CN207636546U - 一种低温浓缩仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于挥发性有机化合物样品气体浓缩领域，提供了一种低温浓缩仪，包括气相色谱质谱仪，还包括用于供样品气体进样的进样单元、用于分离样品气体杂质和浓缩样品气体中挥发性有机化合物的处理单元、用于检测管道气体流速和管道内压力的监控单元以及用于转移挥发性有机化合物的吹扫单元，该处理单元包括用于除去样品气体中水分的第一冷阱、用于除去样品气体中二氧化碳的第二冷阱和用于浓缩挥发性有机化合物的第三冷阱，该第一冷阱、第二冷阱和第三冷阱连通设置。本实用新型提供了一种低温浓缩仪，其可分离出样品气体中杂质，富集样品气体中的挥发性有机化合物组分，对样品气体进行浓缩处理，提高样品气体的检测分析速度，提升工作效率。

Description

一种低温浓缩仪

技术领域

本实用新型属于挥发性有机化合物样品气体浓缩领域，尤其涉及一种低温浓缩仪。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是大气的重要组成部分，通过研究不同污染期间VOCs的污染水平、污染特征和来源等，对城市空气质量和灰霾污染控制有着显著的意义，所以对大气中挥发性有机化合物进行实时监测尤为重要。目前，主要通过色谱分析来完成对大气中挥发性有机化合物的检测，大气中的挥发性有机化合物种类繁多，且浓度低，如果高、低浓度样品流经同样的路径时，低浓度的样品需要预浓缩10万次，才能达到预期的检测效果，从而造成时间上的浪费，为了提升工作效率，需对样品气体中的挥发性有机化合物进行富集浓缩处理。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种低温浓缩仪，其可分离出样品气体中杂质成分，并通过温度作用可选择的富集样品气体中挥发性有机化合物组分，对样品气体进行浓缩处理，提高检测分析速度，提升工作效率。

本实用新型的技术方案是：一种低温浓缩仪，包括气相色谱质谱仪，还包括通过管道连接的用于供样品气体进样的进样单元、用于分离样品气体杂质和浓缩样品气体中挥发性有机化合物的处理单元、用于检测管道气体流速和管道内压力的监控单元以及用于转移挥发性有机化合物的吹扫单元，所述进样单元与所述处理单元之间设置有第一多通件，所述处理单元与所述气相色谱质谱仪之间设置有多通阀，所述监控单元与所述处理单元之间设置有第二多通件，所述处理单元包括用于除去样品气体中水分的第一冷阱、用于除去样品气体中二氧化碳的第二冷阱和用于浓缩挥发性有机化合物的第三冷阱，所述第一冷阱、第二冷阱和第三冷阱连通设置。

具体地，所述进样单元包括进样口和进样阀，所述进样口设置有至少两个，所述进样阀的一端与所述进样口连通，所述进样阀的另一端连通于所述第一多通件。

具体地，所述第一冷阱内设置有用于供气体流通的第一金属管，所述第一金属管绕卷设置，所述第二冷阱设置有用于供气体流通的第二金属管，所述第二金属管绕卷设置，所述第三冷阱内设置有用于供气体流通的第三金属管，所述第三金属管弯曲设置有形变结构。

具体地，所述第一金属管内填充有硅胶粉粒或/和玻璃珠，所诉第二金属管内填充有不吸附水分但对挥发性有机化合物有吸附力的Tenax吸附剂。

具体地，所述第一冷阱内设置有第一加热件，所述第一金属管绕于所述加热件上，所述第二冷阱内设置有第二加热件，所述第二金属管绕于所述第二加热件上，所述第三冷阱内设置有用于供加热气体流通的加热管，所述加热管直径大于所述第三金属管的直径，且所述第三金属管内套于所述加热管。

具体地，所述多通阀包括第一多通阀和第二多通阀，所述第一多通阀设于所述第一多通件与第一冷阱之间，所述第二多通阀设于所述第一冷阱与第二冷阱之间，所述第一多通阀与第一多通件之间还设置有冷阱阀。

