CN219552352U - 大气颗粒相中c8-c40挥发性范围内有机物的富集脱附装置及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于大气颗粒相中C8‑C40挥发性范围内有机物的富集脱附装置及设备，包括：管体，脱附管及传输管；管体，管体两侧分别为进样口和出气口；在所述有机物的进样方向上，在所述管体内部依次设置有滤膜、加热膜片和支撑结构；脱附管，其一侧焊接于所述管体的侧表面，其另一侧沿所述管体径向向外延伸；传输管，传输管为L型。该装置采用石英材质并以石英纤维滤膜‑贴片式加热片‑石英支撑网“三明治”式结构为一体，结构紧凑、成本低且可以实现对滤膜的直接接触式加热，保证富集在石英滤膜处有机物的均匀快速精准升温以及高效解析，避免了C35‑C40类高碳有机物的热脱附不充分现象。

Description

大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附装置及 设备

技术领域

本实用新型属于环境监测技术领域，涉及一种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装置及设备。

背景技术

大气有机气溶胶是细颗粒物(PM2.5)的重要组成部分(20％-50％)，颗粒中的有机物组成复杂，且在大气中的浓度低，物理化学性质差别大，目前所能精确定量的物种仅占有机物总质量的10％～40％。大气有机气溶胶中含有许多对人体有害的物质，如多环芳烃和亚硝胺类化合物以及其它含氯有机化合物对人体就具有致癌性、致畸性和致突变性。有机气溶胶对大气能见度也有显著影响，是酸沉降和大气光化学烟雾的主要贡献者。此外部分有机气溶胶化合物具有重要的源指示作用，如多环芳烃(PAHs)主要由化石燃料、生物质等的不完全燃烧产生；藿烷类化合物是燃料油、煤和润滑剂的生物标记物，可以用来识别机动车排放源；正构烷烃可当做化石燃料利用和生物源排放的标记物，对这些示踪物进行分析，可以判断出颗粒物的来源特征。

有机气溶胶作为大气细颗粒物的重要组成部分，对大气气候、生存环境和人类健康有着不容忽视的影响和危害，因此对其进行精准测定及确定其污染特征是我们防控治污的关键一步。目前国内外对颗粒物有机分子组分测量主要分为离线测量和在线测量两种方式，离线采样方法基本是基于膜采样器或者使用微孔均匀沉积式多级碰撞采样器等分级撞击采样器实现，将采样后的采样器拿到实验室进行一系列离线后处理(包括溶剂萃取、预浓缩及衍生化方法)及检测。离线测量能识别出的物种有限，且前处理流程复杂，时间分辨率低，不能实时反映大气组分变化。在线测量方法主具有时间分辨率高、自动化、节省人力和时间成本、实时反映大气组分等优点，主要包括热解吸气相色谱(thermal desorptionaerosol GC/MS-FID，TAG)、化学电离质谱(chemical ionization mass spectrometry，CIMS)和质子转移反应质谱(proton transfer reaction mass spectrometry，PTR-MS)等。

基于热脱附的气相色谱法具有操作简单、样品利用率高等优点，已被用于大气颗粒物中痕量有机物的测定。目前商业化的设备主要是基于Williams等2006年搭建的热解吸气相色谱TAG仪器，主要用于对大气颗粒中的有机化合物进行自动、高时间分辨率的收集和GC-MS分析。之后，国内外在TAG的基础上对其前处理以及分离系统进行了不同程度的改进与设计，提高了其检出分离性能。

但是目前对颗粒有机物的在线采集模块一般是基于不可更换的钝化不锈钢滤膜或者内部需进行钝化处理的以不锈钢为材质的石英纤维滤膜富集模块。该采集模块的钝化处理一般需要拿到美国Restek公司进行内部去活特殊操作，该钝化步骤在很大程度上增加了设备的成本且降低了时间效率。此外，目前对采集到的有机物直接进行色谱柱柱头富集或者仅仅依靠温度对其进行二次富集，很大程度上会导致C8-C14高挥发性物质在系统中发生穿透，从而损失对活泼性物质的测量信息，减少了仪器多物种测量的丰富度和全面性。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，同时为了拓展对颗粒物采集下来的高挥发性低碳有机物的监测能力，本实用新型提供了一种石英材质的颗粒物采集系统以及基于吸附剂捕集和低温捕集的双聚焦系统，并使用商业化的GCMS对其进行分离检测，可以将颗粒物检测物种拓展到从C8到C40挥发性范围。基于石英材质的采集部件不需要对其内部进行钝化预处理，减少了前期的准备时间以及仪器成本，且使用紧贴石英滤膜的贴片式加热片对富集后的滤膜进行接触式升温加热，保证了有机物的高效脱附；颗粒有机物物种复杂，沸点跨度大，高碳物质由于粘性较大，仅仅依靠低温即可将其捕集，而低碳的C8-C14物质则较易在系统中流失，为实现对高挥发性颗粒有机物浓度的有效测量，对采样后的有机物进行低温吸附剂聚焦，再将其进行快速升温脱附，最终利用GCMS对其进行分离检测。吸附剂聚焦不仅扩展了测量有机物的物种范围，也避免了后续测量峰的拖尾等现象。系统测量时间分辨率依据大气颗粒物污染状况可进行不同采样时间的调整，一般在30-90min范围内；整个装置结构紧凑，操作简单，可实现对大气颗粒有机物小时分辨率的在线监测。

本实用新型技术方案如下：

1.一种用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附装置，包括：管体，脱附管及传输管；

管体，管体两侧分别为进样口和出气口；

在所述有机物的进样方向上，在所述管体内部依次设置有滤膜、加热膜片和支撑结构；

脱附管，其一侧焊接于所述管体的侧表面，其另一侧沿所述管体径向向外延伸；

传输管，传输管为L型，所述传输管一侧管焊接于所述支撑结构，其中L型传输管的一条边沿所述管体内壁延伸，L型的另一条边从管体与焊接有脱附管的一侧表面相对的另一侧表面突出；

