CN209432755U - 一种可分离水蒸气的voc监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，其特征在于，包括脱水取样装置和多通道阀，所述脱水取样装置包括十通阀、定量取样环、脱水色谱柱，十通阀有两种工作模式，定量取样环用于在十通阀处于工作模式二时定量量取样气，脱水色谱柱用于在十通阀处于工作模式一时与定量取样环相连通，并脱除样气中的水蒸气，脱除水蒸后的样气通过多通道阀输入富集管；本实用新型所提供的VOC监测设备，利用色谱柱的工作柱温分离样气中的水蒸气，分离速度快，除水效果好，而样气中的其它VOC成分均可输入富集管进行富集，从而有效避免现有技术中的弊端。

Description

一种可分离水蒸气的VOC监测设备

技术领域

本实用新型涉及VOC监测技术领域，具体涉及一种可分离水蒸气的VOC监测设备。

背景技术

VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写；普通意义上的VOC就是指挥发性有机物；但是环保意义上的VOC指的是活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。

工业园区周边的大气污染因子成分越来越复杂多样，环保部门需要更多在线的VOC监测设备，以便连续在线监测环境空气的污染因子成分和浓度；由于环境空气的VOC成分浓度非常低，通常低于1ppbV，导致现有的仪器设备无法直接进行测量。

现有技术中，常规方法是利用填充富集材料的富集管，采用低温富集、高温闪蒸热解析的方式，抽取一段时间的样气，使得样气中被监测的VOC成分可以被捕捉在富集管内，然后通过瞬间加热升温的方式反向吹到色谱柱进行色谱分离、最后送到检测器分析成分和浓度；现有的VOC监测设备主要用于分析低碳VOC成分(即碳原子个数在2-6之间的成分)，由于低碳VOC成分的沸点非常低，所以在利用富集管富集VOC成分时，通常需要把富集管降到非常低的温度，富集温度一般为-10℃～-20℃。

在实际监测过程中，由于空气中水蒸气的含量常常会达到3％，也就是30000000ppbV，大约是VOC成分的三千万倍，一方面，富集管中的富集材料通常会因过多的水蒸气而导致饱和，从而无法捕集空气中的VOC污染物；另一方面，由于富集管工作于0度以下，会直接导致空气中的水蒸气结冰而堵塞富集管，造成富集管甚至整个VOC监测设备无法正常工作；故在实际应用VOC监测设备时，需要去除样气中的水蒸气；而现有的VOC监测设备，通常采用纳分管(nafion管，高分子材料)去除样气中的水蒸气，对于常见的烃类VOC，纳分管的除水效果较好；然而，对于样气中水溶性VOC(如极易溶于水的醇类VOC)，通常会随着水蒸气一起被除掉，最高可损失80％的浓度，从而导致VOC监测设备的测量结果存在较大误差。

实用新型内容

为改善现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种可分离水蒸气的VOC监测设备，利用色谱柱的工作柱温分离样气中的水蒸气，分离速度快，除水效果好，而样气中的其它VOC成分均可以输入富集管进行富集。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种可分离水蒸气的VOC监测设备，包括脱水取样装置和多通道阀，所述脱水取样装置包括十通阀、定量取样环、脱水色谱柱，其中，

所述十通阀包括十个接口，分别为接口一、接口二、接口三、接口四、接口五、接口六、接口七、接口八、接口九以及接口十，接口一用于输入样气，接口二用于排空，定量取样环的一端通过管路与接口三相连通，另一端与接口十相连通，接口四和接口七分别用于输入载气，脱水色谱柱的一端通过管路与接口五相连通，另一端与接口九相连通，接口六和接口八分别通过管路与多通道阀相连通，

所述十通阀有两种工作模式，处于工作模式一时，接口一与接口二连通、接口三与接口四连通、接口五与接口六连通、接口七与接口八连通、接口九与接口十连通，处于工作模式二时，接口一与接口十连通、接口二与接口三连通、接口四与接口五连通、接口六与接口七连通、接口八与接口九连通；

