CN209387601U - 一种用于苯系物的气体检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于苯系物的气体检测装置，包括箱体，箱体设置有气体进样单元，所述箱体的内部设置有气体分离单元、检测单元、数据采集及处理单元、控制单元以及载气单元；所述气体分离单元设置在一个独立的分离箱中。所述气体分离单元包括一个设置在所述分离箱内部的十通阀。本发明的气体检测装置采用的特定组合的色谱柱，配合本实用新型的具有特殊结构和连接关系的十通阀，特别适用于大气中苯系物的检测，其可以在不停机的情况下持续的检测和清洗，可以在较短时间内进行重复检测，避免了外界状态变化带来的系统误差，检测结果更可靠，精度也更高。

Description

一种用于苯系物的气体检测装置

技术领域

本申请声明要求2018年1月17日申请的申请号为2018100419954的中国在先专利申请的优先权。

本发明涉及环保领域的气体检测和分析技术，尤其是一种可用于检测气体成分的检测装置，特别是一种用于苯系物的气体检测装置。

背景技术

环保领域经常需要对各种气体进行检测分析，通常用到的是气相色谱仪。气相色谱仪是将混合样品进行分析检测的装置，通常包括气路系统、进样系统、分离系统、电路控制系统、检测系统、数据采集及处理系统等。但是现有的气相色谱仪一般都安装在实验室内，整体体积非常庞大，各个系统之间需要连接复杂的气流管道以及各种供电以及控制线缆等等，整个装置的连接可靠性非常不稳定，稍有变化就需要重新检查标定，基本上不存在可以方便携带的可能性。

CN 106841483 A公开了一种色谱进样分离装置，其通过一个八通阀和十通阀联用，以提高分析效率。但是采用的两套阀不过是一半的时间利用了一半的气路而已，两套气路相互并无关联。其结果是两套气路的差异很容易带来系统误差，例如两个定量管必然存在体积差异，因而存在无法避免的系统误差。且更多的气路管道需要大量的连接管道，管道越多，气路体积带来的误差越大，管道材料对气体内成分的吸附影响越大。另外，管道越多，接头越容易发生连接故障，标定和排查故障的时间大大增加，系统的可靠性因而会变差。而两套阀的使用带来了同步性的问题，系统的控制转换复杂，两套阀占用的体积也更大，很难用于便携式应急采样分析。

CN 104374860 A公开了一种便携式气体分析仪，其采用了单独一个十通阀配合两个色谱柱对气体进行分离后分析。然而该现有技术的便携式气体分析仪的整体框架的介绍十分简陋，仅仅说明包括箱体，箱体内设置自动取样进样机构、样气分离机构和色谱检测机构，自动取样进样机构包括十通阀、取样环，混合气体分离机构主要包括粗分色谱柱、细分色谱柱及辅助的管道和保温棉，混合气体检测机构主要包括燃料电池及辅助的管道。至于气体的输送、设备的标定、设备的控制等等均没有任何说明，本领域技术人员无法想象得到该现有技术的便携式气体分析仪的整体结构。另外，该现有技术采用两个色谱柱联用的方式进行气体的分离，通过串联的方式去除杂质的影响，使用时两个色谱柱保持持续性串联，一个状态采样加清洗管路，一个状态进样分析。但是该现有技术的双色谱柱是持续串联使用，只能根据两个柱子选择性的突出目标区段物种，从而忽略其余区段，但是该现有技术无法去除干扰物质，无法将微量气体中的不同成份的峰型拉开放大，目标区段的物种的峰型细分不够，分析结果的准确性还有待提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于苯系物的气体检测装置，以减少或避免前面所提到的问题。

具体来说，本发明提供了一种用于苯系物的气体检测装置，其可以有效降低系统误差，提高系统可靠性和检测精度，并可以更加实用以及便携。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于苯系物的气体检测装置，包括箱体，所述箱体设置有气体进样单元，所述箱体的内部设置有气体分离单元、检测单元、数据采集及处理单元、控制单元以及载气单元；其中，所述气体分离单元设置在一个独立的分离箱中，所述分离箱设置有连通其内部的三个进气管以及三个排气管；所述三个进气管分别为连通所述载气单元的第一进气管和第二进气管，以及连通所述气体进样单元的第三进气管；所述三个排气管分别为用于放空的第一排气管和第二排气管，以及连通所述检测单元的第三排气管，所述第二排气管中设置有采样泵；所述气体分离单元包括一个设置在所述分离箱内部的十通阀，所述十通阀具有依照邻接位置顺序编号的第一至第十连接口；其中，所述第一连接口与第八连接口通过设置有第一色谱柱的管道连通；所述第二连接口与所述第三排气管连通，所述第三排气管设置有位于所述第二连接口与所述检测单元之间的第二色谱柱；所述第三连接口与所述第二进气管连通；所述第四连接口与第七连接口通过设置有定量管的管道连通；所述第五连接口与所述第二排气管连通；所述第六连接口与所述第三进气管连通；所述第九连接口与所述第一排气管连通；所述第十连接口与所述第一进气管连通；所述第一色谱柱采用美国安捷伦公司的型号为125-1334 DB-624的色谱柱；所述第二色谱柱采用美国安捷伦公司的型号为19095N-126I HP-INNOWAX的色谱柱。

