一种基于紫外灯的循环式气体中voc物质检测装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基于紫外灯的循环式气体中VOC物质检测装置，包括：氧化装置，其内设有一紫外灯；干空气清洗装置，用于对所述氧化装置进行清洗；进样装置，用于在所述氧化装置清洗完毕时，将待测气体全部通入到所述氧化装置中；测量装置，与所述氧化装置相连，用于检测所述氧化装置出口处气体的温度、压强和CO2浓度；循环装置，用于使所述氧化装置和所述测量装置构成一回路；排气装置，其与所述测量装置相连，用于释放所述氧化装置中的气体。本发明的有益效果在于，通过分别测试所述氧化装置氧化前后气体的温度、压强和CO2浓度，经过简单计算便可获得VOC物质中总有机碳的摩尔浓度，该装置不仅结构简单、运行成本低，而且测量精度高。
【专利说明】
一种基于紫外灯的循环式气体中voc物质检测装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种气体中V0C物质检测装置，尤其涉及一种基于紫外灯的循环式气 体中V0C物质检测装置。
【背景技术】
[0002] V0C物质，即挥发性有机化合物，若超标释放，会对大气环境造成很大的污染，危害 人们的身体健康。
[0003] 专利文献CN 2570774Y，公开了一种闭路循环式总有机碳分析装置，该装置由样品 自动定量进样装置、除C02装置、氧化装置、反应剂进样装置、气体除水装置、气栗、红外气体 分析器、仪器测控单元组成，用于检测水体中总有机碳的含量，在检测过程中，需要进行除 C02和气体中除水的步骤，较繁琐，而且，此装置只适用于检测水质中V0C的浓度，并不能用 于检测气体中V0C的浓度。
[0004] 而现有的检测V0C气体浓度技术主要是利用质谱、气相色谱、光离子化检测法和氢 火焰离子(FID)检测法。质谱、气相色谱检测技术虽然检测比较准确，但是仪器设备价格比 较高，操作较复杂，耗时，测量成本较高;氢火焰离子检测器采用氢火焰将样品气体进行电 离，因此需要配备氢气瓶，并需要频繁更换，仪器需要在防爆环境使用，对安全性要求很高， 使用成本较高;光离子化检测器采用紫外灯来离子化样品气体，分子被电离为带正负电的 离子，它们被电荷传感器感受到形成电流，仪器成本较低，但是在此过程中由于激发分子的 淬灭、正离子与电子的复合和外来物质俘获电子使检测池电子浓度降低，而且不同的紫外 灯对检测voc物质具有较高选择性，使得光离子化检测方法检测数值精度不高，鉴于此，急 需开发一种操作简单、测量精度高的循环式气体中V0C物质检测装置。
[0005] 鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，提供一种基于紫外灯的循环式气 体中V0C物质检测装置，包括:氧化装置，其内设有一与所述氧化装置可拆卸连接的紫外灯； 干空气清洗装置，用于对所述氧化装置进行清洗;进样装置，用于在所述氧化装置清洗完毕 时，将待测气体通入到所述氧化装置中；测量装置，与所述氧化装置相连，用于检测所述氧 化装置出口处气体的温度、压强和C0 2浓度;循环装置，用于使所述氧化装置和所述测量装 置构成一回路;排气装置，其与所述测量装置相连，用于释放所述氧化装置中的气体。
[0007] 进一步，所述紫外灯在所述氧化装置内竖直放置。
[0008] 进一步，所述干空气清洗装置包括依次相连的气瓶、减压阀和第一电动阀，所述第 一电动阀与所述氧化装置的进气口相连。
[0009] 进一步，所述进样装置包括依次相连的装载有所述待测气体的气袋、真空表、取样 栗和第二电动阀，所述第二电动阀与所述氧化装置的进气口相连。
[0010] 进一步，所述测量装置包括依次相连的压力表、第一温度计和NDIR-C02传感器，所 述压力表与所述氧化装置的第一出气口相连。
[0011] 进一步，所述压力表和所述第一温度计的位置可以互换。
[0012] 进一步，所述循环装置，其一端与所述氧化装置的第二出气口相连，另一端与所述 NDIR-C02传感器相连。
[0013] 进一步，基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，还包括一测控装置，所述 测控装置包括主控电路、显示模块和数据处理模块，所述显示模块和所述数据处理模块分 别和所述主控电路相连，所述第一电动阀、真空表、取样栗、第二电动阀、所述紫外灯的开 关、压力表、第一温度计、NDIR-C02传感器、循环装置和排放装置分别和所述主控电路相连。 [0014]进一步，所述氧化装置内设有第二温度计。
[0015] 进一步，在所述氧化装置的内壁上涂覆有催化剂层，所述催化剂层为二氧化钛层、 纳米氧化锌层和三氧化钨层中的一种或两种以上的复合层。
