专利名称：一种水中挥发性有机物的采样检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测仪器领域，特别是涉及一种检测水中挥发性有机物含量的采样检测装置。
背景技术：
多种挥发性有机物会通过排放、泄露、扩散等各种途径进入地表水、地下水、海水等环境水体以及各种生产生活用水中，根据其性质的不同，会对环境、生态、安全、健康等造成不利影响或潜在威胁。各种有机物如芳香烃、脂肪烃和卤代烃等由于其化学性质较稳定，不易分解，会渗入地下水层中，对环境破坏很大，如果长期接触会造成人体慢性中毒，引发癌症，还会直接影响到生殖和神经系统。因此，对水中挥发性有机污染物的监测在环境分析工作中日益重要。造成水污染的原因包括工业废水、生活垃圾处理不当、石油化工厂泄漏事件和海上船只的泄漏事件等。针对一些泄漏事件，我们必须采取应急措施，尽快切断污染的·传播，因此快速确定水体的污染情况极为重要。传统的将污染水源取样带回实验室检测的方式明显已经不能应对各种突发事件，而一些可携带仪器测量仪器往往存在测量结果的准确性差、设备昂贵、不便携带等问题。水体中有机挥发性气体(VOC)的检测的困难在于现场采样及快速分析。传统的取样方式一般为容器采样后送到实验室进行萃取(如美国专利US2011/094105A1)、富集(如美国专利US2001/0003426A1)或吹扫捕集等方法。显然，这些方法均不能满足现场测试的要求，采样和测试之间耽搁的时间也较长，水体成分不可避免的发生一定程度的变化。另夕卜，后续的萃取、富集和吹扫捕集等过程复杂，耗时长，并且不能完全反应真实水样成分。顶空法收集水体中的挥发性气体明显优于上述采样方法，美国专利US5773713使用一种聚合物膜放入被测水样中，水中的VOC渗透或扩散通过聚合物膜，被稀释气流带出从而被检测。美国专利US5448922公开了一种气体渗透系统，其亦使用了气体渗透膜。使用膜分离这种方法的缺点在于气体的流量很大程度上依赖于膜的特性，受膜的材料，长度，截面积影响很大，受体系的压力影响也较大。因此可靠性不高，并且结构繁琐复杂。可见，到目前为止，尚未有能高效、快速、便携、可靠的现场检测水体中挥发性有机污染物的装置。
实用新型内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种高效、快速、便携、可靠的一种检测水中挥发性有机物含量的检测装置。本实用新型提供一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，包括一个中空的采样器及与采样器相连的气体检测器，所述采样器下半部分的侧壁上设有一个以上的进水通道，下端设有气体鼓泡器。所述气体鼓泡器的作用是使进入腔体的吹扫气体分成一个或多个微小气泡，鼓泡器可以为一个或一组小孔或多孔材料。所述进水通道足够小，使得气泡不能从其逸出，这些进水通道也可换成能达到相同的作用的具有一定宽度(O.广5_)的狭缝或一定孔结构的网板。所述进水通道的孔面积应达到3mm2以上，以便采样器内的水体能够及时与采样器外的待测水体交换，以保证测量结果的精确。优选的，还包括气体入口管路、气体出口管路和气体吹扫气进气泵，所述气体入口管路一端与所述采样器底部连通，另一端与所述气体吹扫气进气泵连接，所述气体出口管路一端与所述采样器顶部连通，另一端与所述气体检测器相连。优选的，所述气体出口管路上设有气体样品收集泵。优选的，所述气体入口管路上还设有吹扫气体净化器。所述吹扫气体净化器为填充吸附剂的过滤器，用于除去吹扫气体中的杂质。当确认吹扫气体本身为不影响检测的清 洁气体时吹扫气体净化器可以省略。气体出口管路由Teflon等不吸附有机挥发行气体的材料制成，使气体样品在经过管路的过程中不会吸附而造成减小检测浓度或延迟检测时间，也不会因为上次检测时吸附的挥发性有机物解吸附而影响下次检测的结果。优选的，所述气体出口管路上还设有气体样品除湿器。所述气体样品除湿器由一个套管或夹层管路组成，外管或外层由气体不可通过的密封材料组成，内管或内层由只允许水分子透过的材料组成，例如Nafion,内外管或内外层之间填充吸水材料,如娃胶等。气体样品流经内管或内层，其中的一部分水分子透过内管或内层的选择性透过材料被内外管或内外层之间填充吸水材料吸附，从而降低了流经的气体样品的相对湿度。当相对湿度对整个采样和检测系统没有影响时气体样品除湿器可以省略。