优选地，所述数据采集及处理单元通过电路连接所述检测单元，所述数据采集及处理单元具有显示检测结果的显示屏以及至少一个数据输出接口。

优选地，所述载气单元包括一个内置在所述箱体中的载气钢瓶，所述载气钢瓶分别通过所述第一进气管和第二进气管提供第一路载气和第二路载气。

优选地，所述十通阀具有一个第一状态，在所述第一状态下，所述第一连接口与所述第十连接口连通，所述第二连接口与所述第三连接口连通，所述第四连接口与所述第五连接口连通，所述第六连接口与所述第七连接口连通，所述第八连接口与所述第九连接口连通。

优选地，所述十通阀具有一个第二状态，在所述第二状态下，所述第一连接口与所述第二连接口连通，所述第三连接口与所述第四连接口连通，所述第五连接口与所述第六连接口连通，所述第七连接口与所述第八连接口连通，所述第九连接口与所述第十连接口连通。

优选地，所述十通阀具有一个第三状态，在所述第三状态下，所述第一连接口与所述第十连接口连通，所述第二连接口与所述第三连接口连通，所述第四连接口与所述第五连接口连通，所述第六连接口与所述第七连接口连通，所述第八连接口与所述第九连接口连通。

本发明的用于苯系物的气体检测装置提供了全部内置集成在箱体中的整体结构，各结构在箱体内稳定连接为一体，结构紧凑，便于携带和运输，适用于各种野外环境的应急气体分析检测。并且独立结构的气体分离单元可方便形成高度集成可方便互换的气体分析仪，减少了连接管道的数量以及控制阀门的数量，从而可以有效降低系统误差，提高了系统的可靠性以及检测精度。另外，本发明的气体分离单元通过第一色谱柱将后解析的杂峰气体截留反吹，有利于待检气体检测精度的提高，之后通过第二色谱柱拉开各成份的波峰间距，提高了不同成份尤其是微量成份的检出度，提高了检测精度。

另外，本发明的气体检测装置采用的特定组合的色谱柱，配合本发明的具有特殊结构和连接关系的十通阀，特别适用于大气中苯系物的检测，其可以在不停机的情况下持续的检测和清洗，可以在较短时间内进行重复检测，避免了外界状态变化带来的系统误差，检测结果更可靠，精度也更高。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的用于苯系物的气体检测装置的结构示意图；

图2显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于苯系物的气体检测装置的连接结构示意图；

图3显示的是根据本发明的又一个具体实施例的用于苯系物的气体检测装置的气体分离单元的第一和第三状态示意图；

图4显示的是图3所示气体分离单元的第二状态示意图；

图5显示的是本发明的气体检测装置的示例检测结果图；

图6a-6e分别显示的是不同苯系物的标准曲线图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术部分所述，由于现有的气体分析装置，例如气相色谱仪等，结构复杂、连接管道和供电以及控制线缆等非常多，导致现有的气体分析装置的稳定性很差，不便于携带。因此，本发明提供了一种用于苯系物的气体检测装置，通过简化结构，将必要的结构尽量集成在一起，尽量通过减少分离系统的部件数量来减少连接管道的数量以及控制阀门的数量，从而可以有效降低系统误差，在提高可靠性的同时提高气体分析仪的检测精度，以获得一种更加实用的用于苯系物的气体检测装置。

具体来说参见图1，其显示的是根据本发明的一个具体实施例的用于苯系物的气体检测装置的结构示意图，图中显示，本发明的用于苯系物的气体检测装置包括箱体100，箱体100设置有气体进样单元11，箱体100的内部设置有气体分离单元12、检测单元13、数据采集及处理单元14、控制单元15以及载气单元16和标定单元17；另外，根据采样气源的压力情况的需要，本发明的用于苯系物的气体检测装置还可以在箱体100中内置由控制单元15控制的采样泵18。箱体100的外侧还可以设置用于外接电源线的接线柱，或者将外接电源的接线柱更换成便于连接车载电源的USB供电接头(图中未示出)，也是一种可供选择的可行方案。当然，在特别紧凑便携的结构中，还可以在箱体100中内置电池作为应急检测时使用。

另外，在本发明的具体结构中，如图2所示，其显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于苯系物的气体检测装置的连接结构示意图，参见图1-2，箱体100内还设置有各种连接数据采集及处理单元14、控制单元15的电缆、电磁阀等结构，相应的还有连通气体进样单元11、气体分离单元12、检测单元13、载气单元16和标定单元17的气体管道等结构。