在所述有机物的进样方向上，所述支撑结构、所述脱附管和所述传输管设置在所述管体的不同位置上。

2.根据项1所述的富集脱附装置，

在所述有机物的进样方向上，所述支撑机构设置在所述脱附管的上游，所述传输管设置在所述脱附管的下游；

优选地，所述支撑结构和所述脱附管之间的距离与所述管体总长度的比值为(0.3-1):6；

进一步优选地，所述支撑结构和所述传输管之间的距离与所述管体总长度的比值为(1-3):6；

更优选地，所述传输管与所述进样口之间的距离与所述管体总长度的比值为(3-4):6。

更优选地，所述脱附管与所述进样口之间的距离与所述管体总长度的比值为(1.5-3.5):6。

3.根据项2所述的富集脱附装置，

在所述有机物的进样方向上，所述脱附管设置在所述支撑机构的上游，所述传输管设置在所述支撑机构的下游；

优选地，所述支撑结构和所述脱附管之间的距离与所述管体总长度的比值为(0.3-1):6；

进一步优选地，所述支撑结构和所述传输管之间的距离与所述管体总长度的比值为(1-3):6；

更优选地，所述传输管与所述进样口之间的距离与所述管体总长度的比值为(3-4):6。

更优选地，所述脱附管与所述进样口之间的距离与所述管体总长度的比值为(0.5-2.5):6。

4.根据项1所述的富集脱附装置，

所述富集脱附装置还包括内衬，所述内衬设于管体内部且位于进样口与所述滤膜之间。

5.根据项1所述的富集脱附装置，

所述富集脱附装置还包括贴片温度传感器，所述贴片温度传感器位于所述滤膜和所述加热膜片的中间，且靠近管体有传输管的一侧；

优选地，与所述加热膜片相连接导线和与所述贴片温度传感器相连接的导线位于所述传输管内。

6.根据项1所述的富集脱附装置，

管体两侧使用第一O圈或者聚四氟乙烯卡套接头进行密封，优选地，所述第一O圈的材质为氟橡胶或者丁晴橡胶；

脱附管使用第二O圈进行密封，优选地，所述第二O圈的材质为聚酰亚胺材质；

传输管使用密封胶进行密封，优选地，所述密封胶的材质为无机陶瓷材质。

7.根据项1所述的富集脱附装置，

所述滤膜为石英滤膜。

8.根据项1所述的富集脱附装置，

所述富集脱附装置还包括设置于管体外侧的制冷单元；

优选地，所述制冷单元为风扇。

9.一种用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附设备，其特征在于，包括项1-8任一项所述的富集脱附装置。

10.根据项9所述的富集脱附设备，还包括高低温构件；

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。

11.根据项10所述的富集脱附设备，其中，

所述高温模块包括吸附管和缠绕于所述吸附管外部的电阻丝，所述吸附管内部填充Tenax系列吸附剂；

优选地，在所述吸附管与所述电阻丝之间还包括一层绝缘套管，所述绝缘套管包裹于所述吸附管的外围；

进一步优选地，所述高温模块还包括保护单元，所述保护单元包裹于所述电阻丝的外围；

更优选地，所述高温模块还包括温度传感器，所述温度传感器设于吸附管体外部，且位于绝缘套管与吸附管之间。

12.根据项10所述的富集脱附设备，其中，

所述低温模块包括制冷片、金属块，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对称子金属块形成的槽中；

优选地，

所述制冷片冷端紧贴于金属块。

13.根据项10所述的富集脱附设备，其中，

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子金属块分开与闭合实现所述吸附管在高温模式和低温模式之间的切换；

优选地，

当所述气动驱动装置通入载气时，所述两个对称子金属块相对运动，使得所述两个对称子金属块与所述吸附管之间存在间隔，控制加热模块工作，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吸附管，控制加热模块停止工作，处于低温模式。

14.一种将项1-8任一项所述的富集脱附装置或项9-13任一项所述的富集脱附设备用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物在线测量中的方法。

15.根据项14所述的方法，包括

采样步骤、吹扫步骤、聚焦富集步骤、测量步骤；其中，

采样步骤：将待检测样品通入到富集脱附装置中，使得颗粒相有机物富集于所述富集脱附装置中；

吹扫步骤：对富集脱附装置及其传输路线或富集脱附设备及其传输路线进行载气吹扫，以除去多余气体；

聚焦富集步骤：使吸附于富集脱附装置中的颗粒相有机物脱附并进入到富集脱附设备；

测量步骤：使吸附于富集脱附设备的颗粒相有机物脱附，对颗粒相有机物进行分离和测量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的基于石英介质为承载体的石英纤维滤膜颗粒物富集热脱附模块，该装置将石英纤维滤膜-贴片式加热片-石英支撑网“三明治”式结构为一体，嵌套至石英管道内，不仅避免了以往以不锈钢为介质的内部需额外进行钝化预处理的步骤，一定程度上减少了仪器开发时间以及设备成本。此外，该“三明治”式富集热脱附结构可以实现对滤膜的直接接触式加热，不同于目前对石英管进行加热再传导至滤膜的加热形式，该接触式加热可以保证富集在石英过滤膜的有机物快速精准升温以及高效解析，避免了C35-C40类高碳有机物的热脱附不充分现象。

(2)为扩展对颗粒有机物低碳物质的测量，在滤膜采样后设计了一个基于吸附剂富集与低温富集的双聚焦模块，对易于流失的C8-C14低碳有机物进行吸附剂低温富集，保证其后续可以无损失的进入GCMS模块中。该聚焦模块采用气动控制方式，可对有机物的低温富集高温解析进行快速切换，避免了高低温温度转换的温度模糊现象，可以满足-40℃至320℃的温度范围需求。这不仅拓展了系统的监测范围，该瞬时升温脱附也避免了后续样品峰的峰拖尾现象。