[0016] 与现有技术比较本发明的有益效果在于：
[0017] 1.所述的循环式气体中V0C物质检测装置，通过分别测试所述氧化装置氧化前后 气体的温度、压强和二氧化碳浓度，经过简单计算便可获得V0C物质中总有机碳的摩尔浓 度，该装置不仅结构简单、运行成本低，而且测量精度高；
[0018] 2.所述紫外灯竖直放置，既能够保证所述氧化装置内的温度均一，又能够保证所 述氧化装置内的紫外照射强度一致，利于所述氧化装置内的气体能够更快的被氧化；
[0019] 3.在所述氧化装置内设有第二温度计，所述第二温度计能够用于间接监测所述氧 化装置中的反应情况和所述紫外灯的状态；
[0020] 4.所述测控装置的设置，既实现了自动化控制各部件的开启和关闭，又实现了智 能化的数据处理过程，节约了时间，增加了该装置的适用性；
[0021] 5.在所述氧化装置的内壁上涂覆有催化剂层，所述催化剂层能够加快V0C物质的 氧化。
【附图说明】
[0022]图1为本发明一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置的功能结构框图；
[0023] 图2为本发明实施例一中一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置的结 构示意图；
[0024] 图3为本发明实施四中一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置的结构 示意图；
[0025]图4为本发明实施例五中一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置的结 构示意图；
[0026] 图5为本发明测控装置的结构示意图；
[0027] 图6为本发明氧化装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0029] 实施例一
[0030] 请参阅图1，其为本发明一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置的功能 结构框图。
[0031] -种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，包括氧化装置1;干空气清洗 装置2，用于对所述氧化装置1进行清洗;进样装置3，用于在所述氧化装置1清洗完毕时，将 待测气体通入所述氧化装置1中；测量装置4，与所述氧化装置1相连，用于检测所述氧化装 置1出口处气体的温度、压强和C0 2浓度;循环装置5，用于使所述氧化装置1和所述测量装置 4构成一回路;排气装置6,其与所述测量装置1相连，用于释放所述氧化装置1中的气体。其 中，所述的排气装置6优选阀门，所述阀门优选为电动阀;所述的氧化装置1内设有一与所述 氧化装置可拆卸连接的紫外灯12，所述可拆卸连接方式为卡扣、螺钉或螺栓等连接方式，在 所述紫外灯12开启的状态下，所述氧化装置1内的气体中的V0C物质能够被氧化为C0 2。
[0032] 本发明中，V0C物质在所述氧化装置1中的氧化机理为:所述气体连续进入装有高 强紫外灯的氧化装置1，在所述紫外灯12的照射下，V0C物质被直接光解为C0 2,除此之外，所 述气体中含有氧气和水分子，在紫外灯的照射下，氧气被氧化为〇3，产生的〇3也能将V0C物质 转化为C0 2;紫外灯中富含185nm的光子能将水分子的0-H键直接打断而生成具有强氧化性 的· 0H，同时，03也能与水分子作用产生更多的· 0H，· 0H的氧化电位为2.8eV，氧化能力仅 次于氟，产生的· 0H易将V0C物质氧化为C02。
[0033] 本发明所述的循环式气体中V0C物质检测装置，通过分别测试所述氧化装置氧化 前后气体的温度、压强和二氧化碳浓度，经过简单计算便可获得V0C物质中总有机碳的摩尔 浓度，该装置不仅结构简单、运行成本低，而且测量精度高。
[0034] 请参阅图2,其为本实施例中一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置的 结构示意图。
[0035] 所述干空气清洗装置2，包括装载有干空气的气瓶21、减压阀22、第一电动阀23，所 述气瓶21、减压阀22和第一电动阀23依次连接，所述第一电动阀23与所述氧化装置1的进气 口 11相连，在进样之前，需对所述氧化装置1进行清洗，清洗时，开启所述减压阀22、第一电 动阀23和所述排气装置6，所述干空气分别经所述氧化装置1、测量装置4、排气装置6直接向 大气进行排空，当所述测量装置4测得的C0 2的浓度为0时，表明清洗完毕，然后关闭所述减 压阀22、第一电动阀23和所述排气装置6,其中，所述干空气清洗装置2的设置，排除了所述 氧化装置1内残余气体对下个样品的检测造成影响，使测试数据更加准确。
