CN116829941A - 用于减少水分以取样和测试气体混合物的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种用于分析气体混合物的系统。该系统包括外壳入口。水分捕集器组件联接到外壳入口。水分捕集器组件从外壳入口处的样品中除去多余的水分。测试部分联接到水分捕集器组件，用于从样品中检测一种或多种化合物。
Description
背景技术
对气体和空气中的分析物进行挥发性有机化合物(VOCs)的采样和测试对于商业、政府以及消费者来说是非常重要的。VOC测试仪器可用于广泛的应用中，如出于疾病诊断和筛选目的的人体呼吸测试，出于空气污染检测目的的高温和高湿环境中的VOCs的空气和/或气体测试，出于食品和药品安全目的的固体和/或液体(如果汁、牛奶、药品)测试。
VOC测试仪器因其在高湿度气体或空气中对分析物进行测试的能力而受到损害。虽然许多系统可以有效地除去湿度，例如通过使待测样品通过活性炭颗粒，但是这些系统也除去目标分析物，例如VOCs。这损害了这些仪器的性能，并且可能同时达不到测试的目的。
用于除去湿度的其它方法使用具有低湿度或无湿度的高纯度载气来净化VOC测试仪器。然而，这样的方法是昂贵的，并且对于在非实验室应用或家庭中的操作是不实用的。如果不使用纯的和无湿度的载气，当前的VOC测试方法就不能对高湿度测试样品进行超灵敏分析。
理想的是VOC测试设备检测每兆份(ppt)的VOCs水平，而不需要纯的和无湿度携带的气体。从采样的气体和/或空气中除去湿度不应除去极低水平的VOCs，这将达不到测试的目的。
发明内容
根据本公开中所述主题的一个方面，提供了一种用于分析气体混合物的系统。该系统包括外壳入口。水分捕集器组件联接到外壳入口。所述水分捕集器组件从所述外壳入口处的样品中除去过量的水分。测试部联接到水分捕集器组件，测试部包括多个阀以及多个传感器，多个传感器联接到阀中的至少一个。传感器从样品中检测无机化学物质和有机化学物质。
根据本公开中所述主题的另一方面，提供了一种用于分析气体混合物的系统。该系统包括外壳入口。水分捕集器组件联接到外壳入口。所述水分捕集器组件从外壳入口处的样品中除去过量的水分。测试部联接到水分捕集器组件，用于从样品中检测一种或多种化合物。
根据本公开中所述主题的另一方面，提供了一种用于分析气体混合物的方法。该方法包括提供外壳入口。此外，该方法包括将水分捕集器组件联接到外壳入口。水分捕集器组件使用水分捕集管从外壳入口处的样品中除去过量的水分。而且，该方法包括使用联接到水分捕集器组件的测试部从样品中检测一种或多种化合物。
本发明的其它特征和优点在本公开的详细说明中描述，并且将从本公开的详细说明中显而易见。
附图说明
本公开在附图的图形中以示例的方式而非限制的方式示出，在附图中，其中相同的标号用于表示相似的元件。需要强调的是，为了讨论的清晰，各种特征可不按比例绘制，并且各种特征的尺寸可以任意增加或减小。
图1是根据一些实施例的测试系统的俯视图的示意图。
图2是根据一些实施例的烘箱组件的示例性实施例的分解图的示意图。
图3是根据一些实施例的GC捕集器组件的示例性实施例的分解图的示意图。
图4是根据一些实施例的水分捕集器组件的示例性实施例的分解图的示意图。
图5是根据一些实施例的气相色谱(GC)捕集管组件的示例性实施例的示意图。
图6是根据一些实施例的水分捕集管的示例性实施例的示意图。
图7是根据一些实施例的组合过滤器组件的示例性实施例的示意图。
图8是根据一些实施例的与独立系统结合使用的水分捕集器组件的示例性实施例的示意图。
图9是根据一些实施例的用于VOC测试系统的外壳的示例性实施例的示意图。
图10是根据一些实施例的测试装置的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
本文提供的附图和描述可以被简化，以对与清楚理解本文描述的设备、系统和方法有关的方面进行说明，同时，为了清楚起见，消除了在典型的类似设备、系统和方法中可以发现的其它方面。本领域普通技术人员可以认识到，为实现本文所述的设备、系统和方法，其它元件和/或操作可能是期望的和/或需要的。但是，由于这些元件和操作在本领域中是众所周知的，并且由于它们并不有助于更好地理解本公开，因此本文可能不提供对这些元件和操作的讨论。然而，应当认为，本公开固有地包括所述方面的所有这些元件、变化和修改，这些方面对本领域普通技术人员是已知。