另外，本发明的用于苯系物的气体检测装置中还内置有独立结构的气体分离单元12，其设置在一个独立的分离箱120中，所述分离箱120设置有连通其内部的三个进气管121，122，123以及三个排气管124，125，126。即，设置在箱体100中的气体分离单元12设计成了独立的结构，在分离箱120的外侧只有六个连通内外的管道，分别是三个进气管121，122，123和三个排气管124，125，126，而分离箱120的内部集成了适合特定类别的气体分离的气相分离柱，例如针对芳香烃化合物的分离检测，可以采用诸如-502.2金属毛细柱和CP-Sil 43 CB类型的气相分离柱的组合形式；或者针对卤代化合物的分离检测，可以采用诸如-502.2金属毛细柱和AE.OV-1301类型的气相分离柱的组合形式。当然，根据被检出目标物种种类及数量的不同，可以通过更换不同组别的色谱柱的方式来实现同样原理的气体成份的分离检测。其中系列的金属毛细柱、CP-Sil 43 CB、AE.OV-1301为市售常用类型的气相分离柱的型号，其气体分析性能均可通过各种产品手册查询获得。另外分离箱120中还可以进一步设置恒温控制机构，避免室温波动干扰分析结果。

采用独立结构的气体分离单元12可以形成一种高度集成可方便互换的气体分析仪，也就是对于不同类型的气体分离检测，可以预制多种规格的气体分离箱120，当需要对某种类别的气体进行分析的时候，就可以在箱体100中装入相应类别的气体分离箱120，只需要与箱体100的内部管道连通气体分离箱120的六个管道即可对应的形成一种类别的气体分析仪。事实上，在图2所示具体实施例中，气体分离箱120的六个管道其实有两个排用空用的排气管124和126是直排出箱体100的外侧的，也就是这两个管道124和126是集成在气体分离箱120上的，装入箱体100的时候可以完全不用任何接头，因此更换一种气体分离箱120只需要四个管道接头就完成了。

对应的，在箱体100的合适位置，可以设置气体进样单元11的进气管以及供三个排气管124，125，126排气的通道。另外，根据采样气体的具体情况，为便于气体分析，可以在气体进样单元11的进气管上设置用于初步除湿和除尘的过滤接头111；当然，在气源干燥无尘的环境也可以不用过滤接头111，直接由气体进样单元11内置的除尘结构对气体进行过滤。

即，从图1-2中可以看出，本发明的用于苯系物的气体检测装置可以提供全部内置集成在箱体中的整体结构，各结构在箱体内稳定连接为一体，结构紧凑，便于携带和运输，适用于各种野外环境的应急气体分析检测。并且独立结构的气体分离单元可方便形成高度集成可方便互换的气体分析仪，减少了连接管道的数量以及控制阀门的数量，从而可以有效降低系统误差，提高了系统的可靠性以及检测精度。

进一步的，图1-2中所示的数据采集及处理单元14通过电路连接检测单元13，数据采集及处理单元14具有显示检测结果的显示屏141以及至少一个数据输出接口142。图1中具体显示出了三个USB形式的数据输出接口142，其中一个数据输出接口142也可以设置为适于安装存储卡的读卡器形式。显示屏141可以是嵌在箱体100的一个侧面的液晶显示屏，也可以仅仅是一个视频输出接口，可以通过视频线的方式连接外部显示器。或者，在另一个具体实施例中，也可以根据技术发展的情况，将显示屏141和数据输出接口142合并成统一的一个独立的接口，例如USB Type-C接口，通过该接口可以连接外置的笔记本电脑用于接收检测数据和/或视频信号，具备更好的可扩展性。

另外，如图2所示，前述的三个进气管121，122，123分别为连通载气单元16的第一进气管121和第二进气管122，以及连通气体进样单元11和标定单元17的第三进气管123。

另外，前述三个排气管124，125，126分别为用于放空的第一排气管124和第二排气管125，以及连通检测单元13的第三排气管126。

进一步的，载气单元16可以包括一个内置在箱体100中的载气钢瓶161，载气钢瓶161分别通过第一进气管121和第二进气管122提供第一路载气和第二路载气。即，本实施例通过内置载气钢瓶161，可以减少现场连接气瓶的麻烦，减少了系统误差，避免了临时连接之后的多余标定过程，特别适用于诸如有毒气体泄露情形下的紧急情况下的气体分析检测。另外，通过单独一个载气钢瓶161提供两路载气，避免了不同气源的流量、成分等系统误差，提高了检测精度。当然，考虑到便携的问题，内置的载气钢瓶161的载气量有限，也可以在箱体100上设置与载气钢瓶161并联的接口，用于长时间现场测试的时候外接其它的高压载气气瓶。由于载气的流量流速和种类选择对结果影响较大，因此更换外接载气气源需要重新进行标定，下面将对标定过程进行进一步的说明。

