一种气体自动留样装置、在线监测‑同步留样系统及方法与流程

本发明属于气体监测领域，具体涉及一种气体留样装置、在线监测-同步留样系统及方法。

背景技术：

大气污染对生态环境及人体的危害已经引起了社会公众的广泛关注，而其重点也从以往的二氧化硫、氮氧化物等酸雨类污染物质，转移到了现在的臭氧、挥发性有机物等雾霾和光化学前体物质。针对我国严峻的大气污染形式，除了被广泛应用的传统实验室方法之外，目前在线分析方法的应用也越来越普遍。

从标准角度而言，气态污染物的在线分析方法(尤其是挥发性有机物等)目前在国内还相当欠缺，因此在使用相应在线分析仪器进行监测时，一般都需要采用传统实验室方法进行比对分析。当在线分析仪器检测到浓度异常之后，也需要权威机构通过实验室标准方法进行验证。目前行业内主要采取的方式是，在使用在线分析仪器进行监测时，由技术人员单独同步进行相关样品采集工作；或是在在线分析仪器报警之后，由技术人员前往现场进行人工采样。目前常用的气体采样方式或多或少都需要人工值守，以保证样品采集质量。

气体在线分析仪器和实验室分析采用不同的方式进行采样，可能会导致采样的同步性和一致性较差。目前两种分析手段一般都是独立进行的，因此采样口的位置并非相同，而污染物的浓度存在着空间分布上的差异，尤其对于大气等开放式环境而言，风速、风向、温湿度等多种因素导致污染物的浓度空间上的变化更为剧烈。

实验室分析采样是需要通过人工对样品进行更换，即在上一个样品采集完成之后，需要将该样品从采样装置上取下并保存，其中采样袋或苏玛罐需要进行密封，防止采集的气体逸散，吸附管也需要将管帽拧紧，防止污染；而后需要取新的采样袋或者吸附管安装在采样装置上，才能开始新的采样周期。这种采样方式非常费事费力，且需要人员经常查看、操作，并会在采样过程中带入不容忽视的人为干扰。此外，同时如果在线分析仪器监测到污染物浓度超标之后，需要等到仪器报警之后才能通知人工进行采样，这无疑会错失采样时机，因此具有严重的滞后性。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明首先提供了一种气体自动留样装置，解决采样过程中人员值守以及人为干扰对样品污染的问题。所述装置包括：

