CN115561379A - 大气有机物检测装置、检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种能够同时检测大气中挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物化学组分和浓度水平的大气有机物检测装置，其包括：富集脱附部件，其用于对大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物进行富集并使其脱附；二次聚焦阱部件，其用于捕集并聚焦从富集脱附部件脱附出来的大气有机物；色谱柱；以及质谱。根据不同物质种类的物化特性，将挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物三类有机物的前处理方法进行特异性集成设计，开发了一种集成式气路简单的多组分多形态有机物在线富集脱附部件和方法，可直接对大气环境条件下低浓度的气粒有机物进行同步在线监测，时间分辨率为50‑180min，采样时间可根据测量需要进行自由调整。

Description

大气有机物检测装置、检测方法

技术领域

本申请属于环境监测技术领域，尤其是一种大气有机物检测装置、检测方法，可同时检测大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物的组分和含量。

背景技术

近年来，以颗粒物和臭氧为代表的二次污染问题日益凸显，大气有机物是近地面臭氧和细颗粒物二次污染生成的重要前体物，能导致光化学烟雾；我国大气污染呈区域性复合污染，大范围重雾霾频发。我国大气污染防治需聚焦以二次PM2.5、和O₃为主的“二次污染”共同治理，而大气有机物复杂的环境理化特征，给大气有机物多组分实时测量技术提出极高的要求。大气中的有机物十分复杂，按挥发性进行分类，一般将其分为大气压大于10^{- 5}atm的高挥发性有机物VOCs(Volatile Organic Compounds，VOCs)、蒸汽压在10^-5到10^{- 11}atm范围内的挥发性适中的半挥发性有机物SVOCs(Semi Volatile Organic Compounds，SVOCs)以及大气压低于10^-11atm的颗粒态有机物(Organic Aerosol，OA)。大气有机物广泛的物化特征使得其在大气环境条件下的表现存在形式也不同，但无论是对人体健康和大气化学反应进程都具有较大的研究意义与价值。

挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物包含成千上万个物种，其中关注度比较高的物种就有数百种。这些物种的沸点跨度范围大，从-100℃以下到上千摄氏度，以气态和颗粒态等多种形式存在；浓度范围从几十微克/立方米到皮克/立方米以下；包含非极性、极性甚至强极性的物质。在对大气反应进程贡献方面，其中一些物质在大气中的活性很高，部分VOCs、SVOCs和OA可以与大气中的O₃、颗粒物在一定条件下相互转化并形成动态平衡，影响大气的复合污染进程。随着色谱和质谱技术的发展，大气中越来越多的有机物能够被仪器检测到。但目前对它们尤其是对VOCs、SVOCs和OA多组分多形态有机物在大气中的浓度分配、物质转化以及同步测量手段认识和研究还不全面。

由于大气中有机物的化学组分极其复杂、浓度范围跨度大、物理化学性质差异显著，给大气有机物预处理和测量技术提出极高的要求。目前国内外对大气VOCs、SVOCs和OA多组分多形态有机物的直接同步在线测量技术较为缺乏，且几乎没有成型的仪器设备。对三类物质的测量基本以离线采样监测为主。相对于吸附剂采样、衍生吸附采样、不锈钢罐采样、滤膜采样等有机物离线采样技术，在线监测技术在数据的实时性、采样间隔的时间分辨率和经济性方面都有明显优势。对于大气中不同形态存在的有机物所使用的检测设备相似，包括：配置多种检测器的气相色谱系统(GC)，直接进样质谱和一些光学测量手段。

由于大气中很多有机物的浓度处于痕量水平，需要在分析测试之前增加富集的步骤，对于不同形态的有机物，使用的前处理方法也不尽相同。大气有机物复杂的物理特性，也对物质定性能力提出了较高的要求。

有机物是大气对流层中非常重要的衡量组分，在大气化学反应过程中扮演着极其重要的角色，对一些区域环境问题，如光化学烟雾、二次有机污染、背景大气的氧化能力等交叉污染都有重要影响。由于大气复合污染中气态及颗粒物中有机物组成特征及浓度变化是大气观测及源解析工作中重要目标化合物，但现有测量技术没有一款可以实现对气相、颗粒相物质直接在线同步测量和定量分析的仪器设备和系统方法。

发明内容

本申请以防治我国复合污染需求为目标，结合我国当前环境空气污染防治特点以及大气有机物在线监测设备的发展现状，自主研发了一种大气气相挥发/半挥发性有机物、颗粒相有机物同步在线测量方法与系统，以满足当前大气复合污染防治的科技需求，实现了方法和技术上的创新，为大气有机物来源及互相转化研究提供测量技术的支撑。

为实现对大气多组分多形态有机物的同步采样、高效富集与测量，本申请通过研究大气挥发性、半挥发性和颗粒有机物的理化特性和环境归趋，针对性的为其设计了相应的有效富集脱附模块，并将对气相有机物(VOCs、SVOCs)可进行有效富集的多种吸附剂进行串联组合、将针对大分子有机物(SVOCs、OA)再富集的二次聚焦进行集成，开发出一种对三类有机物(VOCs、SVOCs、OA)高效富集的一体化前处理技术与方法，并设计与其匹配的色谱分离模块(包括专用色谱柱及程序温控)，将三类物质(VOCs、SVOCs、OA)进行有效的捕集、解析以及分离检测，形成一套小型化的大气有机物检测装置，最终可实现对大气C2-C40范围内的多跨度有机物的高效测量与精准监测。适用于大气多组分、低浓度有机物的高灵敏在线采集、高效富集测量技术及方法。

针对现有技术的不足，本申请提供了一种大气气相挥发/半挥发性有机物和颗粒相有机物在线检测装置及方法。

本申请技术方案如下：

1.一种大气有机物检测装置，其能够同时检测大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物的组分和含量，

其包括：

富集脱附部件，其用于对大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物进行富集并使其脱附；

二次聚焦阱部件，其用于捕集并聚焦从富集脱附部件脱附出来的大气有机物；

色谱柱部件；以及

质谱；

所述富集脱附部件包括：气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件，以及颗粒相有机物富集脱附部件；

所述色谱柱部件包括一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱；

所述气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件，以及颗粒相有机物富集脱附部件分别与所述二次聚焦阱连接；

所述二次聚焦阱与一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱分别连接；

一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱分别与所述质谱连接。

2.根据项1所述的检测装置，还包括：

分离部件，其将待检测大气样品分离成挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物，

所述分离部件分别与气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件和颗粒相有机物富集脱附部件连接。

3.根据项1所述的检测装置，

所述气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件包括高低温构件；

优选地，

所述高低温构件包括高温模块、低温模块及高低温切换模块，

所述高温模块包括第一吸附管和缠绕于所述第一吸附管外部的电阻丝，所述第一吸附管内部填充用于吸附C2-C30气相有机物的多种第一吸附剂；

所述低温模块包括第一制冷片、第一金属块，所述第一金属块由中心位置设有半圆槽且能够开合的两个对称子金属块构成，所述第一吸附管能够贴合设置在两个对称子金属块形成的槽中；

所述高低温切换模块包括气动驱动装置，所述气动驱动装置通过将低温金属块分开与闭合实现所述第一吸附管在高温模式和低温模式之间的切换；

进一步优选地，

当所述气动驱动装置通入载气时，所述两个对称子第一金属块相对运动，使得所述两个对称子金属块与所述第一吸附管之间存在间隔，控制加热单元工作，处于高温模式；

当所述气动装置不通载气时，所述两个对称子金属块相向运动，使得所述两个对称子金属块贴合所述第一吸附管，控制加热单元停止工作，处于低温模式。

4.根据项3所述的检测装置，

所述第一吸附剂从所述吸附管的采样进气口到出气口依次为弱吸附剂、中等吸附剂、强吸附剂；

所述弱吸附剂为用于吸附C7-C30气相有机物，优选为用于吸附C12-C30气相有机物的吸附剂；

所述中等吸附剂为用于吸附C5-C12气相有机物的吸附剂；

所述强吸附剂为用于吸附C2-C5气相有机物的吸附剂；

优选地，

所述弱吸附剂为具有多孔结构的疏水性高分子聚合物吸附剂，优选地，所述疏水性高分子聚合物吸附剂为炭黑和/或

进一步优选地，选自Tenax TA、Tenax GC、Tenax GR中的一种或两种以上，更优选为Tenax TA；

所述中等吸附剂为石墨吸附剂和/或中等强度的炭黑吸附剂，优选地，所述中等吸附剂选自Carbopack B、Carbopack F、Carbopack C、Carbopack Y、Carbograph 1TD中的一种或两种以上，进一步优选为Carbopack B；

