本发明涉及气相色谱分析领域，尤其涉及一种气相色谱仪分析系统及分析方法。
背景技术：
目前，传统的非甲烷总烃的气相色谱分析方法一般使用国家标准推荐的差减法，即通过六通阀或十通阀，一次或两次进样分别测定气体中的甲烷和总烃的含量，再用总烃含量减去甲烷含量，得到非甲烷总烃的含量。如果仅允许单次进样，就需要使用两个阀同时测定甲烷和总烃的含量。此外，当需要同时检测待测气体中所包含的除甲烷之外的其他有机化合物详细组成和组分含量时，需要额外增加一个分析通道，此分析通道包括独立的十通阀和检测器。现有方法至少需要1个六通阀、2个十通阀、2个检测器、3路载气和2路辅助气，才能实现。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种气相色谱仪分析系统及分析方法，仅需要单次进样，通过分别设置的两个通道同时检测样品气体中的非甲烷总烃含量和其他有机物组分含量，只需要2个十通阀、1个检测器、2路载气和1路辅助气就可实现，而且还可对两个通道的色谱柱同时进行反吹，大大简化了仪器配置需求，减少了硬件成本。
本发明提供了一种气相色谱仪分析系统，包括第一十通阀(100)、第二十通阀(200)、第一定量环(12)、第二定量环(31)和检测器(18)，所述第一定量环(12)与所述第一十通阀(100)连通，所述第二定量环(31)与所述第二十通阀(200)连通，所述第一十通阀(100)具有设置在其上的可流体连通的第一定量环入口(1)、通道一载气入口(2)、通道一柱分析单元出口(3)、通道一分离出口(4)、辅助气体入口(5)、通道一吹扫气出口(6)、通道一柱分析单元入口(7)、第一定量环出口(8)、通道一样品出口(9)和通道一样品入口(10)所述通道一柱分析单元入口(7)与通道一柱分析单元出口(3)之间连接有柱分析单元(15)；所述第二十通阀(200)具有设置在其上的可流体连通的第二定量环入口(21)、预分析柱入口(22)、通道二吹扫气出口(23)、通道二辅助气入口(24)、预分析柱出口(25)、通道二分离出口(26)、通道二载气入口(27)、第二定量环出口(28)、通道二样品出口(29)和通道二样品入口(30)，所述通道一吹扫气出口(6)与通道二辅助气入口(24)流体连通，所述预分析柱入口(22)与预分析柱出口(25)之间连接有预分析柱(33)，所述通道二分离出口(26)和检测器(18)之间设有分析柱(34)，所述分析柱(34)和所述柱分析单元(15)的出口分别与所述检测器(18)连通。
进一步地，柱分析单元(15)包括相互并联的第一色谱柱和第二色谱柱，所述通道一柱分析单元出口(3)通过第一三通接头(35)分别与所述第一色谱柱和第二色谱柱的一端连通，所述通道一柱分析单元入口(7)通过第二三通接头(36)分别与所述第一色谱柱和第二色谱柱的另一端连通，所述第一色谱柱包括依次串联的缓冲管(37)、阻尼管(38)和进样管(39)。
进一步地，分析柱(34)和通道一分离出口(4)通过三通接头分别与所述检测器(18)连通。
进一步地，第一十通阀(100)包括圆盘形本体，所述圆盘形本体上沿周向依次设置第一定量环入口(1)、通道一载气入口(2)、通道一柱分析单元出口(3)、通道一分离出口(4)、辅助气体入口(5)、通道一吹扫气出口(6)、通道一柱分析单元入口(7)、第一定量环出口(8)、通道一样品出口(9)和通道一样品入口(10)，第一定量环(12)分别与第一定量环入口(1)和第一定量环出口(8)连通。
进一步地，第二十通阀(200)包括圆盘形本体，所述圆盘形本体上沿周向依次设置第二定量环入口(21)、预分析柱入口(22)、通道二吹扫气出口(23)、通道二辅助气入口(24)、预分析柱出口(25)、通道二分离出口(26)、通道二载气入口(27)、第二定量环出口(28)、通道二样品出口(29)和通道二样品入口(30)，第二定量环(31)分别与第二定量环入口(21)和第二定量环出口(28)连通。