进一步的，标定单元17包括一个内置在箱体100中的标定钢瓶171和动态校准仪172，第三进气管123通过三通阀连通标定钢瓶171和动态校准仪172。同样的，本实施例通过内置标定钢瓶171，可以减少现场连接气瓶的麻烦，减少了系统误差。利用标定钢瓶171，可以执行快速校准，即，通过将标定钢瓶171中已知浓度的标准混合气体采集到定量管203中，进行正常的分离检测程序，获得各组分分峰，通过峰高、峰面积等定量数据，与实验室的标准曲线对比，用以确定系统状态是否满足正式测量。

另外，标定单元17中的动态校准仪172可以执行多点动态校准过程。即，动态校准仪172是多点校准仪器，通过动态校准仪172调配不同已知浓度的混合气体，检测得出分析结果以后，对应不同气体浓度和定量值(峰高或者峰面积)作图，就会得到多个点，由这些点可以得出标准曲线。一般拿出现场进行检测时，动态校准仪172可以不用连接到箱体中，而标定钢瓶171可以保持持续连接状态，即内置在箱体中。如果检测时间过长也可以外接大容量标气的高压气瓶。标定钢瓶171只能是固定浓度的，也就是只能去对应动态校准仪172得出的标准曲线上的一个点，根据这个点与曲线的偏差可以了解仪器的工作状态，所以叫做快速校准或者也可以叫做快速验证。这个快速校准系统可以在现场测试开始或者快结束时进行，也可以每天通过程序设置由控制系统15定时执行1-2次快速校准。

在一个具体实施例中，可以在第二排气管125中设置采样泵18，用于提供一定的流动压力，便于常压情况下的气体采样，提高了采样分析的效率可控性。在本实施例中，采样泵18设置在了气路的末端位置，采样泵18本身可能带来的气路连接以及材质吸附等问题，相对于设置于气路的前端，其对于检测精度的影响大大降低，因此本实施例优选将采样泵18后置，即将采样泵18设置在第二排气管125中，可以减少采样泵18本身带来的干扰，有利于检测精度的提高。

下面参照图3-4进一步说明本发明的用于苯系物的气体检测装置的分离单元的具体结构，其中，图3显示的是根据本发明的又一个具体实施例的用于苯系物的气体检测装置的气体分离单元的第一和第三状态示意图；图4显示的是图3所示气体分离单元的第二状态示意图。

图中显示，本发明的用于苯系物的气体检测装置的分离单元包括一个设置在分离箱120内部的十通阀20，所述十通阀20具有依照邻接位置顺序编号的第一至第十连接口。由于图示十通阀20的连接口太多，图中逐一标注特定的附图标记会非常混乱，为了更清楚进行理解，本发明的图3和图4中，在每一个连接口旁用阿拉伯数字依照邻接位置进行了顺序编号，每个阿拉伯数字对应同样数值的中文序号的连接口，例如，阿拉伯数字1对应的连接口，在后续说明中表示第一连接口，阿拉伯数字2对应的连接口，在后续说明中表示第二连接口，依此类推。

图中显示，本发明的用于苯系物的气体检测装置的分离单元12的十通阀20，其第一连接口与第八连接口通过设置有第一色谱柱201的管道连通；第二连接口与第三排气管126连通，第三排气管126设置有位于第二连接口与检测单元13之间的第二色谱柱202；第三连接口与第二进气管122连通；第四连接口与第七连接口通过设置有定量管203的管道连通；第五连接口与第二排气管125连通；第六连接口与第三进气管123连通；第九连接口与第一排气管124连通；第十连接口与第一进气管121连通。

下面参照附图1-4详细说明本发明的用于苯系物的气体检测装置的操作方法，通过操作气体分析的过程，可以更加清楚的理解本发明的分离单元12的连接结构的功能和作用。

如图1-4所示，本发明的用于苯系物的气体检测装置的操作方法包括如下步骤：

首先参见图1和图3，通过控制单元15将十通阀20调整到第一状态，即所述十通阀20具有一个第一状态，在第一状态下，第一连接口与第十连接口连通，第二连接口与第三连接口连通，第四连接口与第五连接口连通，第六连接口与第七连接口连通，第八连接口与第九连接口连通。

然后，启动采样泵18，通过气体进样单元11采集样品气体，使样品气体持续通入第三进气管123，然后进入第六连接口并从第七连接口进入定量管203，从定量管203流出的气体进入第四连接口和第五连接口后通过第二排气管125排空。通过持续的样品气体的流动，在定量管203中存储所需的预订量的样品气体，方便下一步的分析检测。

同时，通过控制单元15使载气单元16提供的第一路载气通过第一进气管121持续通入第十连接口和第一连接口，然后流过第一色谱柱201，从第一色谱柱201流出的气体进入第八连接口和第九连接口，然后通过第一排气管124排空。

同时，通过控制单元15使载气单元16提供的第二路载气通过第二进气管122通入第三连接口和第二连接口，通过第三排气管126流过第二色谱柱202，之后从第二色谱柱202流出的气体进入检测单元13后排空。

