CN114428009A - 一种高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备及方法，该设备包括杜瓦罐、温度计、三个气体调节阀、三个三通调压器、第一放空阀、三个毛细冷凝管、第二放空阀、三个针型阀以及三个气液分配器；杜瓦罐内加入液氮或干冰用于控制温度；三个毛细冷凝管设置于杜瓦罐内部且分别连通三个三通调压器再一端，并用于根据具体冷凝时间去冷凝气体；三个针型阀设置于杜瓦罐内部且分别连通三个毛细冷凝管出口，并用于使冷凝后的VOCs液体流出；三个气液分配器分别连通三个针型阀出口，且用于接收保存冷凝后的VOCs液体。本发明可以实现三种纯气同时配置VOCs液体标准物质，制备准确高效，不易挥发。

Description

一种高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备及方法

技术领域

本发明涉及液体标准物质的配置技术领域，特别是涉及一种高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备及方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是一类有机化合物的统称，在我国VOCs通常指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。随着我国工业的发展，国家越来越重视VOCs的污染排放监测和控制，针对废气中VOCs排放量的核定将需要更加的准确和实时。

目前我国主要监测的VOCs是生产使用量大，排放量大，易参与光化学反应、生态效应或对人体健康影响较大的，共计117种。VOCs中有一些是沸点低于100℃的化合物，属于高挥发性有机污染物，一般是指C4以下的烷烃或烯烃，以及C2以下的卤代烃。其中沸点低于常温的VOCs有18种，这类化合物不仅沸点低，而且饱和蒸汽压高，常温常压属于气态。

现有技术中，对于大气中VOCs的分析主要使用标准气体，而对于土壤和水质中VOCs的检测，无论是顶空法，还是吹扫捕集法都使用液体标准物质，溶剂一般为甲醇。液体标准物质主要是通过容量法，使用液态纯物质进行配置，但对于高挥发性有机污染物，如：丙烯、丙烷、异丁烷、正丁烯、正丁烷、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、异戊烷、1-戊烯、二氟二氯甲烷、一氯甲烷、1,1,2,2-四氟-1,2-二氯乙烷、氯乙烯、丁二烯、一溴甲烷、氯乙烷、一氟三氯甲烷和1,1-二氯乙烯等，这类VOCs的沸点都低于室温，常温常压下以气态形式存在，能够获得的纯物质一般是纯气，使用气态标气分析较为困难，灵敏度不足，无法识别低含量的杂质。因此如何用纯气配置甲醇溶液的VOCs液体标准物质，并能够溯源到基本国际制单位，是具有挑战性的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备及方法，它可以实现三种纯气同时配置VOCs液体标准物质，制备准确高效，不易挥发。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备，它包括：

杜瓦罐，所述杜瓦罐内加入液氮或干冰用于控制温度；

温度计，所述温度计用于测量杜瓦罐内的温度；

三个气体调节阀，用于在制备时分别接通三种不一样VOCs气体的压力罐；

三个三通调压器，一端分别连通三个气体调节阀且用于分离气体流向以及测量气压；

第一放空阀，所述第一放空阀接通三个三通调压器另一端且用于排出气体；

三个毛细冷凝管，设置于杜瓦罐内部且分别连通三个三通调压器再一端，并用于根据具体冷凝时间去冷凝气体；

第二放空阀，所述第二放空阀接通三个毛细冷凝管，且用于排气稳压；

三个针型阀，设置于杜瓦罐内部且分别连通三个毛细冷凝管出口，并用于使冷凝后的VOCs液体流出；

三个气液分配器，分别连通三个针型阀出口，且用于接收保存冷凝后的VOCs液体。

进一步，三个所述气液分配器下端均设置有毛细取样管，所述毛细取样管可伸入容量瓶口在甲醇液面上滴加VOCs液体样品。

进一步，三个所述气液分配器上连通有泄压阀，所述泄压阀用于控制VOCs液体的滴加速率。

进一步，各个所述毛细冷凝管与对应的针型阀之间还设置有阻尼管。

进一步，各个所述阻尼管与对应的针型阀之间还设置有液体取样口，每个所述针型阀上还连通有调压排气阀。

进一步，所述气液分配器为双层结构，包括用于保存液体的内腔瓶以及外部用于制冷的杜瓦瓶。

本发明还提供一种基于上述高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备所采用的配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将三个气体调节阀分别接在三种待制备的VOCs气体压力罐上；

S2：打开三个气体调节阀和第一放空阀，使三种VOCs气体流经对应的三通调压器并从第一放空阀排出，在第一放空阀出口处用皂膜流量计或电子流量计测定VOCs气体的流速，并控制气体调节阀稳定气体的流速；