进一步地，第一十通阀(100)和第二十通阀(200)均为两位十通阀。第一十通阀(100)和第二十通阀(200)处于关闭状态时，每个接口与其相邻的一侧接口连通；十通阀处于开启状态时，每个接口与其相邻的另一侧接口连通。第一十通阀(100)处于关闭状态时，所述第一定量环入口(1)与所述通道一样品入口(10)连通；所述第一十通阀(100)处于开启状态时，所述第一定量环入口(1)与所述通道一载气入口(2)连通；所述第二十通阀(200)处于关闭状态时，所述第二定量环入口(21)与所述通道二样品入口(30)连通；所述第二十通阀(200)处于开启状态时，所述第二定量环入口(21)与所述预分析柱入口(22)连通。
进一步地，气相色谱仪分析系统还包括通道一载气(13)、通道二载气(17)和辅助气(14)。
进一步地，待测气体通过所述通道二样品入口(30)进入所述第二十通阀(200)，经所述第二定量环出口(28)进入所述第一十通阀(100)的通道一样品入口(10)；通道一载气(13)通过所述通道一载气入口(2)进入所述第一十通阀(100)；通道二载气(17)通过所述通道二载气入口(27)进入所述第二十通阀(200)；辅助气(14)通过所述辅助气体入口(5)进入所述第一十通阀(100)后进入所述检测器或通过所述辅助气体入口(5)、通道一吹扫气出口(6)进入所述第二十通阀(200)上的所述通道二辅助气入口(24)。
进一步地，预分析柱(33)位于预分析柱入口(22)和预分析柱出口(25)之间；所述分析柱位于通道二分离出口(26)和检测器(18)之间。
进一步地，通道二吹扫气出口(23)连接有阻尼器(32)。
进一步地，定量环用于对待测气体的体积进行定量，使多次测试时的每次进样量一致；阻尼器可平衡十通阀处于两种状态(关闭状态和开启状态)时的气体流量；检测器用于检测待测气体中的不同组分的含量。
进一步地，检测器为氢火焰离子化检测器(FID)。
进一步地，辅助气为氮气。
进一步地，通道一载气和通道二载气独立地选自氮气、氦气或氢气。
进一步地，缓冲管可增大第一色谱柱的内体积，延长样品的出峰时间，阻尼管的作用是通过改变第一色谱柱的气体阻尼来调节通过色谱柱的载气流量，通过改变进样管的内体积可调节分配到第一色谱柱的样品量。缓冲管、阻尼管和进样管均为空管，其材质为熔融石英毛细管、不锈钢管或PEEK管。
进一步地，第一色谱柱为总烃气体分析柱。待测气体中的总烃气体经第一色谱柱直接流出。
进一步地，第二色谱柱为组分气体分析柱。
进一步地，第二色谱柱为填充柱，其内填充有高分子填料(Porapak Q等)，填充柱的外壳为不锈钢、玻璃或聚四氟乙烯等高分子聚合物。
本发明还提供了一种气相色谱仪分析方法，采用上述气相色谱仪分析系统，包括以下步骤：
(1)关闭所述第一十通阀(100)和第二十通阀(200)，待测气体依次经所述通道二样品入口(30)、第二定量环入口(21)、第二定量环(31)、第二定量环出口(28)、通道二样品出口(29)流出第二十通阀(200)，然后经通道一样品入口(10)、第一定量环入口(1)、第一定量环(12)、第一定量环出口(8)、通道一样品出口(9)流出第一十通阀(100)；通道一载气依次经所述通道一载气入口(2)、通道一柱分析单元出口(3)、柱分析单元(15)、通道一柱分析单元入口(7)、通道一吹扫气出口(6)流出第一十通阀(100)；通道二载气依次经所述通道二载气入口(27)、通道二分离出口(26)进入检测器(18)；辅助气经所述辅助气体入口(5)和通道一分离出口(4)流入检测器(18)，完成采样过程；