通过利用第一路载气依次对第一色谱柱201和对应的连接口和管道进行清洗，以及利用第二路载气依次对第二色谱柱202和检测单元13清洗后放空，可以利用同一气源实现对系统的清洗，气源稳定，效率更高，有利于后续获得更加精确的检测结果。待到清洗稳定后，系统达到可以下一步分析检测的预设状态。

之后，当系统达到预定的稳定状态之后，可以通过控制单元15将十通阀20从图3所示的第一状态调整到图4所示的第二状态，即所述十通阀20具有一个第二状态，在图4所示第二状态下，第一连接口与第二连接口连通，第三连接口与第四连接口连通，第五连接口与第六连接口连通，第七连接口与第八连接口连通，第九连接口与第十连接口连通。

此时，通过采样泵18和气体进样单元11，将采集的样品气体持续通入第三进气管123，然后进入第六连接口和第五连接口并从第二排气管125排空。此过程用于保持管道中的样品气体的流动，便于下一循环的采样不会出现气流中断，以此保证连续在线分析的连贯性，避免出现数据跳跃影响检测精度，同时保证持续的正压气体流动可以避免外界空气进入气路造成污染，保证气路稳定洁净，从而进一步保证了分析结果的精确性。

同时，通过控制单元15使载气单元16提供的第一路载气通过第一进气管121持续通入第十连接口和第九连接口，然后通过第一排气管124排空。以此通过载气对管路进行持续清洗，避免污染并预备下一次的气体分析。

同时，通过控制单元15使载气单元16提供的第二路载气通过第二进气管122通入第三连接口和第四连接口，然后反吹进入定量管203将第一状态下存储在其中的样品气体推出定量管203，之后样品气体流入第七连接口和第八连接口，同样是反吹进入第一色谱柱201，在第一色谱柱201的作用下，不同气体成份以不同速度解析排出，先解析出的气体通入第一连接口和第二连接口，然后通过第三排气管126流向第二色谱柱202，经过第二色谱柱202分离后进入检测单元13进行检测。

图4所示的第二状态，表面上看起来与利用第一色谱柱201和第二色谱柱202串联起来分离检测类似，然后，本发明的操作步骤并不是简单的串联分离，而是需要在第一色谱柱201对样品气体解析分离预订的时间之后，马上切换到随后的第三状态。

即，根据第一色谱柱201的特性，先解析出的气体通过第一色谱柱201全部排空进入第三排气管126的时间是可以计算或者实验获得的，当到达先解析气体的排空时间，控制单元15自动开始状态转换，即，通过控制单元15将十通阀20从第二状态调整到第三状态，即所述十通阀20具有一个第三状态，第三状态下十通阀20的连接关系与第一状态相同，如图3所示，同样的，此时第一连接口与第十连接口连通，第二连接口与第三连接口连通，第四连接口与第五连接口连通，第六连接口与第七连接口连通，第八连接口与第九连接口连通。

此时，先解析出来的气体已经全部进入第三排气管126中，有一部分先解析出来的气体可能已经到达第二色谱柱202甚至到达检测单元13(这可以通过第二连接口与第二色谱柱202之间的第三排气管126的容积进行灵活设定，并取决于目标物种区段的宽度范围)。之后控制单元15立即从第二状态切换到第三状态，第一色谱柱201后段解析出来的气体被突然截断，不会再进入第三排气管126中。亦即，在本发明的这个步骤中，样品气体中从第一色谱柱201中先解析出的气体成份是需要作为待测气体的，而从第一色谱柱201中后解析出的气体成份是无用的杂质气体，避免这部分气体进入检测单元13后生成的杂质峰降低待测气体的曲线精度。

切换到第三状态之后，如图3所示，通过采样泵18和气体进样单元11，将采集的样品气体持续通入第三进气管123，然后进入第六连接口并从第七连接口进入定量管203，从定量管203流出的气体进入第四连接口和第五连接口后通过第二排气管125排空；以此将第二状态下的气体全部排出，用以在定量管203中储存用于下一次分析的样品气体。

同时，通过控制单元15使载气单元16提供的第一路载气通过第一进气管121持续通入第十连接口和第一连接口，然后反吹进入第一色谱柱201。第一色谱柱201中此时原本保留的是尚未流出的后段解析气体，这部分作为废弃物的气体由于通过速度慢，所以从第二状态切换到第三状态的时候被截留下来了。此时，通过第一路载气的反吹作用，原本就残留在第一色谱柱201中的这部分气体，可以很容易被第一路载气通过反吹的方式推出第一色谱柱201。随着第一路载气的持续进入，可以将第一色谱柱201中的原有气体全部反向推出，然后进入第八连接口和第九连接口后，通过第一排气管124排空。即，本步骤中，通过切换到第三状态，可以通过第一路载气将第一色谱柱201中的废气反向吹干净，由于废气通过第一色谱柱201的速度原本就很慢，如果正向吹扫效率会很低，而通过反向吹扫，可以更快清洁第一色谱柱201和相关的管路接口等等，清洁效率更高，需要的时间更短，吹扫清洗的效果也比正向吹扫效果好得多，也避免了正向吹扫中难以吹扫出去的解析时间过长物种进入下一次分析的检测单元13，从而更减少了杂质干扰，提高了分析结果的精确性。