所述强吸附剂为碳分子筛吸附剂，优选地，所述碳分子筛吸附剂选自Carboxen1000、Carboxen 1016、Carboxen 1003、UniCarb和Carbosieve S III中的一种或两种以上，进一步优选为Carboxen 1000；

更优选地，

以1重量份的所述强吸附剂计，所述中等吸附剂为1-3重量份，所述弱吸附剂为3.5-8重量份。

5.根据项1所述的检测装置，

所述颗粒相有机物富集脱附部件用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附；

其包括用于流动颗粒相的管体、设置在管体中的滤膜和支撑所述滤膜的支撑结构、设置在管体外部的加热棒，以及设置在管体外部的温度传感器；

优选地加热棒可将滤膜加热至320-350℃。

6.根据项1所述的检测装置，

所述色谱柱部件包括挥发性有机物低热容微型色谱柱箱、半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱和颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱，挥发性有机物低热容微型色谱柱箱、半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱和颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱集成于同一控制系统内；

优选地，

所述低热容微型色谱柱箱包括箱体，设置在箱体内部的色谱柱；以及加热单元；

进一步优选地，

所述加热单元为缠绕于所述色谱柱外部的电阻丝；

更优选地，

所述挥发性有机物低热容微型色谱柱箱内设有第一色谱柱，所述半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱内设有第二色谱柱，所述颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱内设有第三色谱柱。

7.根据项1所述的检测装置，

所述二次聚焦阱部件包括第二金属块以及第二吸附管，第二吸附管设于所述第二金属块中心位置开设的可容纳所述第二吸附管的圆槽中；

所述吸附管内部填充Tenax系列吸附剂；

两片贴片式加热圈，分别设置于所述吸附管外部且填充吸附剂的位置两端，用以对二次聚焦阱部件进行加热；

第二制冷片，设置于第二金属块与第二吸附管相对的一侧开设的方形孔中，用以对二次聚焦阱部件进行降温。

8.如项1～7任一项所述的检测装置在大气有机物的在线采样和/或浓缩方面中的应用。

9.一种能够同时检测大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物组分和含量的方法，其使用项1～7任一项所述的检测装置，其中，包括：

老化步骤：对气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件其传输路线，以及颗粒相有机物富集脱附部件其传输路线进行载气清洗，以除去残留物质；

采样步骤：将待检测样品通入到所述检测装置中，使得大气中的挥发性有机物和半挥发性有机物富集于所述富集气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件中、颗粒相有机物截留于所述颗粒相有机物富集脱附部件中；

吹扫步骤：对气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件其传输路线，以及颗粒相有机物富集脱附部件其传输路线进行载气吹扫，以除去多余气体；

挥发性有机物测量/半挥发性有机物二次聚焦步骤：使气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件吸附的挥发性有机物和半挥发性有机物脱附，其中挥发性有机物进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对挥发性有机物进行分离和测量；半挥发性有机物进入到二次聚焦阱部件中被再次富集；

半挥发性有机物测量步骤：待挥发性有机物完成测量后，使吸附于二次聚焦阱部件的半挥发性有机物脱附，并进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对半挥发性有机物进行分离和测量；

颗粒相有机物二次聚焦步骤：待半挥发性有机物测量完成后，使吸附于颗粒相有机物富集脱附部件中的颗粒相有机物脱附并进入到二次聚焦阱部件；

颗粒相有机物测量步骤：使吸附于二次聚焦阱部件的颗粒相有机物脱附，并进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对颗粒相有机物进行分离和测量。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

(1)本申请根据不同物质种类的物化特性，将VOCs、SVOCs和OA三类有机物的前处理方法进行特异性集成设计，开发了一种气路简单的集成式多组分多形态多物质在线采样前处理装置系统和方法，可直接对大气环境条件下低浓度的气粒有机物进行同步在线监测，时间分辨率为50-180min，采样时间可根据测量需要进行自由调整。

(2)本申请装置避免了传统的不同设备独自测量造成的仪器方法误差，将大气监测物质放在同一个装置系统下进行同步测量，实现了技术方法的创新，可以提升低浓度大气有机物的分析检测技术。本申请所述的对大气VOCs、SVOCs和OA有机物的在线测量系统结构紧凑，装置小型化，操作简单。

(3)本申请研发了基于半导体制冷-功率加热的有机物富集脱附模块；该温度模块体积小巧，可实现对吸附管高低温变化的快速切换，温度精度在±0.1℃，可满足对有机物富集解析的温度精准控制要求；

(4)本申请根据物质的物化性质，使用特定多级串联吸附剂实现VOCs和SVOCs气相有机物的全物质富集，减少了以往多个吸附管、较多管路造成的有机物粘性损失。

(5)本申请鉴于高沸点有机物在大气中浓度极低(ppq级别)以及低碳有机物极易在系统中流失，为实现对高低碳物质的富集效率，设计了双级富集装置拓宽富集倍数，即使用填充特定吸附剂的二次聚焦阱部件在10℃温度下实现对SVOCs和OA的再次捕集，可满足对大气低浓度高低沸点有机物的高效富集与精准测量。

(6)本申请根据有机物的理化特征，在各个部件和连输管路均设置了300-320℃可调节全程高温伴热装置，且尽量缩短内部管路的连接长度，最大限度减少高碳有机物特别是C35-C40和4环以上PAH物质在管路中的损失。

附图说明

图1示出了检测大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物组分和含量的检测装置的示意图；

图2示出了检测大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物组分和含量的检测装置的示意图；

图3示出了第一吸附管的示意图；

图4示出了气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件的示意图；

图5示出了颗粒相有机物富集脱附部件的示意图；

图6示出了二次聚焦阱部件的示意图；

图7示出了低热容微型色谱柱箱的示意图；

图8示出了使用本申请检测装置测得的VOCs大气测量结果图；

图9示出了使用本申请检测装置测得的SVOCs大气测量结果图；

图10示出了使用本申请检测装置测得的OA大气测量结果图；

附图标记说明：

1:铝制保护壳；2：保温棉；3：铜块；4：制冷片；5：电阻丝；6：第一吸附管；7：玻璃纤维棉；8：石英管；9：连接螺丝；10：低温温度传感器；11：手指平台气缸；12：不锈钢衔接柱；13：支撑柱；14：隔热垫；15：保护单元；16：吸附剂；42：温度传感器；46：高低温构件；53绝缘套管；17:过滤头；18：第一电动三通阀；19：第一抽气泵；20：第一质量流量控制器；21：第一高温四通阀；22：高温六通阀；23：第二电动三通阀；24：第三电动三通阀；25：第二质量流量控制器；26：第二抽气泵；27：电动旋转阀；28：切割器；29：有机溶蚀器；30：第四电动三通阀；31：颗粒相有机物富集脱附部件；32：供气及气路压力控制系统；33：计算机交互控制系统；34：分离进样系统；35：质谱；369：第一色谱柱；379：第二色谱柱；389：第三色谱柱；39：第二高温四通阀；40：第三高温四通阀；41：二次聚焦阱部件；310：第二温度传感器；311：加热棒；312：颗粒物温度模块；313：钝化金属纤维过滤膜；314：钝化不锈钢支撑体；410：铝块构件；411：第二吸附管；412：玻璃纤维棉；413：Tenax TA吸附剂；414：制冷片；415：加热圈；416：温度传感器。360高精度温度传感器；361耐高温绝缘传输管线；362色谱柱加热管线；363散热风扇；364保温单元；365绝缘电阻丝；366色谱柱；367箱体；36-VOCs色谱柱箱；37-SVOCs色谱柱箱；38-OA色谱柱箱；35-质谱。