(2)开启所述第一十通阀(100)，第二十通阀(200)保持关闭，所述通道一载气经所述通道一载气入口(2)、第一定量环入口(1)流入所述第一定量环(12)，所述第一定量环(12)内的待测气体在所述载气的带动下依次经过所述第一定量环出口(8)、通道一柱分析单元入口(7)，然后通过所述第二三通接头(36)分别流入所述第一色谱柱和第二色谱柱，流入所述第一色谱柱的气体经所述第一三通接头(35)进入所述检测器(18)，所述检测器(18)检测气体内总烃含量；所述第二色谱柱将进入其中的气体分离，分离后的气体组分经所述第一三通接头(35)进入所述检测器(18)，所述检测器(18)检测分离后的气体的组分浓度；此时，通道二载气经第二十通阀(200)的通道二载气入口(27)、通道二分离出口(26)、分析柱(34)再经过三通接头进入检测器(18)，不干扰第一十通阀(100)内流路的工作；
(3)当检测器检测出通道一分离后的气体组分浓度后，关闭所述第一十通阀(100)，开启所述第二十通阀(200)，通道二载气经所述通道二载气入口(27)、第二定量环出口(28)流入所述第二定量环(31)，所述第二定量环(31)内的待测气体在所述载气的带动下依次经过所述第二定量环入口(21)、预分析柱入口(22)依次流入所述预分析柱(33)和分析柱(34)然后经过三通接头进入所述检测器(18)；此时通道一载气经过通道一载气入口(2)、通道一柱分析单元出口(3)、柱分析单元(15)、通道一柱分析单元入口(7)、通道一吹扫气出口，(6)到达通道二辅助气入口(24)，经通道二吹扫气出口(23)和阻尼器(32)放空，完成对柱分析单元(15)的反向吹扫；
(4)当第二定量环(31)内的待测气体的目标组分离开预分析柱(33)进入分析柱(34)时，关闭所述第二十通阀(200)，在所述通道二载气的带动下分析柱(34)将其内的气体中的多个组分逐一分离开来，依次进入所述检测器(18)；此时第一十通阀(100)仍旧保持关闭状态，从第一十通阀(100)过来的通道一载气依次进入第二十通阀(200)的通道二辅助气入口(24)，流经预分析柱出口(25)进入预分析柱(33)，再经预分析柱入口(22)和通道二吹扫气出口(23)放空，完成对柱分析单元(15)和预分析柱(33)的反向吹扫。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明将第一十通阀(100)内的流路作为通道一，将第二十通阀(200)内的流路作为通道二，单次进样后，样品气体分别进入通道一和通道二，通过巧妙设计流路和分析流程，实现两个十通阀，单个检测器，2路载气和1路辅助气，同时进行两个通道的分析，利用通道一测定甲烷和总烃的浓度，利用通道二单独测定多个组分的有机化合物浓度，两个通道只使用两路载气和一路辅助气，并通过一个三通接头共用一个检测器检测，通过十通阀的开闭控制，使两个通道的待分析组分在不同时间到达检测器，且两个通道出来的组分在检测器上不发生干扰，使得共用一个检测器成为可能。
整个分析流程实现了对通道一的柱分析单元和通道二的预分析柱的反向吹扫，充分消除了待测气体中可能存在的高沸点成分对分析过程的干扰，同时提高了色谱柱的使用寿命，降低了维护成本。
通道二还利用通道一的通道一载气或辅助气进行预分析柱反吹，节省了一路辅助气。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明气相色谱仪分析系统的第一十通阀关闭、第二十通阀关闭状态下的结构示意图；
图2是本发明气相色谱仪分析系统的第一十通阀开启、第二十通阀关闭状态下的结构示意图；
图3是本发明气相色谱仪分析系统的第一十通阀关闭、第二十通阀开启状态下的结构示意图；
