一种可以实现精确定量取样的VOC监测装置及方法与流程

本发明涉及voc监测技术领域，具体涉及一种可以实现精确定量取样的voc监测装置及方法。

背景技术：

voc是挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds)的英文缩写；普通意义上的voc就是指挥发性有机物；但是环保意义上的voc指的是活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。

环保部门通常需要对工业区周边环境空气中的voc污染物进行在线连续监测，由于环境空气中voc成分浓度非常低，需要对污染因子进行低温富集、高温解析后，才能送入色谱进行分析。

现有技术中常用的voc监测装置，通常包括富集管，且通常会在富集管的入口端安装mems流速传感器，并利用mems流速传感器来计量通过的样气体积，以便定量取样；具体方法为：根据mems流速传感器所检测的气体流速及检测时间，得到单位时间的气体流量，进而累积得到采集周期内的样气体积。

然而，现有技术中，通过mems流速传感器来测量样气体积，在实际使用过中，通常存在测量不准确、测量精度不高的问题，主要原因为：1、采集精度受mems流速传感器精度的限制，且样气中多含水蒸气和颗粒灰尘，这些杂质会引起较大的测量误差；2、mems流速传感器长时间工作时，还存在数据漂移的问题，导致计量精度差；3、样气中的水蒸气、卤代烃、酸性voc成分等均会对传感部件造成附着、腐蚀等问题，影响测量精度，进而影响voc监测装置的稳定性和可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种可以实现精确定量取样的voc监测装置，结构紧凑，不仅无需使用流速传感器就可以实现定量取样，而且精度高，富集阶段的取样体积不受样气中杂质的影响，有利于voc监测装置长期稳定、可靠的运行。

本发明所采用的技术方案是：

一种可以实现精确定量取样的voc监测装置，包括定量取样单元，所述定量取样单元包括一个平衡阀、一个十通阀以及两个体积相同的定量环，定量环用于容纳样气，所述两个定量环分为定量环一和定量环二，其中，

所述十通阀包括十个接口，分别为接口一、接口二、接口三、接口四、接口五、接口六、接口七、接口八、接口九以及接口十，接口一用于输入载气，所述定量环二的一端通过管路与接口二相连通，另一端与接口五相连通，所述定量环一的一端通过管路与接口七相连通，另一端与接口十相连通，接口三和接口九分别用于排空，所述平衡阀的进口用于输入样气，平衡阀的出口分别通过管路与接口四、接口八相连通，平衡阀用于使定量环内样气的压力与大气压力相同，接口六用于连通采集样气中voc成分的富集管；

所述十通阀有两种工作模式，处于工作模式一时，接口一与接口二连通、接口三与接口四连通、接口五与接口六连通、接口七与接口八连通、接口九与接口十连通，处于工作模式二时，接口一与接口十连通、接口二与接口三连通、接口四与接口五连通、接口六与接口七连通、接口八与接口九连通；

通过调节十通阀的工作模式，使定量环一和定量环二循环与富集管相连通。

优选的，所述十通阀为十通阀进样器。

优选的，所述定量环及十通阀分别采用不锈钢材料制成。

进一步的，还包括富集解析单元和色谱分析单元，所述富集解析单元包括富集管，所述色谱分析单元包括色谱柱，所述富集管通过管路与接口六相连通，富集管用于富集样气中的voc成分，所述色谱分析单元与富集解析单元相连通，色谱柱用于对所述voc成分进行色谱分离。

优选的，所述富集解析单元还包括六通阀一，所述六通阀一包括六个端口，分别为端口一、端口二、端口三、端口四、端口五以及端口六，其中，端口一通过管路与所述接口六相连通，所述富集管的一端通过管路与端口二相连通，另一端通过管路与端口五相连通，端口四用于输入载气，端口三与所述色谱分析单元相连通，端口六用于排空；

所述六通阀一有两种工作状态，处于工作状态一时，端口一与端口二连通、端口三与端口四连通、端口五与端口六连通，处于工作状态二时，端口一与端口六连通、端口二与端口三连通、端口四与端口五连通，通过调节六通阀一的工作状态，控制富集管与色谱分析单元是/否连通。