优选的，所述气体鼓泡器设置于气体入口管路与所述采样器连通处。优选的，所述进水通道为小孔或狭缝，所述小孔的孔径为O. f5mm，所述狭缝的长度为O. 1 1000mm,宽度为O. I 5mm。优选的，所述采样器的下半部分高度为3 100cm。优选的，所述气体检测器选自光离子化检测器、热导检测器、氢火焰检测器、离子淌度检测器、质谱检测器和光谱检测器。所述气体检测器主要是对吹扫气体中的成分作出鉴定。优选的，气体检测器入口端还设有气体分离装置。所述气体分离装置选自气相色谱柱等。所述吹扫气体在进入气体检测器前，需先经过气体分离装置，将气体中的各组分进行分离，使吹扫气体中各组分VOC先后进入气体检测器，以提高气体检测器的检测精度。优选的，所述采样器的上半部分的外侧壁上还设有至少一个浮子。所述至少一个浮子的作用主要是使下半部分采样器完全处于被测水体的液面之下并使腔体保持竖直(或大致竖直)，并使上半部分采样器内部形成一个气体样品收集室。优选的，所述采样器为中空的柱形腔体结构，所述一个以上浮子在所述柱形腔体结构的同一水平截面上，所述柱形腔体的横截面积为lcnTlm2，所述采样器下半部分的高度与所述采样器的总高之比为1/Γ9/10。优选的，本装置中从采样器的气体样品收集室到气体检测器的气路是完全与外界密闭隔离的，并且气体从入口到出口的阻力较小。优选的，所述气体检测器还与所述气体吹扫气进气泵连通，所述气体入口管路、采样器、气体出口管路与气体检测器之间构成一闭合的环路。优选的，所述气体检测器还与所述气体吹扫气进气泵连通，所述气体吹扫气进气泵与所述气体样品收集泵整合，所述气体入口管路、采样器、气体出口管路与气体检测器之间构成一闭合的环路。采样器中的吹扫气体在经过气体样品收集泵、气体样品除湿器和气体分离装置后进入气体检测器，检测后吹扫气体从气体检测器流出后，经过管路到达气体吹扫气进气泵，然后通过气体吹扫气进气泵再次进入气体入口管路，在经过吹扫气体净化器后再次进入采样器，实现整个气体管路的 闭合循环。所述气体吹扫气进气泵由所述气体检测器中自带的气泵替代。整合后使得整个装置更紧凑、小巧。本实用新型所以提供的采样和检测装置，可以应用于检测水中挥发性有机物含量，具体方法包括以下步骤I)将所述采样器置于待测水体中，将吹扫气体吹入采样器内，再进入所述气体检测器内进行检测；2)根据所述气体检测器得出的检测结果以及标样浓度曲线，得到待测水体中挥发性有机物的浓度。优选的，步骤I)为将所述采样器置于待测水体中，将吹扫气体用气体吹扫气进气泵通过入口管路吹入采样器内，再通过气体出口管路进入所述气体检测器内进行检测。优选的，控制所述气体入口管路内的吹扫气体流量略大于或等于气体出口管路内的吹扫气体流量，使进入采样器腔体的气体流量大于或等于从采样器腔体内的气体样品收集室抽出的气体流量。优选的，控制所述气体入口管路内的气体流量为lml/mirTlOL/min，控制进入所述采样器内部水体的体积为Imf 1000L。所述进入采样器内部水体的体积根据所述采样器下段的高度和截面积作出对应变化。该设计确保气体样品收集室的气体不会逐渐减少从而造成液面上升甚至液体被吸入气体样品出口管路、气体样品除湿器及气体检测器。当采样器底部进气流量等于顶部出气流量时，采样器腔体内液面保持稳定；当样器底部进气流量大于顶部出气流量时，多出的气体会使采样器腔体内液面下降至采样器下段有小孔或狭缝的位置，继而逸出采样器腔体,但这时从气体样品收集室顶部抽出气体样品的过程不会受到影响。当吹扫气体泵的流量比气体收集泵的流量大很多时，可将吹扫气进入口管路分流掉一部分流量。 优选的，所述吹扫气体选自氮气、空气和惰性气体。优选的，所述吹扫气体对采样器内待测水体吹扫5秒 10分钟(此为平衡时间)以后，再启动所述气体检测器进行检测(或检测器在吹扫前启动，在吹扫所得数据平衡后再读取数据)。优选的，所述吹扫气体在进入所述采样器前还经过净化处理，在进入所述采样器时还经过鼓泡处理，所述吹扫气体在吹出所述采样器后、进入气体检测器前还经过除湿处理和气体分离处理。所述气体分离处理通过位于检测器入口端的气相色谱柱等气体分离装置完成。所述净化处理通过位于所述气体入口管路上的吹扫气体净化器完成。所述鼓泡处理是通过位于气体入口管路与所述采样器连通处的气体鼓泡器完成，所述除湿处理通过位于所述气体出口管路上的气体样品除湿器完成。