一种在线监测水中挥发性有机物的系统和方法与流程

本发明属于水环境分析领域，具体涉及一种在线监测水中挥发性有机物的系统和方法。

背景技术：

随着水资源的污染变得日益严重，挥发性有机物(vocs)作为水中普遍存在且对环境影响较为严重的有机污染物，对人体健康带来的危害日益严重。

vocs主要包括芳香烃、脂肪烃、卤代烃等。该类物质的化学性质比较稳定，不易分解，当渗入含水层后容易造成地下水污染，而且具有强致癌性、致突变性以及致生殖系统毒害性。

目前，水体中vocs的分析主要采用实验室方法，包括液-液萃取、固相萃取、静态顶空，以及以美国epa524为代表的吹扫捕集-气相色谱/质谱法等方法。但是，这些方法都属于离线分析方法，需要将待测水体提前采样，经过一系列复杂的前处理环节，整个检测过程耗时较长，且自动化程度较低。并且，这种传统的检测方法容易因为数据结果和采样时间间隔较长而只能获取水体中vocs污染的历史数据，无法满足水体中vocs的现场应急检测，从而不利于vocs含量的实时监控和预警。因此，对vocs的实时污染情况进行在线监测，充分掌握水体中vocs的污染状况，具有重要意义。

现有技术一公开了一种水中vocs在线分析仪，将自动进样、吹扫捕集前处理、气相色谱分析等功能结合到一台仪器中。该方法虽然能实现水体中vocs的在线分析，但是需要外接吹扫气，结构较为繁琐，只能分析已知的vocs含量，并且不能避免分析过程中水分对分析结果的影响。

现有技术二公开了一种水中挥发性有机物在线监测的前处理装置及方法，只能实现对水体中vocs的前期处理，而不能实现对水样中vocs的在线监测。

对于本领域而言，如何直接、快速、准确、实时的分析水体中的vocs已成为目前水环境分析领域的重要趋势。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种在线监测水中挥发性有机物的系统和方法，能够有效实现水体中挥发性有机物的在线监控和预警，且自动化程度高。

本发明提供了在线监测水中挥发性有机物的系统，所述系统包括依次连接的加热装置、挥发性有机物捕集装置、挥发性有机物检测装置；

所述加热装置具有进水口、挥发性有机物出口；

所述挥发性有机物捕集装置中设置有吸水模块、富集模块、加热模块，所述吸水模块具有挥发性有机物入口，所述挥发性有机物入口与所述加热装置的挥发性有机物出口连接；所述富集模块用于富集经由所述吸水模块排出的脱水后挥发性有机物，所述加热模块用于加热所述富集模块中的所述脱水后挥发性有机物；

所述挥发性有机物检测装置与所述挥发性有机物捕集装置的富集模块通过气路连接。

作为本发明可选的实施方式，所述加热装置上设置有排水阀。

作为本发明可选的实施方式，所述挥发性有机物捕集装置中还设置有控制模块，所述控制模块用于向所述加热装置发送排水指令，使得所述排水阀开启。

作为本发明可选的实施方式，所述系统中还包括水样过滤装置，所述水样过滤装置具有待测水样入口、过滤后水样出口。

作为本发明可选的实施方式，所述系统中还包括存储装置，所述存储装置具有过滤后水样进口、过滤后水样出口，所述存储装置的过滤后水样进口与所述水样过滤装置的过滤后水样出口连接。

作为本发明可选的实施方式，在所述水样过滤装置和所述存储装置之间设置有第一电磁阀，所述储存装置和所述加热装置之间设置有第二电磁阀，所述加热装置和所述挥发性有机物捕集装置之间设置有第三电磁阀。

本发明还提供了一种利用上述系统在线监测水中挥发性有机物的方法，所述方法为：

将所述待测水样送入所述加热装置中，所述加热装置对所述待测水样进行加热，所述待测水样中的挥发性有机物挥发，所述挥发性有机物进入所述挥发性有机物捕集装置的吸水模块中进行脱水处理得到脱水后挥发性有机物，所述脱水后挥发性有机物在所述富集模块中进行富集，富集完成后，所述加热模块启动，并对富集后的所述脱水后挥发性有机物进行加热，使得所述脱水后挥发性有机物瞬间挥发并输送至所述挥发性有机物检测装置中。

作为本发明可选的实施方式，所述待测水样在送入所述加热装置之前，先送入水样过滤装置中。

进一步地，所述加热装置的加热温度为20～300℃。

进一步地，所述挥发性有机物捕集装置中的所述加热模块的加热温度为20～450℃。

本发明能够对待测水样中的挥发性有机物实现在线监测和预警，自动化程度较高，且不需要前期的人工采样和复杂的预处理环节，减少了人工操作的随机误差，能够在短时间内迅速获取待测水样中挥发性有机物的种类及含量。并且，通过首先将低浓度的挥发性有机物进行富集后再进行分析，能够显著降低检出限，提高测量结果的灵敏度。

本发明的系统和方法能够显著提高水样中挥发性有机物分析的自动化程度、准确度、灵敏度和效率，并避免挥发性有机物中含有的水分对分析结果造成的影响，实现水样中挥发性有机物污染的在线监控和预警。

附图说明

图1为本发明提供的一种在线监测水中挥发性有机物的系统示意图。

图2为本发明提供的一种挥发性有机物捕集装置的结构示意图。

图3为本发明提供的一种在线监测水中挥发性有机物的方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图，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仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，为本发明提供的一种在线监测水中挥发性有机物的系统，该系统中包括依次连接的加热装置3、挥发性有机物捕集装置4、挥发性有机物检测装置5。