进一步，还包括温控单元，所述温控单元设置于所述富集管处，温控单元用于控制富集管的温度。

优选的，所述色谱分析单元还包括六通阀二和预分离色谱柱，所述六通阀二的端口一通过管路与所述流通阀一的端口三相连通，六通阀二的端口二与所述色谱柱相连通，所述预分离色谱柱的一端与六通阀二的端口三相连通，另一端六通阀二的端口六相连通，六通阀二的端口四用于输入载气、端口五用于排空，预分离色谱柱用于对所述voc成分进行过滤，通过调节六通阀二的工作状态，控制六通阀一的端口三直接与色谱柱相连通，或经由预分离色谱柱与色谱柱相连通。

进一步的，还包括检测器，所述检测器与所述色谱柱相连，用于检测voc中各成分的含量。

优选的，所述六通阀一和六通阀二分别为六通阀进样器。

优选的，所述预分离色谱柱的长度比所述色谱柱的长度短。

一种可以实现精确定量取样和富集的方法，包括前述voc监测装置，利用所述voc监测装置，通过所述两个体积相同的定量环，交替采集大气压力下的样气，然后轮流传输给富集管进行富集，直到富集管中的样气满足富集所需求的体积。

与现有技术相比，使用本发明提供的一种可以实现精确定量取样的voc监测装置及方法，结构紧凑，不仅无需使用流速传感器就可以实现定量取样，而且取样体积精度高，每次取样压力相同，富集阶段的取样体积不受样气中杂质的影响，有利于提高测量精度，同时有利于使voc监测装置长期稳定、可靠的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

附图

图1为十通阀的结构示意图。

图2为六通阀一(或六通阀二)的结构示意图。

图3为本发明提供的一种voc监测装置的结构示意图(步骤1)。

图4为本发明提供的一种voc监测装置，处于步骤2(或称为状态2)时的示意图。

图5为本发明提供的一种voc监测装置，处于步骤3(或称为状态3)时的示意图。

图6为本发明提供的一种voc监测装置，处于步骤4(或称为状态4)时的示意图。

图中标记说明

定量取样单元101，十通阀102，平衡阀103，定量环一104，定量环二105，

富集解析单元201，富集管202，六通阀一203，

色谱分析单元301，色谱柱302，六通阀二303，预分离色谱柱304，检测器305，

端口一401，端口二402，端口三403，端口四404，端口五405，端口六406，

接口一501，接口二502，接口三503，接口四504，接口五505，接口六506，接口七507，接口八508，接口九509，接口十510。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1、图2、图3，本实施例中提供了一种可以实现精确定量取样的voc监测装置，包括定量取样单元101，所述定量取样单元101包括一个平衡阀103、一个十通阀102以及两个体积相同的定量环，定量环具有容纳样气的内部空间，以便用于容纳样气，为便于描述，所述两个定量环分为定量环一104和定量环二105，其中，

所述十通阀102包括十个接口，分别为接口一501、接口二502、接口三503、接口四504、接口五505、接口六506、接口七507、接口八508、接口九509以及接口十510，接口一501用于输入载气，以便以载气作为动力，驱动样气及所富集的voc成分转移；如图3所示，所述定量环二105的一端通过管路与接口二502相连通，另一端与接口五505相连通，所述定量环一104的一端通过管路与接口七507相连通，另一端与接口十510相连通，接口三503和接口九509分别用于排空，以便排放多余的样气；所述平衡阀103可以采用现有技术中常用的平衡阀103，如压力平衡电磁阀等，平衡阀103通常包括一个进口和一个出口，进口用于输入样气，平衡阀103的出口分别通过管路与接口四504、接口八508相连通，平衡阀103用于使定量环内样气的压力与大气压力相同，接口六506用于连通采集样气中voc成分的富集管202，以便可以通过接口六506将样气输入到富集管202中；

在本实施例中，十通阀102有两种工作模式，处于工作模式一时，接口一501与接口二502连通、接口三503与接口四504连通、接口五505与接口六506连通、接口七507与接口八508连通、接口九509与接口十510连通；处于工作模式二时，接口一501与接口十510连通、接口二502与接口三503连通、接口四504与接口五505连通、接口六506与接口七507连通、接口八508与接口九509连通；在实际使用过程中或本监测装置的运行过程中，通过手动或自动调节十通阀102的工作模式，可以使定量环一104和定量环二105依次、循环与富集管202相连通，以便使两个定量环中的样气轮流通过富集管202，一方面，可以有效提高富集管202的富集效率，另一方面，由于两个定量环都具有确定且相同的体积，通过计量或设定定量环中的样气通过富集管202的次数，就可以精确计量所输入的样气的量，即可以精确计量的样气体积，从而便于后续精确计算样气中各voc成分的含量。