本实用新型所提供的一种水中挥发性有机物的采样检测方法以及检测装置的原理是采样器底部鼓出的吹扫气体经鼓泡处理后，气泡携带被测水中的挥发性有机物，汇聚到采样器上段气体样品收集室中，先进入气体样品除湿器除湿和再进入气体检测器进行浓度检测。各接口处设有气体密封方式。根据本实用新型的设计，由吹扫气体鼓泡而从被测水体中带出的挥发性气体浓度接近顶空气液平衡浓度并与其在水中的含量呈近似线性相关。在实验前，需要对所需VOC各浓度的标样进行检测，以确定该VOC气体的检测值与实际浓度的线性关系，在实际检测时，即能通过其检测值经转换计算从而得到待测水体中有机挥发性有机物的浓度。本实用新型的水中有机挥发性污染物检测装备的检测下限可达到yg/L级甚至更低。发明人经实验后发现，本实用新型所提供的一种水中挥发性有机物的采样检测方法以及检测装置具有以下有益效果不用将水样采出，可以直接将采样器放入水中，便可采集水中的挥发性有机物进入相连的检测器检测；腔体中的水随时都在与水体中的水自由交换，从而不会因为采样造成其中被测挥发性有机物浓度随不断被提取而降低，保证了测量的准确性和持续性。·
图I为本实用新型的检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置的结构示意图。图2为本实用新型对水体中甲基叔丁基醚(MTBE)的检测结果线性示意图。图3为本实用新型对水体中其他种类VOC的检测结果线性示意图。元件标号说明I进水通道2气体检测器3采样器4气体入口管路5气体出口管路6气体吹扫气进气泵7气体样品收集泵8吹扫气体净化器9气体样品除湿器10气体鼓泡器11 浮子12气体样品收集室13气体样品出口
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。[0058]请参阅图I至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，所以图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图I所示一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，包括一个中空的采样器3及与采样器3相连的气体检测器2，采样器3下半部分的侧壁上设有一个以上的进水通道I，下端设有气体鼓泡器10。进水通道I足够小，使得气泡不能从其逸出，这些进水通道也可换成能达到相同的作用的孔结构的网板。气体鼓泡器10的作用是使进入腔体的吹扫气体分成一个或多个微小气泡，气体鼓泡器10可以为一个或一组小孔或多孔材料，将吹扫气体分成微小气泡能够增加进入采样器内的气体的气液接触面积，提高吹扫气体中VOC的浓度，使检测结果更加精确。 具体的，还包括气体入口管路4、气体出口管路5和气体吹扫气进气泵6，气体入口管路4 一端与采样器3底部连通，另一端与气体吹扫气进气泵6连接，气体出口管路5 —端与采样器3顶部连通，另一端与气体检测器2相连。具体的，气体出口管路5上设有气体样品收集泵7。具体的，气体入口管路4上还设有吹扫气体净化器8。吹扫气体净化器8为填充吸附剂的过滤器，用于除去吹扫气体中的杂质。当确认吹扫气体本身为不影响检测的清洁气体时吹扫气体净化器可以省略。气体出口管路由Teflon等不吸附有机挥发行气体的材料制成，使气体样品在经过管路的过程中不会吸附而造成减小检测浓度或延迟检测时间，也不会因为上次检测时吸附的挥发性有机物解吸附而影响下次检测的结果。具体的，气体出口管路5上还设有气体样品除湿器9。气体样品除湿器9由一个套管或夹层管路组成，外管或外层由气体不可通过的密封材料组成，内管或内层由只允许水分子透过的材料组成，例如Nafion，内外管或内外层之间填充吸水材料，如硅胶等。气体样品流经内管或内层，其中的一部分水分子透过内管或内层的选择性透过材料被内外管或内外层之间填充吸水材料吸附，从而降低了流经的气体样品的相对湿度。当相对湿度对整个采样和检测系统没有影响时气体样品除湿器可以省略。具体的，气体鼓泡器10设置于气体入口管路4与采样器3连通处。具体的，进水通道I为小孔或狭缝，所述小孔的形状为圆形，所述小孔的孔径为