(3)整个装备气路切换仅仅依靠电动钝化三通球阀以及气路前端的电动三通阀，减少使用极易磨损漏气的高温四通阀或高温六通阀的使用。整个装备设计小巧，结构紧凑，各个部件均可设计为单独模块化系统，整个系统时间分辨率30-90min，可实现对大气颗粒有机物的小时分辨率在线测量。

(4)根据大气颗粒有机物的物化性质，采用自主设计的石英介质热脱附富集-吸附剂低温双聚焦技术模块，结合气相色谱质谱法、控制系统和数据处理软件系统，可以对大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物实现分子水平浓度的在线测量，形成一套大气低浓度颗粒相有机物的高灵敏度在线测量系统。

(5)本实用新型中的富集脱附装置，采用的直接加热方式可单独集中对滤膜进行高效加热升温，对管体的温度影响较小，使得管体两侧的进样口和出气口温度低至50℃以下，可以使用普通的O圈或者卡套接头进行密封即可，节省了成本。

附图说明

图1为用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附装置示意图；

图2为用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附装置示意图；

图3为大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附设备中的高低温构件的示意图；

图4为大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附设备示意图；

图5为利用本实用新型所述的颗粒有机物在线富集监测装置系统采集到的大气环境颗粒有机物化学组成以及信号值结果图；

附图标记：

19：切割头，20：溶蚀器，21：第一电动三通阀，22：颗粒物富集脱附装置，23：第二电动三通阀，24：吸附聚焦阱装置或高低温构件，25：第三电动三通阀，26：电动球阀，27：电子压力控制器，28：GCMS，29：质量流量控制器，30；气泵，31；供气及气路压力控制系统，32:计算机交互控制系统；1:铝制保护壳、2：保温棉、3：铜块、4：制冷片、5：电阻丝、6：吸附管、7：玻璃纤维棉、8：厚壁石英管、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：支撑杆、14：隔热垫、15：绝缘套管、16：吸附剂、17：温度传感器、18：不锈钢螺钉；33：石英玻璃管，34：薄壁石英内衬，35：石英纤维滤膜，36：贴片式加热膜片，37：石英支撑结构，38：脱附石英管，39：贴片式温度传感器，40：石英传输管，41：O圈，42：无机胶密封胶，43：不锈钢螺钉。

具体实施方式

目前国内外对颗粒有机物的在线采集装置一般采用316不锈钢材质作为过滤膜的载体介质，由于颗粒有机物极易黏附在不锈钢表面，因此该在线采集装置在实际应用时必须对其内部进行钝化预处理。但是目前国内的钝化处理技术还不成熟，一般要将富集脱附模块拿到美国Restek公司进行内壁钝化，该操作无疑会增大设备成本以及设备生产时间。基于该缺点，本实用新型自主研发了一种基于石英材质为过滤膜支撑载体的颗粒物富集脱附装置。该装置中，以滤膜-加热膜片-支撑结构“三明治”式结构为一体，如石英纤维滤膜-贴片式加热膜片-石英支撑结构“三明治”式结构，将其嵌套至石英管道内，形成一套可对大气颗粒物进行采集脱附的一体化装置，以石英为材质的支撑体不需要进行内部钝化预处理。不同于现有加热装置中外置的加热棒以及温度传感器离采样滤膜有一定距离间隔的结构设计，本实用新型中使用的贴片式加热膜片对石英滤膜进行接触式直接加热，并将贴片式温度传感器放在加热膜片和石英滤膜中间，该设计不仅可以实现滤膜的快速升温热解析，也可以实时读取石英滤膜处的真实温度，保证富集在石英过滤膜有机物的快速升温以及高效解析，避免了C35-C40类高碳有机物的热脱附不充分现象。

目前颗粒有机物前处理装置一般是将采集到的有机物进行热脱附后直接送到GC中进行色谱柱柱头富集，该方法极易导致C8-C14有机物的穿透流失，且由于色谱柱气阻较高以及色谱柱和质谱能承受的流量有限，限制了热脱附流量，导致低挥发有机物热脱附不完全。本实用新型为扩展颗粒低碳有机物的采集和测量，在滤膜采样后设计了一个结构简单易于操作的低温和吸附剂双重富集的小型聚焦模块，该装置不仅可以对易于流失的低碳有机物进行吸附剂低温富集，通过单纯的低温控制也可以对高碳有机物进行再次捕集，保证其后续可以无损失的进入GCMS模块中，减少物质峰的拖尾现象。该聚焦模块采用气动控制方式对有机物的低温富集高温解析进行快速切换，避免了高低温温度转换的温度模糊现象，可以满足-40℃低温富集到320℃高温脱附的温度切换需求。该聚焦模块体积小巧，结构紧凑，不仅拓展了系统的监测范围，该瞬时脱附升温也可避免后续样品峰的峰拖尾现象。

大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物(简称颗粒相有机物)是指大气中以颗粒形式存在的有机物，一般是指有效饱和蒸汽浓度在10^-1～10⁶μg·m^-3范围内的一大类物质，其饱和蒸汽压与C8-C40范围内的饱和烷烃相对应。

此外，现有装置中一般采用电动四通阀或者六通阀切换气路，原理上是较为合理的，但是在实际操作中发现，电动四通阀或者六通阀在颗粒物气路切换系统中极易发生阀芯磨损现象而导致系统漏气，基本一个月就需要换一个阀芯。针对该现象，本实用新型使用基于脉冲控制的商业电动三通球阀作为气路切换的部件，一定程度上可以减少后期仪器使用过程中的维护以及成本。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附装置，包括：管体33，脱附管38及传输管40；管体33，管体两侧分别为进样口和出气口；在所述有机物的进样方向上，在所述管体内部依次设置有滤膜35、加热膜片36和支撑结构35；脱附管38，其一侧焊接于所述管体33的侧表面，其另一侧沿所述管体33径向向外延伸；传输管40，传输管40为L型，所述传输管40一侧管焊接于所述支撑结构35，其中L型传输管的一条边沿所述管体33内壁延伸，L型的另一条边从管体33与焊接有脱附管38的一侧表面相对的另一侧表面突出；在所述有机物的进样方向上，所述支撑结构35、所述脱附管38和所述传输管40设置在所述管体33的不同位置上。该设计保证了只对滤膜进行局部加热，从而使得进样口和出气口的温度不高于50℃，在进行进样口和出气口密封时，仅使用普通的O圈进行密封即可，节省了成本。