图4是本发明气相色谱仪分析系统的第一十通阀关闭状态下，柱分析单元内的载气流向示意图；
图5是本发明气相色谱仪分析系统的第一十通阀开启状态下，柱分析单元内的载气流向示意图；
图6是本发明用于非甲烷总烃标准气体样品(含80.3mg/m3甲烷、78.0mg/m3丙烷，空气为平衡气)检测的单次进样的谱图；
图7是本发明用于苯系物标准气体样品(含20.1mg/m3苯、20.0mg/m3甲苯、20.0mg/m3对二甲苯和20.2mg/m3邻二甲苯，氮气为平衡气)检测的单次进样的谱图；
附图标记说明：
1-第一定量环入口；2-通道一载气入口；3-通道一柱分析单元出口；4-通道一分离出口；5-辅助气体入口；6-通道一吹扫气出口；7-通道一柱分析单元入口；8-第一定量环出口；9-通道一样品出口；10-通道一样品入口；11-待测气体；12-第一定量环；13-通道一载气；14-辅助气；15-柱分析单元；17-通道二载气；18-检测器；19-燃气；20-助燃气；21-第二定量环入口；22-预分析柱入口；23-通道二吹扫气出口；24-通道二辅助气入口；25-预分析柱出口；26-通道二分离出口；27-通道二载气入口；28-第二定量环出口；29-通道二样品出口；30-通道二样品入口；31-第二定量环；32-阻尼器；33-预分析柱；34-分析柱；35-第一三通接头；36-第二三通接头；37-缓冲管；38-阻尼管；39-进样管；40-两通接头；41-第二色谱柱；42-第三三通接头；100-第一十通阀；200-第二十通阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例
参见图1-5，本发明的一种气相色谱仪分析系统，包括两个两位十通阀，分别为第一十通阀100和第二十通阀200。十通阀均包括圆盘形本体，其中，第一十通阀100上沿周向顺时针依次设置第一定量环入口1、通道一载气入口2、通道一柱分析单元出口3、通道一分离出口4、辅助气体入口5、通道一吹扫气出口6、通道一柱分析单元入口7、第一定量环出口8、通道一样品出口9和通道一样品入口10。第二十通阀200上沿周向顺时针依次设置第二定量环入口21、预分析柱入口22、通道二吹扫气出口23、通道二辅助气入口24、预分析柱出口25、通道二分离出口26、通道二载气入口27、第二定量环出口28、通道二样品出口29和通道二样品入口30。通道一吹扫气出口6与通道二辅助气入口24流体连通。第二定量环入口21和第二定量环出口28之间设有第二定量环31，预分析柱入口22和预分析柱出口25之间连接有预分析柱33，通道二吹扫气出口23连接有阻尼器32，通道二分离出口26一端连接有分析柱34。第一十通阀100和第二十通阀200处于关闭状态时，每个接口与其相邻的一侧接口连通；十通阀处于开启状态时，每个接口与其相邻的另一侧接口连通。第一十通阀100处于关闭状态时，第一定量环入口1与通道一样品入口10连通，通道一载气入口2与通道一柱分析单元出口3连通，通道一分离出口4与辅助气体入口5连通，通道一吹扫气出口6与通道一柱分析单元入口7连通，第一定量环出口8与通道一样品出口9连通。第一十通阀100处于开启状态时，第一定量环入口1与通道一载气入口2连通，其余接口两两依次连通。第二十通阀200处于关闭状态时，第二定量环入口21与通道二样品入口30连通，其余接口两两依次连通；第二十通阀200处于开启状态时，第二定量环入口21与预分析柱入口22连通，其余接口两两依次连通。气相色谱仪分析系统还包括检测器18，其为FID检测器，检测器通过第三三通接头42分别与分析柱34的出口端和通道一分离出口4相连通，燃气19和助燃气20在检测器18内燃烧，检测器18用于检测进入其中的气体的浓度。第一定量环12内体积1200mL，第二定量环31内体积0.1mL。