具体实施方式

虽然本案已揭露如上然其并非用以限定本案，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本案的保护范围当视后附的专利申请范围所界定者为准。

如图1、图2所示，本申请提供了一种大气有机物检测装置，其能够同时检测大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物的组分和含量，其包括：富集脱附部件，其用于对大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物进行富集并使其脱附；二次聚焦阱部件，其用于捕集并聚焦从富集脱附部件脱附出来的大气有机物；色谱柱；以及质谱；所述富集脱附部件包括：气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件，以及颗粒相有机物富集脱附部件；所述色谱柱部件包括一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱；所述气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件，以及颗粒相有机物富集脱附部件分别与所述二次聚焦阱部件连接；所述二次聚焦阱部件与一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱分别连接；一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱分别与所述质谱连接。

结合当前环境空气复合污染防治的迫切需求和大气有机物在线监测设备的现状，本申请根据大气挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物的特异物化性质，开发出一套适用于大气多组分多形态有机物的在线一体化富集前处理装置与系统，并结合气相色谱分离技术和质谱检测技术，研制出一套大气低浓度有机物高灵敏在线快速检测系统和方法。

在本申请中，多组分多形态是指大气中C2-C40挥发性范围内有机物的众多组分，在众多组分中有的一般以气相形式存在，如VOCs以及SVOCs类，有的大多呈现为颗粒态，如OA。

根据大气不同种类有机物富集技术需求，将大气挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物的分离及富集脱附集成于一体，研制适用于大气低浓度多组分有机物的高效富集处理部件。该一体化的部件气路简单、结构小巧，耗材少耗能低，在保证富集效率的同时最大限度的降低成本。

在本申请的一些实施方式中，还包括分离部件，其将待检测大气样品分离成挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物，所述分离部件分别与气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件和颗粒相有机物富集脱附部件连接。

如图3、4所示，气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件，即对C2-C30挥发性范围内的气相有机物富集捕集的吸附部件，包括：第一吸附管6，以及在所述第一吸附管6体内填充的用于吸附C2-C30气相有机物的多种吸附剂，所述吸附剂从所述第一吸附管6的采样进气口到出气口依次为弱吸附剂、中等吸附剂、强吸附剂，构成了多床串联式吸附部件。为保证对气相有机物的多物质富集，吸附剂采用弱吸附剂、中等吸附剂、强吸附剂三种类型和依次顺序填充方式对大气C2-C30沸点范围内气相有机物进行特异性捕集。采样时，大气C2-C30沸点范围内气相有机物依次接触弱吸附剂，中等吸附剂、强吸附剂，即大分子C13-C30气相有机物先被吸附到捕集阱采样进气口的弱吸附剂上，而小分子C2-C12气相有机物被吸附到捕集阱中的中等吸附剂和强吸附剂上，这种设计防止C13-C30大分子气相有机物被吸附到中等吸附剂和强吸附剂上，而较难解吸出来。弱吸附剂可以有效保护强吸附剂不受不可逆吸附，并在解吸循环后可保持捕集阱清洁。

在本申请中，C2-C30气相有机物是指C2-C30挥发性范围内的气相有机物，C7-C30气相有机物是指C7-C30挥发性范围内的气相有机物，C12-C30气相有机物是指C12-C30挥发性范围内的气相有机物，C5-C12气相有机物是指C5-C12挥发性范围内的气相有机物，C2-C5气相有机物是指C2-C5挥发性范围内的气相有机物。

本申请的第一吸附管6选用薄壁耐腐蚀316不锈钢为吸附剂载体，也可以使用德国Schott-Duran高精度石英玻璃。为最大限度减少活性点位对有机物的吸附损失，吸附管内壁均进行钝化处理(

钝化处理，Restek)，该薄壁第一吸附管6导热能力强，可快速实现不同高低温的温度传递。

本申请的一些实施方式中，所述第一吸附管6体的尺寸与大气浓度或采集的气相有机物的体积相适应，所述吸附剂的用量与所述吸附管的尺寸相适应。

本申请的一些实施方式中，所述吸附管的尺寸如下：内径：2.2mm、外径：2.5mm、长度：600mm。

本申请的一些实施方式中，所述弱吸附剂为用于吸附C7-C30气相有机物，优选为用于吸附C12-C30气相有机物的吸附剂；所述中等吸附剂为用于吸附C5-C12气相有机物的吸附剂；所述强吸附剂为用于吸附C2-C5气相有机物的吸附剂。

本申请的一些实施方式中，所述弱吸附剂为具有多孔结构的疏水性高分子聚合物吸附剂，优选地，所述疏水性高分子聚合物吸附剂为炭黑和/或

进一步优选地，选自Tenax TA、Tenax GC、Tenax GR中的一种或两种以上，更优选为Tenax TA，用于吸附C7-C30范围内气相有机物。

本申请的一些实施方式中，所述中等吸附剂为石墨吸附剂和/或中等强度的炭黑吸附剂，优选地，所述中等吸附剂选自Carbopack B、Carbopack F、Carbopack C、CarbopackY、Carbograph 1TD中的一种或两种以上，进一步优选为Carbopack B，用于吸附C5-C12范围内气相有机物。

本申请的一些实施方式中，所述强吸附剂为碳分子筛吸附剂，优选地，所述碳分子筛吸附剂选自Carboxen 1000、Carboxen 1016、Carboxen 1003、UniCarb和Carbosieve SIII中的一种或两种以上，进一步优选为Carboxen1000，用于吸附C2-C5范围内气相有机物。

在本申请中，“+”在第一吸附管6中，是指弱吸附剂、中等吸附剂、强吸附剂三种吸附剂同时存在。

本申请的一些实施方式中，针对尺寸为内径：2.2mm、外径：2.5mm、长度：600mm的第一吸附管6，设计了多种不同的多床吸附剂捕集阱，分别是Carbopack B+Carboxen 1000+Carbosieve S III+Tanax TA、Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA、Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA、Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA、Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA、Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA、Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA、Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA、Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA 和Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA的多床吸附剂捕集阱。分别通入56VOCs标准气体、C7-30标准液体以及5PAH标准液体对多床吸附剂捕集阱的富集性能进行测试。最终发现Carbopack B+Carboxen 1000+Tanax TA组合吸附剂对待测组分表现出最佳的捕集效果，其中Tenax TA用于吸附C7-C30范围内挥发性气相有机物，Carbopack B，用于吸附C5-C12范围内挥发性气相有机物，Carboxen 1000，用于吸附C2-C5范围内挥发性气相有机物。

本申请的一些实施方式中以1重量份的所述强吸附剂计，所述中等吸附剂为1-3重量份，所述弱吸附剂为3.5-8重量份；例如，以1重量份的所述强吸附剂计，所述中等吸附剂可以为1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份或其之间的任意范围；所述弱吸附剂可以为3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份或其之间的任意范围。