在本实用新型的一个实施方式中，管体33为石英玻璃管体，脱附管38为石英脱附管，传输管40为石英传输管，滤膜35为石英纤维滤膜、加热膜片36为贴片式加热膜片，支撑结构35为石英支撑网。该装置基于石英材质为主框架以及石英纤维滤膜-贴片式加热膜片-石英支撑网构成的“三明治”式结构作为颗粒有机物采集脱附装置，该装置以石英为材质，只需要简单的壁面清洗(酒精或者蒸馏水超声、高温烘托即可)，不需要送到国外进行表面钝化处理，一定程度上减少了仪器的前期准备时间以及成本。此外，开发的石英纤维滤膜-贴片式加热膜片-石英支撑网“三明治”式结构体，可实现对滤膜的直接加热以及实时温度的精准控制与读取，保证C8-C40高碳物质的快速热脱附温度需求与高效解析效率。

如图1所示，该富集脱附装置还包括内衬34，所述内衬设于管体内部且位于进样口与所述滤膜35之间。在石英纤维滤膜35与石英玻璃管进样口间放置内衬34，用以保护滤膜35由于气流传输导致的位置移动。该内衬34可以为薄壁石英内衬，其尺寸与薄壁石英玻璃管体33相适应。

如图1所示，所述富集脱附装置还包括贴片温度传感器39，所述贴片温度传感器位于所述滤膜和所述加热膜片的中间，且靠近管体有传输管的一侧；优选地，与所述加热膜片相连接导线和与所述贴片温度传感器相连接的导线位于所述传输管内。为实时监测采样石英纤维滤膜的温度，将贴片温度传感器39设置于石英纤维滤膜35与贴片式加热膜片36中间，且靠近管体有传输管的一侧，可精准获取采样滤膜处的真实温度，确保石英纤维滤膜35在热脱附阶段可以到达准确热脱附温度，从而保证高碳物质的高效脱附效率。贴片式加热膜片36和贴片式温度传感器39的电路连接线外部均包裹一层耐高温的石英玻璃纤维保护套，避免在实际高温操作中，电路连接线对采样气流、热脱附气流或后续检测造成的不必要干扰。

如图1所示，在所述有机物的进样方向上，所述支撑机构设置在所述脱附管的上游，所述传输管设置在所述脱附管的下游。

如图1所示，所述支撑结构和所述脱附管之间的距离与所述管体总长度的比值为(0.3-1):6，此时，支撑结构和脱附管之间的距离是指在平行管体的方向上两者之间的距离。其中，支撑结构和脱附管之间的距离与管体总长度的比值为(0.3-1):6，使得所述支撑结构与所述管体的进样口保持一定距离，以避免滤膜加热时管体进样口端温度过高导致密封较差；支撑结构和脱附管之间距离较小，尽可能减少解析后物质的气路传输流程。

如图1所示，所述支撑结构和所述传输管之间的距离与所述管体总长度的比值为(1-3)：6；此时，支撑结构和传输管之间的距离是指在平行管体的方向上两者之间的距离。支撑结构和传输管之间的距离与管体总长度的比值为(1-3)：6，该结构可保证在高温解析阶段，传输管对富集于支撑结构处滤膜上的物质脱附不产生影响。

如图1所示，所述传输管与所述进样口之间的距离与所述管体总长度的比值为(3-4):6；此时，传输管与进样口之间的距离是指在平行管体的方向上两者之间的距离，可以保证在采样阶段传输管对采样气流不产生影响。

如图1所示，所述脱附管与所述进样口之间的距离与所述管体总长度的比值为(1.5-3.5):6；此时，脱附与进样口之间的距离是指在平行管体的方向上两者之间的距离，该设计使得采样以及脱附气路最简化。

如图2所示，在所述有机物的进样方向上，所述脱附管设置在所述支撑机构的上游，所述传输管设置在所述支撑机构的下游；优选地，所述支撑结构和所述脱附管之间的距离与所述管体总长度的比值为(0.3-1):6；进一步优选地，所述支撑结构和所述传输管之间的距离与所述管体总长度的比值为(1-3)：6；更优选地，所述传输管与所述进样口之间的距离与所述管体总长度的比值为(3-4):6，更优选地，所述脱附管与所述进样口之间的距离与所述管体总长度的比值为(0.5-2.5):6，其余与图1所示结构相同。

如图1所示，管体两侧使用第一O圈或者聚四氟乙烯卡套接头进行密封，优选地，所述第一O圈的材质为氟橡胶或者丁晴橡胶；脱附管使用第二O圈进行密封，优选地，所述第二O圈的材质为耐高温的聚酰亚胺材质；传输管使用密封胶进行密封，优选地，所述密封胶的材质为无机陶瓷材质。氟橡胶、丁晴橡胶的第一O圈或者聚四氟乙烯卡套接头均可耐150℃，市场上比较容易购得。耐高温的聚酰亚胺材质的第二O圈需耐350℃，目前只能通过进口购买方式取得(安捷伦公司)。

在本实用新型的一些实施方式中，所述富集脱附装置还包括设置于管体外侧的制冷单元；优选地，所述制冷单元为风扇。风扇可对石英滤膜进行降温，风扇放置在与石英滤膜相对应的石英主管外侧，在需要降温时，风扇工作，对石英滤膜进行降温。

