CN115343382A - 一种车载式挥发性有机物监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载式挥发性有机物监测系统及方法，所述系统包括监测车、单四极杆气相色谱质谱联用仪、减震底座、可升降采样杆、车内采样管、UPS电池包、数据监控处理单元和双罐定时采样‑多重毛细柱捕集预浓缩装置。本发明能精准监测环境空气中116种挥发性有机物，同时该维修维护简便，具有机动性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，具体涉及一种车载式挥发性有机物监测系统及方法，更具体的来说，是针对重点地区的116种挥发性有机物连续监测的系统。
背景技术
按照世界卫生组织的定义，挥发性有机物(VOCs)为50℃-250℃的有机物，室温下饱和蒸气压超过133.32Kpa。挥发性有机物是一种大气污染物，具有毒性，在光照条件下会参与光化学反应，形成光化学烟雾，生成臭氧，过氧乙酰基硝酸脂等污染物。同时，城市臭氧超标的主要前体物是VOCs，国家对VOCs的管控越来越严格，而对不同种类的挥发性有机物准确定性定量是管控的核心。因此，针对重点监测区域，机动性强、监测物种多、准确定性定量是监测系统必选满足的要求。
VOCs经过排放后会在环境空气中扩散，对于测定空气中的挥发性有机物的监测一般采用手工监测，通过硅烷化处理的容器采集样品，带回实验室分析。对于重点区域的VOCs监测则建立固定站点，但存在维修维护繁琐，不能移动的缺点。近年来，逐渐开发出了VOCs监测车，而VOCs监测车搭载的便携式气相色谱质联用仪只能监测少量的挥发性有机物，采用的是半定量的方式，无法对特定物质进行准确定量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种车载式挥发性有机物监测系统及方法，能精准监测环境空气中116种挥发性有机物，同时该维修维护简便，具有机动性强的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种车载式挥发性有机物监测系统，包括监测车、单四极杆气相色谱质谱联用仪、减震底座、可升降采样杆、车内采样管、UPS电池包、数据监控处理单元和双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置；所述单四极杆气相色谱质谱联用仪装在监测车内；所述可升降采样杆安装于监测车的尾部，其上端向上穿过监测车的顶部，其下端位于所述监测车内并固定在减震底座上；所述车内采样管分别连接于可升降采样杆和双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置；所述双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置包括两个硅烷化处理的采样罐以及一套多重毛细柱捕集预浓缩装置，两个采样罐分别通过硅烷化处理的不锈钢管线与多重毛细柱捕集预浓缩装置相连；所述UPS电池包安装于监测车内，其通过电缆线与市电相连接；数据监控处理单元用于对单四极杆气相色谱质谱联用仪采集的数据进行监控处理，其通过电源线与UPS电池包相连。
进一步地，所述车内采样管的外部包裹有保温材料，作用在于防止样品中的水蒸气遇冷凝结，堵塞采样管。
进一步地，所述可升降采样杆的最高高度为14m。
进一步地，所述数据监控处理单元由软件和硬件共同组成，硬件包括处理器、键盘、鼠标以及显示器，所述键盘、鼠标以及显示器均与处理器连接；软件包括运行在处理器中的NIST17谱库和MssHunter 定量定性分析软件，用于实现定性分析及普库检索功能。
进一步地，所述监测车的车厢为防雨恒温车厢。
本发明还提供一种利用上述车载式挥发性有机物监测系统的方法，具体过程为：
将监测车开至待监测的位点，连接好电源后仪器开机校正；将可升降采样杆升至合适的高度，通过机械泵提供抽力，将环境空气抽入采样管，通过采样管以恒定流速采集环境空气样品至其中一个采样罐中，采集1h样品后，关闭该采样罐，同时打开另一个采样罐采集环境空气样品；多重毛细柱捕集预浓缩装置抽取所述其中一个采样罐中 200ml的样品进行捕集预浓缩处理，预浓缩后的待分析样品进入单四极杆气相色谱质谱联用仪进行分析；当另一个采样罐采集1h的样品后，多重毛细柱捕集预浓缩装置加热吹扫完成，即可继续抽取该另一个采样罐中的样品进行捕集预浓缩处理，预浓缩后的待分析样品继续进入气相色谱质谱联用仪进行分析，从而实现采样位点挥发性有机物的连续监测。数据监控处理单元将采集到的质谱数据解卷积后定性定量，并得到准确的目标挥发性有机物的含量。
本发明的有益效果在于：