通道一柱分析单元出口3和通道一柱分析单元入口7之间设有柱分析单元15，柱分析单元15包括相互并联的第一色谱柱和第二色谱柱41。其中，通道一柱分析单元出口3通过一个第一三通接头35分别与第一色谱柱和第二色谱柱41的一端连通，通道一柱分析单元入口7通过一个第一三通接头36分别与第一色谱柱和第二色谱柱41的另一端连通。第一色谱柱包括依次串联的缓冲管37、阻尼管38和进样管39，缓冲管37、阻尼管38和进样管39均为空管，其材质为熔融石英毛细管、不锈钢管或PEEK管。总烃气体经第一色谱柱直接流出。第二色谱柱41为填充柱，用于分离待测气体中的甲烷，其内填充有高分子填料，填充柱的外壳为不锈钢。
缓冲管37、阻尼管38和进样管39两两之间通过具有低死体积的两通接头40连接起来。其中，缓冲管37的外径为3mm，内径为2mm，长度为500mm；阻尼管38的外径为2mm，内径为0.25mm，长度为1000mm；进样管39的外径为2mm，内径为1mm，长度为500mm。第二色谱柱41的外径为3mm，内径为2mm，长度为1200mm。缓冲管37的作用是增大第一色谱柱的内体积，延长总烃的出峰时间，改变阻尼管38的管径和长度，可以改变第一色谱柱的气体阻尼，进而调节通过色谱柱的载气流量，可以通过改变进样管39的内体积来调节分配到第一色谱柱的样品量。
待测气体通过通道二样品入口30进入第二十通阀200，经第二定量环出口28进入第一十通阀100的通道一样品入口10；通道一载气13通过通道一载气入口2进入第一十通阀100；通道二载气17通过通道二载气入口27进入第二十通阀200；辅助气14通过辅助气体入口5进入第一十通阀100后进入检测器或通过辅助气体入口5进入第二十通阀200上的通道二辅助气入口24。
实施例2
一种采用实施例1中的气相色谱仪分析系统进行气相色谱的分析方法，包括以下步骤：
(1)参见图1，关闭第一十通阀100和第二十通阀200，此时第一定量环入口1与通道一样品入口10连通，通道一载气入口2与通道一柱分析单元出口3连通，通道一分离出口4与辅助气体入口5连通，通道一吹扫气出口6与通道一柱分析单元入口7连通，第一定量环出口8与通道一样品出口9连通，第二定量环入口21与通道二样品入口30连通，其余接口两两依次连通。
实验人员通过气相色谱仪的进样口注入待测气体11，待测气体11依次经通道二样品入口30、第二定量环入口21、第二定量环31、第二定量环出口28、通道二样品出口29流出第二十通阀200，然后经通道一样品入口10、第一定量环入口1、第一定量环12、第一定量环出口8、通道一样品出口9流出第一十通阀100。此时，通道一载气13依次经通道一载气入口2、通道一柱分析单元出口3、柱分析单元15、通道一柱分析单元入口7、通道一吹扫气出口6流出第一十通阀100，然后经通道二辅助气入口24、预分析柱出口(25)进入预分析柱(33)，再经预分析柱入口(22)和通道二吹扫气出口(23)流出第二十通阀200；通道二载气17依次经通道二载气入口27、通道二分离出口26、分析柱34进入检测器18；辅助气14经辅助气体入口5和通道一分离出口4流入检测器18，完成采样过程。
(2)参见图2和图5，打开第一十通阀100，同时保持第二十通阀200关闭，此时通道一工作：第一定量环入口1与通道一载气入口2连通，通道一柱分析单元出口3与通道一分离出口4连通，辅助气体入口5与通道一吹扫气出口6连通，通道一柱分析单元入口7与第一定量环出口8连通，通道一样品出口9与通道一样品入口10连通。通道一载气13经通道一载气入口2、第一定量环入口1将第一定量环12内的气体经第一定量环出口8、通道一柱分析单元入口7流出第一十通阀100，然后通过第一三通接头36分别流入第一色谱柱和第二色谱柱41。待测气体中的总烃气体进入第一色谱柱后直接流出，然后通过第一三通接头35进入检测器18，分析得到总烃气体的浓度信号。进入第二色谱柱41的甲烷气体在色谱柱中被分离出来，然后通过第一三通接头35在总烃之后进入检测器18，分析得到甲烷气体的浓度信号。将二者浓度信号相减，即可得到非甲烷总烃的浓度。此时通道二是通道二载气通过通道二载气入口27进入第二十通阀200，经过分析柱34流入检测器18，此过程不干扰通道一的分析工作。