本申请的一些实施方式中，针对尺寸为内径：2.2mm、外径：2.5mm、长度：600mm的第一吸附管6，设计了多种不同的多床吸附剂捕集阱，分别是20mg Carbopack B+30mgCarboxen 1 000+30mgCarbosieve S III+100mg Tanax TA、20mg Carbopack B+50mgCarboxen 1000+100mg Tanax TA、20mg Carbopack B+50mg Carboxen 1000+110mg TanaxTA、20mg Carbopack B+50mg Carboxen 1000+110mg Tanax TA、20mg Carbopack B+50mgCarboxen 1000+120mg Tanax TA、40mgCarbopack B+5 0mg Carboxen 1000+110mg TanaxTA、20mg Carbopack B+60mg Carboxen 1000+120mg Tanax TA、20mg Carbopack B+60mgCarboxen 1000+130mg Tanax TA、20mg Carbopack B+60mg Carboxen 1000+110mg TanaxTA和20mgCarbopack B+80mg Carboxen 1000+120mg Tanax TA的多床吸附剂捕集阱。然后分别通入56VOCs标准气体、C7-C30标准液体以及5PAH标准液体对多床吸附剂捕集阱的富集性能进行测试，最终发现20mg Carbopack B+60mg Carboxen 1000+120mg Tanax TA组合吸附剂对待测组分表现出最佳的捕集效果。因此本申请针对尺寸为内径：2.2mm、外径：2.5mm、长度：600mm的第一吸附管6，采用20mg Carbopack B+60mg Carboxen 1000+120mg TanaxTA三种吸附剂并填充成多床吸附剂捕集阱以实现对大气气相多物质的富集。

在本申请中，根据吸附剂吸附能力的大小，从弱到强填充组成多床吸附管，填充捕集柱时，首先在捕集柱内插入一厚壁不锈钢第一吸附管6，以确定捕集柱中吸附剂的填充位置，连接处用胶皮软管密封。不锈钢吸附管与一三通接头连接，三通接头另外两端分别连接质量流量控制器和数字式压力传感器，用于测定填充吸附剂时压力降Δt，以保证每次的填充密度在合适范围内。该第一吸附管6气体流速范围为0.05-2L/min,可满足对大气C2-C30沸点范围内气相有机物的采样体积要求。采用阻力仪对吸附管测定阻力，采样流量为0.5L/min时，该吸附管的压降为20KPa左右。在低流速采样(50mL/min)和高流速采样(2L/min)时，均未发现穿透现象。空气采样中，该第一吸附管6的穿透性试验和阻力试验均满足工程测试的需要。

如图1所示，所述弱吸附剂与所述中等吸附剂之间，以及所述中等吸附剂与所述强吸附剂之间填充有隔离物，所述隔离物为玻璃纤维棉。为避免不同吸附剂之间的混杂干扰，各个吸附剂中间使用玻璃纤维棉7进行阻隔。

如图1所示，在强吸附剂靠近出气口的位置上设置有厚壁石英管8，厚壁石英管8用于保护吸附剂，以避免长时间采样导致吸附剂的流失。

如图1所示，所述吸附部件还包括加热单元5，所述加热单元5为缠绕于所述第一吸附管6外部的电阻丝，该电阻丝缠绕于第一吸附管6的管体外壁；优选地，所述电阻丝为镍铬电阻丝，所述电阻丝能使所述吸附管加热至50～350℃，用于提供解析高温。

如图1所示，所述第一吸附管6与所述加热单元5之间还包括一层绝缘套管53，所述绝缘套管53包裹于所述吸附管的管体的外围；优选地，所述保护套管的材质选自无碱玻璃纤维、石英纤维、高硅氧中的一种或两种以上，该绝缘套管用于避免电阻丝由于长时间使用发生老化从而导致与不锈钢吸附管之间发生短路现象。

如图1所示，所述吸附部件还包括保护单元15，所述保护单元为包裹于所述加热单元的外围；优选地，所述保护单元材质为玻璃纤维棉。保护单元15作为保护套管，包裹在电阻丝5的外围，可以避免电阻丝5与制冷金属块撞击夹紧动作导致的电阻丝5磨损现象，用于保护加热单元5。

如图1所示，所述吸附部件还包括温度传感器42，所述温度传感器42设于吸附管体外部，且位于绝缘套管53与吸附管6之间，用于显示吸附剂的温度，温度传感器42紧贴吸附管的外壁，可较为真实显示吸附剂处的实时温度，以减少温度歧视导致的有机物富集解析不充分，使用外部PID控制系统将吸附剂处温度控制在±0.1℃，保证吸附剂本身的温度精度。

本申请提供一种用于气相有机物监测设备中的高低温构件，包括上述吸附部件。

如图2所示，所述高低温构件包括高温模块、低温模块及高低温切换模块；所述高温模块为所述吸附部件中的加热单元；所述低温模块包括制冷片和金属块；所述金属块由中心位置设有半圆槽且互为对称结构的两个子金属块构成，所述第一吸附管6能够贴合设置在两个子金属块形成的槽中。其中，所述高温模块还包括保护单元15；所述低温模块还包括制冷塑料螺丝、温度传感器以及散热单元。所述加热单元能够使所述第一吸附管6升温至320℃。

所述高低温构件中的低温模块包括两个低温温度模块和高低温切换模块，所述两个低温温度模块为互相对称相对设置的，其通过不锈钢衔接柱12与手指平台气缸11连接固定，为第一吸附管6提供恒定富集低温；所述气动驱动装置与两个低温度模块相连接设置，且该气动驱动装置能够带动两个低温度模块沿纵向作相向或相反运动，当两个低温度模块相向运动并接触设置时，能够紧密夹紧第一吸附管6，当两个低温度模块相反运动并分离设置时，能够释放第一吸附管6。

低温度模块包括制冷片4、金属块3、塑料螺丝、温度传感器以及散热单元；制冷片为能够使第一吸附管6温度降至-40℃的三级半导体制冷元件，可以持续提供低温。金属块选用使用比热容较低的金属块3作为导热介质，例如，金属块3为铜块，所述金属块由中心位置设有半圆槽且能够开合的两个对称子金属块构成，所述吸附管能够贴合设置在两个子金属块形成的槽中，两个子金属块互相对称相对设置构成了低温度模块。

所述制冷片4冷端紧贴于金属块3，金属块3通过导热硅脂层与制冷片的冷端紧密设置，该制冷片4的热端能够通过另一导热硅脂层与铜管散热器以及散热风扇相连接设置；铜管散热器用于制冷片的散热，是利用铜管优良的导热性和铜管内液体的冷凝转化，将热量输出到散热风扇中。铜管散热器一侧通过导热硅脂层与制冷片4的热端相连接；另一侧通过自带的纽扣螺钉与散热风扇连接。在金属块3外层，放置一个薄壁铝制保护外壳，所述金属块3与铝保护外壳之间紧密设置隔热棉，该金属块通过塑料螺丝与铝保护外壳相连接设置。

在本申请的一个具体实施方式中，如图2所示，低温模块为互相对称的两个子低温度模块构成，通过气动驱动装置控制子模块进行分开或者闭合动作从而实现多级吸附剂串联的吸附管的高低温的快速切换功能。子温度模块使用比热容较低的铜块3作为导热介质，铜块3的尺寸为130mm*30mm，在铜块3的中心位置开与吸附管外径相对应的半圆槽，多级第一吸附管6放置于该圆形槽内，可在子温度模块闭合时无缝隙的包裹住第一吸附管6，从而实现温度的传递。为减少铜块3的温度损失，在其外部增加了一个铝制保护壳1，铝制保护壳1尺寸为140*33mm，铝制保护壳1与铜块3使用M4*12的四氟螺丝9进行连接，其在两者之间的空隙填充保温棉2，以降低子温度模块的温度与空气的传递损失。同时使用一个支撑杆13用以固定与衔接多级6，该支撑杆的下端通过绝缘垫14与工作台相连接，以减少温度的传递损失，支撑杆13的上端通过M4*16的不锈钢螺钉43与吸附管6相连接，从而对第一吸附管66起到支撑与固定作用。低温模块的温度传感器10放置在铜块3的侧开口处，即将铜块3与铝制保护壳1的侧边进行开口，其尺寸与低温温度传感器10的外径(4mm)相适应，将低温温度传感器10放置在铝块3的内部，以实时显示铝块3的真实温度，一般情况下会控制低温模块处的温度保持-40℃不变。