进一步同时，通过控制单元15使载气单元16提供的第二路载气通过第二进气管121持续通入第三连接口和第二连接口，然后流入第三排气管126。第三排气管126中此时正好是刚刚截留下来的前段先解析出来的剩余待测气体，切换到第三状态之后，正好通过第二路载气接力流入第三排气管126将剩余待测气体推向第二色谱柱202，然后就是正常通过第二色谱柱202使待测气体中的成份继续以不同速度解析排出，之后从第二色谱柱202流出的气体进入检测单元13检测后排空；以此在第三状态下完成一次气体分析的循环；检测单元13获得的分析结果进一步通过电路传输给数据采集及处理单元14。

本步骤下，由于之前通过第一色谱柱201将解析时间较长的杂质气体截留了，没有进入第三排气管126，因此通过第二路载气推送到第二色谱柱202的是真正需要分析检测的气体成份，第二色谱柱202将不同成份的待测气体以不同的速度解析排出，拉开了不同气体成份的曲线波峰的间隔，避免了相邻波峰相互掩盖干扰，提高了不同成份尤其是微量成份的检出度，提高了检测精度。

本发明中，样品气体并没有直接通过第一色谱柱201和第二色谱柱202进行串联分析检测，而是在检测之前第一色谱柱201进行了一个截留操作，利用第一色谱柱201对样品气体进行一个预分离，将先解析出的待测气体导向第二色谱柱，通过状态切换将后段废气截留在第一色谱柱201中，之后将废气反吹出去预备下一次检测。控制单元15可以根据第一色谱柱201的特性设定适当的时间进行状态转换，就可以把想要分析检测的待测气体之外的后段废气截留，仅仅分析前段待测气体。

实施例1

下面以大气中苯系物的检测为例，进一步说明本发明的特点和技术效果。

由于生产及生活污染，苯系物可在人类居住和生存环境中广泛检出。并对人体的血液、神经、生殖系统具有较强危害。大气中苯系物的浓度作为大气环境常规监测的内容之一，并规定了严格的室内外空气质量标准。一般意义上的苯系物主要包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、三甲苯、苯乙烯、苯酚、苯胺、氯苯、硝基苯等，其中，由于苯(Benzene)，甲苯(Toluene)、乙苯(Ethylbenzene)、二甲苯(Xylene)四类为其中的代表性物质，也有人简称苯系物为BTEX。苯系物对区域特别是城市大气环境具有严重的负面影响。由于多数苯系物(如苯、甲苯等)具有较强的挥发性，在常温条件下很容易挥发到气体当中形成挥发性有机气体(Volatile Organic Compounds，即VOCs)，会造成VOCs气体污染。比如BTEX作为工业上经常使用的有机溶剂，被广泛应用于油漆、脱脂、干洗、印刷、纺织、合成橡胶等行业。在BTEX的生产、储运和使用过程中均会由于挥发而造成大气污染。BTEX在大气中光化学反应活性较高，对大气中光氧化剂(如臭氧和过氧乙酰基硝酸酯等)和二次有机气溶胶的形成有相当作用。

因此，下面以大气中苯系物的检测为例，进行进一步地说明。

实验条件：

第一色谱柱201采用美国安捷伦公司(Agilent)的型号为125-1334DB-624的色谱柱；第二色谱柱202采用美国安捷伦公司的型号为19095N-126I HP-INNOWAX的色谱柱。

其中，安捷伦125-1334DB-624的相关参数为：长度30m，直径0.530mm，膜厚3.00mm，温度范围-20℃-260℃。安捷伦19095N-126I HP-INNOWAX的相关参数为：长度60m，直径0.530mm，膜厚1.00mm温度范围40℃-240℃。

载气流速45ml/min，柱箱温度40℃，采样时间300s，进样时间3600s。

图5显示的是本发明的气体检测装置的示例检测结果图，图中显示的是随着进样时间的变化，通过检测单元13获得的样品数据，经过数据采集及处理单元14处理之后的曲线变化。

其中，图5所示曲线图中的峰P1为杂峰，应该排除。判断其为杂峰的过程为：当测试通入一定浓度(例如20ppb)的标气时，谱图中出现六个峰，通入0ppb标气时出现一个峰，这就表明这个在0ppb时就出现的峰并不是苯系物的峰，是为杂峰。另外，在通入不同浓度的苯系物进行标定的时候，如10ppb、20ppb、30ppb时，其他物质峰面积和峰高都是按照比例关系变化的，而第一个峰P1的面积和峰高不随浓度变化，进一步证明该峰不是苯系物物质峰，其为杂峰。有关判断峰P1为杂峰的方法还有很多，本领域技术人员根据本领域公知常识可以较为容易判断，其并非本发明的保护范围，此处仅作简单说明以利于理解本发明的内容。