具体地，于所述第一多通阀和第二多通阀的外部设置有加热器。

具体地，所述监控单元包括压力传感器和质量流量计，所述压力传感器和质量流量计的进口并联连通于所述第二多通件，所述质量流量计的出口连接有真空泵。

具体地，所述吹扫单元包括用于吹扫管路的洗气源和用于对低温浓缩仪内部变化做检测补偿的标气气源。

具体地，所述洗气源与所述第一多通件之间设置有洗气阀和用于调节流量的流量阀，所述标气气源与所述第一多通件之间设置有用于控制内标标气开关的内标阀。

本实用新型所提供的一种低温浓缩仪，其可对样品气体进行有效的前期处理，利用蒸汽压对样品气体进行脱水处理，利用温度差分离出二氧化碳气体，避免杂质对样品气体检测结果的影响，提高样品气体检测结果的精确度，并对样品气体中的挥发性有机化合物进行浓缩，提高样品气体的检测分析速度，提升工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种低温浓缩仪的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种低温浓缩仪的右视图；

图3是本实用新型实施例提供的一种低温浓缩仪的左视图；

图4是本实用新型实施例提供的一种低温浓缩仪中第一冷阱的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种低温浓缩仪中第二冷阱的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种低温浓缩仪中第三冷阱的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1至图6所示，本实用新型实施例提供的一种低温浓缩仪，包括气相色谱质谱仪5，还包括通过管道连接的用于供样品气体进样的进样单元1、用于分离样品气体杂质和浓缩样品气体中挥发性有机化合物的处理单元2、用于检测管道气体流速和管道内压力的监控单元3以及用于转移挥发性有机化合物的吹扫单元4，所述进样单元1与所述处理单元2之间设置有第一多通件6，所述处理单元2与所述气相色谱质谱仪5之间设置有多通阀7，所述监控单元3与所述处理单元2之间设置有第二多通件8，所述处理单元2包括用于除去样品气体中水分的第一冷阱21、用于除去样品气体中二氧化碳的第二冷阱22和用于浓缩挥发性有机化合物的第三冷阱23，所述第一冷阱21、第二冷阱22和第三冷阱23连通设置。工作时，第一冷阱21在制冷剂的作用下，将样品气体中的水、二氧化碳和挥发性有机化合物冷凝捕捉并吸附在硅胶粉粒或/和玻璃珠上，利用水、二氧化碳和挥发性有机化合物三者具有不同蒸汽压对样品气体进行脱水，再将二氧化碳和挥发性有机化合物转移到第二冷阱22中，在制冷剂的作用下使二氧化碳和挥发性有机化合物被冷凝捕捉吸附在Tenax吸附剂，利用温度差使二氧化碳变气态，分离出二氧化碳，随后将挥发性有机化合物转移到第三冷阱23内，在制冷剂的作用下对挥发性有机化合物进行浓缩处理，浓缩完成后，对浓缩后的挥发性有机化合物瞬间升温加热，将挥发性有机化合物注入气相色谱质谱仪5，进行检测分析。该低温浓缩仪可对样品气体有效的进行前期处理，除去样品气体中的水和二氧化碳，避免杂质的存在影响检测结果，同时还可以对挥发性有机化合物进行浓缩处理，减少冷冻时对制冷剂的消耗和加热时的能源消耗，降低生产成本，提高气相色谱质谱仪5检测分析速度，提升工作效率。

具体地，所述第三冷阱23可进行深度冷冻。

具体地，所述进样单元1包括进样口11和进样阀12，所述进样口11设置有至少两个，所述进样阀12的一端与所述进样口11连通，各所述进样阀12的另一端并联连通于所述第一多通件6。

本实用新型实施例中，进样口11设置有四个，第一多通件6为圆八通，第二多通件8为圆五通。

具体地，所述第一冷阱21具有第一制冷腔211，第二冷阱22具有第二制冷腔212，第三冷阱23具有第三制冷腔213，第一制冷腔211、第二制冷腔212和第三制冷腔213均为密封制冷腔。

具体地，所述第一冷阱21具有用于供制冷剂注入的第一注入口212和供制冷剂排出的第一排出口213，第二冷阱22具有用于供制冷剂注入的第二注入口222和供制冷剂排出的第二排出口223，第三冷阱23具有用于供制冷剂注入的第三注入口232和供制冷剂排出的第三排出口233。

具体地，所述第一冷阱21内设置有用于探测温度的第一感温元件216，第二冷阱22内设置有用于探测温度的第二感温元件226和第三冷阱23内设置有用于探测温度的第三感温元件236，通过第一感温元件216来检测第一制冷腔211的温度，通过第二感温元件226来检测第二制冷腔212，通过第三感温元件236来检测第三制冷腔213的温度，然后经由控制软件根据采集到第一制冷腔211、第二制冷腔212和第三制冷腔213的温度，控制制冷剂流量的大小来维持第一制冷腔211、第二制冷腔212和第三制冷腔213内温度稳定，实际应用中，制冷剂可为液氮、液氦或液氧等。