本申请的高温模块，即吸附部件的加热单元主要是电阻丝5通过直流电压进行加热，电阻丝均匀紧密缠绕在第一吸附管6管体外壁上，为避免在低温传递时低温温度模块夹紧吸附管导致电阻丝由于机械撞击造成的漏电短路等现象，在缠绕好电阻丝的吸附管管体外壁包裹上一层绝缘保护套管，该保护套管材质为玻璃纤维棉，既可以防止电阻丝短路也不会对低温传递产生干扰，该加热温度可在5s内从-40℃升高至320℃；电阻丝只有在吸附管需要高温时才进行加热工作，其余时间均不进行加热。

本申请的低温模块，即制冷是通过三级半导体制冷元件4实现-40℃低温，由于该温度模块尺寸较小，使用三级制冷片即可使得温控模块整体处于-40℃恒定低温。制冷片4的冷端安装在半圆槽端相对另一侧的铜块3上，两者通过导热硅脂紧密衔接，该制冷片4的热端能够通过另一导热硅脂层与铜管散热器相连接，保证制冷片的高效工作。制冷片在开机后一直处于制冷工作状态，由温度传感器10实时显示低温温度，即保证子温度模块始终处于-40℃恒定温度，以随时对第一吸附管6进行低温快速传递。

所述高低温切换模块包括气动驱动装置，所述气动驱动装置通过控制载气的通入与否，进而控制低温子金属块的张开或者闭合，最终实现所述吸附管在高温模式和低温模式之间的切换；

当向所述气动驱动装置通入载气时，两个对称子金属块沿纵向作相对运动分开，此时两个对称子金属块张开，使得所述两个对称子金属块与所述第一吸附管6之间存在间隔，控制加热单元工作，所述第一吸附管6处于高温模式；当所述气动装置无载气通入时，所述两个对称子金属块沿纵向作相向运动，此时两个对称子金属块闭合，使得两个对称子金属夹紧所述第一吸附管6，控制加热单元停止工作，所述第一吸附管6处于低温模式。

高温模式和低温模式之间的切换主要是通过控制气动驱动装置使得第一吸附管6处于高温和低温状态，具体如下：

如图2所示，所述气动装置包括一个微型手指平台气缸、二位五通阀、PU气动高压管和高压气源，所述微型手指平台气缸通过不锈钢衔接柱与两个子金属块的底部相连接，该微型手指平台气缸的进气口与出气口分别与一个二位五通阀的工作口相连接，该二位五通阀的进气口与高压气源相连接，该二位五通阀的两个排气口与消音器相连接，该微型手指平台气缸能够通过二位五通阀、高压气源的驱动带动两个半金属块沿纵向作相向或相反运动，进而控制温度模块整体的张开或闭合，以实现吸附部件在高低温之间的快速切换功能。

通过气动驱动装置控制微型手指平台气缸11的轴向开闭运动从而实现吸附部件高低温的切换，具体主要是：当第一吸附管6需要在高温状态下工作时，气动装置控制微型手指平台气缸11轴向张开，带动两个子金属块分开，从而释放出多级吸附剂串联的第一吸附管6，即此时第一吸附管6与两个金属块之间存在间隔不贴合，并控制缠绕在第一吸附管6外壁的电阻丝进行工作，将第一吸附管加热至所需高温，第一吸附管6即处于高温模式；当多级吸附剂串联的吸附管6需要在低温状态下工作时，控制电阻丝停止加热，气动装置控制微型手指平台气缸11轴向闭合，从而带动两个子金属块闭合并夹紧第一吸附管，两个子金属块的低温向吸附管进行温度传递，从而实现高温向低温的转换，第一吸附管6即处于低温模式。

颗粒相有机物富集脱附部件如图5所示，颗粒相有机物富集脱附部件用于对大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附；其包括用于流动颗粒相的管体、设置在管体中的滤膜和支撑所述滤膜的支撑结构、设置在管体外部的加热棒，以及设置在管体外部的温度传感器；加热棒可将滤膜快速加热至320℃解析高温，即滤膜可在320℃时将吸附于滤膜上的颗粒相有机物在4s内脱附完全。

如图5所示，颗粒相有机物富集脱附部件31是通过20mm直径的钝化金属纤维过滤膜313(Bekaert Fiber Technology,Belgium)实现对颗粒物的捕集的。将该钝化金属纤维过滤膜313焊接嵌套在一个与之相匹配的直径26mm,高8mm的316钝化不锈钢支撑体314内，该支撑体314上下端皆为可与1/4英寸不锈钢螺帽相对应的外螺纹接口，不锈钢支撑体314上端与1/4英寸接口的第四电动三通阀30通过1/4英寸钝化管路、1/4钝化直通接头(美国VICI)进行连接，下端与1/8英寸的出口管路通过1/4英寸转1/8英寸的变径接头(美国VICI)进行衔接，并与后续的1/8英寸第一高温四通阀进行连接。为减少活性点位对有机物的吸附损失，该装置内部均进行钝化处理。

颗粒相有机物富集脱附部件31的高低温是通过自制的颗粒物温度模块312实现的，该温度模块312以长45mm、宽45mm、高12mm的长方体铝块为载体，中间打圆柱形孔，其尺寸与不锈钢支撑体314对应，两者通过衔接螺丝进行连接(图上未显示)。在温度模块312分别进行开孔，将150W,24V加热棒311、温度传感器310放置温度模块312中，以实现对颗粒相有机物富集脱附部件31的320℃高温工作以及实时温度的读取；该温度模块的低温是通过24V，0.28A的散热风扇实现30℃的富集低温的，该散热风扇底部通过一内部有螺纹的衔接铝块依靠螺钉与操作平台进行连接，散热风扇的出口对准钝化金属纤维过滤膜314所在位置，经过长时间测试，该温度模块可在2min内实现温度从320℃到30℃的降温，可满足低温降温需求。

本申请中，二次聚焦阱部件包括第二金属块以及第二吸附管，第二吸附管设于所述第二金属块中心位置开设的可容纳所述第二吸附管的圆槽中；所述吸附管内部填充Tenax系列吸附剂；两片贴片式加热圈，分别设置于所述吸附管外部且填充吸附剂的位置两端，用以对二次聚焦阱部件进行加热；第二制冷片，设置于第二金属块与第二吸附管相对的一侧开设的方形孔中，用以对二次聚焦阱部件进行降温。

如图6所示，二次聚焦阱部件的作用是对采集的大气低浓度半挥发性有机物以及颗粒有机物进行二次富集，增大其捕集效率、优化后续的色谱峰。二次聚焦阱部件富集低温为10℃/解析高温为320℃。鉴于对半挥发有机物以及颗粒有机物的二次聚焦采用低温富集和Tenax吸附剂双重富集方式，即在二次聚焦阱部件作用下，气化后的大分子有机物尤其是C30-C40在低温下即可富集在聚焦部件中，而小分子易流失的有机物同时经历低温富集和Tenax吸附剂吸附，可以增强吸附效果，因此富集低温为10℃即可满足对SVOCs以及OA物质的吸附。

在本申请的一些实施方式中，采用铝块构件410作为框架介质，装置的尺寸为：111mm×77mm×45mm(长、宽、高)。铝块构件410中间开圆柱形孔用于放置外径为1/8英寸的第二吸附管411，第二吸附管411壁厚2mm，内置60mg Tenax TA吸附剂413，吸附剂两边填充玻璃棉用于保护第二吸附管411。在铝块构件410紧挨着第二吸附管4114mm处开孔放置温度传感器，用以读取第二吸附管411处的实时温度。第二吸附管411的解析高温是依靠放置在铝块构件410两侧的内径3.5mm，膜厚7mm的贴片式加热圈415升温实现的，加热圈415紧贴在填充在第二吸附管411中的吸附剂位置处，加热圈415与第二吸附管411通过螺钉卡箍实现紧密接触，避免中间较多的空隙影响加热速度。在24V电压下可在4s内从10℃升温至320℃，满足第二吸附管411快速解析升温要求。第二吸附管411的富集低温是通过放置在底部的三级微型制冷片414实现的，第二吸附管411富集低温为10℃，一块制冷片414即可满足低温要求。制冷片尺寸为30mm*30mm，在铝块构件410底部处(即块与第二吸附管相对的一侧)开设一层33mm*33mm*15mm的方形孔，用于放置制冷片414，制冷片414冷端通过导热硅脂与铝块构件410进行连接。在聚焦制冷阶段，制冷片414导电，其冷端工作产生的低温通过上层13mm厚的铝块构件410传递给第二吸附管411，从而满足第二吸附管411富集的低温。制冷片414热端通过散热单元进行散热，避免制冷片过热影响其制冷效率。

