专利名称：一种在线挥发性有机物分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体中挥发性有机物分析仪，尤其是涉及一种气体中挥发性有机物在线分析仪。
背景技术：
挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)是指沸点范围在 500C _260°C、室温下饱和蒸汽压超过133. 322Pa的化合物。这类化合物普遍存在于室内外空气中，在对流层臭氧增加和其他氧化剂的生成中扮演着重要的角色，它还可以直接产生有机气溶胶等二次污染物。更重要的是VOCs成分中的一些化合物如苯、1，3- 丁二烯等具有潜在的致癌作用，因此研究环境中VOCs的存在、来源、分布规律、迁移转化及其对人体健康的影响一直受到人们的重视，并成为国内外研究的重点。VOCs成分复杂，含量极微，建立简单与可靠的VOCs采样及测定方法是实现这一研究的必要手段。目前大气中挥发性有机物分析方法主要有1现场采样-实验室分析系统2现场在线连续自动监测系统。现场采样-实验室分析系统，该系统现场采样方法主要有气袋采样、不锈钢罐采样、吸附剂管采样，气袋采样由于内表面吸附V0C，现已较少使用不锈钢罐采样效果较好， 但需要用液氮低温制冷预浓缩样品气体(要经常添加液氮)，操作复杂、成本高吸附剂管采样存在VOC吸附和解吸效率问题，以及吸附剂干扰较多和更换吸附剂管等问题。实验室分析方法主要是气相色谱法(气相色谱/氢焰离子化检测器/光离子化检测器)、气相色谱/质谱法。现场采样-实验室分析系统分析气体中VOC的主要缺点是不能对环境空气中挥发性有机物实施实时连续自动监测，不能捕捉大气中VOC浓度的快速变化。现场在线连续自动监测系统，目前这种监测系统的分析原理主要是吸附剂管采样 (室温/低温)/热解吸气相色谱法，检测器主要为氢焰离子化检测器(FID)和光离子化检测器(PID)。这种在线分析系统的主要缺点是吸附剂管采样存在的对不同VOC的吸附/解吸效率、更换吸附剂管问题，FID和PID两个检测器对VOC定性分析的非专属性以及对不同 VOC的选择性检测问题(FID只用于检测碳氢化合物，PID不能检测部分C2和C3碳氢化合物(如乙烷、丙烷)及部分卤代烃(如二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷等)和含氧(氮、硫) 化合物(如甲醇、丙烯腈、硫化羰等)。因此，目前在线VOC分析仪主要用于分析C2-C12碳氢化合物，并且C2-C5和C6-C12碳氢化合物要用两台分析仪分别完成，不能一次分析同时检测C2-C12碳氢化合物、含氧(氮、硫)VOC和卤代烃。目前，对环境大气挥发性有机物的研究起步较晚，对大气挥发性有机物的采集分析主要是依靠国外的大型分析设备与仪器，不但价格昂贵，而且分析过程繁杂，尚未实现实时的在线连续自动分析，与大气污染研究的实际需要尚有较大的差距。因此，研究更新VOCs 的采样方法和分析技术，发展高灵敏度、操作简便、经济实用且易维护的VOCs分析仪器，发展VOCs在线连续自动监测技术，在大气环境监测研究领域具有重要的意义。
实用新型内容本实用新型主要是解决了现有技术所存在的用液氮制冷需要不断添加液氮、限制应用环境和自动化的技术问题；应用了一种用电子超低温制冷技术和方法，使分析系统操作程序简单、可长期连续操作，便于自动化的一种在线挥发性有机物分析仪及其使用方法。本实用新型还有一目的是解决了现有技术应用吸附剂管采样所存在的部分VOC 吸附效率低以及更换吸附管等技术问题；提供了一种可长期使用的用空毛细管柱低温冷凝浓缩的一种在线挥发性有机物分析仪及其使用方法。本实用新型再有一目的是解决了现有在线检测技术单一气路采样、双机检测 C2-C12碳氢化合物所存在的技术问题；提供了一种双气路同时采样，分别浓缩C2-C5和 C5-C12碳氢化合物，一机同时检测C2-C12碳氢化合物的一种在线挥发性有机物分析仪及其使用方法。本实用新型还有一目的是解决了现有在线检测技术中使用选择性检测器(FID和 PID)存在的检测VOC种类少的技术问题，提供了一种用FID和MS双检测器的检测技术和方法，可一次分析同时检测C2-C12碳氢化合物、含氧(氮、硫)化合物和卤代烃等各种挥发性有机物的一种在线挥发性有机物分析仪及其使用方法。本实用新型最后有一目的是解决了现有大气挥发性有机物分析中存在的现场采样-实验室分析和现场在线连续自动监测不能兼得的技术问题，提供了一种即可用于现场采样(采样罐采样)-实验室分析，又可以用于现场在线连续自动检测挥发性有机物的一种在线挥发性有机物分析仪及其使用方法。