具体地，所述第一冷阱21内设置有用于供样品气体流通的第一金属管215，所述第一金属管215卷绕设置，所述第二冷阱22设置有用于供样品气体流通的第二金属管225，所述第二金属管225卷绕设置，所述第三冷阱23内设置有用于供样品气体流通的第三金属管235，所述第三金属管235弯曲设置有形变结构。

实际应用中，为了保证样品气体的前期处理工作有效进行，第一金属管215、第二金属管225和第三金属管235需要拥有足够的长度，而为减少第一金属管215、第二金属管225和第三金属管235的空间，减小第一制冷腔211、第二制冷腔212和第三制冷腔213的体积，将第一金属管215和第二金属管225作卷绕设计，第三金属管235作弯曲设计，可减少第一制冷腔211、第二制冷腔212和第三制冷腔213在冷冻时对制冷剂的消耗，还可减少第一制冷腔211、第二制冷腔212和第三制冷腔213在加热时的能源消耗。

本实用新型实施例中，如图4和5所示，第一金属管215和第二金属管225呈“螺旋状”设置，如图6所示，第三金属管235的形变结构呈“U型状”设置。

具体地，所述第一金属管215和第二金属管225为硅烷化金属管，第一金属管215和第二金属管225的管径为1/8英寸，所述第三金属管235为毛细管柱。

具体地，所述第一金属管215内填充有硅胶粉粒或/和玻璃珠，所诉第二金属管225内填充有不吸附水分但对挥发性有机化合物有吸附力的Tenax吸附剂，可以根据检测样品气体中不同浓度的挥发性有机化合物来确定Tenax吸附剂的用量，硅胶粉粒、玻璃珠和Tenax吸附剂均为常见试剂，可易于采购。

具体地，所述第一冷阱21内设置有第一加热件214，所述第一金属管215绕于所述第一加热件214上，所述第二冷阱22内设置有第二加热件224，所述第二金属管225绕于所述第二加热件224上，所述第三冷阱23内设置有用于供加热气体流通的加热管234，所述加热管234直径大于所述第三金属管235的直径，且所述第三金属管235内套于所述加热管234。将第一金属管215卷绕于第一加热件214上，将第二金属管225卷绕于第二加热件224上，第三金属管235设于加热管234内，保证加热过程第一金属管215、第二金属管225和第三金属管235受热均匀。

本实用新型实施例中，如图4至6所示，第一金属管215和第一加热件214之间设置有第一石棉保温层218，第二金属管225和第二加热件224之间设置有第二石棉保温层228，使第一金属管215和第一金属管225在加热过程受热均匀，第三冷阱23内设置有由保温板237和保温盖238组合成的保温腔，确保第三冷阱23深度冷冻时能够保持第三制冷腔213内温度平衡。

本实用新型实施例中，所述加热管234为四氟乙烯管，管径为1/8英寸，该加热管234通入有加热的解析气可对第三金属管235进行加热。

具体地，所述第一加热件214可为发热板、发热管或发热线圈等，第二加热件224可为发热板、发热管或发热圈等。

本实用新型实施例中，第一加热件214和第二加热件224为发热线圈，且该发热线圈呈“螺旋状”设置，使其在一定的空间内拥有足够的功率。

具体地，所述第一冷阱21还可设置有用于断开保护的第一温控器217，第二冷阱22还可设置有用于断开保护的第二温控器227，当第一制冷腔211、第二制冷腔212内温度过高时停止加热，可防止硅胶粉粒、玻璃珠和Tenax吸附剂因温度过高从而导致失效。

具体地，所述多通阀7包括第一多通阀71和第二多通阀72，所述第一多通阀71设于所述第一多通件6与第一冷阱21之间，所述第二多通阀72设于所述第一冷阱21与第二冷阱22之间，使该低温浓缩仪可形成多个通路，所述第一多通阀71与第一多通件6之间还可设置有冷阱阀9。

本实用新型实施例中，如图1所示，第一多通阀71和第二多通阀72均为六通阀。

具体地，于所述第一多通阀71和第二多通阀72的外部可设置有加热器(图中未标注)，通过对第一多通阀71和第二多通阀72进行加热，可减少对样品气体的吸附，利于清除样品气体残留。

具体地，所述监控单元3包括压力传感器31和质量流量计32，所述压力传感器31和质量流量计32的进口并联连通于所述第二多通件8，所述质量流量计32的出口连接有真空泵33，压力传感器31用于实时读取低温浓缩仪内的压力变化，质量流量计32用于对样品进样和样品转移时的计量，便于了解低温浓缩仪的工作状态。真空泵33可用于该低温浓缩仪的试漏、抽真空、样品进样、样品转移和吹扫管路等工作。