在本申请中，色谱柱部件为低热容微型色谱柱箱。

色谱柱部件包括挥发性有机物低热容微型色谱柱箱、半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱和颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱，挥发性有机物低热容微型色谱柱箱、半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱和颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱集成于同一控制系统内；所述低热容微型色谱柱箱包括箱体，设置在箱体内部的色谱柱；以及加热单元；所述加热单元为缠绕于所述色谱柱外部的电阻丝；所述挥发性有机物低热容微型色谱柱箱内设有第一色谱柱，所述半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱内设有第二色谱柱，所述颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱内设有第三色谱柱。

如图7所示，挥发性有机物低热容微型色谱柱箱(VOCs色谱柱箱36)包括箱体，设置在箱体内部的RTX-624色谱柱366、加热单元362、保温单元5和散热单元363。箱体367采用10cm*10cmm*5cm的柱箱，柱箱采用316不锈钢材质。加热单元采用LTM结构，即电阻丝缠绕加热结构，具体地，将RTX-624色谱柱拉直，把绝缘电阻丝365一层一层的缠绕在色谱柱366上，保证色谱柱366跟加热丝365均匀的接触，然后再将缠绕好的RTX-624色谱柱盘起来放入10cm*10cmm*5cm的微型柱温箱里。采用这种结构设计，大大增大了RTX-624色谱柱和电阻丝的接触面积，使得色谱柱均匀加热，能有效降低柱内各点的温度梯度。选用50W加热功率的电阻丝即可满足色谱柱箱330℃的高温升温需求，最高升温速率可达60℃/min，恒温精度为±0.2℃，能够满足对大气有机物各个组分的不同程序升温分离要求。保温单元364设于所述箱体内部和箱体外围，将保温效果较好的纤维棉在低热容微型色谱柱箱各个表面进行均匀铺展。保温棉364设置在色谱柱的里层、电阻丝365缠绕后的色谱柱的外层和低热容微型色谱柱箱的内表面。为了加强保温性能，风扇363位于箱体367底部，采用大功率直流风扇风冷方式，鉴于柱温箱体积小的特征，可实现柱箱的快速降温。以上这些设计，使得微型柱箱具有体积小巧、升降温速率高、便于集成的特点。

VOCs色谱柱箱包括第一传输管路，采用汇流方式，通过第一传输管路将从色谱柱流出的样品汇集到VOCs色谱柱箱的主传输管路上。主传输管路从内到外依次包括：不锈钢管线、框架式支撑管、加热层和保温层。其中，不锈钢管线为不锈钢惰性化管线，用于连接色谱柱和四通阀，用于样品的传输；框架式支撑管，用于支撑不锈钢管线，在内部敷设惰性化管线；加热层，缠绕于所述框架式支撑管上；保温层，缠绕于主传输管路的外围。上述传输管路的温控采用热电偶测温，直流PWM加热的闭环控制方式。

半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱(即SVOCs色谱柱箱37)采用RTX-5色谱柱，其中，柱长30m，内径0.25mm，膜厚0.25um，最高加热温度300℃，最大升温速率30℃/min，其余结构与VOCs色谱柱箱36相同。

颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱(OA色谱柱箱38)采用RTX-5色谱柱，其中，柱长30m，内径0.25mm，膜厚0.25um，最高加热温度350℃，最大升温速率60℃/min。

将挥发性有机物低热容微型色谱柱箱(VOCs色谱柱箱36)、半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱(SVOCs色谱柱箱37)和颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱(OA色谱柱箱38)依次放置在低热容微型色谱柱箱系统中，其控制电路采用双CPU结构，CPU1为MCS51架构的CPU，主要用于样品传输流路、流体通道、传输通道的温度控制(包括加热与温控)；CPU2采用ARM架构的CPU，主要用于各个低热容微型色谱柱箱的温度控制、阀箱温控、EPC压力控制，还可用于挥发性有机物富集脱附前处理装置、半挥发性有机物富集脱附前处理装置和颗粒相有机物富集脱附前处理装置的启停控制。CPU1和CPU2之间采用I2C通信，传递控制及状态信息。

本申请根据大气不同种类有机物富集技术需求，将大气挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物的前处理及富集技术集成于一体，研制适用于大气低浓度多组分多形态有机物的高效富集装置与设备。实现大气从气相到颗粒相跨度范围内，即C2-C40含碳有机物、16种多环芳烃以及十六酸十八酸等含氧有机物的高分辨率测量，该系统方法使用一套前处理装置即可以满足气相挥发性/半挥发性/颗粒相有机物的同时段同步采样测量，为探究大气环境下有机物的气粒实时转化分配和复合污染研究提供技术支持。该一体化的前处理部件气路简单、结构小巧，耗材少耗能低，在保证富集效率的同时最大限度的降低成本。通过集成挥发/半挥发有机物和颗粒有机物富集脱附部件，结合质谱测量系统及相应的控制、分析软件，用以实现同步采集、同步测量、在线数据分析等功能，首次实现大气从气相到颗粒相有机物，即C2-C40含碳有机物、16PAH以及含氧有机物十六酸十八酸等跨度范围内有机物的高分辨率测量，该部件可以满足有机物的同时段采样，为探究大气环境下有机物的气粒实时转化分配、雾霾的形成机理提供科学、有效的测量手段。本申请基于半导体制冷-功率加热的有机物富集脱附部件；该温度模块体积小巧，可实现对第一吸附管高低温变化的快速切换，温度精度在+0.1摄氏度，可满足对有机物富集解析的温度精准控制要求；本申请根据物质的物化性质进行特异前处理，使用特定多级串联吸附剂实现VOCs和SVOCs气相有机物的全物质富集，减少了以往多个吸附管、较多管路造成的有机物粘性损失。此外，鉴于高沸点有机物在大气中浓度极低(ppq级别)，本申请设计了双级冷阱拓宽富集倍数，即使用填充特定吸附剂的二次聚焦阱部件在10℃温度下实现对高碳有机物的再次捕集，以满足对分子量较大有机物的精准有效测量。

整个部件布局紧凑，最大程度的减小了死体积，缩短了样品输送管路，将样品在采样和分析过程中的损失降低到最低，提高了仪器测量的准确度。整个装置系统功率较低，便于运输，可为从城市到乡村从南方到北方不同大气环境下的有机物进行实时监测，为大气复合污染防治提高数据支持。

本申请提供了一种能够同时检测大气中挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物组分和含量的方法，其使用上述检测装置，其中，包括：

老化步骤：对气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件其传输路线，以及颗粒相有机物富集脱附部件其传输路线在高温状态下进行载气清洗，以除去残留物质；

采样步骤：将待检测样品通入到所述检测装置中，使得大气中的挥发性有机物和半挥发性有机物富集于所述富集气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件中、颗粒相有机物截留于所述颗粒相有机物富集脱附部件中；

吹扫步骤：对气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件其传输路线，以及颗粒相有机物富集脱附部件其传输路线进行低温载气吹扫，以除去多余气体；

挥发性有机物测量/半挥发性有机物二次聚焦步骤：使气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件吸附的挥发性有机物和半挥发性有机物脱附、其中挥发性有机物进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对挥发性有机物进行分离和测量；半挥发性有机物进入到二次聚焦阱部件中；

半挥发性有机物测量步骤：待挥发性有机物完成测量后，使吸附于二次聚焦阱部件的半挥发性有机物脱附，并进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对半挥发性有机物进行分离和测量；