S3：关闭第一放空阀，打开第二放空阀，使三种VOCs气体流经对应的三通调压器并进入各自的毛细冷凝管内，待毛细冷凝管内充满VOCs气体后即关闭第二放空阀，随后根据各自的冷凝时间开始冷凝液化；

S4：当三种VOCs气体都完全冷凝成液体后，关闭三个气体调节阀，打开第一放空阀，使多余的VOCs气体从第一放空阀排出；

S5：关闭第一放空阀，打开调压排气阀，使冷凝后的三种VOCs液体流经阻尼管、液体取样口至针型阀，从三个液体取样口分别采集VOCs液体样品，并进行VOCs的纯度测定；

S6：关闭调压排气阀，打开三个针型阀，使冷凝后的三种VOCs液体进入各自的气液分配器内保存；

S7：将三个气液分配器下端的毛细取样管伸入各自的容量瓶口，并在甲醇液面上滴加VOCs液体样品，同时打开泄压阀，调节泄压阀的压力以控制VOCs液体的滴加速率。

进一步，所述步骤S3中的冷凝时间计算公式如下：

其中，t为VOCs在毛细冷凝管内的冷凝时间，r为毛细冷凝管的内径，l为毛细冷凝管的长度，R为摩尔气体常数，MW为VOCs摩尔质量，P为三通调压器的显示压力，ρ为液化后VOCs的密度，T为杜瓦罐的绝对温度，L为VOCs气体的流速。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

1.本发明通过杜瓦罐和毛细冷凝管可以将气态的VOCs直接冷凝成液体，且VOCs液体在制备时不易挥发，方便取样分析纯度，解决了直接分析气态标气灵敏度不足、无法识别低含量杂质的难题。毛细冷凝管的冷凝时间由各参数计算所得，根据不同VOCs气体作出相应调整，使得在制备时更加精准充分。VOCs液体最后贮存在气液分配器内，通过毛细冷凝管可以直接加样至盛有甲醇的容量瓶中，完成容量法配置，整体设备和方法流畅完善，很好地完成了高挥发性VOCs液体标准物质的制备。

2.本发明通过三路设计，能够实现三种纯气同时配置VOCs液体标准物质，大大提高了制备效率。

3.本发明的气液分配器采用双层结构，外层使用杜瓦瓶进行制冷，利于保存VOCs液体，确保液化后的VOCs不会二次气化。

4.本发明在气液分配器上连通有泄压阀，通过泄压阀可以更好地控制VOCs液体的滴加速率，防止滴加过快，确保配置的精确性。

5.本发明通过阻尼管的设置，确保液化后的VOCs不会在压力作用下冲入气液分配器。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

其中，1.气体调节阀；2.温度计；3.杜瓦罐；4.气液分配器；5.调压排气阀；6.泄压阀；7.毛细冷凝管；8.第一放空阀；9.三通调压器；10.阻尼管；11.液体取样口；12.针型阀；13.第二放空阀。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，在本实施例中，提供一种高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备，它主体包含杜瓦罐3、温度计2、三个气体调节阀1、三个三通调压器9、第一放空阀8、三个毛细冷凝管7、第二放空阀13、三个针型阀12以及三个气液分配器4。其中，杜瓦罐3内加入液氮或干冰来控制温度，具体在制备丙烯和丙烷的液体标准物质时，在杜瓦罐3内加入液氮，一般控制温度-80℃，在制备其它VOCs液体标准物质时，在杜瓦罐3内加入干冰，一般控制温度-39℃，温度值可从温度计2上读出。三个气体调节阀1在制备前分别接通三种不一样VOCs气体的压力罐，具体VOCs气体的压力罐在市面上均可买到。三个三通调压器9一端分别连通三个气体调节阀1，三通调压器9用于分流气体，在三通调压器9上还装有气压表，能够测量出内部气压大小。第一放空阀8接通三个三通调压器9另一端，第一放空阀8用于排出气体，尤其是初始排气以便于测定VOCs气体的流速。三个毛细冷凝管7设置于杜瓦罐3内部且分别连通三个三通调压器9再一端，毛细冷凝管7可根据具体冷凝时间去冷凝不同的VOCs气体，为了便于取材，毛细冷凝管7的规格一般采用长度1m内径0.53mm的石英玻璃管，也可使用商品化的未涂渍固定液的宽口径毛细管气相色谱柱，截取1m长。第二放空阀13接通三个毛细冷凝管7，第二放空阀13是为了排气稳压，保证VOCs气体顺利流到毛细冷凝管7内。三个针型阀12设置于杜瓦罐3内部且分别连通三个毛细冷凝管7下端出口，针型阀12用于控制冷凝后的VOCs液体流到气液分配器4内。三个气液分配器4分别连通三个针型阀12下端出口，气液分配器4用于接收保存冷凝后的VOCs液体。