具体地，所述吹扫单元4包括用于吹扫管路的洗气源411和用于对低温浓缩仪内部变化做检测补偿的标气气源421。

具体地，所述洗气源411的气体可为氮气、氦气或者零级空气等。

具体地，如图1所示，所述第二多通件8还可连接有用于排放气体的放空口10，该放空口与所述第二多通件8之间可设置有放空阀101。

本实用新型实施例中，如图1所示，第一多通阀71与第二多通件8之间可设置有用于调节气体流量的MFC阀11。

具体地，所述洗气源411与所述第一多通件6之间设置有洗气阀412和用于调节流量的流量阀413，所述标气气源421与所述第一多通件6之间设置有用于控制内标标气开关的内标阀422。

本实用新型还提供了一种低温浓缩仪的控制方法，用于控制上述低温浓缩仪，包括以下步骤：

S1:选择好进样口11，开始冷冻第一冷阱21，当第一冷阱21的温度冷冻到设定点并稳定一段时间后，调节第一多通阀71和第二多通阀72，打开内标阀422，内标标气按设定的流速和时间吹入管路，第一冷阱21的冷冻温度的范围在-250℃至-100℃内，优选值为-150℃，可以理解地，第一冷阱21的冷冻温度也可以为其他合适的值。

该步骤中，内标标气设定的流速为100毫升/分，内标标气设定的吹扫时间为10s,如果内标标气的实际流速低于设定流速的20％，且没有达到目标量，则在控制软件的监控下，低温浓缩仪停止运行。

S2：内标吹扫完成后，调节第一多通阀71，载入内标标气，内标标气按设定的流速进入第一冷阱21直至到达目标量后停止，加入内标的作用是对低温浓缩系统变化作补偿检测，可以明显的降低误差，从而无需修正数据。

S3:调节第一多通阀71和第二多通阀72，样品气体按设定的流速和时间吹扫吹扫管路，排除其他因素的影响，保证样品气体的检测结果的精准度。

该步骤中，样品气体设定的流速为100毫升/分，样品气体设定的吹扫时间为10s,如果样品气体的实际流速低于设定流速的20％，且没有达到目标量，则在控制软件的监控下，低温浓缩仪停止运行。

S4：样品吹扫管路完成后，调节第一多通阀71，样品气体按设定的流速载入第一冷阱21，直至载入的样品气体达到预定的目标量后停止，样品气体在第一冷阱21内被冷凝捕捉。

S5：调节第一多通阀71，洗气源411的气体按设定的流速和时间吹扫管路，除去管路中残余的样品，随后，再次调节第一多通阀71，洗气源411的气体按设定的流速和时间吹扫第一冷阱21，排空第一冷阱21中残余的空气、水和二氧化碳，并同时冷冻所述第二冷阱22；

S6：吹扫结束后，待第二冷阱22冷冻到指定范围并保持稳定后，加热第一冷阱21，第二冷阱22的冷冻温度的范围可在-25℃至-3℃内，优选值为-10℃，可以理解地，第二冷阱22的冷冻温度也可以为其他合适的值。

S7:第一冷阱21的加热温度范围可在15℃至40℃内，优选值为30℃，可以理解地，第一冷阱21的加热温度也可以为其他合适的值，第一冷阱21加热完成后，调节第一多通阀71和第二多通阀72，洗气源411的气体按设定的流速和时间吹扫，将挥发性有机化合物从第一冷阱21转移到第二冷阱22，且在挥发性有机化合物转移结束前的两分钟，对第三冷阱23进行冷冻，并保持冷冻状态稳定，若挥发性有机化合物转移时间小于两分钟，则停止对第三冷阱23进行冷冻。

该步骤中，所述第三冷阱23为冷聚焦，其冷冻温度的范围可在-220℃至-60℃内，优选值为-165℃，可以理解地，第三冷阱23的冷冻温度也可以为其他合适的值。

S8:对第二冷阱22加热至设定温度，第二冷阱22的加热温度范围可在-25℃至-3℃内，优选值为-10℃，可以理解地，第二冷阱22的加热温度也可以为其他合适的值，调节第一多通阀71和第二多通阀72，洗气源411的气体按设定的流速和时间吹扫第二冷阱22，将第二冷阱22内样品气体中的二氧化碳分离，二氧化碳分离后第二冷阱22继续加热，将挥发性有机化合物从第二冷阱22转移到第三冷阱23内，对第一冷阱21按设定的温度和时间进行烘烤，同时洗气源411的气体吹扫第一冷阱21，对第一冷阱21进行清洗。