定量取样环用于在十通阀处于工作模式二时定量量取样气，脱水色谱柱用于在十通阀处于工作模式一时与定量取样环相连通，并脱除样气中的水蒸气，脱除水蒸后的样气通过多通道阀输入富集管。

优选的，所述脱水色谱柱采用中等极性的耐水汽色谱柱。以便使水蒸气快速流出。

优选的，所述脱水色谱柱的长度为15-20cm。

优选的，所述多通道阀为四通阀或六通阀或十通阀。

优选的，所述多通道阀为四通阀，所述四通阀包括四个连接口，分别为连接口一、连接口二、连接口三以及连接口四，所述接口六和接口八分别通过管路与所述连接口一和连接口三连通，连接口二用于排空，连接口四用于连通富集管；

四通阀有两种工作方式，处于工作方式一时，连接口一与连接口二相连通、连接口三与连接口四相连通，处于工作方式二时，连接口一与连接口四相连通、连接口二与连接口三相连通，通过控制四通阀的工作方式控制脱水色谱柱是/否与富集管相连通。

进一步的，还包括富集解析装置，所述富集解析装置包括六通阀和富集管，所述六通阀包括六个端口，分别为端口一、端口二、端口三、端口四、端口五以及端口六，其中，

端口一通过管路与所述连接口四相连通，所述富集管的一端通过管路与端口二相连通，另一端通过管路与端口五相连通，端口三用于连接色谱柱，端口四用于输入载气，端口六用于排空；

所述六通阀有两种工作状态，处于工作状态一时，端口一与端口二连通、端口三与端口四连通、端口五与端口六连通，处于工作状态二时，端口一与端口六连通、端口二与端口三连通、端口四与端口五连通；通过调节六通阀的工作状态，控制富集管是/否与色谱柱相连通。

进一步的，还包括色谱分析装置，所述色谱分析装置包括色谱柱和检测器，所述色谱柱的一端通过管路与所述端口三相连通，另一端通过管路与所述检测器相连通，色谱柱用于进行色谱分离，检测器用于检测成分和含量。

优选的，所述十通阀为十通阀进样器，和/或，所述六通阀为六通阀进样器，和/或，所述四通阀为四通阀进样器。

进一步，所述富集解析装置还包括温控器，所述温控器设置于所述富集管处，温控器用于调节富集管的温度。

优选的，所述色谱柱为分析色谱柱。

一种利用色谱柱分离样气中水蒸气的方法，包括前述VOC监测设备，利用所述定量取样环定量采集样气，并将所采集的样气通过所述脱水色谱柱，利用脱水色谱柱的工作柱温脱除样气中的水蒸气。

优选的，包括以下步骤：

步骤1：十通阀处于工作模式二，六通阀处于工作状态一，四通阀处于工作方式二，

将样气输入定量取样环，并充满定量取样环；

利用载气对脱水色谱柱进行反吹清洗；利用载气对富集管进行清洗；利用载气对色谱柱进行清洗；

步骤2：待清洗结束后，切换十通阀的工作模式，使得十通阀处于工作模式一，利用载气将定量取样环内的样气送入脱水色谱柱，利用脱水色谱柱的工作柱温，样气中的低沸点、流动快的VOC成分先流出脱水色谱柱，并进入富集管，富集管处于低温富集状态；