本文使用的术语仅是为了描述特定的示例性实施例，而不是为了进行限制。例如，本文使用的单数形式“一个”和“该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚地另有所指。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包罗广泛的，因此规定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必然需要以所讨论或示出的特定顺序执行，除非明确标识为执行顺序。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤。
虽然本文可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件，区域、层和/或部，但是这些元件、部件、区域、层和/或部不应当受到这些术语的限制。这些术语可仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部与另一个元件、部件、区域、层或区段。也就是说，术语如“第一”、“第二”和其它数字术语，当在此使用时，除非由上下文清楚地指出，否则不暗示顺序或次序。
本文描述了一种VOC测试系统，其使用水分捕集器组件与多个其它系统结合以形成VOC测试系统。VOC测试系统可以实现在高水分情况下的超灵敏VOC测试，同时获得高分析物灵敏度和选择性。作为非限制性示例，这样的系统可以在高湿度情况下识别和分离低浓度的宽范围VOCs。
在一些实施例中，系统可以使用具有非VOC测试系统的水分捕集器组件。在这种情况下，水分捕集器组件可以与任何需要除去水分同时保持目标分析物完整的系统一起使用，无论是否与VOC有关。作为非限制性示例，水分捕集器组件可以与另一种能够检测颗粒物、液滴和其它分析物，例如SO2、NH4或类似物的系统结合使用。
图1示出了根据一些实施例的VOC分析物测试系统100的俯视图。测试系统100可以包括连接到三通102的外壳入口。三通102可以连接到水分捕集器组件104和组合过滤器组件106。水分捕集器组件104可以包括水分捕集管。组合过滤器组件106可以包括碳过滤器和水过滤器。组合过滤器组件106可以连接到专用管道108。水分捕集器组件104可以连接到三通110，三通110包含采样管112以将空气和/或气体抽吸到GC捕集器组件114。同样地，三通110可以连接到控制阀116和连接到控制阀118。
控制阀116也可以连接到烘箱和GC捕集器组件114。GC捕集器组件114可以连接到预捕集器120。预捕集器120可以连接到控制阀122。控制阀122可以连接到专用管道124和三通126。GC光电离检测器(PID)传感器128可以连接到三通130和烘箱132。同样地，GCPID传感器128可用于GCVOC测试。三通130可以连接到GC泵134。控制阀136可连接到三通138，并连接到总挥发性有机化合物(TVOC)PID传感器140。TVOCPID传感器140可用于TVOC测试。TVOCPID传感器140可以连接到TVOC专用管道142。TVOC专用管道142可以连接到三通144。三通138可以连接到TVOC泵146。GC泵134和TVOC泵146可以连接到外壳出口148。
在该实施例中，外壳出口148可包括可连接到消声器152的三通150。消声器152可以连接到出口148。出口148可用于从测试系统100排出气体、空气和/或废气。
在一些实施例中，在部件之间的测试系统100中使用的互连的数量和/或部件的安置可以改变以满足外壳的特定尺寸要求。在一些实施例中，测试系统100中使用的三通的数量可以与图1中的不同和/或与图1中的布置不同。
在一些实施例中，GCPID传感器128可以是执行GCVOC测试的微机电系统(MEMS)传感器或质谱仪。
在一些实施例中，TVOCPID传感器140可以是执行TVOC测试的MEMS传感器。
在一些实施例中，测试系统100可以包括至少一个用于测试的水分传感器、温度传感器或暗物质计数传感器。
在一些实施例中，GCPID传感器128或TVOCPID传感器146可用于从样品中检测无机化学物质和有机化学物质。
图2示出了根据一些实施例的烘箱组件200的示例性实施例的分解图。烘箱组件200可包括用于冷却烘箱组件200的冷却风扇202。散热器206可位于冷却风扇202的下方以从烘箱组件200移除热量。
