用于检测样气中挥发性有机化合物的气体检测设备及检测方法技术

本发明专利技术提供一种用于检测样气中挥发性有机化合物的气体检测设备，包括：除水单元；富集单元；以及用于控制温度的温控单元；气体检测设备包括取样模式，在取样模式下，样气经由第一端口流入除水单元，并且经由第二端口流出富集单元，样气中的挥发性有机化合物在富集单元内进行富集，温控单元可以构造成使样气从除水单元流出至流入富集单元之前的温度不高于温控单元对富集单元设置的第一预设温度。通过上述气体检测设备，能有效避免在样气流入富集单元之后在其内产生冷凝物质，并且进一步避免由此产生的冰堵。本发明专利技术还涉及一种利用气体检测设备来检测样气中挥发性有机化合物的方法。设备来检测样气中挥发性有机化合物的方法。设备来检测样气中挥发性有机化合物的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于检测样气中挥发性有机化合物的气体检测设备及检测方法


[0001]本专利技术涉及一种用于检测样气中挥发性有机化合物（VOC）的气体检测设备。本专利技术还涉及一种利用气体检测设备来检测样气中挥发性有机化合物的方法。

技术介绍

[0002]目前，环境大气中、尤其是低空对流层中的挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOC）越来越引起人们的广泛关注。世界不同组织对挥发性有机物的定义并不完全一致。例如，世界卫生组织（WHO）将沸点范围在 50
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260℃，室温下饱和蒸气压超过 13.33Pa，常温下以蒸气形式存在于空气中的一大类有机化合物定义为挥发性有机物。又例如，美国环境保护署将除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外任何参加大气光化学反应的碳化合物定义为挥发性有机物。而美国材料与试验协会则直接将挥发性有机物定义为任何能参加大气化学反应的有机化合物。整体来看，挥发性有机物主要包括烷烃、烯烃、卤代烃、含氧烃、芳香烃等多类易挥发物质。此外，根据《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325
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2001）定义挥发性有机化合物指可参加气相光化学反应的有机化合物。
[0003]挥发性有机物在大气中会参与一系列复杂反应生成臭氧。具体来说，挥发性有机物在大气中被氧化后抑制了 O3和 NO 的反应，并且产生自由基加快 NO 向 NO2转化，从而使得 O3快速积累升高，导致空气质量变差。此外，挥发性有机物还会在特定条件下，转化为二次有机气溶胶（Secondary Organic Aerosols，SOA），SOA 还能影响大气能见度，通过长距离传输影响区域环境。同时挥发性有机物大多为温室效应气体，会导致全球范围内的升温。挥发性有机物对人体健康也有较大危害，当挥发性有机物超过一定浓度时，会刺激人的眼睛和呼吸道，使皮肤过敏、咽痛与乏力；挥发性有机物很容易通过血液
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大脑的障碍，损害中枢神经；挥发性有机物伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。挥发性有机物还具有致癌性、致畸作用和生殖系统毒性。
[0004]2018 年随着国家环保政策的实施，重点城市的直辖市、省会城市及计划单列城市均陆续开展了挥发性有机物的自动监测。在监测方案中规定手工监测的挥发性有机物组分包括了 117 种组分，自动监测组分未做硬性要求。目前，随着技术发展，自动监测也将逐步纳入监管范围之中，这为实现“蓝天梦”的愿景打下来坚实的基础。然而，环境大气中的挥发性有机化合物本身浓度低，范围广，种类多，浓度变化速度快速，易受天气影响如风力、风向、雨雪气候变化影响，所以对分析要求高。
[0005]目前，挥发性有机物监测的技术原理为气相色谱法，检测器为氢火焰离子化检测器（FID）及质谱检测器（MSD）等检测器。由于环境大气中的挥发性有机物浓度很低，因此需要先用热脱附仪在低温下将挥发性有机物富集浓缩到吸附装置中，然后通过加热将富集的挥发性有机物从吸附装置中脱附，最后再使其进入例如气相色谱质谱 （GC
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MS） 联用系统进行检测。
[0006]在热脱附仪的低温富集的过程中，样品气体中的水气会因为低温而形成冷凝水进而结冰。这会不利地造成吸附剂的吸附效率下降。另外，部分易溶于水的挥发性有机化合物还会溶解在冷凝水中，从而造成总体富集效率的下降。更严重的是，如果在湿度较大的地方，甚至有可能因为湿度太大而在热脱附仪中的某些位置造成冰堵，进而使得整个自动监测系统无法进行正常工作。此外，过量的水气还会加快用于检测挥发性有机化合物的质谱检测器（MSD）离子源的污染。
[0007]业内曾经使用过在气体检测路径上加入气体干燥剂的方式进行除水。例如，使用Nafion管（全氟磺酸树脂）对检测气体进行干燥，过滤掉样气中的水分。然而，绝大多数干燥剂对部分挥发性有机化合物本身具有一定的吸附性，这会导致样品部分成分的损耗，进而引起检测结果失真。