在本实用新型的实施方式中，管体的大小可以根据实际情况进行选择。

如图1所示，在所述有机物的进样方向上，所述支撑机构设置在所述脱附管的上游，所述传输管设置在所述脱附管的下游；脱附管在支撑结构下游0.3cm处。富集脱附装置以不需要对内部进行钝化处理的石英材质为主，富集脱附装置管体33直径为1/2英寸、长6cm，其材质为石英玻璃管，在石英玻璃管体33的上游进样口2cm处焊接石英支撑结构37，用以对采样石英滤膜等进行支撑保护作用，在石英支撑结构37上方放置一个与1/2英寸的石英玻璃管33尺寸相对应的贴片式加热膜片36，该加热膜片36内部部署有一定电阻值的加热丝，加热电压为24V，加热功率为80W，该加热膜片可实现由30℃加热到320℃的快速升温需求；选择对粒子截留率较高、本底值较低、耐高温的高纯石英滤膜35作为颗粒物实际采样部件，该石英纤维滤膜35尺寸为1/2英寸，将其紧贴贴片式加热膜片36放置，较大尺寸的滤膜可提供充足的颗粒物采样表面积。在实际操作中，可以使用镊子对石英滤膜35进行更换。此外，为避免在热脱附阶段，长时间的热脱附气流导致滤膜位置移动，在石英纤维滤膜35与石英玻璃管体33采样口间放置一个3/8英寸的薄壁石英内衬34，用以保护滤膜由于气流传输导致的位置移动。为实时监测采样滤膜处的温度，将贴片式温度传感器39放置在石英纤维滤膜35与贴片式加热膜片36中间且靠近石英传输管40一侧，可精准监测采样滤膜处的真实温度，确保石英纤维滤膜35在热脱附阶段可以到达320℃的准确热脱附温度，保证C35-C40高碳有机物脱附效率。贴片式加热膜片36和贴片式温度传感器39的电路连接线外部均包裹一层耐高温的石英玻璃纤维保护套，为进一步避免在实际高温操作中，电路连接线对采样气流、热脱附气流或后续检测造成的不必要干扰，在石英支撑结构37下方焊接一个直径为3mm的石英传输管40，并从石英玻璃管体33下方4cm处开孔导出，导出长度为2cm，该3mm的石英传输管40可用于放置贴片式加热膜片36和贴片式温度传感器39的电路连接线，石英传输管40的尾端用密封胶42进行密封，防止漏气。实际应用中，当石英纤维滤膜35处于320℃高温热脱附温度时，密封胶42的温度实际仅为40℃。

如图2所示，在所述有机物的进样方向上，所述脱附管设置在所述支撑机构的上游，所述传输管设置在所述支撑机构的下游；脱附管在支撑结构上游0.3cm处。富集脱附装置管体33直径为1/2英寸、长6cm，其材质为石英玻璃管，在石英玻璃管体33的上游进样口2cm处焊接石英支撑结构37，在石英支撑结构37上方放置一个与1/2英寸的石英玻璃管33尺寸相对应的贴片式加热膜片36，该加热膜片36内部部署有一定电阻值的加热丝，加热电压为24V，加热功率为80W，该加热膜片可实现由30℃加热到320℃的快速升温需求；在石英支撑结构37下方焊接一个直径为3mm的石英传输管40，并从石英玻璃管体33下方4cm处开孔导出，导出长度为2cm，该3mm的石英传输管40可用于放置贴片式加热膜片36和贴片式温度传感器39的电路连接线，石英传输管40的尾端用密封胶42进行密封，防止漏气。其余结构同图1所描述的结构。

为了将热脱附后的物质带入到后续的部件中，在紧挨着石英支撑结构37下端处开1/16英寸孔，并焊接一个1/16英寸的脱附石英管38，该脱附石英管38用于将热脱附出来的物质传输至后续的钝化三通球阀中，两者使用商业化耐高温的聚酰亚胺材质O圈41进行气路密封。此外，为保证石英玻璃管体33上端与下端与不锈钢材质的密封效果，也均采用商业化的O圈与后续的电动三通阀进行密封。

在本实用新型的一个实施方式中，该颗粒物富集脱附装置的主要作用是利用石英纤维滤膜35在30℃下对颗粒相有机物进行采样截留，后续进行快速升温至320℃将沉积在石英纤维滤膜35上的有机物进行高温脱附。因此，对石英纤维滤膜35的实时精准读取与高低温温度控制至关重要。本实用新型采用大风量涡流风扇设置于管体外侧，对准石英纤维滤膜35进行快速降温，由于石英纤维滤膜35体积较小，且石英玻璃管体33为薄壁管，可实现对其快速降温。石英纤维滤膜35的高温即是利用紧贴石英纤维滤膜35的80W加热功率的贴片式加热膜片36实现的，由于加热功率较大，且加热部件较小较为集中，可实现对贴片式加热膜片36的快速升温。对该装置的温度读取是利用放置在石英纤维滤膜35与贴片式加热膜片36中间的贴片式温度传感器39实现的，由于其位置紧贴石英纤维滤膜35，因此可精准获取石英纤维滤膜35处的实时温度。对该装置的温度控制是靠西门子的可编程序控制器(PLC)进行PID算法调节实现的。

本实用新型还提供了一种用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附设备，包括上述富集脱附装置和高低温构件。

如图3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。

如图3所示，所述高温模块包括吸附管6和缠绕于所述吸附管外部的电阻丝5，所述吸附管6内部填充Tenax系列吸附剂；在所述吸附管与所述电阻丝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6的外围。

所述高温模块还包括保护单元15，所述保护单元15包裹于所述电阻丝5的外围；所述高温模块还包括温度传感器42，所述温度传感器42设于吸附管体6外部，且位于绝缘套管53与吸附管6之间。