步骤3：当水蒸气要流出脱水色谱柱时，切换四通阀，使四通阀处于工作方式一，水蒸气从脱水色谱柱流出，并通过四通阀排空；

步骤4：当水蒸气完全流出后,切换十通阀的工作模式，使十通阀处于工作模式二，脱水色谱柱内的高碳、高沸点VOC成分被载气反吹出脱水色谱柱，并流入富集管；

样气再次输入定量取样环，并充满定量取样环，完成取样；

步骤5：当脱水色谱柱内的VOC成分完全被吹入富集管，且色谱柱被载气吹洗干净后，循环执行上述步骤2、步骤3以及步骤4；

步骤6：当富集管内样气的采集量达到检测所需的体积时，切换四通阀和六通阀，使四通阀和六通阀分别处于工作方式二和工作状态二，

富集管处于高温热解析状态，富集管内富集到的VOC成分被送入色谱柱进行分离，并送入检测器进行检测。

与现有技术相比，使用本实用新型提供的一种可分离水蒸气的VOC监测设备及分离样气中水蒸气的方法，利用色谱柱分离样气中的水蒸气，防止水蒸气进入富集管影响富集管的低温富集采样过程，不仅分离速度快，除水效果好，其它待监测的VOC成分均可送入富集管进行富集，从而有效避免现有技术中的弊端，而且可以实现自动除水、连续富集解析以及测量功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为十通阀的结构示意图。

图2为六通阀的结构示意图。

图3为四通阀的结构示意图。

图4为本实用新型提供的一种VOC监测设备的结构示意图(步骤1)。

图5为本实用新型提供的一种VOC监测设备，处于步骤2(或称为状态2)时的示意图。

图6为本实用新型提供的一种VOC监测设备，处于步骤3(或称为状态3)时的示意图。

图7为本实用新型提供的一种VOC监测设备，处于步骤4(或称为状态4)时的示意图。

图8为本实用新型提供的一种VOC监测设备，处于步骤6(或称为状态6)时的示意图。

图中标记说明

脱水取样装置101，十通阀102，脱水色谱柱103，定量取样环104，

四通阀201，

富集解析装置301，富集管302，六通阀303，

端口一401，端口二402，端口三403，端口四404，端口五405，端口六406，

接口一501，接口二502，接口三503，接口四504，接口五505，接口六506，接口七507，接口八508，接口九509，接口十510。

连接口一601，连接口二602，连接口三603，连接口四604，

色谱分析装置701，色谱柱702，检测器703。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

请参阅图1、图2、图3以及图4，本实施例中提供了一种可分离水蒸气的VOC监测设备，包括脱水取样装置101和多通道阀，所述脱水取样装置101包括十通阀102、定量取样环104、脱水色谱柱103，其中，

十通阀102包括十个接口，分别为接口一501、接口二502、接口三503、接口四504、接口五505、接口六506、接口七507、接口八508、接口九509以及接口十510，接口一501用于输入样气，接口二502用于排空，定量取样环104的一端通过管路与接口三503相连通，另一端与接口十510相连通，接口四504和接口七507分别用于输入载气，以便以载气作为动力，如驱动样气及所富集的VOC成分转移，或利用载气进行清洗，如清洗富集管302、色谱柱702等；脱水色谱柱103的一端通过管路与接口五505相连通，另一端与接口九509相连通，接口六506和接口八508分别通过管路与多通道阀相连通；

在本实施例中，多通道阀主要用于切换脱水取样装置101输出气体的流向，一方面，可以将水蒸气进行排空，另一方面，可以将脱除水蒸气后的样气输送到富集管302中；

在本实施例中，所述十通阀102有两种工作模式，处于工作模式一时，接口一501与接口二502连通、接口三503与接口四504连通、接口五505与接口六506连通、接口七507与接口八508连通、接口九509与接口十510连通，处于工作模式二时，接口一501与接口十510连通、接口二502与接口三503连通、接口四504与接口五505连通、接口六506与接口七507连通、接口八508与接口九509连通；在实际应用过程中，十通阀102的两种工作模式可以通过手动或自动进行切换。

在本实施例中，定量取样环104用于在十通阀102处于工作模式二时定量量取样气，如图4所示，十通阀102处于工作模式二时，样气可以顺利的进入定量取样环104；脱水色谱柱103用于在十通阀102处于工作模式一时与定量取样环104相连通，并脱除样气中的水蒸气，脱除水蒸后的样气通过多通道阀输入富集管302，以便进行富集；即，如图5所示，当定量取样环104中填充满样气后，十通阀102可以切换到工作模式一，此时，利用多通道阀，可以使定量取样环104与脱水色谱柱103相连通，并利用脱水色谱柱103去除样气，也可以使定量取样环104经由脱水色谱柱103与富集管302相连通，并将脱除水蒸气之后的样气输入富集管302，以便进行富集。