另外，图5中所示的峰P2，P3，P4，P5，P6等，通过对各种单组分苯系物的标定，根据相同条件下相同物质峰的保留时间相同的原理，很容易判断得出上述编号的物质峰分别对应的是苯、甲苯、乙苯、间对二甲苯以及邻-二甲苯。在图5所示具体实施例中，峰P2代表的苯的保留时间为10.03分钟，峰P3代表的甲苯的保留时间为15.52分钟，峰P4代表的乙苯的保留时间为26.84分钟，峰P5代表的间对二甲苯的保留时间为28.47分钟，峰P6代表的邻-二甲苯的保留时间为34.48分钟。

图6a-6e分别显示的是不同苯系物的标准曲线图(其中，进样浓度梯度分别为5、10、15、20、25、30、40ppb)。其中，图6a是通过本发明的气体检测装置标定获得的不同浓度的苯的峰面积和峰高的标准曲线图，类似的图6b-6e分别显示的是甲苯、乙苯、间对二甲苯以及邻-二甲苯的峰面积和峰高的标准曲线图。按照浓度梯度进行实验的结果表明，对于各峰对应的峰面积和峰高的标准曲线的方差>0.99，线性相关性都较好。

本领域技术人员应当理解的是，由于本发明的图6a-6e的标准曲线表明，峰面积和峰高与物质的浓度的相关性都很好，因此，在获得类似图5的检测结果之后，可以利用图5中各物质峰的峰高对应标准曲线中的峰高，获得对应的苯系物的浓度值。当然，也可以利用图5中各物质峰的积分获得的峰面积对应标准曲线中的峰面积，获得对应的苯系物的浓度值。应当说明的是，利用峰高和峰面积的标准曲线都可以获得实际检测的苯系物的浓度值，在本发明中，由于图6a-6e中，大多数峰面积的标准方差值相对于峰高更接近于1，因而，本发明在实际检测过程中，采用的是峰面积的标准曲线计算的浓度值。

进一步地，由于本发明的气体检测装置的特殊结构，其可以利于第一色谱柱201去除干扰，同时也可以拉开各物质的保留时间，然后利用第二色谱柱202将需要检测到苯系物的各组分的保留时间进一步拉大，因而其可以获得图5所示的分离状态的苯系物的峰P2-P6，其不但分离效果好，而且各峰的间距拉开较大，保留时间范围稳定性好，其可以极大的提高计算获得峰面积的效率。例如，现有的曲线积分面积的时候，通常是沿着曲线逐点判断拐点然后拟合曲线加以积分，其很容易将某些不属于物质峰的波动也积分到峰面积里去，不但计算时间长，而且波动面积的加入也降低了检测精度。在本发明中，由于本发明的气体检测装置的特殊结构，其可以获得稳定的物质峰的保留时间范围，因而在积分峰面积的时候，可以仅仅截取特定时间范围的曲线进行积分，将物质峰范围之外的区域自动排除，大大提高了峰面积的积分效率。同时由于大气中各种不同物质的存在，检测获得的曲线不可能仅仅是包含6个物质峰的标准曲线样式，在苯系物的5个物质峰之外，也有可能存在其它没有被第一色谱柱201去除的干扰物的波动峰，这些波动峰会存在于标准的5个物质峰的保留时间范围之外，因而，本发明的特殊结构可以将标准的5个物质峰的停留范围之外的区域从峰面积积分中去除，因而可以去除干扰物质在峰面积积分算法中的干扰面积，大大提高了本发明的气体检测装置在苯系物的检测中的精度。

进一步地，下述的表1中，以浓度20ppb为例，具体给出了本发明的气体检测装置获得的重复性实验结果

表1：重复性测试结果

结论：对全部分析结果计算相对标准偏差，可知重复测试所得的保留时间、峰面积和峰高的相对标准偏差均较低，说明本发明的气体检测装置及其操作方法具有良好的重复性。

其中，表1中的每个峰的第1组数据引用的是五种组分配制而成的20ppb浓度的盲测数据，在标准操作条件下检出6个峰，剔除第1个峰，其余5个峰的积分峰面积如表1第一组数据所示。利用标准曲线将表中第一组数据的峰面积换算为浓度值可得P2至P6各物种浓度分别为：20.9、19.96、19.87、19.69、20.17ppb。用于考核的盲样实际浓度为20ppb，测得浓度在误差的允许范围内，证明本发明的气体检测装置及其操作方法有效。

进一步地，按照大气污染物检测标准，通常仅要求检测大气中苯和甲苯的浓度即可，因此，通过本发明的气体检测装置，只需要在苯和甲苯的检测完成之后，将本发明检测装置从第二状态切换到与第一状态相同的第三状态，截留待测气体的流动，通过载气将剩余的气体反向吹出，即可高效获得所需的苯和甲苯的检测浓度，可以进一步提高检测效率。