(1)挥发性有机物准确监测通常需要用采样罐现场手工采样，然后将采集的样品运输到实验室进行分析，分析完成后需要将采样罐清洗后再次带至采样位点继续采样。将采集的样品带至实验室进行检测分析需要耗费大量的时间人力物力，对于重点区域的连续监测，还需要足够多的采样罐进行轮换。本发明克服了现有的技术困难，通过装在监测车上的单四极杆气相色谱质谱联用仪、双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置以及采样系统，可以实现对重点区域的连续监测，能提供116种挥发性有机物的小时均值，该系统对挥发性有机物的检出限、精密度，准确度要优于实验室检测。
(2)本发明将单四极杆气相色谱质谱联用仪和双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置安装在监测车内，双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置可以实现连续采样，连续预浓缩处理，预浓缩处理后的样品进入单四极杆分析。本发明系统能连续监测重点区域的116 种挥发性有机物小时均值，可以实现重点区域重点物质的动态变化。同时车载式挥发性有机物监测系统及装置机动性好，对于重点区域，该装置校准后即可工作。恒温恒湿车厢可以完全模拟实验室的环境，减少对监测的影响。对比现有挥发性有机物的手工监测技术，本发明的最大优点在于节省了手工采样运输环节，避免了采样运输环节对结果的影响，同时能做到采样后即可分析，避免了痕量物质的吸附问题，同时监测车机动性好，能做到116种组分同时监测，定性定量准确，低浓度监测，以及重点区域，重点物质的连续监测。
附图说明
图1为本发明实施例1的系统外观示意图；
图2为本发明实施例1的系统俯视平面图；
图3为图2的剖面图；
图4-5分别为本发明实施例2中10ppb的总离子流图和6个标准点系列的总离子流图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种车载式挥发性有机物监测系统，如图1-3所示，包括监测车1、单四极杆气相色谱质谱联用仪3、减震底座4、可升降采样杆2、车内采样管12、UPS电池包(图中未示)、数据监控处理单元和双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置5；所述单四极杆气相色谱质谱联用仪3装在监测车1内；所述可升降采样杆2安装于监测车1的尾部，其上端向上穿过监测车1的顶部，其下端位于所述监测车1内并固定在减震底座4上；所述车内采样管12分别连接于可升降采样杆2和双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置5；所述双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置5包括两个1.4L硅烷化处理的采样罐以及一套多重毛细柱捕集预浓缩装置，两个采样罐分别通过硅烷化处理的不锈钢管线与多重毛细柱捕集预浓缩装置相连；所述UPS电池包安装于监测车1内，其通过电缆线与市电相连接；数据监控处理单元用于对单四极杆气相色谱质谱联用仪采集的数据进行监控处理，其通过电源线与UPS电池包相连。
在本实施例中，所述车内采样管12的外部包裹有保温材料，作用在于防止样品中的水蒸气遇冷凝结，堵塞采样管。
在本实施例中，所述可升降采样杆的最高高度为14m。所述可升降采样杆向上伸出监测车外采集要监测的空气样本，通过升降可以满足不同的监测需求。
在本实施例中，所述数据监控处理单元由软件和硬件共同组成，硬件包括处理器、键盘、鼠标以及显示器等，软件包括运行在处理器中的NIST17谱库和MssHunter定量定性分析软件，能准确进行定性分析及普库检索功能。
更具体地，在本实施例中，所述监测车1的车厢内部分为驾驶室 101、操作舱102和设备舱103，驾驶室101和操作舱102之间设有安装有1组前隔断104。前隔断104的后方靠左紧贴着安装一个附件柜6，附件柜6上安装所述单四极杆气相色谱质谱联用仪3以及双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置5(均有减震)，附件柜1的底部装有EA40减震器，用以保护附件柜内的部件。在操作舱的中部摆放2套折叠椅7(不使用时固定绑扎在右侧内壁的折叠椅固定处71)，左侧安装一个翻板折叠桌8(用于放置数据监控处理单元的键盘和鼠标)，翻板折叠桌8上方安装数据监控处理单元的2台21寸显示器 9，翻板折叠桌8下方设有电源接口10。操作舱的内饰整体使用超纤面料，窗户安装窗套，底盘经过2mm的花纹铝板加固，地板为木地板。设备舱中安装3联机柜11(3联机柜的主要作用是固定其他监测仪器、常用工具以及配件)，背后靠右安装可升降采样杆，具有自动升降功能。在可升降采样杆之间安装型材支架，型材支架上方铺设花纹铝板用于放置其他类型监测仪器(如β射线颗粒物监测仪)。监测车的顶部开对应孔(配防雨盖)，中间开孔安装可升降采样杆。
在本实施例中，所述监测车1的车厢为防雨恒温车厢。
需要说明的是，所述单四极杆气相色谱质谱联用仪使用EI离子源产生电子，与待测的挥发性有机物进行碰撞后电离为离子，通过质谱检测器。