为了便于将冷凝后的VOCs液体滴加到甲醇液面上进行配置，在本实施例的三个气液分配器4下端均设置有毛细取样管，通过毛细取样管可伸入容量瓶口在甲醇液面上滴加VOCs液体样品，进而完成液体标准物质的配置。

为了防止滴加过快，在本实施例的三个气液分配器4上连通有泄压阀6，通过泄压阀6可以控制VOCs液体的滴加速率，进而确保配置的精确性。

为了防止液化后的VOCs猛地冲入气液分配器4，在本实施例的各个毛细冷凝管7与对应的针型阀12之间还设置有阻尼管10，能够起到一定的缓冲作用。

为了方便取样分析纯度，在本实施例的各个阻尼管10与对应的针型阀12之间还设置有液体取样口11，每个针型阀12上还连通有调压排气阀5。液体取样口11具有硅胶/PTFE隔垫，可使用1μl微量进样针或1ml气密进样针采集一定的样品进行GC/FID、GC/ECD或GC/MS分析，也可以安装一个六通阀和定量环将样品引入气相色谱，通过峰面积归一化，测定VOCs的纯度，由此解决了直接分析气态标气灵敏度不足，无法识别低含量杂质的难题。

本实施例通过杜瓦罐3和毛细冷凝管7可以将气态的VOCs直接冷凝成液体，且VOCs液体在制备时不易挥发，方便取样分析纯度。VOCs液体最后贮存在气液分配器4内，通过毛细冷凝管7可以直接加样至盛有甲醇的容量瓶中，完成容量法配置，整体设备和方法流畅完善，很好地完成了高挥发性VOCs液体标准物质的制备。另外，本实施例通过三路设计，可以实现3种VOCs液体的同时制备，大大提高了制备效率，理论上并联多路可实现更多种VOCs的同时制备，但考虑到样品配制空间的制约和配制时间过长易导致VOCs二次挥发，影响配制准确性，故最优选为三路设计。

为了防止VOCs二次气化，本实施例中的气液分配器4设计为双层结构，具体包含用于保存液体的内腔瓶以及外部用于制冷的杜瓦瓶，内腔容积约为1ml，杜瓦瓶内加入液氮或干冰制冷，如此利于保存VOCs液体，确保液化后的VOCs不会二次气化。

本实施例还提供一种基于上述高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备所采用的配置方法，具体包含如下步骤：

S1：将三个气体调节阀1分别接在三种待制备的VOCs原料气压力罐上；

S2：打开三个气体调节阀1和第一放空阀8，使三种VOCs气体流经对应的三通调压器9并从第一放空阀8排出，在第一放空阀8出口处用皂膜流量计或电子流量计测定VOCs气体的流速，并控制气体调节阀1稳定气体的流速大约在10ml/min；

S3：关闭第一放空阀8，打开第二放空阀13，使三种VOCs气体流经对应的三通调压器9并进入各自的毛细冷凝管7内，待毛细冷凝管7内充满VOCs气体后即关闭第二放空阀13，随后根据各自的冷凝时间开始冷凝液化；

S4：当三种VOCs气体都完全冷凝成液体后，关闭三个气体调节阀1，打开第一放空阀8，使多余的VOCs气体从第一放空阀8排出，防止进入毛细冷凝管7内影响液化后的VOCs纯度；

S5：关闭第一放空阀8，打开调压排气阀5，使冷凝后的三种VOCs液体流经阻尼管10、液体取样口11至针型阀12，然后从三个液体取样口11分别采集VOCs液体样品，并进行VOCs的纯度测定；

S6：关闭调压排气阀5，打开三个针型阀12，使冷凝后的三种VOCs液体进入各自的气液分配器4内保存；

S7：将三个气液分配器4下端的毛细取样管伸入各自的容量瓶口，并在甲醇液面上滴加VOCs液体样品，同时打开泄压阀6，调节泄压阀6的压力以控制VOCs液体的滴加速率。

为了使VOCs液体在制备时更加精准充分，具体步骤S3中的冷凝时间计算公式如下：

其中，t为VOCs在毛细冷凝管7内的冷凝时间，r为毛细冷凝管7的内径，l为毛细冷凝管7的长度，R为摩尔气体常数，MW为VOCs摩尔质量，P为三通调压器9的显示压力，ρ为液化后VOCs的密度，T为杜瓦罐3的绝对温度，L为VOCs气体的流速。

通过上述实施例的设备和方法，可以简单有效地使用丙烯、丙烷、异丁烷、正丁烯、正丁烷、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、异戊烷、1-戊烯、二氟二氯甲烷、一氯甲烷、1,1,2,2-四氟-1,2-二氯乙烷、氯乙烯、丁二烯、一溴甲烷、氯乙烷、一氟三氯甲烷和1,1-二氯乙烯或混合气体进行甲醇中VOCs液标的配制，满足地表水、地下水、生活污水、工业废水、土壤和沉积物等样品中VOCs的测定需求。

