65中富集的气体释放并混匀。将捕集阱控制阀9切换到2位，并将捕集阱控制阀9与载气直接接通，在该载气的带动下使得捕集阱65中的样品气体进入分析系统进行检测。随后通过制冷装置5将捕集阱65的温度快速降至初始温度。
需要说明的是，本发明的处理方法中，包含传统预处理方法中没有的吹扫除杂步骤，从而避免了富集后直接热解吸进入检测系统对定性和定量分析造成干扰的问题。
进一步地，通过对第二预设温度、吹扫压力和吹扫时间的控制，配合高氯酸镁吸收管及碱石灰干燥管，利用化学除杂实现了绝大部分杂质气体的高效去除，大大提升了分析的精度和准确性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种痕量有机气体预处理设备，其特征在于，包括除水装置、除二氧化碳装置、流量控制装置、加热控制装置、制冷装置、捕集装置、多位选择阀、多通双位阀及捕集阱控制阀；
所述捕集装置包括第一热电偶、第二热电偶、第一冷盘、第二冷盘及捕集阱；
所述捕集阱包括两个直管部分和连接它们的弯管部分，所述弯管部分设有绝缘层，所述第一热电偶的测温探头位于绝缘层内并紧贴于所述弯管部分；
所述第二热电偶的测温探头位于所述冷盘被所述弯管部分环绕的区域，且所述弯管部分及所述第二热电偶的测温探头夹于所述第一冷盘与所述第二冷盘之间，所述第一冷盘和/或所述第二冷盘上设有用于固定所述弯管部分、所述第一热电偶及所述第二热电偶的凹槽，所述弯管内部安装有第一定位器和第二定位器，所述第一定位器和所述第二定位器之间填充有吸附剂；
所述多位选择阀、除水装置、多通双位阀、捕集阱控制阀及捕集阱通过气体管路依次相连，所述多通双位阀还通过气体管路与所述除二氧化碳装置相连，所述捕集阱与所述加热控制装置通过导线相连；
所述流量控制装置连接在所述除水装置与所述多位选择阀之间，或与所述捕集阱控制阀相连；
所述制冷装置的冷端与所述第一冷盘相连，且所述制冷装置的冷端、所述捕集装置均经保温材料包裹。
2.根据权利要求1所述的痕量有机气体预处理设备，其特征在于，所述多位选择阀、多通双位阀及捕集阱控制阀均为多通道切换阀；
所述多位选择阀用于控制载气或样品气体的进出；
所述多通双位阀用于接通或隔断所述除水装置与除二氧化碳装置；
所述捕集阱控制阀通过气体管路与分析系统相连接。
3.根据权利要求2所述的痕量有机气体预处理设备，其特征在于，所述捕集阱控制阀为多位六通阀。
4.根据权利要求1~3任一项所述的痕量有机气体预处理设备，其特征在于，所述预处理设备中还包括电磁阀，所述电磁阀与所述捕集阱控制阀之间通过气体管路相连。
5.根据权利要求1所述的痕量有机气体预处理设备，其特征在于，所述捕集阱的形状为L形、U形或V形，弯管部分设于转角处。
6.根据权利要求1所述的痕量有机气体预处理设备，其特征在于，所述除水装置选自高氯酸镁吸收管或Nafion干燥管。
7.根据权利要求1所述的痕量有机气体预处理设备，其特征在于，所述除二氧化碳装置选自碱石灰干燥管或填充有分子筛的吸附管。
8.一种根据权利要求1~7任一项所述的预处理设备处理痕量有机气体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
富集：通过制冷装置将捕集阱温度降至第一预设温度，通过流量控制装置控制样品气体的流量，并使其依次经过除水装置及除二氧化碳装置后，在捕集阱中富集；
除杂：通入载气对捕集阱进行吹扫，并通过加热控制装置将捕集阱的温度升温至第二预设温度；
解吸：通过加热控制装置将捕集阱的温度升温至第三预设温度，使得样品气体解吸后进入分析仪器进行检测。
9.根据权利要求8所述的预处理设备处理痕量有机气体的方法，其特征在于，所述第一预设温度为-100℃以下，所述第二预设温度为-80℃以上，所述第三预设温度为100℃以上。
10.根据权利要求8或9所述的预处理设备处理痕量有机气体的方法，其特征在于，当除二氧化碳装置选自填充有分子筛的吸附管时，所述除杂步骤中还包括在所述除二氧化碳装置中通入载气对其进行反向吹扫的步骤。
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