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，包括采样装置、供气装置以及分别与所述采样装置和供气装置连接的制冷装置；该双空管冷富集双检测器在线挥发性有机物分析仪还包括一个分别与所述采样装置和供气装置连接的气体流量控制装置、与所述气体流量控制装置连接的分析装置以及与所述分析装置相连的的数据采集、处理装置。在上述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，所述采样装置包括一个六通阀以及分别与所述六通阀连通的过滤器、样品气体进气管(可以通过软件设置选择连续进样和单次进样)、内标进气管、外标进气管、第一电磁阀以及第二电磁阀，所述第一电磁阀与第二电磁阀相连通。在上述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，所述制冷装置包括一个十二通阀以及分别与十二通阀相连通的第一除水管、第二除水管、第一浓缩管以及第二浓缩管，所述第一除水管和第二除水管同时与上述第二电磁阀相连通。在上述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，所述制冷装置还包括一个(X)2捕集管，所述第二除水管通过(X)2收集器与十二通阀相连通，所述第一除水管、第二除水管、第一浓缩管以及第二浓缩管设置在一个低温冷阱器中。在上述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，所述气体流量控制装置包括第三电磁阀、第四电磁阀、分别与所述第三电磁阀和第四电磁阀相连通的第一质量流量控制器和第二质量流量控制器、同时与所述第三电磁阀和第四电磁阀相连通的第三质量流量控制器、同时与所述第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、上述第一电磁阀和一个采样泵连通的第五电磁阀以及通过所述第三质量流量控制器同时与所述第三电磁阀和第四电磁阀相连通的减压阀。在上述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，所述的分析装置包括一个柱箱、设置在柱箱内且分别与上述十二通阀相连通的第一毛细管柱和第二毛细管柱、与所述第一毛细管柱连通的第一检测器以及与所述第二毛细管柱连通的第二检测器。在上述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，所述的供气装置包括氮气供气器、 氦气供气器、空气供气器以及氢气供气器；所述氮气供气器与上述减压阀连通，所述氦气供气器与上述十二通阀连通，所述空气供气器和氢气供气器均与上述第二检测器连通；上述第一检测器采用质谱检测器，上述第二检测器采用氢火焰检测器。在上述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，所述第一除水管和第二除水管采用内径1. 0-1. 5mm、长30cm-40cm的空玻璃管或空石英管；所述第一除水管和第二除水管外壁均缠绕温度可调可控的加热丝；所述第一浓缩管以及第二浓缩管均采用内径为0. 53mm且长30cm-40cm的空毛细管柱，所述第一浓缩管采用活化的石英毛细管柱，所述第二浓缩管采用PLOT毛细管柱，所述第一浓缩管和第二浓缩管外壁均缠绕温度可调可控的加热丝。 在上述的一种在线挥发性有机物分析仪，所述CO2捕集管为内径4mm，长15cm的聚四氟乙烯管或玻璃管，管内填有碱石棉。因此，本实用新型具有如下优点1.本实用新型采用电子制冷技术实现超低温制冷，避免了使用液氮制冷需要经常添加液氮、应用条件受限制的弊端，可以长期连续自动运行，便于自动化操作；2.本实用新型用空毛细管柱低温冷凝浓缩挥发性有机化合物，浓缩效率/解吸效率高，避免了吸附剂管吸附浓缩中部分有机物吸附/解吸效率差以及更换吸附管的弊端，可以长期连续自动运行，便于自动化操作；3.本实用新型采用双空毛细管柱低温浓缩技术，一次采样可以分别浓缩C2-C5碳氢化合物和C5-C12碳氢化合物、含氧(氮、 硫)化合物及卤代烃等多种挥发性有机化合物；4.本实用新型采样双分析柱、双检测器分析技术，选择性检测器(FID和通用型检测器(MQ相结合，提高了挥发性有机物定性分析、 定量分析的能力，一次采样可以同时分析C2-C12碳氢化合物、含氧(氮、硫)化合物和卤代烃等多种挥发性有机有机物；5.本实用新型采样方法具有连续采样和单次采样功能，即可以在实验室通过单次采样操作分析现场采样罐采集的样品，也可以安置在自动监测站实施在线连续自动监测。