颗粒相有机物二次聚焦步骤：待半挥发性有机物测量完成后，使吸附于颗粒相有机物富集脱附部件中的颗粒相有机物脱附并进入到二次聚焦阱部件中；

颗粒相有机物测量步骤：使吸附于二次聚焦阱部件的颗粒相有机物脱附，并进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对颗粒相有机物进行分离和测量。

具体地，

该检测包括如下步骤：

老化步骤：为了将管路中的残留物质清除，载气经过供气及压力控制系统32后对富集脱附部件的管路及部分元件进行老化吹扫，具体为：计算机交互控制系统33控制第一吸附管6、二次聚焦阱部件41和颗粒相有机物富集脱附部件31均处于320℃高温状态。载气从供气及气路压力控制系统32出来后经第一电动三通阀18，第一第一吸附管6，第一高温四通阀21BA口，第一质量流量控制器20，第一抽气泵19，对吸附剂富集管路和零件进行载气清洗；另一载气从供气及气路压力控制系统32出来后经第四电动三通阀30，颗粒相有机物富集脱附部件31，第一高温四通阀21的DC口，高温六通阀22的AF口、二次聚焦阱部件41，高温六通阀22的CB口，第三电动三通阀24，第二质量流量控制器25，第二抽气泵26，从而实现对颗粒相有机物富集脱附部件以及后续管路和元件进行老化清洗。该阶段分离进样系统34处于待机模式即第一色谱柱369(即VOCs色谱柱箱中的色谱柱)、第二色谱柱379(即SVOCs色谱柱箱中的色谱柱)、第三色谱柱389(即OA色谱柱箱中的色谱柱)均处于30℃初始低温。

采样模式：计算机交互控制系统33控制第一吸附管6、二次聚焦阱部件41和颗粒相有机物富集脱附部件31均处于低温状态(分别为-15℃、10℃、30℃处)，通过第二抽气泵26的抽吸作用，大气样品依次经过过滤头17、第一电动三通阀18、第一吸附管6，第一高温四通阀21的BC口、高温六通阀的AB口、第三电动三通阀24，第二质量流量控制器25后经由第二抽气泵26排出，从而将大气中挥发性/半挥发性有机物富集在第一吸附管6处(-15℃)的吸附剂孔位中；大气中的颗粒相有机物经过切割器28，有机溶蚀器29，第四电动三通阀30，颗粒相有机物富集脱附部件31，第一高温四通阀DA口、第一质量流量控制器20后经由第一抽气泵19排出，此时，大气中颗粒相有机物富集在颗粒相有机物富集脱附部件31(30℃)中的滤膜中；该阶段第一色谱柱369、第二色谱柱379、第三色谱柱389均处于30℃初始低温状态。

吹扫步骤：保持第一吸附管6、二次聚焦阱部件41和颗粒相有机物富集脱附部件31均处于低温状态(分别为-15℃、10℃、30℃处)，在此模式下，载气经过供气及压力控制系统32、第一电动三通阀18、第一吸附管6、第一高温四通阀21的BC口、高温六通阀的AB口、第三电动三通阀24，第二质量流量控制器25后经由第二抽气泵26排出，对气相有机物采样管路和部件进行吹扫，以除去在第一吸附管6以及气路中残留的氧气等多余干扰性气体；载气经过供气及压力控制系统32、第四电动三通阀30后，对颗粒相有机物富集脱附部件31及其之后的管路和元件进行吹扫，以除去其中残留的氧气等多余干扰性气体。此时，分离进样系统处于待机模式，即该阶段第一色谱柱369、第二色谱柱379、第三色谱柱389均处于30℃初始低温。

挥发性有机物测量/半挥发性有机物二次聚焦步骤：通过计算机交互控制系统33控制使得第一吸附管6由低温-15℃升温至解吸高温320℃，载气经由供气及压力控制系统32、第一电动三通阀18、第一吸附管6、第一高温四通阀21BC口、高温六通阀22的AF口、二次聚焦阱部件41、高温六通阀22的CB口、第三电动三通阀24、第二电动三通阀23后，将第一吸附管6高温释放出来的待测有机物带入分离进样系统中的第一色谱柱369中，并通过第二高温四通阀39的BC口、第三高温四通阀的BC口进入质谱35中，对其进行程升分离和质谱测量，至此完成一次挥发性有机物采样和分析循环。此时，半挥发性有机物处于聚焦状态：从高温第一吸附管6中释放出的半挥发性有机物，在经过处于10℃低温的二次聚焦阱部件41处时，二次聚焦阱部件41中的特性吸附剂(Tenax TA)对粘性较大的半挥发性有机物进行选择性的二次高效捕集，而挥发性较大的挥发性有机物则不会被二次聚焦阱部件41进行捕捉，即将同一进样气体分为两个流路，同步实现挥发性有机物的进样与半挥发性有机物的二次聚焦；此时，由于颗粒相有机物特别是C30-C40大气浓度较低(皮克级别)，需要较长时间的采集才可满足后续的检出要求，因此，在该模式下，颗粒物仍是经过切割器28，有机溶蚀器29，第四电动三通阀30，颗粒相有机物富集脱附部件31，第一高温四通阀DA口、第一质量流量控制器20、第一抽气泵19后被富集在颗粒相有机物富集脱附部件31(30℃)中的滤膜中。此时，第二色谱柱379和第三色谱柱389均处于初始低温模式。

半挥发性有机物测量步骤：待挥发性有机物测量完成后，通过计算机交互控制系统33控制使得二次聚焦阱部件41温度从10℃升高至解吸温度320℃，载气经由供气及压力控制系统32、高温六通阀22的EF口、二次聚焦阱部件41和高温六通阀22的CD口、脉冲阀27后，将高温状态下二次聚焦阱部件41释放出来的待测半挥发性物质带入第二色谱柱379中进行程升分离，最后经由第二高温四通阀39的DC口和第三高温四通阀40的BC口，进入质谱35中进行测量，至此完成一次半挥发性有机物的采样和分析循环；此时颗粒相有机物可处于采样模式或低温等待模式；第一色谱柱369和第三色谱柱389均处于初始低温模式。

颗粒相有机物二次聚焦步骤：待半挥发性有机物测量完成后，计算机交互控制系统33控制二次聚焦阱部件41迅速由320℃高温降温到10℃，待二次聚焦阱部件的10℃低温稳定后，计算机交互控制系统33控制颗粒相有机物富集脱附部件31由低温30℃快速升至320℃高温，将载气经由供气及压力控制系统32和第四电动三通阀30后将从颗粒相有机物富集脱附部件31处脱附出来的颗粒有机物经由第一高温四通阀21DC口、高温六通阀AF口后带到二次聚焦阱部件41处进行低温和吸附剂双重捕集，未捕集的废气经由高温六通阀22的CB口、第三电动三通阀24、第二质量流量控制器25和第二抽气泵26排出。此时，第一色谱柱369第二色谱柱379和第三色谱柱389均处于初始低温模式。

颗粒相有机物测量步骤：在此模式下，通过计算机交互控制系统33控制使得二次聚焦阱部件41温度从10℃升高至颗粒物解吸温度320℃，载气经由供气及压力控制系统32、高温六通阀22的EF口、二次聚焦阱部件41和高温六通阀22的CD口、脉冲阀27后，将高温状态下二次聚焦阱部件41释放出来的待测颗粒相物质带入第三色谱柱389中进行程升分离，最后经由第三高温四通阀40的DC口，进入质谱35中进行测量，至此完成一次颗粒相有机物的采样和分析循环。