管线，用于输送气体样品；

流量计，用于测量所述管线中样品的流量；

三通电磁阀，用于控制所述管线中样品的走向，与所述流量计相连；

针阀，用于调节所述管线中样品的流量，与所述三通电磁阀相连；

多通阀，用于选择留样管线，与所述三通电磁阀相连；

留样单元，用于留存所述样品，与所述多通阀相连。

在本发明的一些实施例中，所述留样单元包括两通电磁阀、吸附管，所述吸附管分别与所述多通阀和所述两通电磁阀相连。

在本发明的一些实施例中，所述留样单元包括气袋或苏玛罐，所述气袋或苏玛罐与所述多通阀相连。

在本发明的一些实施例中，所述多通阀包括底座和上盖，

所述底座设有样品入口、样品出口、中心圆孔和圆孔，所述样品入口分别与所述三通电磁阀和所述中心圆孔相连，所述样品出口分别与所述留样单元和所述圆孔相连；

所述上盖可旋转，并设有一条幅向凹槽，所述幅向凹槽用于连通所述底座的中心圆孔和圆孔。

在本发明的一些实施例中，所述多通阀底座的厚度为1-1.5cm，所述多通阀的半径为2.5-3.5cm。

在本发明的一些实施例中，所述多通阀与所述三通电磁阀之间的管线的长度为5-10cm，所述多通阀与所述留样单元之间的管线的长度为20-30cm。

在本发明的一些实施例中，所述管线由钝化不锈钢制成。

本发明还提供了一种气体在线监测-同步留样系统，可以解决解决实验室采集样品与在线分析样品的同时性和一致性的问题。所述系统包括：

采样装置，用于采集气体样品；

三通阀，用于分流，与所述采样设备相连；

在线分析装置，用于检测、分析气体，与所述三通阀相连；

上述自动留样装置，用于留存气体，与所述三通阀相连。

进一步地，本发明还提供了一种利用上述系统进行气体在线监测-同步留样的方法。所述方法包括如下步骤：

建立采集通道；

利用所述采样装置采集气体样品，并将所述样品通过所述三通阀分别送入所述在线分析装置和所述自动留样装置；

利用所述在线分析装置对所述样品进行检测，并对检测结果进行分析处理；

切换所述自动留样装置的三通电磁阀和多通阀，将所述样品送入所述留样单元；

调整所述自动留样装置的针阀，使所述流量计的读数在所述多通阀的中心圆孔与圆孔连通前后保持不变。

本发明提供的自动留样装置可以实现多个样品的自动留样，保证在较长周期内对样品采集的数量要求，增强了其自动化程度和实用性程度。该自动留样装置的留样单元可以使用不同的样品采集装置，包括气态、苏玛罐和吸附管等。

本发明提供的气体在线监测-同步留样系统自动化程度高，能实现气体在进行在线分析的同时，对所需样品进行自动采样。可根据不同被测项目及测量频率来划分组合，进行灵活选择设置，从而达到分别采样、分析和留样复测的目的。

本发明系统留样的样本，能体现即时超标样品的真实性和代表性，为实验室分析提供准确样本。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种气体自动留样装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种气体自动留样装置的多通阀的结构示意图；

图3为本发明实施例中的一种气体在线监测-同步留样系统的结构示意图；

图4为正常监测模式下样品的走向示意图；

图5为在线监测-同步留样系统在在线监测-同步留样模式下样品的走向示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的气体自动留样装置包括管线、流量计11、三通电磁阀12、针阀13、多通阀14和留样单元15。

管线用于输送气体样品。流量计11，用于测量管线中样品的流量。三通电磁阀12用于控制管线中样品的走向，与流量计11相连。针阀13用于调节管线中样品的流量，与三通电磁阀12相连。多通阀14用于选择留样管线，与三通电磁阀12相连。留样单元15用于留存所述样品，与多通阀14相连。

图1所示的气体自动留样装置的留样单元15包括多个(为了方便说明，下文中将其记为n个)吸附管151和两通电磁阀152，吸附管151分别与多通阀14和两通电磁阀152相连。吸附管151用于装样，两通电磁阀152用于留样时的排气和保护吸附管151免受污染。

在本发明的其他实施例中，吸附管151和两通电磁阀152可被替换为气袋或苏玛罐。

本发明采用多通阀14选择留样管线，图2为本发明实施例中一种优选的多通阀的结构示意图。图2(1)所示为多通阀14的底座，底座是固定的。其中，底座设有样品入口(即图中的a)、样品出口(即图中的b1、b2，未完全标出)和中心圆孔(即图中的d)。图2(1)中的虚线内圆为定位圆，其上的圆点(图中仅示出了两个，c1、c2)为圆孔。图2(1)中的黑色实线(即a、d之间的连接线，b、c之间的连接线)表示连接部分是连通的，样品可以通过。即，样品入口a分别与三通电磁阀12和中心圆孔d相连，样品出口(b1、b2等)分别与留样单元15和圆孔(c1、c2等)相连。图2(2)所示为多通阀14的上盖，其可旋转，并设有一条幅向凹槽(即为图中的黑色实线)，幅向凹槽用于连通底座的中心圆孔(d)和圆孔(c1、c2)等。图2(2)中的虚线内圆也为定位圆。

从三通电磁阀12出来的样品由样品入口a进入，到达中心圆孔d，再通过上盖的幅向凹槽到达圆孔c1(或c2等)，然后再到达样品出口b1(或b2等)，进入留样单元15。需要说明的是，本发明的多通阀不限于上述结构，只要能实现留样管线的选择和切换即可。

为了能减少留样时各个样品之间的相互干扰，在本发明的优选实施例中，多通阀底座14的厚度为1-1.5cm，半径为2.5-3.5cm。更优选地，多通阀14与三通电磁阀12之间的管线的长度为5-10cm，多通阀14与留样单元14之间的管线的长度为20-30cm。