由于气体的密度(或浓度)与气体的压力有关，在实际测量气体浓度的过程中，当气体的压力不同时，所测出的气体浓度差异较大，本实施例为了防止样气压力对样气中各voc成分的浓度影响，设置了平衡阀103与两个定量环相连通，并通过平衡阀103向定量环输入样气，同时也通过平衡阀103控制(或调节)定量环内气体的压力，作为举例，在本实施例中，当定量环中充满样气后，暂时关闭平衡阀103，使得平衡阀103可以自动平衡定量环的压力与外界的大气压力，即使得定量环内部样气的压力与大气压力相同，然后再使该定量环中的样气通过富集管202；这样，每次通过富集管202的样气压力相同，且两个定量环的体积相同，从而可以有效确保，两个定量环中各voc成分的浓度相同，从而可以有效解决气压对浓度的影响，有利于实现更加精确的定量取样和浓度测量(含量测量)。

在本实施例中，十通阀102可以为十通阀进样器，十通阀进样器是现有技术中色谱分析领域常用装置，可以满足本实施例的需求，而常见十通阀进样器的具体结构及功能早已被本领域的技术人员所熟知，这里不再赘述。

优选的方案中，定量环及十通阀102可以分别采用不锈钢材料制成，以避免受到样气中杂质的影响，不会出现腐蚀等问题，有利于本voc监测装置长期稳定、可靠的运行。

在进一步的方案中，如图3所示，还包括富集解析单元201和色谱分析单元301，所述富集解析单元201包括富集管202，所述色谱分析单元301包括色谱柱302，所述富集管202通过管路与接口六506相连通，富集管202用于富集样气中的voc成分，所述色谱分析单元301与富集解析单元201相连通，色谱柱302用于对所述voc成分进行色谱分离，可以分离出各成分的色谱，以便后续进行定量分析。

在本实施例所提供的一种优选方案中，富集解析单元201还包括六通阀一203，六通阀一203包括六个端口，分别为端口一401、端口二402、端口三403、端口四404、端口五405以及端口六406，其中，端口一401通过管路与所述接口六506相连通，所述富集管202的一端通过管路与端口二402相连通，另一端通过管路与端口五405相连通，端口四404用于输入载气，端口三403与所述色谱分析单元301相连通，端口六406用于排空，以便排放通过富集管202后的样气；

本实施例所采用的六通阀一203可以为六通阀进样器，六通阀进样器是现有技术中色谱分析领域常用的装置，可以满足本实施例的需求，而六通阀进样器的结构多样，作为举例，在本实施例中，六通阀一203有两种工作状态，处于工作状态一时，端口一401与端口二402连通、端口三403与端口四404连通、端口五405与端口六406连通，处于工作状态二时，端口一401与端口六406连通、端口二402与端口三403连通、端口四404与端口五405连通，在实际运行过程中，通过调节六通阀一203的工作状态，控制富集管202与色谱分析单元301是/否连通，如图3所示，当六通阀一203处于工作状态一时，富集管202与色谱分析单元301未连通，当六通阀一203处于工作状态二时，富集管202与色谱分析单元301连通，如图5所示。

富集管202可以采用现有技术中常用的富集管202，富集管202的内部填充有吸附材料，以便吸附样气中的voc成分；富集管202的一个工作周期通常包括低温富集、高温解析、清洗老化三个阶段，故在本实施例所提供的进一步方案中，还包括温控单元，所述温控单元设置于所述富集管202处，以便通过温控单元控制富集管202的温度；作为优选，温控单元可以包括控制器(即处理器或单片机)、加热器以及制冷器，加热器和制冷器是现有技术中常见的设备，这里不再赘述；通过温控单元，在低温富集阶段，可以通过控制器控制制冷器对富集管202进行降温，以便顺利完成低温富集，在高温解析阶段，可以通过控制器控制加热器对富集管202进行加热，提高富集管202的温度，以便顺利完成高温解析。