加热装置3具有进水口、挥发性有机物出口，其中，待测水样经过该进水口进入加热装置3中，加热装置3对待测水样进行加热，使得待测水样中的挥发性有机物挥发。

作为本发明可选的实施方式，加热装置3上还设置有排水阀p1，用于排出挥发性有机物完全挥发后的水样。

如图2所示，挥发性有机物捕集装置4中设置有吸水模块41、富集模块42、加热模块43。

其中，吸水模块41具有挥发性有机物入口。并且，吸水模块41的挥发性有机物入口与加热装置3的挥发性有机物出口连接，用于接收由加热装置3送入的挥发性有机物。吸水模块41能够对挥发性有机物进行脱水处理，从而避免其中含有的水分对后序检测结果准确性的影响。

富集模块42用于接收吸水模块41排出的脱水后挥发性有机物，实现脱水后挥发性有机物的富集，富集完成后，加热模块43再对富集模块42中的脱水后挥发性有机物进行加热，使得富集模块42中的脱水后挥发性有机物瞬间挥发。

作为本发明可选的实施方式，富集模块42选用吸附剂或冷阱。根据所需富集的挥发性有机物种类和浓度的不同，选取不同种类的吸附剂或冷阱。

作为本发明可选的实施方式，挥发性有机物捕集装置4中还设置有控制模块44，控制模块44用于向加热装置3发送排水指令，使得排水阀p1开启。

挥发性有机物检测装置5与挥发性有机物捕集装置4中的富集模块42通过气路连接，用于接收自富集模块42中瞬间挥发的脱水后挥发性有机物，从而对脱水后挥发性有机物进行在线定性、定量分析。

本发明中，挥发性有机物检测装置5选用现有的定性定量检测设备。可选的，挥发性有机物检测装置5选用高质量分辨率在线质谱仪。

根据待测水样性质的差异，本发明的在线监测水中挥发性有机物的系统中还可包括水样过滤装置1，在将水样送入加热装置3之前先送入水样过滤装置1中。本发明的水样过滤装置1具有待测水样入口、过滤后水样出口，用于过滤除去待测水样中的悬浮物和细小颗粒物。

作为本发明可选的实施方式，本发明的系统中还可包括存储装置2。本发明的存储装置2设置在水样过滤装置1和加热装置3之间。本发明的存储装置2具有过滤后水样进口、过滤后水样出口，用于接收由水样过滤装置1送入的过滤后水样进行储存缓冲。其中，存储装置2的过滤后水样进口与水样过滤装置1的过滤后水样出口连接。存储装置2的过滤后水样出口与加热装置3的进水口连接。

作为本发明可选的实施方式，在水样过滤装置1和存储装置2之间设置有取样泵b1，能够将水样过滤装置1排出的过滤后水样抽吸到存储装置2中。

作为本发明可选的实施方式，在水样过滤装置1和存储装置2之间设置有第一电磁阀f1。在储存装置2和加热装置3之间设置有第二电磁阀f2。在加热装置3和挥发性有机物捕集装置4之间设置有第三电磁阀f3。

如图3所示，本发明还提出了一种利用上述的系统在线监测水中挥发性有机物的方法，具体的：

将待测水样送入加热装置3中。加热装置3对待测水样进行加热，使得待测水样中的挥发性有机物挥发，脱离水体环境。根据待处理水样的差异，控制加热装置3的加热温度为20～300℃。

根据待测水样性质的差异，在将水样送入加热装置3之前先送入水样过滤装置1中进行过滤，除去待测水样中的悬浮物和细小颗粒物，避免后序过程造成系统中管路的堵塞。

挥发性有机物进入挥发性有机物捕集装置4的吸水模块41中进行脱水处理，得到脱水后挥发性有机物。脱水后挥发性有机物在富集模块42中进行富集，富集完成后，加热模块42启动，并对富集后的脱水后挥发性有机物进行加热，使得脱水后挥发性有机物瞬间挥发并经气路输送至挥发性有机物检测装置5中，对脱水后挥发性有机物中的组分进行在线定性、定量分析。

作为本发明可选的实施方式，加热模块42中的加热温度范围控制为20～450℃，使得富集后的脱水后挥发性有机物能够实现瞬间挥发，从而有效提高分析结果的准确度。

根据挥发性有机物检测装置5的在线分析结果，实现对待测水样中的挥发性有机物的在线监控和预警。必要时，还可将分析数据进行远程传输。

当一次检测完成后，挥发性有机物捕集装置4中的控制模块44发出排水指令，加热装置3上的排水阀p1开启，排出加热装置3中挥发性有机物完全挥发后的水样。当加热装置3中的水样排空后，再接着向加热装置3中送入水样循环进行本发明所述的过程，从而实现水样的连续在线监测。

上述过程中，通过先将脱水后挥发性有机物进行富集后，再对其加热实现瞬间挥发后检测，能够显著降低挥发性有机物的检出限，提高测量过程的灵敏度。即，当待测水样中挥发性有机物的浓度较低时，也能够较准确的获得其中挥发性有机物的浓度，实现水体污染的在线监控与预警。

根据上述提供的在线监测水中挥发性有机物的系统，通过设置第一电磁阀f1、第二电磁阀f2、第三电磁阀f3，能够实现在线监测过程的自动化。其中，当存储装置2中储存的水样达到容积限度时，触动第二电磁阀f2开启，水样进入加热装置3。当加热装置3中随着加热的进行达到气液热平衡状态时，触动第三电磁阀f3开启，使得气态的挥发性有机物进入挥发性有机物捕集装置4的吸水模块41中进行脱水处理。本发明中不限制第一电磁阀f1、第二电磁阀f2、第三电磁阀f3的类型，以能实现本发明方法的目的为准。

最后应说明的是：显然，上述具体实施方式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。