需要说明的是，所述多重毛细柱捕集预浓缩装置的第一级毛细柱能捕集低沸点物种，第二级毛细柱能捕集高沸点物质，对于C2物种，通过C2填充柱进行捕集；同时，多重毛细柱捕集阱能加热至150℃以上，用于捕集的有机物的热解吸。
在本实施例中，两个采样罐通过管线连接真空泵。本实施例中的真空泵可以在5min内将1.4L的采样罐抽真空。
在本实施例中，所述可升降采样杆具有防雨结构，连接可升降采样杆和双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置的采样管具有伴热恒温结构。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1所述系统的方法，具体过程为：
将监测车开至待监测的位点，连接好电源后仪器开机校正；将可升降采样杆升至一定高度，通过机械泵提供抽力，将环境空气抽入采样管，通过采样管以恒定流速采集环境空气样品至其中一个采样罐中，采集1h样品后，关闭该采样罐，同时打开另一个采样罐采集环境空气样品。多重毛细柱捕集预浓缩装置抽取所述其中一个采样罐中 200ml的样品进行捕集预浓缩处理，预浓缩后的待分析样品进入单四极杆气相色谱质谱联用仪进行分析。当另一个采样罐采集1h的样品后，多重毛细柱捕集预浓缩装置加热吹扫完成，即可继续抽取该另一个采样罐中的样品进行捕集预浓缩处理，预浓缩后的待分析样品继续进入气相色谱质谱联用仪进行分析，从而实现采样位点挥发性有机物的连续监测。数据监控处理单元将采集到的质谱数据解卷积后定性定量，并得到准确地116种挥发性有机物的含量。116种挥发性有机物具体包括如下表1所示：
表1 116种目标化合物的种类
图4-5是利用上述流程监测得到的标准曲线10ppb的总离子流图和6个标准点系列的总离子流图实例。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种车载式挥发性有机物监测系统，其特征在于，包括监测车、单四极杆气相色谱质谱联用仪、减震底座、可升降采样杆、车内采样管、UPS电池包、数据监控处理单元和双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置；所述单四极杆气相色谱质谱联用仪装在监测车内；所述可升降采样杆安装于监测车的尾部，其上端向上穿过监测车的顶部，其下端位于所述监测车内并固定在减震底座上；所述车内采样管分别连接于可升降采样杆和双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置；所述双罐定时采样-多重毛细柱捕集预浓缩装置包括两个硅烷化处理的采样罐以及一套多重毛细柱捕集预浓缩装置，两个采样罐分别通过硅烷化处理的不锈钢管线与多重毛细柱捕集预浓缩装置相连；所述UPS电池包安装于监测车内，其通过电缆线与市电相连接；数据监控处理单元用于对单四极杆气相色谱质谱联用仪采集的数据进行监控处理，其通过电源线与UPS电池包相连。
2.根据权利要求1所述的车载式挥发性有机物监测系统，其特征在于，所述车内采样管的外部包裹有保温材料，作用在于防止样品中的水蒸气遇冷凝结，堵塞采样管。
3.根据权利要求1所述的车载式挥发性有机物监测系统，其特征在于，所述可升降采样杆的最高高度为14m。
4.根据权利要求1所述的车载式挥发性有机物监测系统，其特征在于，所述数据监控处理单元由软件和硬件共同组成，硬件包括处理器、键盘、鼠标以及显示器，所述键盘、鼠标以及显示器均与处理器连接；软件包括运行在处理器中的NIST17谱库和MssHunter定量定性分析软件，用于实现定性分析及普库检索功能。
5.根据权利要求1所述的车载式挥发性有机物监测系统，其特征在于，所述监测车的车厢为防雨恒温车厢。
6.一种利用权利要求1-5任一所述车载式挥发性有机物监测系统的方法，其特征在于，具体过程为：
将监测车开至待监测的位点，连接好电源后仪器开机校正；将可升降采样杆升至合适的高度，通过机械泵提供抽力，将环境空气抽入采样管，通过采样管以恒定流速采集环境空气样品至其中一个采样罐中，采集1h样品后，关闭该采样罐，同时打开另一个采样罐采集环境空气样品；多重毛细柱捕集预浓缩装置抽取所述其中一个采样罐中200ml的样品进行捕集预浓缩处理，预浓缩后的待分析样品进入单四极杆气相色谱质谱联用仪进行分析；当另一个采样罐采集1h的样品后，多重毛细柱捕集预浓缩装置加热吹扫完成，即可继续抽取该另一个采样罐中的样品进行捕集预浓缩处理，预浓缩后的待分析样品继续进入气相色谱质谱联用仪进行分析，从而实现采样位点挥发性有机物的连续监测。数据监控处理单元将采集到的质谱数据解卷积后定性定量，并得到准确的目标挥发性有机物的含量。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115343382B (zh) | 2024-03-19 |
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