本实施例所提供的VOC监测设备，可以在富集之前，利用色谱柱702工作时的柱温去除样气中的水蒸气，从而防止水蒸气进入富集管302影响富集管302的低温富集采样过程，采用色谱柱702的柱温分离水蒸气，不仅分离速度快，除水效果好，而且，在除水的过程中，不影响其它待监测的VOC成分，使得其它待监测的VOC成分均可顺利输入富集管302，并进行富集，本VOC监测设备不仅可以有效避免现有技术中的弊端，而且可以实现自动除水、连续富集解析以及测量功能。

在本实施例中，脱水色谱柱103优先采用现有技术中常用的，中等极性的耐水汽色谱柱702，其长度一般为15-20cm，以便在脱水的过程中，使得水蒸气可以快速流出。

在本实施例中，所述多通道阀可以优先采用四通阀201或六通阀303或十通阀102。

定量取样环104通常具有一定的内部空腔，以便容纳样气，在本实施例中，定量取样环104可以采用色谱分析领域常用的定量环。

作为举例，如图1所示，在本实施例中，多通道阀采用的是四通阀201，其中，四通阀201包括四个连接口，分别为连接口一601、连接口二602、连接口三603以及连接口四604，如图1所示，所述接口六506和接口八508分别通过管路与所述连接口一601和连接口三603连通，连接口二602用于排空，连接口四604用于连通富集管302；

四通阀201有两种工作方式，处于工作方式一时，连接口一601与连接口二602相连通、连接口三603与连接口四604相连通，处于工作方式二时，连接口一601与连接口四604相连通、连接口二602与连接口三603相连通，在本VOC监测设备中，通过控制四通阀201的工作方式可以控制脱水色谱柱103排空或与富集管302相连通，例如，如图6所示，当四通阀201处于工作方式一时，脱水色谱柱103通过四通阀201排空，以便排放水蒸气；如图4或图5所示，当四通阀201处于工作方式二时，脱水色谱柱103通过四通阀201与富集管302相连通，以便将脱水后的样气输入富集管302。

如图4所示，在进一步的方案中，还包括富集解析装置301，所述富集解析装置301包括六通阀303和富集管302，所述六通阀303包括六个端口，分别为端口一401、端口二402、端口三403、端口四404、端口五405以及端口六406，其中，

端口一401通过管路与所述连接口四604相连通，所述富集管302的一端通过管路与端口二402相连通，另一端通过管路与端口五405相连通，端口三403用于连接色谱柱702，端口四404用于输入载气，端口六406用于排空；

所述六通阀303有两种工作状态，处于工作状态一时，端口一401与端口二402连通、端口三403与端口四404连通、端口五405与端口六406连通，处于工作状态二时，端口一401与端口六406连通、端口二402与端口三403连通、端口四404与端口五405连通；在本VOC监测设备中，通过调节六通阀303的工作状态，可以控制富集管302是/否与色谱柱702相连通，例如，如图4或图5或图6或图7所示，当六通阀303处于工作状态一时，富集管302未与色谱柱702连通；如图8所示，当六通阀303处于工作状态二时，富集管302与色谱柱702连通，此时可以利用载气将从富集管302上解析出来的VOC成分转移到色谱柱702中。

在进一步的方案中，本VOC监测设备还包括色谱分析装置701，所述色谱分析装置701包括色谱柱702和检测器703，所述色谱柱702的一端通过管路与所述端口三403相连通，另一端通过管路与所述检测器703相连通，色谱柱702用于进行色谱分离，检测器703用于检测成分和含量。