当然，VOCs原料气并不一定都是单一的VOCs气体，有的VOCs原料气是含有一定浓度VOCs的氮气，本发明同样适用，但在具体结构以及操作上有所改变，体现为以下几点：1.更换毛细冷凝管7为长度5m内径2mm的备件；2.杜瓦罐3内加入液氮控制温度为-140℃；3.控制气体调节阀1稳定气体的流速大约在200ml/min。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备，其特征在于，包括：

杜瓦罐(3)，所述杜瓦罐(3)内加入液氮或干冰用于控制温度；

温度计(2)，所述温度计(2)用于测量杜瓦罐(3)内的温度；

三个气体调节阀(1)，用于在制备时分别接通三种不一样VOCs气体的压力罐；

三个三通调压器(9)，一端分别连通三个气体调节阀(1)且用于分离气体流向以及测量气压；

第一放空阀(8)，所述第一放空阀(8)接通三个三通调压器(9)另一端且用于排出气体；

三个毛细冷凝管(7)，设置于杜瓦罐(3)内部且分别连通三个三通调压器(9)再一端，并用于根据具体冷凝时间去冷凝气体；

第二放空阀(13)，所述第二放空阀(13)接通三个毛细冷凝管(7)，且用于排气稳压；

三个针型阀(12)，设置于杜瓦罐(3)内部且分别连通三个毛细冷凝管(7)出口，并用于使冷凝后的VOCs液体流出；

三个气液分配器(4)，分别连通三个针型阀(12)出口，且用于接收保存冷凝后的VOCs液体。

2.根据权利要求1所述的高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备，其特征在于：三个所述气液分配器(4)下端均设置有毛细取样管，所述毛细取样管可伸入容量瓶口在甲醇液面上滴加VOCs液体样品。

3.根据权利要求2所述的高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备，其特征在于：三个所述气液分配器(4)上连通有泄压阀(6)，所述泄压阀(6)用于控制VOCs液体的滴加速率。

4.根据权利要求3所述的高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备，其特征在于：各个所述毛细冷凝管(7)与对应的针型阀(12)之间还设置有阻尼管(10)。

5.根据权利要求4所述的高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备，其特征在于：各个所述阻尼管(10)与对应的针型阀(12)之间还设置有液体取样口(11)，每个所述针型阀(12)上还连通有调压排气阀(5)。

6.根据权利要求5所述的高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备及方法，其特征在于：所述气液分配器(4)为双层结构，包括用于保存液体的内腔瓶以及外部用于制冷的杜瓦瓶。

7.一种根据权利要求6所述的高挥发性VOCs液体标准物质的配置设备所采用的配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将三个气体调节阀(1)分别接在三种待制备的VOCs气体压力罐上；

S2：打开三个气体调节阀(1)和第一放空阀(8)，使三种VOCs气体流经对应的三通调压器(9)并从第一放空阀(8)排出，在第一放空阀(8)出口处用皂膜流量计或电子流量计测定VOCs气体的流速，并控制气体调节阀(1)稳定气体的流速；

S3：关闭第一放空阀(8)，打开第二放空阀(13)，使三种VOCs气体流经对应的三通调压器(9)并进入各自的毛细冷凝管(7)内，待毛细冷凝管(7)内充满VOCs气体后即关闭第二放空阀(13)，随后根据各自的冷凝时间开始冷凝液化；

S4：当三种VOCs气体都完全冷凝成液体后，关闭三个气体调节阀(1)，打开第一放空阀(8)，使多余的VOCs气体从第一放空阀(8)排出；

S5：关闭第一放空阀(8)，打开调压排气阀(5)，使冷凝后的三种VOCs液体流经阻尼管(10)、液体取样口(11)至针型阀(12)，从三个液体取样口(11)分别采集VOCs液体样品，并进行VOCs的纯度测定；

S6：关闭调压排气阀(5)，打开三个针型阀(12)，使冷凝后的三种VOCs液体进入各自的气液分配器(4)内保存；

S7：将三个气液分配器(4)下端的毛细取样管伸入各自的容量瓶口，并在甲醇液面上滴加VOCs液体样品，同时打开泄压阀(6)，调节泄压阀(6)的压力以控制VOCs液体的滴加速率。

8.根据权利要求7所述的高挥发性VOCs液体标准物质的配置方法，其特征在于，所述步骤S3中的冷凝时间计算公式如下：

其中，t为VOCs在毛细冷凝管(7)内的冷凝时间，r为毛细冷凝管(7)的内径，l为毛细冷凝管(7)的长度，R为摩尔气体常数，MW为VOCs摩尔质量，P为三通调压器(9)的显示压力，ρ为液化后VOCs的密度，T为杜瓦罐(3)的绝对温度，L为VOCs气体的流速。

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