在本实施例所提供的一种优选方案中，色谱分析单元301还包括六通阀二303和预分离色谱柱304，如图3所示，所述六通阀二303的端口一401通过管路与所述流通阀一的端口三403相连通，六通阀二303的端口二402与所述色谱柱302相连通，所述预分离色谱柱304的一端与六通阀二303的端口三403相连通，另一端六通阀二303的端口六406相连通，六通阀二303的端口四404用于输入载气、端口五405用于排空；进入色谱柱302的voc成分需要先经过预分离色谱柱304，预分离色谱柱304用于对所述voc成分进行过滤，以便拦截voc成分中的大分子成分(现有的voc监测装置通常用于分析低碳voc成分及含量，低碳voc成分通常是指碳原子个数在c2-c6之间的成分，而所述大分子通常是指碳原子个数大于6的成分，一般不必进行分析)，避免其进入后续的色谱柱302，以提高色谱柱的分离效果，提高检测精度；本voc监测装置，在实际运行过程中，可以通过手动或自动调节六通阀二303的工作状态，从而有效控制六通阀一203的端口三403直接与色谱柱302相连通或经由预分离色谱柱304与色谱柱302相连通，如图3所示，当六通阀二303处于工作状态一时，六通阀一203的端口三403直接与色谱柱302相连通，此时，可以利用载气对色谱柱302进行正向清洗；如图5所示，当六通阀二303处于工作状态二时，六通阀一203的端口三403经由预分离色谱柱304与色谱柱302相连通，此时，可以利用载气，使从富集管202中解析下来的voc成分通过预分离色谱柱304，并最终输入色谱柱302。

可以理解，在本实施例中，六通阀一203与六通阀二303可以相同，即六通阀一203与六通阀二303均采用的是六通阀进样器。

在优选的方案中，色谱柱302可以采用分析色谱柱，预分离色谱柱304的长度比色谱柱302的长度短，既能实现过滤，又有利于降低成本。

在更完善的方案中，还包括检测器305，检测器305与色谱柱302相连，用于检测voc中各成分的含量；可以理解，检测器305是色谱分析领域的常用设备，其具体结构及工作原理这里不再赘述。

根据本实施例所提供的voc监测装置，本实施例还提供了一种可以实现精确定量取样和富集的方法，该方法包括前述voc监测装置，利用所述voc监测装置，通过所述两个体积相同的定量环，交替采集大气压力下的样气，然后轮流传输给富集管进行富集，直到富集管中的样气满足富集所需求的体积；具体流程步骤如下：

步骤1：如图3所示，十通阀102处于工作模式二，六通阀一203和六通阀二303均处于工作状态一，富集管202处于低温富集状态，预分离色谱柱304处于反吹清洗状态，色谱柱302处于正向清洗状态(利用载气进行清洗)，此时，

定量环一104与富集管202连通，利用载气把定量环一104中的样气吹送到富集管202中进行低温富集；

平衡阀103打开，定量环二105中充满样气，然后将平衡阀103关闭一定的时间，如1秒钟，则定量环二105的内部气压可以与大气压力相平衡，进入步骤2。

步骤2：如图4所示，十通阀102处于工作模式一，六通阀一203和六通阀二303均处于工作状态一，富集管202还处于低温富集状态，预分离色谱柱304处于反吹清洗状态，色谱柱302处于正向清洗状态，此时，

定量环二105与富集管202连通，利用载气把定量环二105中的样气吹送到富集管202中进行低温富集；

平衡阀103打开，定量环一104中充满样气，然后将平衡阀103关闭一定的时间，如1秒钟，则定量环一104的内部气压可以与大气压力平衡。

反复切换十通阀102的工作模式，使得步骤1和步骤2不断循环、重复，以便使定量环一104和定量环二105中的样气不断交替通过富集管202；当送入富集管202的样气满足富集所需求的体积后，进入步骤3。

步骤3：如图5所示，十通阀102处于工作模式一，六通阀一203和六通阀二303均处于工作状态二，富集管202处于高温解析状态，预分离色谱柱304与色谱柱302相串联，此时，

富集管202内富集的voc成分在高温解析状态下，被载气吹送经过预分离色谱柱304后到达色谱柱302；不需要分析的大分子voc成分还存在预分离色谱柱304内，进入步骤4。

步骤4：如图6所示，十通阀102处于工作模式一，六通阀一203和六通阀二303均处于工作状态一，富集管202处于清洗老化状态，为下一次低温富集做准备，此时，

预分离色谱柱304处于反吹清洗状态(即利用载气进行反向清洗)，以便将大分子voc成分吹走，实现对预分离色谱柱304的清洗，

色谱柱302对柱内的各种voc成分进行分离并送入检测器305进行检测，并完成一次定量富集及分析检测，重复上述步骤，既可以实现精确定量取样和富集，又可以实现连续在线检测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。