[0036]所述进样装置3,包括一装载有待测气体的气袋31、真空表32、取样栗33、第二电动 阀34,所述气袋31、真空表32、取样栗33和第二电动阀34依次连接，所述第二电动阀34与所 述氧化装置1的进气口 11相连。当所述干空气清洗装置2清洗完毕时，所述进样装置3向所述 氧化装置1内进样，进样时，开启所述取样栗33和所述第二电动阀34,待所述真空表32的读 数达到一定真空度时，表明进样完毕，其中，所述真空表32达到的一定真空度需根据所述取 样栗33的参数来确定，当所述真空表32的读数多所述取样栗33抽真空最大压力的1/3时，表 明进样完毕，此时，关闭所述取样栗33和所述第二电动阀34。
[0037] 所述测量装置4包括压力表41、第一温度计42和NDIR-C02传感器43,所述压力表 41、第一温度计42和NDIR-C02传感器43依次连接，所述压力表41与所述氧化装置1的第一出 气口 13相连，其中，所述压力表1、第一温度计42和NDIR-C02传感器43分别用于测试所述氧 化装置1出口处气体的压强、温度和气体中C0 2的浓度。
[0038]所述循环装置5,一端与所述氧化装置1的第二出气口 14相连，另一端与所述NDIR- C〇2传感器43相连;所述循环装置5，能够使所述氧化装置1和所述测量装置4构成一回路且 在循环运动的过程中，使所述氧化装置1内的干空气和所述待测气体组成的混合气体混合 均匀，其中，所述循环装置5优选循环栗。
[0039] 检测时，开启所述循环装置5，所述氧化装置1内的混合气体分别经所述循环装置 5、NDIR-C02传感器43、第一温度计42、压力表41和氧化装置1构成的回路运动，当所述NDIR-C0 2传感器43的度数稳定时，记下此时所述混合气体中C02浓度&、温度?\和压强丹;然后开启 所述紫外灯12,所述循环装置5-直处于工作状态，在所述紫外灯12的照射下，所述混合气 体中的V0C物质转化为C0 2，当所述NDIR-C02传感器43的度数上升至最大且达到稳定时，记下 此时所述混合气体中C0 2的浓度C2、温度T2和压强P2,检测完毕后，关闭所述循环装置5,开启 所述减压阀22、第一电动阀23和所述排气装置6,再次利用干空气清洗所述氧化装置1，待所 NDIR-C02传感器43的度数为0时，关闭所述减压阀22、第一电动阀23和所述排气装置6，等待 下一次测试。
[0040] 计算所述待测气体中V0C物质的摩尔浓度C时，需将所述气袋31中的待测气体的体 积Va转为标态下的体积Vo,设所述气袋31中所述待测气体的压强为P A，温度为TA，标态下所 述待测气体的温度为To，压强为Ρο，则
[0041] 设在进样完毕后，存放于所述氧化装置1中的所述混合气体的体积为VR，根据理想 气体方程，在未进行紫外光解时，所述混合气体中C0 2的物质的量，即所述待测气体中0)2的 物质的量，紫外光解完成后，所述混合气体中C02的物质的量，即所述待测气体中
+ j C02的物质的量
，则所述待测气体中V0C物质转化的c〇2的物质的量
，所述待测气体中V 0 C物质转化的C 0 2的摩尔浓度
[0042] 实施例二
[0043] 如上所述的一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，本实施例与其不 同之处在于，所述压力表41和所述第一温度计42的位置可以互换。
[0044] 实施例三
[0045] 如上所述的一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，本实施例与其不 同之处在于，所述紫外灯12在所述氧化装置1内竖直放置，这样，既能够保证所述氧化装置1 内的温度均一，又能够保证所述氧化装置1内的紫外照射强度一致，利于所述气体能够更快 的被氧化。
[0046] 实施例四
[0047]如上所述的一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，本实施例与其不 同指出在于，如图3所示，在所述氧化装置1内设有一温度计，其为第二温度计15，所述第二 温度计15用于间接监测所述氧化装置1中的反应情况和所述紫外灯12的状态。若所述第二 温度计15显示的温度数值过高，从安全方面考虑，需暂停检测，待所述氧化装置1内的温度 处于该装置正常承受的范围内时，方可进行检测;若所述第二温度计15在长时间检测的过 程中，其所显示的温度一直都处于较低的状态，则说明所述紫外灯12出现老化现象或所述 紫外灯12处于不工作的状态。
[0048] 实施例五