在优选的方案中，在本实施例中，十通阀102可以为十通阀进样器，和/或，六通阀303可以为六通阀进样器，和/或，四通阀201可以为四通阀进样器，四通阀进样器、六通阀进样器、十通阀进样器、色谱柱702以及检测器703均是色谱分析领域常用的设备，其结构和具体的功能，早已被本领域的技术人员所熟知，这里不再赘述；此外，脱水色谱柱103及色谱柱702，在实际使用时都具有相应的柱温，这里也不再做过多赘述。

可以理解，在本实施例中，色谱柱702可以优先采用分析色谱柱702。

由于富集管302的一个工作周期通常包括低温富集、高温解析、清洗老化三个阶段，故在更完善的方案中，本VOC监测设备还包括温控器，所述温控器设置于所述富集管302处，温控器用于调节富集管302的温度，以便富集管302可以进行低温富集和高温解析；现有技术中，在在VOC监测技术领域，已经有许多现成的富集管302及对应的温控器，这里不再一一列举。

根据上述VOC监测设备，本实施例还提供了一种利用色谱柱702分离样气中水蒸气的方法，将所采集的样气通过所述脱水色谱柱，利用脱水色谱柱的工作柱温脱除样气中的水蒸气；具体步骤如下：

步骤1：十通阀102处于工作模式二，六通阀303处于工作状态一，四通阀201处于工作方式二，如图4所示，此时，

样气输入定量取样环104，并充满定量取样环104；

利用载气对脱水色谱柱103进行反吹清洗，即脱水色谱柱103处于反吹清洗状态；

富集管302处于清洗老化状态，即利用载气对富集管302进行清洗；

色谱柱702处于清洗状态，即利用载气对色谱柱702进行清洗；

步骤2：待清洗时间结束后，切换十通阀102的工作模式，使得十通阀102处于工作模式一，如图5所示，此时，

六通阀303仍处于工作状态一，四通阀201仍处于工作方式二，定量取样环104、脱水色谱柱103、富集管302相互连通；

利用载气将定量取样环104内的样气送入脱水色谱柱103，利用脱水色谱柱103的工作柱温，样气中的低沸点、流动快的VOC成分先流出脱水色谱柱103，并进入富集管302；

富集管302处于低温富集状态，以便进行富集；

在本步骤中，先流出脱水色谱柱103的低沸点、流动快的VOC成分包括水溶性VOC成分，如极易溶于水的醇类VOC，在常规的除水方法中，如采用纳分管(nafion管，高分子材料)去除样气中的水蒸气时，此类水溶性VOC成分会随着水蒸气一起被除掉，最高可损失80％的浓度，导致测量结果误差极大，而利用本实施例所提供的VOC监测设备及方法，低沸点、流动快的VOC成分可以在水蒸气流出脱水色谱柱103之前流出脱水色谱柱103，从而避免与水蒸气一起被除掉。

步骤3：当水蒸气要流出脱水色谱柱103时，切换四通阀201，使四通阀201处于工作方式一，如图6所示，此时，

十通阀102仍处于工作模式一，六通阀303仍处于工作状态一；

水蒸气从脱水色谱柱103流出，并通过四通阀201排空；避免水蒸气进入富集管302，从而可以有效避免水蒸气导致的饱和及冰堵问题；

步骤4：当水蒸气完全流出后,切换十通阀102的工作模式，使得十通阀102处于工作模式二，如图7所示，此时，

四通阀201仍处于工作方式一，六通阀303仍处于工作状态一，脱水色谱柱103与富集管302相连通；

脱水色谱柱103内的高碳、高沸点VOC成分被载气反吹出脱水色谱柱103，并流入富集管302；

样气再次输入定量取样环104，并充满定量取样环104，完成取样；

步骤5：当脱水色谱柱103内的VOC成分完全被吹入富集管302，且色谱柱702被载气吹洗干净后，循环执行上述步骤2、步骤3以及步骤4。

步骤6：当富集管302内样气采集量达到检测所需的体积时，切换四通阀201和六通阀303，使四通阀201处于工作方式二，六通阀303处于工作状态二，如图8所示，此时，