为了防止管线的管壁对样品产生吸附或解析，本发明提供自动留样装置的管线优选采用钝化不锈钢制备。此外，当管线在材质是钝化不锈钢管时，多通阀14与三通电磁阀12之间的管线的长度及多通阀14与留样单元14之间的管线的长度对样品的干扰很小，此时管线的长度可以根据需要变动。

本发明提供的自动留样装置可以实现多个样品的自动留样，保证在较长周期内对样品采集的数量要求，增强了其自动化程度和实用性程度。

如图3所示，本发明提供的气体在线监测-同步留样系统包括：自动留样装置1、在线分析装置2、三通阀3和采样装置4。

采样装置4用于采集气体样品；在本发明优选的实施例中，采样装置为采样泵。三通阀3用于分流，与采样设备4相连。在线分析装置2用于检测、分析气体，与三通阀3相连；在本发明优选的实施例中，在线分析装置为质谱仪。自动留样装置1用于留存气体，与三通阀3相连；图3所示的自动留样装置的具体结构如图1所示。

本发明提供的气体在线监测-同步留样系统有两种工作模式：正常监测模式和在线监测-同步留样模式。图4为正常监测模式下样品的走向示意图；图5为在线监测-同步留样模式下样品的走向示意图。

如图4所示，在正常监测模式下，采样装置4采集样品，样品通过三通阀3分流后，一部分进入在线分析装置2，在线分析装置2对样品进行检测，并对检测结果进行分析处理；另一部分依次通过流量计11、三通电磁阀12和针阀13后排空。此时三通电磁阀12与多通阀14连接的部分关闭，多通阀14处于原始位置(即多通阀14的圆孔(c1、c2等)和中心圆孔d并未连通)。在图4中，两通电磁阀152也处于关闭状态，保护吸附管不受外界污染。

如图5所示，在在线监测-同步留样模式下，采样装置4采集样品，样品通过三通阀3分流后，一部分进入在线分析装置2，在线分析装置2对样品进行检测，并对检测结果进行分析处理；旋转多通阀14的上盖，使多通阀14的中心圆孔与圆孔c1连通，另一部分样品依次通过流量计11、三通电磁阀12、多通阀14进入留样单元15。当第一个吸附管装样完成后，若要结束留样，即可切换三通电磁阀12，关闭三通电磁阀12与多通阀14的连接通路。若还需要继续留样，切换多通阀14，使其中心圆孔d与圆孔c2连通，样品进入第二个吸附管。依次类推，直至留样完成。

为了保证留样管线中的气阻一致、进样量一致、以及采集体积的一致性，在在线监测-同步留样模式下，需对针阀13进行调节，使得多通阀14的中心圆孔与圆孔连通前后，流量计11的读数一致。这样也可以保证不同模式下留样管线中的气阻也是一致的。

即，利用上述系统进行气体在线监测-同步留样的方法包括如下步骤：

建立采集通道；

利用采样装置4采集气体样品，并将样品通过三通阀3分别送入在线分析装置2和自动留样装置1；

利用在线分析装置2对样品进行检测，并对检测结果进行分析处理；

切换自动留样装置1的三通电磁阀12和多通阀14，将样品送入留样单元15；

调整自动留样装置的针阀13，使流量计11的读数在多通阀14的中心圆孔d与圆孔(c1、c2等)连通前后保持不变。

综上可知，本发明提供的自动留样装置可以实现多个样品的自动留样，保证在较长周期内对样品采集的数量要求，增强了其自动化程度和实用性程度。该自动留样装置的留样单元可以使用不同的样品采集装置，包括气态、苏玛罐和吸附管等。

本发明提供的气体在线监测-同步留样系统自动化程度高，能实现气体在进行在线分析的同时，对所需样品进行自动采样。可根据不同被测项目及测量频率来划分组合，进行灵活选择设置，从而达到分别采样、分析和留样复测的目的。

本发明系统留样的样本，能体现即时超标样品的真实性和代表性，为实验室分析提供准确样本。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。