附图1是本实用新型的一种工作原理示意图；具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。实施例一种气体在线挥发性有机物分析仪，包括采样装置1、供气装置2以及分别与所述采样装置1和供气装置2连接的制冷装置3 ；该双空管冷富集双检测器在线挥发性有机物分析仪还包括一个分别与所述采样装置1和供气装置2连接的气体流量控制装置4、与所述气体流量控制装置4连接的分析装置5以及与所述分析装置5相连的的数据采集、处理装置。采样装置1包括一个六通阀101以及分别与六通阀101连通的过滤器102、内标进气管103、外标进气管104、第一电磁阀105以及第二电磁阀106，第一电磁阀105与第二电磁阀106相连通。制冷装置3包括一个十二通阀301以及分别与十二通阀301相连通的第一除水管302、第二除水管303、第一浓缩管304以及第二浓缩管305，第一除水管302和第二除水管303同时与第二电磁阀106相连通；第一除水管302和第二除水管303采用内径 1. 0-1. 5mm、长30cm-40cm的空玻璃管或空石英管；第一除水管302和第二除水管303外壁均缠绕温度可调可控的加热丝；第一浓缩管304以及第二浓缩管305均采用内径为0. 53mm 且长30cm-40cm的空毛细管柱，第一浓缩管304采用去活的石英毛细管柱，第二浓缩管305 采用PLOT毛细管柱，第一浓缩管304和第二浓缩管305外壁均缠绕温度可调可控的加热丝。制冷装置3还包括一个(X)2捕集管306，第二除水管303通过(X)2收集器306与十二通阀301相连通，第一除水管302、第二除水管303、第一浓缩管304以及第二浓缩管305设置在一个低温冷阱器中；0)2捕集管306为内径4mm，长15cm的聚四氟乙烯管或玻璃管，管内填有碱石棉，管两端各填充Icm玻璃棉固定碱石棉，防止碱石棉被气体吹出。气体流量控制装置4包括第三电磁阀401、第四电磁阀402、分别与第三电磁阀401 和第四电磁阀402相连通的第一质量流量控制器404和第二质量流量控制器405、同时与第三电磁阀401和第四电磁阀402相连通的第三质量流量控制器406、同时与第一质量流量控制器404、第二质量流量控制器405、上述第一电磁阀105和一个采样泵408连通的第五电磁阀403以及通过第三质量流量控制器406同时与第三电磁阀401和第四电磁阀402相连通的减压阀407。分析装置5包括一个柱箱501、设置在柱箱501内且分别与上述十二通阀301相连通的第一毛细管柱502和第二毛细管柱503、与第一毛细管柱502连通的第一检测器504 以及与第二毛细管柱503连通的第二检测器505。柱箱具有加热、程序升温、控温功能，可以安装两个60m长毛细管柱，安装两个进样器，连接两个检测器。进样器和检测器具有升温、 控温功能。供气装置2包括氮气供气器201、氦气供气器202、空气供气器203以及氢气供气器204 ；氮气供气器201与减压阀407连通，氦气供气器202与十二通阀301连通，空气供气器203和氢气供气器204均与第二检测器505连通；第一检测器504采用质谱检测器，第二检测器505采用氢火焰检测器。下面介绍一下应用上面的气体在线挥发性有机物分析仪进行在线分析的方法，步骤如下步骤1，采集样品气体打开采样泵408，样品气体经过滤器102进入采样气路，进入六通阀101S1位入口，由S6位公共口出，通过第二电磁阀106后，样品气体分成两路第1气路样品气体，通过第一除水管302进入十二通阀30112号位，经11号位出后进入第一浓缩管304，挥发性有机物C4-C12碳氢化合物、含氧(氮、硫)有机物、卤代烃被冷凝富集在第一浓缩管304内，其它气体进入十二通阀3018号位，从7号位出后经第四电磁阀402后，通过第二质量流量控制器405再经过第五电磁阀403，由采样泵408放空；[0036]第2气路样品气体，进入第二除水管303通过(X)2捕集管306进入十二通阀3011 号位，经2号位出来进入第二浓缩管305，C2-C5碳氢化合物被定量冷凝富集在第二浓缩管 305内，其它气体进入十二通阀3015号位，从6号位出来，通过第三电磁阀401经过第一质量流量控制器404，再通过第五电磁阀403经采样泵408放空；完成样品气体采集程序，然后由数据采集、处理装置对分析装置中的数据进行分析，在本步骤中，第一除水管302温度为零下_20°C，第二除水管303为零下_80°C。