O.f 5mm，所述狭缝的长度为O. f 1000mm，宽度为O. f 5mm。所述采样器上的进水通道I足够小，使得气泡不能从其逸出，这些进水通道也可换成能达到相同的作用的具有一定宽度(O. r5mm)的狭缝或一定孔结构的网板。所述进水通道的孔面积应达到3_2以上，以便采样器内的水体能够及时与采样器外的待测水体交换，以保证测量结果的精确。具体的，采样器3的下半部分高度为3 100cm。具体的，气体检测器2选自光离子化检测器、热导检测器、氢火焰检测器、离子淌度检测器、质谱检测器和光谱检测器。气体检测器2主要是对进入该检测器中的吹扫气体中的气体成分及含量作出鉴定，根据具体选择的气体检测器的种类，可以对该气体的成分和/或含量分别作出定性或定量鉴定。具体的，气体检测器2入口端还设有气体分离装置。气体分离装置选自气相色谱柱等。所述吹扫气体在进入气体检测器2前，需先经过气体分离装置，将气体中的各组分进行分离，使吹扫气体中各组分VOC先后进入气体检测器2，以提高气体检测器2的检测精度。具体的，采样器3的上半部分的外侧壁上还设有至少一个浮子11。所述浮子11能够保持采样器3竖直(或大致竖直)，使采样器3的下半部分完全处于被测水体的液面之下，并使采样器3的上半部分内部形成一个稳定的气体样品收集室，并保证采样器3腔体内的液面以及采样器3腔体内水体的总量保持稳定。具体的，采样器3为中空的柱形腔体结构，一个以上浮子11在所述柱形腔体结构的同一水平截面上，所述柱形腔体的横截面积为lcnTlm2，采样器3下半部分的高度与采样器3的总高之比为1/Γ9/10。具体的，气体检测器2还与所述气体吹扫气进气泵连通，所述气体入口管路、采样器、气体出口管路与气体检测器之间构成一闭合的环路。 具体的，本装置在理想状态时，采样器底部进气流量等于顶部出气流量，采样器3的气体样品收集室12到气体检测器2的气路是完全与外界密闭隔离的，并且气体从入口到出口的阻力较小。较小的阻力保证了腔体内样品收集室中的气体压力不会有较大变化，从而使吹扫气体内VOC的含量不会因气压变化而相应改变，采样器腔体内液面保持稳定，使测量结果更加精确。当采样器底部进气流量大于顶部出气流量时，多出的气体会使采样器腔体内液面下降至采样器下段有小孔或狭缝的位置，继而逸出采样器腔体，但这时从气体样品收集室顶部抽出气体样品的过程不会受到影响。当吹扫气体泵的流量比气体收集泵的流量大很多时，可将吹扫气进入口管路分流掉一部分流量。具体的，所述气体吹扫气进气泵由所述气体检测器中自带的气泵替代。气体吹扫气进气泵6与气体样品收集泵7整合，所述气体吹扫气进气泵6与气体样品收集泵7整合后由光离子化检测器中的同一个气泵完成，吹扫气体不设置专门的钢瓶气，直接使用管路中的空气经过净化即可，使整个装置轻便紧凑，可随身携带带至任何疑似被污染或已确认被污染的水体中检测其中有机挥发性污染物的浓度。整个气体管路为一闭合的环路。采样器3中的吹扫气体在经过气体样品收集泵7、气体样品除湿器9和气体分离装置后进入气体检测器2，检测后吹扫气体从气体检测器2流出后，经过管路到达气体吹扫气进气泵6，然后通过气体吹扫气进气泵6再次进入气体入口管路4，在经过吹扫气体净化器8后再次进入采样器3，实现整个气体管路的闭合循环。整合后使得整个装置更紧凑、小巧。本实用新型在使用上述采样和检测装置来检测水中挥发性有机物的含量时，首先应该绘制标样浓度曲线。该标样浓度曲线可由下述方法获得I)配制标样溶液将各种VOC分别配制成具有梯度浓度的水溶液；2)标样溶液的检测使用上述采样和检测装置，检测步骤I)中所配制的各标样溶液中VOC的含量；3)标准曲线的绘制以所述配制的标样溶液的浓度为横坐标，以步骤2)中检测获得的标样溶液中VOC的含量为纵坐标，绘制出标样浓度曲线。本实用新型可测量的气体包括甲基叔丁基醚、苯、四氯乙烯、三氯乙烯、醋酸乙烯酯和异辛烷等挥发性有机气体。待测水体中VOC的浓度范围为0. Γ106 μ g/L。检测例I :[0083]对水体中甲基叔丁基醚(MTBE)的检测如图I所示，采用光离子化检测器作为气体检测器，该气体检测器为手持型，采样器为圆柱形，浮子为采样器的固定装置，位于采样器总高的2/3处，进水通道的形状为圆形，直径为O. I 5mm。控制所述气体入口管路内的气体流量为10(T500ml/min，控制进入所述采样器内部水体的体积为30(T800ml。气体入口管路的吹扫气体流量略大于或等于气体出口管路的吹扫气体流量，吹扫气体在进入采样器前进行净化处理和鼓泡处理，在进入气体检测器前还经过气体除湿处理和分离处理。吹扫气体对采样器内待测水体吹扫O. 5^3分钟以后，再启动所述气体检测器进行检测。表I中罗列了使用该样机检测标样水体中的甲基叔丁基醚(MTBE)时相应的结果。测试在实验室水池中进行，检测装置就绪后，将配置好的MTBE溶液倒入水池，将采样器放·入水池开始检测，每个标样分别进行3次读数，PID检测到的读数是进入气体检测器的气体中VOC的浓度，单位是ppb。检测结果表明，所述PID读数(即气体中VOC的浓度)与水中VOC的浓度呈现很好的对应关系，各浓度的检测结果也呈现很好的线性(表中Conc. μ g/L为标样溶液的浓度)。该装置甚至在用于检测低浓度(7. 4μ g/L)的MBTE时都能显示良好的线性，如图2所示。