如图3所示，吸附管管体材质为316不锈钢，或德国Schott-Duran高精度石英玻璃，选用该吸附管管体，气体流速范围可控制在0.05-2L/min。

如图3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3所示，所述吸附管还包括加热单元5，所述加热单元5为缠绕于所述吸附管体外部的电阻丝，该电阻丝缠绕于吸附管管体外壁；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体加热至50～350℃，用于提供解析高温。

如图3所示，所述吸附管与所述加热单元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3所示，所述吸附管还包括保护单元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3所示，所述吸附管6还包括温度传感器17，所述温度传感器17设于吸附管体外部，且位于绝缘套管与吸附管体6之间，用于显示吸附剂的温度，温度传感器17紧贴吸附管外壁，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。

如图3所示，所述低温模块包括制冷片和和金属块；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，所述吸附管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，为吸附管提供恒定富集低温；所述气动驱动装置与两个低温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温度模块沿纵向作相向或相反运动，当两个低温温度模块相向运动并接触设置时，能够紧密夹紧吸附管，当两个低温温度模块相反运动并分离设置时，能够释放吸附管。

低温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；制冷片为能够使吸附管温度降至-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。

在本实用新型的一个具体实施方式中，如图2所示，低温温度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，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吸附管，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，在其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用以固定与衔接吸附管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，从而对吸附管6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。

本实用新型的高温模块，即吸附管的加热单元主要是通过电阻丝5的直流电压进行加热的，电阻丝均匀紧密缠绕在吸附管管体外壁上，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4s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。

本实用新型的低温模块，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，以随时对吸附管进行快速低温传递。

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吸附管之间存在间隔，控制加热模块工作，所述吸附管处于高温模式；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吸附管，控制加热模块停止工作，所述吸附管处于低温模式。

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吸附管处于高温和低温状态，具体如下：

如图3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，以实现吸附管从低温转换到高温的需求；

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管高低温的切换，具体主要是：当吸附管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，从而释放出吸附管6，即此时吸附管6与两个金属块之间存在间隔不贴合，并控制缠绕在吸附管6外壁的电阻丝进行工作，将吸附管加热至所需高温，吸附管6即处于高温模式；当吸附管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，从而实现低温的转换，吸附管6即处于低温模式。

目前颗粒有机物测量装置一般是将采集到的有机物进行热脱附后直接送到GC中进行色谱柱柱头富集，单独的温度富集极易导致C8-C14有机物的穿透流失，且由于色谱柱气阻较高以及色谱柱和质谱能承受的流量有限，限制了热脱附流量，导致低挥发有机物热脱附不完全。本实用新型为了扩展颗粒低碳有机物的测量，在滤膜采样后设计了一个结构简单易于操作的低温和吸附剂双重富集的小型聚焦模块，该装置不仅可以对易于流失的低碳有机物进行吸附剂富集，也可以对高碳有机物进行低温再次捕集，保证其后续可以无损失的进入GCMS模块中，减少物质峰的拖尾现象。该聚焦模块采用气动控制方式，可对有机物的低温富集高温解析进行快速切换，避免了高低温温度转换的温度模糊现象，可以满足-40℃低温富集到320℃高温脱附的温度切换需求。该聚焦模块体积小巧，结构紧凑，不仅拓展了系统的监测范围，该瞬时脱附升温也可避免后续样品峰的峰拖尾现象。

本实用新型提供了一种将上述富集脱附装置或上述富集脱附设备用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物在线测量中的方法。

如图4所示，本实用新型提供了一种大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物在线测量方法，包括采样模式、吹扫模式、聚焦富集模式、进样模式、老化模式和降温待机模式，对大气颗粒物的来源与精准溯源提供数据支撑。

具体包括以下步骤：

采样步骤：计算机交互控制系统32控制颗粒物富集脱附装置22(即用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附装置)处于30℃采集状态，通过气泵30的抽吸作用，大气样品依次经过切割头19、溶蚀器20、第一电动三通阀21、颗粒物富集脱附装置22、第二电动三通阀23、第一质量流量控制器29后经由气泵30排出，从而将大气颗粒物中有机物截留在颗粒物富集脱附装置22中的石英纤维滤膜35处。该阶段吸附聚焦阱装置24(即高低温构件)处于-20℃低温待富集状态，另一载气从供气及气路压力控制系统31出来后经第三电动三通阀25，电动球阀26，颗粒物富集脱附装置22、质量流量控制器29，气泵30后排除，从而对高温下的电动球阀26以及其中的高温管路内部涂层进行保护；此时，GCMS 28的保护载气从供气及气路压力控制系统31出来后经电子压力控制器27到GCMS 28中；

吹扫步骤：保持颗粒物富集脱附装置22处于30℃低温状态，在此模式下，载气经过供气及压力控制系统31、第一电动三通阀21后，对颗粒物富集脱附装置22中的石英纤维滤膜35以及后续管路部件进行载气吹扫，以除去吸附在石英纤维滤膜35中的残留氧气等多余干扰性气体。该阶段吸附聚焦阱装置24仍处于-20℃低温待富集状态(停止给微型手指平台气缸11进行载气输入，吸附聚焦阱装置24的两个低温子温度模块闭合，使得吸附管体6处于-20℃低温状态)，另一载气从供气及气路压力控制系统31出来后经第三电动三通阀25，电动球阀26，颗粒物富集脱附装置22、质量流量控制器29，气泵30后排除，从而对高温下的电动球阀26以及其中的高温管路内部涂层进行保护；此时，GCMS 28的保护载气从供气及气路压力控制系统31出来后经电子压力控制器27到GCMS 28中；