第一浓缩管304和第一浓缩管305温度均为零下_155°C左右；步骤2，对步骤1的所采集的样品气体进行热解吸第一浓缩管304和第二浓缩管 305同时快速加热，从零下-155°C升到100°C后，升温速度为40°C /s，两个浓缩管内的挥发性有机物快速解吸；具体操作如下第1气路由氦气供气器202通入氦气，由十二通阀3019号位入8号位出，进入第一浓缩管304，解吸的C5-C12碳氢化合物、含氧(氮、硫)有机物和卤代烃在氦气的吹扫下经过十二通阀301的11号位和10号位，进入柱箱501，在第一毛细管柱502中被分离，再进入第一检测器504进行定性、定量分析；第一毛细管柱是60m长、内径0. 25mm毛细管柱。第2气路由氮气供气器201通入氮气，由十二通阀3014号位和5号位进入第二浓缩管305，解吸的C2-C5碳氢化合物在氮气吹扫下经过十二通阀3012号位和3号位，进入柱箱501，在第二毛细管柱503中被分离，再进入第二检测器505，对C2-C5碳氢化合物进行定性和定量分析，第二毛细管柱为15m长、内径0. 32mm毛细管柱；上述第一浓缩管304和第二浓缩管305热解吸期间，制冷不停止，低温冷阱器保持温度为-155°C至-150°C ；步骤3，进行加热反吹净化将第一除水管302和第二除水管303和第一浓缩管 304和第二浓缩管305加热到100°C以上，低温冷阱器保持温度为_155°C至_150°C ；氮气供气器201提供的吹扫气氮气经过减压阀407和第三质量流量控制器406成两路氮气经过第四电磁阀402，经十二通阀3017号位和8号位反吹第一浓缩管304，再经过十二通阀30111号位和12号位进入第一除水管302，吹扫管中水气，经第二电磁阀106 和第一电磁阀105，最后经第五电磁阀403由采样泵408放空；氮气经过第三电磁阀401经过十二通阀3016号位和5号位反吹第二浓缩管305， 再经过十二通阀3012号位和1号位进入(X)2捕集管306，再进入第二除水管303，经第二电磁阀106和第一电磁阀105，最后经第五电磁阀403由采样泵408放空。本分析仪可连续自动同时分析大气中挥发性C2-C12碳氢化合物、含氧(氮、硫) 有机物和卤代烃，在本实施例中，上述低温冷阱器采用实用新型专利200810118237. 4 一种低温冷阱。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了采样装置1、六通阀101、过滤器102、内标进气管103、外标进气管104、第一电磁阀105、第二电磁阀106、供气装置2、氮气供气器201、氦气供气器 202、空气供气器203、氢气供气器204、制冷装置3、十二通阀301、第一除水管302、第二除水管303、第一浓缩管304、第二浓缩管305、C02捕集管306、气体流量控制装置4、第三电磁阀401、第四电磁阀402、第五电磁阀403、第一质量流量控制器404、第二质量流量控制器405、第三质量流量控制器406、减压阀407、采样泵408、分析装置5、柱箱501、第一毛细管柱 502、第二毛细管柱503、第一检测器504、第二检测器505等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
权利要求1.一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，包括采样装置(1)、供气装置O) 以及分别与所述采样装置(1)和供气装置( 连接的制冷装置(3)；该双空管冷富集双检测器气体在线挥发性有机物分析仪还包括一个分别与所述采样装置(1)和供气装置(2)连接的气体流量控制装置(4)、与所述气体流量控制装置(4)连接的分析装置( 以及与所述分析装置( 相连的的数据采集、处理装置。
2.根据权利要求1所述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，所述采样装置(1)包括一个六通阀(101)以及分别与所述六通阀(101)连通的过滤器(102)、内标进气管(103)、外标进气管(104)、第一电磁阀(105)以及第二电磁阀(106)，所述第一电磁阀 (105)与第二电磁阀(106)相连通。