权利要求1.一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，其特征在于，包括一个中空的采样器及与采样器相连的气体检测器，所述采样器下半部分的侧壁上设有一个以上的进水通道，下端设有气体鼓泡器。
2.如权利要求I所述水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，其特征在于，还包括气体入口管路、气体出口管路和气体吹扫气进气泵，所述气体入口管路一端与所述采样器底部连通，另一端与所述气体吹扫气进气泵连接，所述气体出口管路一端与所述采样器顶部连通，另一端与所述气体检测器相连。
3.如权利要求2所述的一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，其特征在于，所述气体出口管路上设有气体样品收集泵。
4.如权利要求2所述的一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，其特征在于，所述气体入口管路上还设有吹扫气体净化器；所述气体出口管路上还设有气体样品除湿器。
5.如权利要求2所述的一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，其特征在于，所述气体鼓泡器设置于气体入口管路与所述采样器连通处。
6.如权利要求I所述的一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，其特征在于，所述进水通道为小孔或狭缝，所述小孔的孔径为O. f 5mm，所述狭缝的长度为O. I IOOOmm,宽度为 O. I 5mm。
7.如权利要求I所述的一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，其特征在于，所述采样器的下半部分高度为3 100cm。
8.如权利要求I所述的一种用于检测水中挥发性有机物的采样和检测装置，其特征在于，所述气体检测器选自光离子化检测器、热导检测器、氢火焰检测器、离子淌度检测器、质谱检测器和光谱检测器。
9.如权利要求1-8任一所述的一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，其特征在于，所述采样器的上半部分的外侧壁上还设有至少一个浮子。
10.如权利要求9所述的一种用于水中挥发性有机物的采样和检测装置，其特征在于，所述采样器为中空的柱形腔体结构，所述一个以上浮子在所述柱形腔体结构的同一水平截面上，所述柱形腔体的横截面积为Icm2 lm2，所述采样器下半部分的高度与所述采样器的总高之比为1/4 9/10。
11.如权利要求1-8或10中任一所述的一种用于水中挥发性有机物的采样和检测装置，其特征在于，所述气体检测器还与所述气体吹扫气进气泵连通，所述气体入口管路、采样器、气体出口管路与气体检测器之间构成一闭合的环路。
12.如权利要求11所述的一种用于水中挥发性有机物的采样和检测装置，其特征在于，所述气体吹扫气进气泵由所述气体检测器中自带的气泵替代。
专利摘要本实用新型涉及一种检测仪器领域，尤其涉及一种检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置。本实用新型提供一种用于检测水中挥发性有机物含量的采样和检测装置，包括一个中空的采样器及与采样器相连的气体检测器，所述采样器下半部分的侧壁上设有一个以上的进水通道，下端设有气体鼓泡器。本实用新型所提供的检测装置，在方便现场检测的同时亦保证了测量的准确性和持续性。
文档编号G01N1/22GK202735137SQ20122031387
公开日2013年2月13日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者陈冰, 郑茜 申请人:华瑞科学仪器(上海)有限公司