例如，在图5所示的检测结果图中，苯和甲苯的保留时间大约在第16分钟结束，而乙苯的保留时间大约在第25分钟之后，因此可以在大约第20分钟的时候进行截留操作，从第二状态切换到第三状态。亦即本发明的气体检测装置通过特殊结构的十通阀结构，可以在不中断运转的情况下，根据需要在任意时间进行截留反吹操作，不但可以获得所需的苯系物的浓度结果，而且可以在截留操作的间隙保持系统的载气清洁过程，可以在较短时间内重复多组检测操作，可以通过高效获得的多组检测结果排除检测误差。总之，由于本发明的气体检测装置采用了截留反吹的设计模式，可以根据需要进行截留操作，既有利于高效检出待测成份，又可以根据需要任意停止检测，并且由于是截留反吹，不会对已经检测到的结果产生任何干扰，可以大大提高检测效率。例如，如果要检测苯、甲苯、乙苯的浓度，则只需要在大约30分钟进行截留切换即可，操作简单可靠，可以节约大量的吹洗操作时间。

另外，应当说明的是，由于不同检测状态对于检测结果的影响很大，因此在尽可能短的时间内高效获得多组数据，可以极大的提高检测精度。现有技术单纯串接的检测装置，缺少本发明的可以高效截留转换的十通阀，其检测需要大量的时间进行载气清洗，耗时非常长，获得多组数据的时间间隔也很长，导致各检测数据的设备状态差异很大，检测结果的可靠性很差，难以获得精确的检测结果。而本发明的不停机操作的检测和清洗结构，可以在较短时间内进行重复检测，这也是本发明相对现有技术的一个特别突出的优点，其获得的检测结果更可靠，精度也更高。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于苯系物的气体检测装置，包括箱体(100)，其特征在于，所述箱体(100)设置有气体进样单元(11)，所述箱体(100)的内部设置有气体分离单元(12)、检测单元(13)、数据采集及处理单元(14)、控制单元(15)以及载气单元(16)；其中，所述气体分离单元(12)设置在一个独立的分离箱(120)中，所述分离箱(120)设置有连通其内部的三个进气管(121，122，123)以及三个排气管(124，125，126)；所述三个进气管(121，122，123)分别为连通所述载气单元(16)的第一进气管(121)和第二进气管(122)，以及连通所述气体进样单元(11)的第三进气管(123)；所述三个排气管(124，125，126)分别为用于放空的第一排气管(124)和第二排气管(125)，以及连通所述检测单元(13)的第三排气管(126)，所述第二排气管(125)中设置有采样泵(18)；

所述气体分离单元(12)包括一个设置在所述分离箱(120)内部的十通阀(20)，所述十通阀(20)具有依照邻接位置顺序编号的第一至第十连接口；其中，所述第一连接口与第八连接口通过设置有第一色谱柱(201)的管道连通；所述第二连接口与所述第三排气管(126)连通，所述第三排气管(126)设置有位于所述第二连接口与所述检测单元(13)之间的第二色谱柱(202)；所述第三连接口与所述第二进气管(122)连通；所述第四连接口与第七连接口通过设置有定量管(203)的管道连通；所述第五连接口与所述第二排气管(125)连通；所述第六连接口与所述第三进气管(123)连通；所述第九连接口与所述第一排气管(124)连通；所述第十连接口与所述第一进气管(121)连通；

所述第一色谱柱(201)采用美国安捷伦公司的型号为125-1334DB-624的色谱柱；所述第二色谱柱(202)采用美国安捷伦公司的型号为19095N-126I HP-INNOWAX的色谱柱。

2.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述数据采集及处理单元(14)通过电路连接所述检测单元(13)，所述数据采集及处理单元(14)具有显示检测结果的显示屏(141)以及至少一个数据输出接口(142)。

3.如权利要求2所述的气体检测装置，其特征在于，所述载气单元(16)包括一个内置在所述箱体(100)中的载气钢瓶(161)，所述载气钢瓶(161)分别通过所述第一进气管(121)和第二进气管(122)提供第一路载气和第二路载气。

4.如权利要求3所述的气体检测装置，其特征在于，所述十通阀(20)具有一个第一状态，在所述第一状态下，所述第一连接口与所述第十连接口连通，所述第二连接口与所述第三连接口连通，所述第四连接口与所述第五连接口连通，所述第六连接口与所述第七连接口连通，所述第八连接口与所述第九连接口连通。

5.如权利要求3所述的气体检测装置，其特征在于，所述十通阀(20)具有一个第二状态，在所述第二状态下，所述第一连接口与所述第二连接口连通，所述第三连接口与所述第四连接口连通，所述第五连接口与所述第六连接口连通，所述第七连接口与所述第八连接口连通，所述第九连接口与所述第十连接口连通。

6.如权利要求3所述的气体检测装置，其特征在于，所述十通阀(20)具有一个第三状态，在所述第三状态下，所述第一连接口与所述第十连接口连通，所述第二连接口与所述第三连接口连通，所述第四连接口与所述第五连接口连通，所述第六连接口与所述第七连接口连通，所述第八连接口与所述第九连接口连通。