若干冷却装置204可以用来为烘箱组件200和散热器206提供额外的冷却。而且，冷却装置208可以位于隔离垫片210中间。隔离垫片210可以使用螺钉保持在烘箱组件200上。环形管可以放置在烘箱壳体212的内部。热隔离材料可用于将烘箱壳体212与环境空气隔离，从而保持施加到烘箱壳体212上的热量或冷却。烘箱组件200可包括具有螺钉以将整个烘箱组件200保持在一起的外壳214。
在一些实施例中，烘箱组件200可以包含加热元件和冷却装置，使得其可以将温度控制在-10℃至220℃。而且，烘箱组件可以包含窄缝以保持管道互连。
图3示出了根据一些实施例的GC捕集器组件300的示例性实施例的分解图。GC捕集器组件300可以包括用于冷却GC捕集器组件300的冷却风扇302。散热器306可以位于冷却风扇302的下方，以从GC捕集器组件300移除热量。垫片308可以位于散热器306的下方。若干冷却装置304可以位于冷却风扇302的任一侧，以帮助散热。螺钉310可以将垫片308保持在GC捕集器组件300上。热隔离件可包括在垫片308中。
GC捕集管312可以位于GC捕集组件300中。GC捕集器组件可包括加热元件314。GC捕集器壳体316可以位于热隔离材料中，该热隔离材料用于将GC捕集器壳体316与环境空气隔离，从而保持施加到GC捕集器壳体316的热量或冷却。
在一些实施例中，GC捕集器组件300可利用加热元件冷却装置将GC捕集器的温度控制在-10℃至220℃。GC捕集器组件300可以包括GC捕集管。
在一些实施例中，外壳318可将GC捕集器组件300封装在热隔离件内，以帮助控制GC捕集器组件300的温度。该热隔离件可包围GC捕集器组件300。
图4示出了根据一些实施例的水分捕集器组件400的示例性实施例的分解图。水分捕集器组件400可以包括用于冷却水分捕集器组件400的冷却风扇402。散热器406可以位于冷却风扇402下方以从水分捕集器组件400移除热量。垫片408可位于散热器406下方。可安置若干冷却装置404以帮助散热。螺钉412可以将垫片408保持在水分捕集器壳体416。水分捕集器壳体416可包括加热元件414。而且，水分捕集器壳体416可以安置在热隔离材料中，该热隔离材料用于将水分捕集器壳体416与环境空气隔离，从而保持施加到水分捕集器组件400上的热量或冷却。水分捕集器壳体416和夹具组件410可以安置在外壳418中。外壳418可包括螺钉以将整个水分捕集器组件400保持在一起。
在一些实施例中，外壳418可将水分捕集器组件400封装在热隔离件内，以帮助控制水分捕集器组件400的温度。该热隔离件可包围水分捕集器组件400。
在一些实施例中，水分捕集器组件400可利用加热元件和冷却装置将水分捕集器组件400的温度控制在-10℃至150℃。水分捕集器组件400可以包括水分捕集管，这将在下文中进一步描述。
在一些实施例中，对已经通过水分捕集器组件的空气和/或气体的采样可能需要以确保某些类型的水分不会被抽吸到GC捕集器组件(包括但不限于例如如上所述的GC捕集器组件300的示例)的方式来进行。可以使用在水分捕集器之后从管道中心抽吸气体的采样管。采样管可以由惰性材料制成，以便不影响采样的空气和/或气体，并且允许对采样管内的水分进行处理。采样管的效率将取决于长度、位置、内径以及本领域技术人员已知的其它因素。
在一些实施例中，可以用可能需要加热控制器的加热器来实现加热。加热控制可以能够将水分捕集器温度提高到合适的水平，以允许热量和气流分散水分。水分捕集器组件400可包括加热器元件，该加热器元件可由连续可变电压控制。
在一些实施例中，水分捕集器组件400的温度可以通过加热和冷却来控制。该温度可以被精确地测量和控制(通过加热和冷却)。
在一些实施例中，水分捕集器组件400可以具有其自己的电源，其可以独立于诸如测试系统100的系统操作。
在一些实施例中，水分捕集器组件400可以是具有多个泵和/或阀、入口和出口的独立系统。而且，水分捕集器组件400可以包括多个连接器，例如三通或类似物。
图5示出了根据一些实施例的GC捕集管组件500的示例性实施例。GC捕集管组件500可以包括管502，例如不锈钢管等，其被设计为浓缩和/或捕集然后释放分析物，例如VOCs。GC捕集管组件500可以包括保持在管502中的具有不同特性的不同类型的吸收剂和/或吸收剂材料504和506。这些不同的吸收剂和/或吸收剂材料504和506可以被混合，或者在一些情况下被特制的隔离材料508隔离在管502中的不同隔室中。在管502的两端，容纳装置510和512可用于封装吸收剂和/或吸收剂材料504和506。