聚焦富集步骤：在聚焦模式下，计算机交互控制系统32控制颗粒物富集脱附装置22中的加热丝立即升温，可将石英纤维滤膜35在4s内由30℃升温到320℃；保持吸附聚焦阱装置24中的聚焦阱6仍处于-20℃低温富集状态(即停止给微型手指平台气缸11进行载气输入，吸附聚焦阱装置24的两个低温子温度模块闭合，使得聚焦阱6处于-20℃低温状态)。在此模式下，一路载气经过供气及压力控制系统31、第一电动三通阀21后，对颗粒物富集脱附装置22中石英纤维滤膜热脱附出来的物质进行上吹扫，另一路载气经过供气及压力控制系统31、第二电动三通阀23后，对颗粒物富集脱附装置22中石英纤维滤膜热脱附出来的物质进行下吹扫，上下夹击将吹扫出来的物质经过三通球阀26的BA口后带到吸附聚焦阱装置24中处于-20℃的聚焦阱6中的吸附剂处，气化脱附后的高碳物质被前端处于-20℃的空管部分捕集，易于挥发的低碳有机物即被处于低温下的吸附剂捕集下来，多余未被吸附的杂质则通过第三电动三通阀25后排入环境大气中；此时，GCMS 28的保护载气从供气及气路压力控制系统31出来后经电子压力控制器27到GCMS 28中；

测量步骤：待有机物吸附聚焦富集完成后，计算机交互控制系统32控制吸附聚焦阱装置24中吸附管体6快速由-20℃低温升温至320℃解吸高温(即利用从供气及压力控制系统31出来的载气驱动微型手指平台气缸11打开，带动两个低温模块张开，通过计算机交互控制系统32控制缠绕在吸附管体6的加热丝迅速工作)，载气经由供气及压力控制系统31和第三电动三通阀25后，将富集在吸附聚焦阱装置24中的吸附管体6处高温释放出来的待测有机物经过电动三通球阀26的AC口带入GCMS 28中进行分析测量，此时，电子压力控制器27关闭，不进行气路输出；

老化步骤：待进样完成后，为了将系统管路中残留杂质清除，计算机交互控制系统32控制电动三通球阀AB位连通，从供气及气路压力控制系统31出来后经电子压力控制器27到GCMS 28中，给GCMS 28提供相应的分离测量载气；同时控制颗粒物富集脱附装置22(即富集脱附装置)和吸附聚焦阱装置24(即高低温构件)均处于330℃高温状态。载气从供气及气路压力控制系统31出来后经第一电动三通阀21、颗粒物富集脱附装置22、第二电动三通阀23、质量流量控制器29，气泵30后，对颗粒物富集脱附装置22中的管路和零件进行高温载气清洗；另一载气从供气及气路压力控制系统31出来后经第三电动三通阀25，电动球阀26，颗粒物富集脱附装置22、质量流量控制器29，气泵30，从而实现对吸附聚焦阱装置24中的管路和部件进行老化清洗；

降温待机步骤：待老化清洗完成后，计算机交互控制系统34控制颗粒物富集脱附装置22和高低温构件24均处于低温待富集状态，等待下一次颗粒物采集流程。一载气从供气及气路压力控制系统31出来后经第三电动三通阀25，电动球阀26，颗粒物富集脱附装置22、质量流量控制器29，气泵30后排除，从而对高温下的电动球阀26以及其中的高温管路内部涂层进行保护；此时，GCMS 28仍在处于程序升温以及质谱检测阶段，其分离检测载气由供气及气路压力控制系统31出来后经由电子压力控制器27进行提供；

至此完成一轮完整的大气颗粒有机物在线测量循环程序。通过计算机交互控制系统32实现对整个系统和部件的时间序列控制，六种步骤可以进行自动循环运行。

为最大程度减少粘性较大颗粒有机物在系统内部的损失，在热脱附后的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。

整个装置系统气路简单、操作简易，可直接对大气环境条件下C8-C40挥发性范围内的低浓度颗粒有机物进行在线监测，时间分辨率为30-90min，采样时间可根据测量需要进行自由调整。

实施例1

如图1所示，富集脱附装置中，管体33直径为1/2英寸、长6cm，其材质为石英玻璃管，石英玻璃管体33为1mm薄壁管，在石英玻璃管体33的上游进样口2cm处焊接石英支撑结构37，在石英支撑结构37上方放置一个与1/2英寸的石英玻璃管33尺寸相对应的贴片式加热膜片36，该加热膜片36内部部署有一定电阻值的加热丝，加热电压为24V，加热功率为80W，选择高纯石英滤膜35作为颗粒物实际采样部件，该石英纤维滤膜35尺寸为1/2英寸，将其紧贴贴片式加热膜片36放置，较大尺寸的滤膜可提供充足的颗粒物采样表面积。在石英纤维滤膜35与石英玻璃管体33采样口间放置一个3/8英寸的薄壁石英内衬34，用以保护滤膜由于气流传输导致的位置移动。将贴片式温度传感器39放置在石英纤维滤膜35与贴片式加热膜片36中间且靠近石英传输管40一侧，可精准监测采样滤膜处的真实温度。贴片式加热膜片36和贴片式温度传感器39的电路连接线外部均包裹一层耐高温的石英玻璃纤维保护套，在石英支撑结构37下方焊接一个直径为3mm的石英传输管40，并从石英玻璃管体33下方4cm处开孔导出，导出长度为2cm，该3mm直径的石英传输管40可用于放置贴片式加热膜片36和贴片式温度传感器39的电路连接线，石英传输管40的尾端用密封胶42进行密封，防止漏气。实际应用中，当石英纤维滤膜35处于320℃高温热脱附温度时，密封胶42的温度实际仅为40℃。在紧挨着石英支撑结构37下端处开1/16英寸孔，并焊接一个1/16英寸的脱附石英管38，该脱附石英管38用于将热脱附出来的物质传输至后续的钝化三通球阀中，两者之间使用商业化的耐高温的聚酰亚胺材质O圈41进行气路密封。此外，为保证石英玻璃管体33上端与下端与不锈钢材质的密封效果，也均采用商业化的O圈与后续的电动三通阀进行密封。