十通阀102仍处于工作模式二；

富集管302与色谱柱702相连通；

富集管302处于高温热解析状态，富集管302内富集到的VOC成分被送入色谱柱702进行分离，并送入检测器703进行检测；从而完成一次定量富集、分析检测过程。

当步骤6中，富集管302完成热解析后，切换六通阀303的工作状态，使得六通阀303处于工作状态一，即可顺利进入下一次测量过程，在实际应用过程中，重复上述步骤，即可方便的实现自动除水、连续富集解析以及连续在线检测功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，包括脱水取样装置和多通道阀，所述脱水取样装置包括十通阀、定量取样环、脱水色谱柱，其中，

所述十通阀包括十个接口，分别为接口一、接口二、接口三、接口四、接口五、接口六、接口七、接口八、接口九以及接口十，接口一用于输入样气，接口二用于排空，定量取样环的一端通过管路与接口三相连通，另一端与接口十相连通，接口四和接口七分别用于输入载气，脱水色谱柱的一端通过管路与接口五相连通，另一端与接口九相连通，接口六和接口八分别通过管路与多通道阀相连通，

所述十通阀有两种工作模式，处于工作模式一时，接口一与接口二连通、接口三与接口四连通、接口五与接口六连通、接口七与接口八连通、接口九与接口十连通，处于工作模式二时，接口一与接口十连通、接口二与接口三连通、接口四与接口五连通、接口六与接口七连通、接口八与接口九连通；

定量取样环用于在十通阀处于工作模式二时定量量取样气，脱水色谱柱用于在十通阀处于工作模式一时与定量取样环相连通，并脱除样气中的水蒸气，脱除水蒸后的样气通过多通道阀输入富集管。

2.根据权利要求1所述的可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，所述脱水色谱柱采用中等极性的耐水汽色谱柱。

3.根据权利要求2所述的可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，所述脱水色谱柱的长度为15-20cm。

4.根据权利要求1所述的可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，所述多通道阀为四通阀或六通阀或十通阀。

5.根据权利要求1所述的可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，所述多通道阀为四通阀，所述四通阀包括四个连接口，分别为连接口一、连接口二、连接口三以及连接口四，所述接口六和接口八分别通过管路与所述连接口一和连接口三连通，连接口二用于排空，连接口四用于连通富集管；

四通阀有两种工作方式，处于工作方式一时，连接口一与连接口二相连通、连接口三与连接口四相连通，处于工作方式二时，连接口一与连接口四相连通、连接口二与连接口三相连通，通过控制四通阀的工作方式控制脱水色谱柱是/否与富集管相连通。

6.根据权利要求5所述的可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，还包括富集解析装置，所述富集解析装置包括六通阀和富集管，所述六通阀包括六个端口，分别为端口一、端口二、端口三、端口四、端口五以及端口六，其中，

端口一通过管路与所述连接口四相连通，所述富集管的一端通过管路与端口二相连通，另一端通过管路与端口五相连通，端口三用于连接色谱柱，端口四用于输入载气，端口六用于排空；

所述六通阀有两种工作状态，处于工作状态一时，端口一与端口二连通、端口三与端口四连通、端口五与端口六连通，处于工作状态二时，端口一与端口六连通、端口二与端口三连通、端口四与端口五连通；通过调节六通阀的工作状态，控制富集管是/否与色谱柱相连通。

7.根据权利要求6所述的可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，还包括色谱分析装置，所述色谱分析装置包括色谱柱和检测器，所述色谱柱的一端通过管路与所述端口三相连通，另一端通过管路与所述检测器相连通，色谱柱用于进行色谱分离，检测器用于检测成分和含量。

8.根据权利要求7所述的可分离水蒸气的VOC监测设备，其特征在于，所述十通阀为十通阀进样器，和/或，所述六通阀为六通阀进样器，和/或，所述四通阀为四通阀进样器。