S9:第二冷阱22内挥发性有机化合物转移完成后，调节第一多通阀71和第二多通阀72，启动气相色谱质谱仪5，第三冷阱23在指定的时间内瞬间加热，同时洗气源411的气体吹扫第三冷阱23，将挥发性有机化合物按设定的时间注入气相色谱质谱仪5。

S10:当挥发性有机化合物注入完后，进样结束，调节第一多通阀71和第二多通阀72，按设定的温度和时间烘烤第二冷阱22，同时洗气源411的气体吹扫第二冷阱22，对第二冷阱22进行清洗。

S11:气相色谱质谱仪5延迟启动，调节第一多通阀71和第二多通阀72，洗气源411的气体吹扫该低温浓缩仪内管路，对管路进行清洗，使低温浓缩仪的管路内温度及气体流动路径的状态与未工作时的状态一致。

S12:当气相色谱质谱仪5延迟启动后停止运行，系统将自动运行序列中的下一个样品进样，重复上述步骤，直至最后一个样品运行结束。

本实用新型实施例所提供的一种低温浓缩仪，其可对样品气体有效的进行前期处理，利用蒸汽压除去样品气体中的水，利用温度差除去样品气体中的二氧化碳，避免杂质的存在影响检测结果，同时还可以对挥发性有机化合物进行浓缩处理，加快气相色谱质谱仪检测分析速度，提高工作效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温浓缩仪，包括气相色谱质谱仪，其特征在于，还包括通过管道连接的用于供样品气体进样的进样单元、用于分离样品气体杂质和浓缩样品气体中挥发性有机化合物的处理单元、用于检测管道气体流速和管道内压力的监控单元以及用于转移挥发性有机化合物的吹扫单元，所述进样单元与所述处理单元之间设置有第一多通件，所述处理单元与所述气相色谱质谱仪之间设置有多通阀，所述监控单元与所述处理单元之间设置有第二多通件，所述处理单元包括用于除去样品气体中水分的第一冷阱、用于除去样品气体中二氧化碳的第二冷阱和用于浓缩挥发性有机化合物的第三冷阱，所述第一冷阱、所述第二冷阱和所述第三冷阱连通设置。

2.如权利要求1所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，所述进样单元包括进样口和进样阀，所述进样口设置有至少两个，所述进样阀的一端与所述进样口连通，所述进样阀的另一端连通于所述第一多通件。

3.如权利要求1所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，所述第一冷阱内设置有用于供气体流通的第一金属管，所述第一金属管卷绕设置，所述第二冷阱设置有用于供气体流通的第二金属管，所述第二金属管卷绕设置，所述第三冷阱内设置有用于供气体流通的第三金属管，所述第三金属管弯曲设置有形变结构。

4.如权利要求3所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，所述第一金属管内填充有硅胶粉粒或/和玻璃珠，所诉第二金属管内填充有不吸附水分但对挥发性有机化合物有吸附力的Tenax吸附剂。

5.如权利要求3所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，所述第一冷阱内设置有第一加热件，所述第一金属管绕于所述加热件上，所述第二冷阱内设置有第二加热件，所述第二金属管绕于所述第二加热件上，所述第三冷阱内设置有用于供加热气体流通的加热管，所述加热管直径大于所述第三金属管的直径，且所述第三金属管内套于所述加热管。

6.如权利要求1所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，所述多通阀包括第一多通阀和第二多通阀，所述第一多通阀设于所述第一多通件与所述第一冷阱之间，所述第二多通阀设于所述第一冷阱与所述第二冷阱之间，所述第一多通阀与所述第一多通件之间还设置有冷阱阀。

7.如权利要求6所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，于所述第一多通阀和所述第二多通阀的外部设置有加热器。

8.如权利要求1所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，所述监控单元包括压力传感器和质量流量计，所述压力传感器和所述质量流量计的进口并联连通于所述第二多通件，所述质量流量计的出口连接有真空泵。

9.如权利要求1所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，所述吹扫单元包括用于吹扫管路的洗气源和用于对低温浓缩仪内部变化做检测补偿的标气气源。

10.如权利要求9所述的一种低温浓缩仪，其特征在于，所述洗气源与所述第一多通件之间设置有洗气阀和用于调节流量的流量阀，所述标气气源与所述第一多通件之间设置有用于控制内标标气开关的内标阀。