[0049]如上所述的一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，本实施例与其不 同之处在于，结合图4和图5所示，图5为本发明测控装置的结构示意图，所述的循环式气体 中V0C检测装置还包括一测控装置7,所述测控装置7包括主控电路、显示模块和数据处理模 块，所述显示模块和所述数据处理模块分别和所述主控电路相连，所述第一电动阀23、真空 表32、取样栗33、第二电动阀34、、所述紫外灯12的开关、压力表41、第一温度计42、NDIR-C0 2 传感器43、循环装置5和排放装置6分别和所述测控装置7中的主控电路相连，所述主控电路 根据所述真空表32和所述NDIR-C0 2传感器43读取的数值，控制其它各个部件的开启或关 闭。
[0050] 具体过程为：
[0051] (1)在测试之前，V0C物质检测装置中所有的阀门以及紫外灯都处于关闭状态，手 动开启所述减压阀22,所述主控电路控制所述第一电动阀23、排气装置6开启，利用干空气 对所述氧化装置1进行清洗，当所述NDIR-C0 2传感器43的读数为0时，所述主控电路控制所 述减压阀22、第一电动阀23、排气装置6关闭；
[0052] (2)所述减压阀22、第一电动阀23、排气装置6关闭后，所述主控电路控制所述取样 栗33和所述第二电动阀34开启，当所述真空表32的读数多所述取样栗33抽真空最大压力的 1/3时，表明进样完毕，所述主控电路控制所述取样栗33和所述第二电动阀34关闭；
[0053] (3)所述取样栗33和所述第二电动阀34关闭后，所述主控电路控制所述循环装置5 开启，所述氧化装置1内的混合气体在循环回路中运动，且所述压力表41、第一温度计42和 NDIR-C02传感器43将实时检测的数值传输给所述主控电路并经所述显示模块进行显示，待 所述NDIR-C0 2传感器43的读数达到稳定时，所述主控电路控制所述紫外灯12开启；
[0054] (4)当所述紫外灯12开启后，所述氧化装置1内的混合气体继续在循环回路中运 动，所述压力表41、第一温度计42和NDIR-C0 2传感器43将实时检测的数值传输给所述主控 电路并经所述显示模块进行显示，待所述NDIR-C02传感器43的读数上升至最大且达到稳定 时，所述主控电路控制所述循环装置5关闭。
[0055] 在检测完成后，所述数据处理模块g
处理后，再经所述 主控电路传输给所述显示模块进行显示，由于本发明中数据处理较简单，为节约成本，本实 施例中，所述测控装置7优选PLC控制器。
[0056] 所述测控装置7的设置，既实现了自动化控制各部件的开启和关闭，又实现了智能 化的数据处理过程，节约了时间，增加了该装置的适用性。
[0057]实施例六
[0058]如上所述的一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，本实施例与其不 同之处在于，如图6所示，在所述氧化装置1的内壁上涂覆有能够被紫外光活化的催化剂层 8,所述催化剂层8能够加快V0C物质的氧化，其中，所述的催化剂层为二氧化钛层、纳米氧化 锌层和三氧化钨层中的一种或两种以上的复合层。
[0059] 实施例七
[0060] 如上所述的一种基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置的检测方法，包括 以下步骤：
[0061] S1:在进样装置、氧化装置中的紫外灯和循环装置处于关闭的状态下，开启干空气 清洗装置和排气装置，当测量装置显示的C0 2的浓度为0时，关闭所述干空气清洗装置和排 气装置；
[0062] S2:在所述步骤S1后，开启所述进样装置，将待测气体全部通入到所述氧化装置中 时，关闭所述进样装置；
[0063] S3:在所述步骤S2后，开启所述循环装置，待所述测量装置显示的⑶2的浓度达到 稳定状态时，记下此时所述测量装置测得的温度!^、压强丹和0)2的浓度C1;
[0064] S4:在所述步骤S3后，开启所述紫外灯，待所述测量装置显示的C02的浓度上升至 最大并达到稳定时，记下此时所述测量装置测得的温度!^、压强P#PC0 2的浓度C2;
[0065] S5:在所述步骤S4后，关闭所述紫外灯和所述循环装置，开启所述干空气清洗装置 和所述排气装置，当所述测量装置显示的C0 2的浓度为0时，关闭所述干空气清洗装置和排 气装置。
[0066] 本发明的循环式气体中V0C物质检测方法，通过测试所述气体在氧化前后，所述气 体相对应的温度、压强和二氧化碳浓度，再经过简单计算便可获得V0C物质中总有机碳的摩 尔浓度，该装置不仅结构简单、运行成本低，而且测量精度高。
[0067]实施例八
[0068]如上所述的基于UV光解的循环式气体中V0C物质检测方法，本实施例与其不同之 处在于，若所述V0C物质为纯物质时，则此V0C物质的总有机碳的质量浓度Cm为：
[0069]
[0070] 5：甲，(J衣不所还V0C物质的总有机碳的摩尔浓度，Mr表示所述V0C物质的摩尔质 量，k表示所述V0C物质含有的碳原子个数。