在一些实施例中，依据应用，GC捕集管组件500可具有1mm至80mm的外径514。依据所用的吸收材料，内径516可从0.5mm到78mm变化。
图6示出了根据一些实施例的水分捕集管600的示例性实施例。水分捕集管600可以包括管602，管602用于执行水分和/或水分子的除去而不影响通过其中的气体和/或分析物，如VOCs。水分捕集管602可以包含有助于除去水分的材料，或者水分捕集管600内没有材料。管容纳件604和606可以连接在水分捕集器组件600的两端。水分捕集器组件400可与水分捕集管600一起工作以从样品中除去水分。
在一些实施例中，依据所用的水分除去材料和/或方法，水分捕集管600可以具有1mm至100mm的外径608和0.5mm至98mm的内径610。
图7示出了根据一些实施例的组合过滤器组件700的示例性实施例。组合过滤器组件700可以包括第一管段702和第二管部704，第一管段702用于从通过其抽吸的气体和/或空气中过滤出非期望的气体，第二管段704用于过滤出湿气和/或水。组合过滤器组件700在第一管段702和第二管段704中至少集成水和碳捕集材料，包括但不限于本领域技术人员已知的活性碳。组合过滤器组件700内的材料可以通过使用多孔装置来保持，该多孔装置允许空气流动而不损失所包含的材料。在组合过滤器700中使用的材料可以是惰性的，以便不影响对通过组合过滤器组件抽吸的气流的测试。
管容纳件706和710可用在组合过滤器组件700的端部。而且，管容纳件708可用于连接第一管段702和第二管段704。
在一些实施例中，第一管段702和第二管段704可以包括不锈钢。
依据水分除去材料和/或方法，组合过滤管700可以具有1mm至100mm的外径712，同时具有0.5mm至98mm的内径714。
图8示出了根据一些实施例的与独立测试系统结合使用的水分捕集器组件800的示例性实施例。水分捕集器组件802可与独立系统812一起操作，独立系统812需要除去水分，同时保留目标分析物，包括但不限于VOCs。在这种情况下，独立系统812可以是非VOC测试系统，其需要除去水分。水分捕集器组件802可以通过入口804接收目标分析物。入口804可以联接到具有多个泵、控制阀和/或连接器的第一控制装置806。水分捕集器组件800的输出可以通过出口808连接到独立系统。出口808可以联接到具有多个泵、控制阀和/或连接器的第二控制装置810。
水分捕集器组件800可以连接到用于向水分捕集器组件800供电的电源元件814、816。电源元件814可以是电供应源/电源。电源元件816可以是连接到电源元件814的控制系统，以控制电源元件814供给给水分捕集器组件800的电力。
在一些实施方案中，独立系统812可用于从样品中检测无机化学物质和有机化学物质。
图9示出了根据一些实施例的用于VOC测试系统的外壳900的示例性实施例。外壳900可以是防水的、防尘的、防盗的、抗冲击的和高弹性的。外壳900可以保护VOC测试系统，同时实现水分捕集器的功能。在一些实施例中，VOC测试可以包括测试系统100。
图10示出了根据一些实施例的测试装置1000的示例性实施例。测试装置1000可以包括集成到测试系统1002中的风力计单元1004和通信天线。在一些实施例中，VOC测试可以包括测试系统100。
在一些实施例中，测试装置1000可以包括对数据存储器(例如SD卡)的密钥访问、外部显示器(例如LCD/LED)、防水和防尘结构、低气流阻力的进气和排气结构，以及防盗、抗干扰、抗震和抗冲击结构。
在一些实施例中，测试系统1002可以包括物联网(loT)连接的VOC测试系统，其也使用外部天线和风力计1004。
本公开描述了一种与超灵敏VOC测试系统或非VOC测试系统结合使用的水分捕集器组件。本公开描述了一种内部结构，其允许水分捕集器组件被安装和集成为超灵敏VOC测试系统的一部分。该系统可以在高湿度环境中识别和分离低浓度的宽范围VOCs。
此外，本公开描述了一种装置，该装置允许水分捕集器组件作为与非VOC测试系统一起工作的独立系统来操作。该系统可用于检测颗粒物、液滴和其它分析物，如SO2、NH4等类似物。
在说明书中参考“一个示例”或“一示例”意味着结合该实施所描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个示例中。说明书中的短语“在一个示例中”、“在一些示例中”，“在一个例子中”、“一些例子中”、“在一种情况下”、“一些情况下”、“在一个实施例中”或“在一些实施例中”在不同地方的出现不一定都是指同一示例或实施例。