3.根据权利要求2所述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，所述制冷装置C3)包括一个十二通阀(301)以及分别与十二通阀(301)相连通的第一除水管(302)、 第二除水管(303)、第一浓缩管(304)以及第二浓缩管(305)，所述第一除水管(30 和第二除水管(303)同时与上述第二电磁阀(106)相连通。
4.根据权利要求3所述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，所述制冷装置C3)还包括一个CO2捕集管(306)，所述第二除水管(30 通过CO2收集器(306)与十二通阀(301)相连通，所述第一除水管(302)、第二除水管(303)、第一浓缩管(304)以及第二浓缩管(30 设置在一个低温冷阱器中。
5.根据权利要求4所述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，所述气体流量控制装置(4)包括第三电磁阀(401)、第四电磁阀(40 、分别与所述第三电磁阀G01) 和第四电磁阀(40 相连通的第一质量流量控制器(404)和第二质量流量控制器005)、同时与所述第三电磁阀(401)和第四电磁阀(40 相连通的第三质量流量控制器006)、同时与所述第一质量流量控制器004)、第二质量流量控制器005)、上述第一电磁阀(105)和一个采样泵(408)连通的第五电磁阀003)以及通过所述第三质量流量控制器(406)同时与所述第三电磁阀G01)和第四电磁阀(402)相连通的减压阀007)。
6.根据权利要求5所述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，所述的分析装置( 包括一个柱箱(501)、设置在柱箱(501)内且分别与上述十二通阀(301)相连通的第一毛细管柱(50 和第二毛细管柱(50 、与所述第一毛细管柱(50 连通的第一检测器(504)以及与所述第二毛细管柱(50 连通的第二检测器(505)。
7.根据权利要求6所述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，所述的供气装置( 包括氮气供气器001)、氦气供气器002)、空气供气器Q03)以及氢气供气器O04)；所述氮气供气器O01)与上述减压阀(407)连通，所述氦气供气器(20 与上述十二通阀(301)连通，所述空气供气器(20 和氢气供气器(204)均与上述第二检测器 (505)连通；上述第一检测器(504)采用质谱检测器，上述第二检测器(50 采用氢火焰检测器。
8.根据权利要求3所述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，所述第一除水管(302)和第二除水管(303)采用内径1. 0-1. 5mm、长30cm-40cm的空玻璃管或空石英管；所述第一除水管(30 和第二除水管(30 外壁均缠绕温度可调可控的加热丝；所述第一浓缩管(304)以及第二浓缩管(305)均采用内径为0.53mm且长30cm-40cm的空毛细管柱，所述第一浓缩管(304)采用活化的石英毛细管柱，所述第二浓缩管(30 采用PLOT毛细管柱，所述第一浓缩管(304)和第二浓缩管(30 外壁均缠绕温度可调可控的加热丝。
9.根据权利要求4所述的一种气体在线挥发性有机物分析仪，其特征在于，所述(X)2捕集管(306)为内径4mm，长15cm的聚四氟乙烯管，管内填有碱石棉。
专利摘要本实用新型涉及一种气体中挥发性有机物在线分析仪，包括采样装置(1)、供气装置(2)以及分别与所述采样装置(1)和供气装置(2)连接的制冷装置(3)；该双空管冷富集双检测器气体在线挥发性有机物分析仪还包括一个分别与所述采样装置(1)和供气装置(2)连接的气体流量控制装置(4)、与所述气体流量控制装置(4)连接的分析装置(5)以及与所述分析装置(5)相连的数据采集、处理装置。因此，本实用新型具有如下优点1.本实用新型采用电子制冷技术实现超低温制冷，避免了使用液氮制冷需要经常添加液氮、应用条件受限制的弊端，可以长期连续自动运行，便于自动化操作。
文档编号G01N35/00GK202256359SQ201120347390
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者李虹杰, 王彭蛟, 蒋茂贵, 韩长绵 申请人:武汉市天虹仪表有限责任公司