(3)参见图3和4，当通道一的甲烷气体的浓度信号出峰后关闭第一十通阀100，打开第二十通阀200，此时第一定量环入口1与通道一样品入口10连通，其余相邻的接口两两依次连通，第二定量环入口21和预分析柱入口22连通，其余相邻的接口两两依次连通。通道一的通道一载气13通过通道一载气入口2、通道一柱分析单元出口3进入柱分析单元15对其进行反吹，柱分析单元15内残留的高沸点组分在载气13的带动下依次经通道一柱分析单元入口7、通道一吹扫气出口6进入第二十通阀200的通道二辅助气入口24，再经通道二吹扫气出口23和阻尼器32放空，不会干扰通道二内的分析过程。通道二内，通道二载气17经通道二载气入口27、第二定量环出口28进入第二定量环31，将其中的气体经第二定量环入口21、预分析柱入口22推入预分析柱33，再经预分析柱出口25、通道二分离出口26进入分析柱34。
(4)当通道二内的多个目标组分都离开预分析柱33进入分析柱34时，关闭第二十通阀200，第一十通阀100保持关闭，各接口的连通状态同步骤(1)和图1。此时通道二载气17依次经通道二载气入口27、通道二分离出口26、分析柱34进入检测器18，将分析柱34中的待分析组分的多个组分分离后，然后依次进入检测器18，进行多个组分的分析。通道一内的通道一载气13重复步骤(1)中的流通路径，对预分析柱33进行反吹，从通道二吹扫气出口23放空。当分析柱34中的最后一个组分到达检测器18后，完成一次分析过程。
图6是本发明用于非甲烷总烃标准气体样品(含80.3mg/m3甲烷、78.0mg/m3丙烷，空气为平衡气)检测的单次进样的谱图。谱图中前35秒是非甲烷总烃标准气体在通道一中得到的总烃和甲烷色谱峰，用于定量。35秒之后,112秒处的峰是标准气体在通道二中得到的甲烷和丙烷的合峰，不作为定量依据。
表1是非甲烷总烃标准气体样品连续六次进样的精密度测试结果，从表格中可看出，总烃和甲烷的峰面积相对标准偏差分别是0.020％和0.056％，远好于3％国家标准要求。仪器噪音0.03pA，按两倍信噪比计算，pA检测限＝(2×噪音×浓度)/峰高，甲烷的检测限是0.014mg/m3，总烃的检测限是0.013mg/m3，以上数值均远低于国家标准要求的数值。
表1非甲烷总烃标准气体样品连续六次进样的精密度测试结果
图7是本发明用于苯系物标准气体样品(含20.1mg/m3苯、20.0mg/m3甲苯、20.0mg/m3对二甲苯和20.2mg/m3邻二甲苯，氮气为平衡气)检测的单次进样的谱图。谱图中前35秒，是苯系物标准气体在通道一中得到的总烃合峰，35秒之后是通道二将苯系物标准气体分离所得到的苯、甲苯、对二甲苯和邻二甲苯的色谱峰，用于苯系物的定性和定量。
表2是苯系物标准气体样品连续六次进样的精密度测试结果，从表格中可看出，四种苯系物峰面积相对标准偏差最大不超过1.50％。
表2苯系物连续六次进样的精密度测试结果
从本发明用于非甲烷总烃标准气体和苯系物标准气体的分析谱图和结果可以看出，本发明可对样品气体中的非甲烷总烃含量(通道一)和苯系物各组分含量(通道二)进行同时检测，两个通道的色谱峰互不干扰。检测限和精密度均满足国家标准要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。