最后，出于说明和描述的目的，已经给出了本公开的实施方式的上述描述。它不是穷举性的，也不是将本公开限制于所公开的精确形式。根据上述教导，许多修改和变化是可能的。本公开的范围不限于本详细描述，而是由本申请的权利要求限定。正如本领域的普通技术人员所理解的，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其它特定形式实施。因此，本公开旨在说明而不是限制本公开的范围，本公开的范围在所附权利要求书中阐述。
Claims (20)
1.一种用于分析气体混合物的系统，其包括：
外壳入口；
水分捕集器组件，所述水分捕集器组件联接到所述外壳入口，其中，所述水分捕集器组件从所述外壳入口处的样品中除去过量的水分；以及
测试部，所述测试部联接到所述水分捕集器组件，所述测试部包括：
多个阀；以及
多个传感器，所述多个传感器联接到所述阀中的至少一个，其中所述传感器从所述样品中检测无机化学物质和有机化学物质。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述测试部包括烘箱，所述烘箱联接到所述阀中的一个和所述多个传感器中的第一传感器。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一传感器执行用于有机和无机测试的气相色谱(GC)VOC测试。
4.如权利要求2所述的VOC测试系统，其中，所述第一传感器是光电离检测器(PID)传感器、微机电系统(MEMS)传感器或质谱仪。
5.如权利要求3所述的VOC测试系统，其中，所述传感器包括至少一个执行总挥发性有机化合物(TVOC)测试的光电离检测器(PID)传感器或微机电系统(MEMS)传感器。
6.如权利要求3所述的系统，还包括联接到所述测试部的过滤器装置。
7.一种用于分析气体混合物的系统，其包括：
外壳入口；
水分捕集器组件，所述水分捕集器组件联接到所述外壳入口，其中所述水分捕集器组件从所述外壳入口处的样品中除去过量的水分；以及
测试部，所述测试部联接到所述水分捕集器组件，用于从所述样品中检测一种或多种化合物。
8.如权利要求8所述的系统，其中，所述测试部是非VOC测试系统。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述测试部是挥发性有机化合物(VOC)测试系统。
10.如权利要求9所述的系统，还包括烘箱，所述烘箱联接到所述阀中的一个和所述多个传感器中的第一传感器。
11.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一传感器执行气相色谱(GC)VOC测试。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述第一传感器是光电离检测器(PID)传感器、微机电系统(MEMS)传感器或质谱仪。
13.如权利要求9所述的系统，其中，所述传感器包括至少一个执行TVOC测试的总挥发性有机化合物(TVOC)传感器。
14.一种用于分析气体混合物的方法，其包括：
提供外壳入口；
将水分捕集器组件联接到所述外壳入口，其中所述水分捕集器组件使用水分捕集管从所述外壳入口处的样品中除去过量的水分；以及
使用联接到所述水分捕集器组件的测试部从所述样品中检测一种或多种化合物。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述测试部是非VOC测试系统。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述测试部是挥发性有机化合物(VOC)测试系统。
17.如权利要求16所述的系统，还包括烘箱，所述烘箱联接到所述阀中的一个和所述多个传感器中的第一传感器。
18.如权利要求16所述的系统，其中，所述第一传感器执行基于气相色谱(GC)的测试。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述第一传感器是光电离检测器(PID)传感器、微机电系统(MEMS)传感器或质谱仪。
20.如权利要求16所述的系统，其中，所述传感器包括至少一个总水分传感器、温度传感器、暗物质计数传感器或总挥发性有机化合物(TVOC)传感器。
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