[0071] 如V0C物质为甲苯时，根据V0C在线检测装置测得的甲苯的摩尔浓度为C，通过上述 公式可得到甲苯的质量浓度Cm=CX92/7 = 13C。
[0072] 实施例九
[0073]如上所述的基于UV光解的循环式气体中V0C物质检测方法，本实施例与其不同之 处在于，若所述V0C物质为混合物时，则此V0C物质的总有机碳的质量浓度Cm为：
[0074]
[0075]式中，C表示所述V0C物质的总有机碳的摩尔浓度，m表示所述V0C物质中含有的组 分个数，m表示第i组分的物质的量，h表示第i组分中碳原子的个数，Mi表示第i组分的摩尔 质量。
[0076]如V0C物质中含有的组分个数为3种，第1组分为苯(C6H6)，对应的物质的量m、摩尔 质量M!、含有的C原子的个数ki分别为1111〇1、78.118/111〇1、6;第2组分为丙酮((： 3!160)，对应的 物质的量Π2、摩尔质量M2、含有的C原子的个数k2分别为2mol、58.08g/mol、3;第3组分为正己 烷(CsHw)，对应的物质的量n3、摩尔质量M3、含有的C原子的个数k3分别为lmol、86.17g/mol、 6,根据VOC在线检测装置测得的VOC物质的总有机碳的摩尔浓度为C，计算VOC物质的总有机 碳的质量浓度Cm为：
[0077]
[0078] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于紫外灯的循环式气体中VOC物质检测装置，其特征在于，包括： 氧化装置，其内设有一与所述氧化装置可拆卸连接的紫外灯； 干空气清洗装置，用于对所述氧化装置进行清洗； 进样装置，用于在所述氧化装置清洗完毕时，将待测气体通入到所述氧化装置中； 测量装置，与所述氧化装置相连，用于检测所述氧化装置出口处气体的温度、压强和C〇2 浓度； 循环装置，用于使所述氧化装置和所述测量装置构成一回路； 排气装置，其与所述测量装置相连，用于释放所述氧化装置中的气体。2. 根据权利要求1所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特征在于， 所述紫外灯在所述氧化装置内竖直放置。3. 根据权利要求1所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特征在于， 所述干空气清洗装置包括依次相连的气瓶、减压阀和第一电动阀，所述第一电动阀与所述 氧化装置的进气口相连。4. 根据权利要求3所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特征在于， 所述进样装置包括依次相连的装载有所述待测气体的气袋、真空表、取样栗和第二电动阀， 所述第二电动阀与所述氧化装置的进气口相连。5. 根据权利要求4所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特征在于， 所述测量装置包括依次相连的压力表、第一温度计和NDIR-C0 2传感器，所述压力表与所述 氧化装置的第一出气口相连。6. 根据权利要求5所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特征在于， 所述压力表和所述第一温度计的位置可以互换。7. 根据权利要求6所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特征在于， 所述循环装置，其一端与所述氧化装置的第二出气口相连，另一端与所述NDIR-C0 2传感器 相连。8. 根据权利要求5所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特征在于， 还包括一测控装置，所述测控装置包括主控电路、显示模块和数据处理模块，所述显示模块 和所述数据处理模块分别和所述主控电路相连，所述第一电动阀、真空表、取样栗、第二电 动阀、所述紫外灯的开关、压力表、第一温度计、NDIR-C0 2传感器、循环装置和排放装置分别 和所述主控电路相连。9. 根据权利要求1所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特征在于， 所述氧化装置内设有第二温度计。10. 根据权利要求1-9任一所述的基于紫外灯的循环式气体中V0C物质检测装置，其特 征在于，在所述氧化装置的内壁上涂覆有催化剂层，所述催化剂层为二氧化钛层、纳米氧化 锌层和三氧化钨层中的一种或两种以上的复合层。
【文档编号】G01N31/10GK105974047SQ201610597406
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】李朝林
【申请人】李朝林