待机：待颗粒有机物分析检测完成后，计算机交互控制系统33控制第一吸附管6、二次聚焦阱部件41、颗粒相有机物富集脱附部件31均处于降温直至低温待富集状态，第一抽气泵19、第二抽气泵26均处于断电状态。此时第一色谱柱369、第二色谱柱379、第三色谱柱389箱均处于低温初始状态。为保护高温状态下的管路及部件，一路载气经由供气及压力控制系统32、第一电动三通阀18、第一吸附管6、第一高温四通阀21的BC口、高温六通阀22的AF口、二次聚焦阱部件41、高温六通阀22的CB口、第三电动三通阀24、第二电动三通阀23至第一色谱柱369并由第二高温四通阀的BA口排出；一路载气保护气经由供气及压力控制系统32、第四电动三通阀30、颗粒相有机物富集脱附部件31、第一高温四通阀21的DA口、第一质量流量控制器20和第一抽气泵19排出；另一路载气保护气经由供气及压力控制系统32、高温六通阀22的ED口、电动脉冲阀27后分别通向第二色谱柱379和第三色谱柱389，通向第二色谱柱379的气路经由第二高温四通阀39的DA口排出，另一路经由第三色谱柱389、第三高温四通阀40的DC口后，带至质谱35处。

VOCs、SVOCs和OA三类有机物的大气样品测试结果分别见图8、图9、图10，其中VOCs、SVOCs和OA监测系统分别可以测量到该挥发性范围内的物质种类和浓度信息。本系统可提供同一大气环境条件下C2～C40烷烃、烯烃、苯系物、醛酮、多环芳烃等有机组分同步监测的高时间分辨率测量数据，为大气有机物实时转换分配研究以及大气复合污染治理提供基础数据支撑。

Claims (9)

1.一种大气有机物检测装置，其能够同时检测大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物的组分和含量，

其包括：

富集脱附部件，其用于对大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物进行富集并使其脱附；

二次聚焦阱部件，其用于捕集并聚焦从富集脱附部件脱附出来的大气有机物；

色谱柱部件；以及

质谱；

所述富集脱附部件包括：气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件，以及颗粒相有机物富集脱附部件；

所述色谱柱部件包括一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱；

所述气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件，以及颗粒相有机物富集脱附部件分别与所述二次聚焦阱连接；

所述二次聚焦阱与一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱分别连接；

一个或两个或三个以上低热容微型色谱柱箱分别与所述质谱连接。

2.根据权利要求1所述的检测装置，还包括：

分离部件，其将待检测大气样品分离成挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物，

所述分离部件分别与气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件和颗粒相有机物富集脱附部件连接。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件包括高低温构件；

优选地，

所述高低温构件包括高温模块、低温模块及高低温切换模块，

所述高温模块包括第一吸附管和缠绕于所述第一吸附管外部的电阻丝，所述第一吸附管内部填充用于吸附C2-C30气相有机物的多种第一吸附剂；

所述低温模块包括第一制冷片、第一金属块，所述第一金属块由中心位置设有半圆槽且能够开合的两个对称子金属块构成，所述第一吸附管能够贴合设置在两个对称子金属块形成的槽中；

所述高低温切换模块包括气动驱动装置，所述气动驱动装置通过将低温金属块分开与闭合实现所述第一吸附管在高温模式和低温模式之间的切换；

进一步优选地，

当所述气动驱动装置通入载气时，所述两个对称子第一金属块相对运动，使得所述两个对称子金属块与所述第一吸附管之间存在间隔，控制加热单元工作，处于高温模式；

当所述气动装置不通载气时，所述两个对称子金属块相向运动，使得所述两个对称子金属块贴合所述第一吸附管，控制加热单元停止工作，处于低温模式。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，

所述第一吸附剂从所述吸附管的采样进气口到出气口依次为弱吸附剂、中等吸附剂、强吸附剂；

所述弱吸附剂为用于吸附C7-C30气相有机物，优选为用于吸附C12-C30气相有机物的吸附剂；

所述中等吸附剂为用于吸附C5-C12气相有机物的吸附剂；

所述强吸附剂为用于吸附C2-C5气相有机物的吸附剂；

优选地，

所述弱吸附剂为具有多孔结构的疏水性高分子聚合物吸附剂，优选地，所述疏水性高分子聚合物吸附剂为炭黑和/或

进一步优选地，选自Tenax TA、Tenax GC、TenaxGR中的一种或两种以上，更优选为Tenax TA；

所述中等吸附剂为石墨吸附剂和/或中等强度的炭黑吸附剂，优选地，所述中等吸附剂选自Carbopack B、Carbopack F、Carbopack C、Carbopack Y、Carbograph 1TD中的一种或两种以上，进一步优选为Carbopack B；

所述强吸附剂为碳分子筛吸附剂，优选地，所述碳分子筛吸附剂选自Carboxen 1000、Carboxen 1016、Carboxen 1003、UniCarb和Carbosieve S III中的一种或两种以上，进一步优选为Carboxen 1000；

更优选地，

以1重量份的所述强吸附剂计，所述中等吸附剂为1-3重量份，所述弱吸附剂为3.5-8重量份。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述颗粒相有机物富集脱附部件用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附；

其包括用于流动颗粒相的管体、设置在管体中的滤膜和支撑所述滤膜的支撑结构、设置在管体外部的加热棒，以及设置在管体外部的温度传感器；

优选地加热棒可将滤膜加热至320-350℃。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述色谱柱部件包括挥发性有机物低热容微型色谱柱箱、半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱和颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱，挥发性有机物低热容微型色谱柱箱、半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱和颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱集成于同一控制系统内；

优选地，

所述低热容微型色谱柱箱包括箱体，设置在箱体内部的色谱柱；以及加热单元；

进一步优选地，

所述加热单元为缠绕于所述色谱柱外部的电阻丝；

更优选地，

所述挥发性有机物低热容微型色谱柱箱内设有第一色谱柱，所述半挥发性有机物低热容微型色谱柱箱内设有第二色谱柱，所述颗粒相有机物低热容微型色谱柱箱内设有第三色谱柱。

7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述二次聚焦阱部件包括第二金属块以及第二吸附管，第二吸附管设于所述第二金属块中心位置开设的可容纳所述第二吸附管的圆槽中；

所述吸附管内部填充Tenax吸附剂；

两片贴片式加热圈，分别设置于所述吸附管外部且填充吸附剂的位置两端，用以对二次聚焦阱部件进行加热；

第二制冷片，设置于第二金属块与第二吸附管相对的一侧开设的方形孔中，用以对二次聚焦阱部件进行降温。

8.如权利要求1～7任一项所述的检测装置在大气有机物的在线采样和/或浓缩方面中的应用。

9.一种能够同时检测大气中的挥发性有机物、半挥发性有机物和颗粒相有机物组分和含量的方法，其使用权利要求1～7任一项所述的检测装置，其中，包括：

老化步骤：对气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件其传输路线，以及颗粒相有机物富集脱附部件其传输路线进行载气清洗，以除去残留物质；

采样步骤：将待检测样品通入到所述检测装置中，使得大气中的挥发性有机物和半挥发性有机物富集于所述富集气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件中、颗粒相有机物截留于所述颗粒相有机物富集脱附部件中；

吹扫步骤：对气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件其传输路线，以及颗粒相有机物富集脱附部件其传输路线进行载气吹扫，以除去多余气体；

挥发性有机物测量/半挥发性有机物二次聚焦步骤：使气相挥发/半挥发性有机物富集脱附部件吸附的挥发性有机物和半挥发性有机物脱附，其中挥发性有机物进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对挥发性有机物进行分离和测量；半挥发性有机物进入到二次聚焦阱部件中被再次富集；

半挥发性有机物测量步骤：待挥发性有机物完成测量后，使吸附于二次聚焦阱部件的半挥发性有机物脱附，并进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对半挥发性有机物进行分离和测量；

颗粒相有机物二次聚焦步骤：待半挥发性有机物测量完成后，使吸附于颗粒相有机物富集脱附部件中的颗粒相有机物脱附并进入到二次聚焦阱部件；

颗粒相有机物测量步骤：使吸附于二次聚焦阱部件的颗粒相有机物脱附，并进入到低热容微型色谱柱箱系统以及后续的质谱中，对颗粒相有机物进行分离和测量。

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