实施例2

如图4所示，一种富集脱附设备，包括实施例1中的富集脱附装置，还包括一种高低温构件，包括高温模块、低温模块及高低温切换模块，所述高温模块包括吸附管管体6和体外壁紧密缠绕的绝缘电阻丝，所述吸附管内部填充Tenax吸附剂，吸附管管体为经过钝化处理的薄壁耐腐蚀316不锈钢，附管管体的尺寸如下：内径：2.2mm、外径：2.5mm、长度：600mm。所述吸附管与所述电阻丝之间还包括一层绝缘套管53，所述绝缘套管53包裹于所述吸附管体6的外围，绝缘套管的材质为玻璃纤维棉。吸附管管体外壁紧密缠绕绝缘电阻丝，作为加热单元用于提供解析高温。在电阻丝外层包裹一层玻璃纤维材质的保护套管15，保护套管15作为保护单元用于保护电阻丝；为实时监测吸附管处的温度，在吸附管6与绝缘套管53的中间位置放置温度传感器42，温度传感器42紧贴吸附管外壁，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度，保证吸附剂本身的温度精度。其中吸附管管体外壁紧密缠绕的电阻丝高温模块，能够使吸附管温度升至320℃-350℃。低温模块，低温模块包括制冷片、金属块、塑料螺丝、温度传感器以及散热单元，金属块由中心位置设有半圆槽且能够开合的两个对称子铜块构成，吸附管能够贴合设置在两个子铜块形成的槽中。制冷片为三级半导体制冷元件，能够使吸附管温度降至-40℃，可以持续提供低温；两个子铜块的尺寸均为130mm*30mm。在铜块外部增加了一个铝制保护壳，铝制保护壳尺寸为140*33mm，铝制保护壳与两个半铜块使用M4*12的四氟螺丝进行连接，在其两者之间的空隙填充保温棉，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用以固定与衔接吸附管，该支撑杆的下端通过绝缘垫与工作台相连接，以减少温度的传递损失，支撑杆的上端通过M4*16的不锈钢螺钉与吸附管相连接，从而对吸附管起到支撑与固定作用。低温模块的温度传感器放置在铜块的侧开口处，即将铜块与铝制保护壳的侧边进行开口，其尺寸与低温温度传感器的外径(4mm)相适应，将低温温度传感器放置在铜块的内部。高低温切换模块包括气动装置，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。

图5为利用本实用新型所述的颗粒有机物在线富集监测装置系统采集到的大气环境颗粒有机物化学组成以及信号值结果图，横坐标为采集时间，纵坐标为安捷伦质谱的TIC强度信号值。通过该系统的测量，可获得大气中颗粒有机物的分子水平信息，为大气颗粒物溯源以及精细化管控提供基础数据支撑。

Claims (17)

1.一种用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附装置，其特征在于，包括：管体，脱附管及传输管；

管体，管体两侧分别为进样口和出气口；

在所述有机物的进样方向上，在所述管体内部依次设置有滤膜、加热膜片和支撑结构；

脱附管，其一侧焊接于所述管体的侧表面，其另一侧沿所述管体径向向外延伸；

传输管，传输管为L型，所述传输管一侧管焊接于所述支撑结构，其中L型传输管的一条边沿所述管体内壁延伸，L型的另一条边从管体与焊接有脱附管的一侧表面相对的另一侧表面突出；

在所述有机物的进样方向上，所述支撑结构、所述脱附管和所述传输管设置在所述管体的不同位置上。

2.根据权利要求1所述的富集脱附装置，其特征在于，

在所述有机物的进样方向上，所述支撑结构设置在所述脱附管的上游，所述传输管设置在所述脱附管的下游；或者

在所述有机物的进样方向上，所述脱附管设置在所述支撑结构的上游，所述传输管设置在所述支撑结构的下游。

3.根据权利要求1所述的富集脱附装置，其特征在于，

所述富集脱附装置还包括内衬，所述内衬设于管体内部且位于进样口与所述滤膜之间。

4.根据权利要求1所述的富集脱附装置，其特征在于，

所述富集脱附装置还包括贴片温度传感器，所述贴片温度传感器位于所述滤膜和所述加热膜片的中间，且靠近管体有传输管的一侧。

5.根据权利要求4所述的富集脱附装置，其特征在于，

与所述加热膜片相连接的导线和与所述贴片温度传感器相连接的导线位于所述传输管内。

6.根据权利要求1所述的富集脱附装置，其特征在于，

所述富集脱附装置还包括设置于管体外侧的制冷单元。

7.根据权利要求6所述的富集脱附装置，其特征在于，

所述制冷单元为风扇。

8.一种用于大气颗粒相中C8-C40挥发性范围内有机物的富集脱附设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的富集脱附装置。

9.根据权利要求8所述的富集脱附设备，其特征在于，还包括高低温构件；

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。

10.根据权利要求9所述的富集脱附设备，其中，

所述高温模块包括吸附管和缠绕于所述吸附管外部的电阻丝，所述吸附管内部填充Tenax系列吸附剂。

11.根据权利要求10所述的富集脱附设备，其中，在所述吸附管与所述电阻丝之间还包括一层绝缘套管，所述绝缘套管包裹于所述吸附管的外围。

12.根据权利要求10所述的富集脱附设备，其中，

所述高温模块还包括保护单元，所述保护单元包裹于所述电阻丝的外围。

13.根据权利要求10所述的富集脱附设备，其中，

所述高温模块还包括温度传感器，所述温度传感器设于吸附管体外部，且位于绝缘套管与吸附管之间。

14.根据权利要求10所述的富集脱附设备，其中，

所述低温模块包括制冷片、金属块，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对称子金属块形成的槽中。

15.根据权利要求14所述的富集脱附设备，其中，

所述制冷片冷端紧贴于金属块。

16.根据权利要求10所述的富集脱附设备，其中，

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子金属块分开与闭合实现所述吸附管在高温模式和低温模式之间的切换。

17.根据权利要求16所述的富集脱附设备，其中，

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

当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吸附管，控制加热模块停止工作，处于低温模式。