[0008]近年来，还提供过的除水方案是设置独立的除水单元，借助该除水单元进行低温冷凝除水。经过除水的样气会经由高温的伴热管连接到富集单元。富集单元内的吸附管装填吸附剂，从而能够在低温下吸附待测的挥发性有机化合物，然后再通过加热将样品中的挥发性有机化合物脱附到后续的GC
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MS系统中进行分析。
[0009]然而，在业内目前始终还存在对能更有效除去含挥发性有机化合物的样气中的水分、从而提高吸附和富集效率的需求。此外，使整个气路的设计更加紧凑并且还能实现多种功能也是期望的。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供一种用于检测样气中挥发性有机化合物的气体检测设备，包括：除水单元，除水单元用于通过冷凝对流入其内的样气进行除水，除水单元包括第一端口；富集单元，富集单元沿样气的流动方向布置在除水单元的下游，并且与除水单元流体连通，富集单元包括第二端口；以及用于控制温度的温控单元；其中，气体检测设备可以包括取样模式，在取样模式下，样气经由第一端口流入除水单元，并且经由第二端口流出富集单元，其中，样气中的挥发性有机化合物在富集单元内进行富集，温控单元可以构造成使样气从除水单元流出至流入富集单元之前的温度不高于温控单元对富集单元设置的第一预设温度。
[0011]通过上述气体检测设备，能以简单的方式有效避免在样气流入富集单元之后在其内产生冷凝物质（例如，冷凝水、冰、冰水混合物等），并且进一步避免由此产生的冰堵。由此，可以提高富集单元中的吸附效率，并且由此提高挥发性有机化合物的分析准确性。
[0012]有利地，温控单元可以包括能对从除水单元至富集单元的整个样气流路进行冷却的冷却装置。通过对整个气路的冷却设置可以容易地实现对除水单元、富集单元以及二者之间的连接部（如果有的话）的冷却，以产生有利于取样模式下样气除水的低温，同时以简单的结构避免样气中的水汽在富集单元内冷凝。
[0013]优选的是，温控单元可以包括用于对除水单元进行加热的第一加热装置和/或用于对富集单元进行加热的第二加热装置。通过对除水单元和富集单元设置独立的加热装置，可以灵活地提供将二者设置成不同的温度的可能性。
[0014]在一些实施例中，温控单元可以构造成使第一预设温度比对除水单元设置的第二预设温度高出第一温度差值，其中，第一温度差值可以为0至10摄氏度，第二预设温度可以在
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45至
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35摄氏度之间的范围内。
[0015]通过使第一预设温度等于或高于第二预设温度，可以确保在任何情况下样气中未被除水单元冷凝除去的水汽不会在富集单元中由于其内部（比除水单元）更低的温度而冷凝成水或冰，从而可以显著减少对富集单元的吸附效果的影响和/或显著减少在富集单元内产生冰堵的可能性。
[0016]此外，气体检测设备还可以包括用于对挥发性有机化合物进行分析的分析单元，并且可以包括脱附模式，在脱附模式下，载气可以从第二端口流入富集单元，以使得从富集单元脱附的挥发性有机化合物可以随载气流至分析单元。通过在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测样气中挥发性有机化合物的气体检测设备，包括：除水单元，所述除水单元用于通过冷凝对流入其内的所述样气进行除水，所述除水单元包括第一端口；富集单元，所述富集单元沿所述样气的流动方向布置在所述除水单元的下游，并且与所述除水单元流体连通，所述富集单元包括第二端口；以及用于控制温度的温控单元；其特征在于，所述气体检测设备包括取样模式，在所述取样模式下，所述样气经由所述第一端口流入所述除水单元，并且经由所述第二端口流出所述富集单元，其中，所述样气中的挥发性有机化合物在所述富集单元内进行富集，所述温控单元构造成使所述样气从所述除水单元流出至流入所述富集单元之前的温度不高于所述温控单元对所述富集单元设置的第一预设温度。2.如权利要求1所述的气体检测设备，其特征在于，所述温控单元包括能对从所述除水单元至所述富集单元的整个样气流路进行冷却的冷却装置。3.如权利要求2所述的气体检测设备，其特征在于，所述温控单元包括用于对所述除水单元进行加热的第一加热装置和/或用于对所述富集单元进行加热的第二加热装置。4.如权利要求1所述的气体检测设备，其特征在于，所述温控单元构造成使所述第一预设温度比对所述除水单元设置的第二预设温度高出第一温度差值，其中，所述第一温度差值为0至10摄氏度，所述第二预设温度在
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45至
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35摄氏度之间的范围内。5.如权利要求1所述的气体检测设备，其特征在于，所述气体检测设备还包括用于对挥发性有机化合物进行分析的分析单元，并且包括脱附模式，在所述脱附模式下，载气从所述第二端口流入所述富集单元，以使得从所述富集单元脱附的挥发性有机化合物随所述载气流至所述分析单元。6.如权利要求5所述的气体检测设备，其特征在于，所述气体检测设备包括毛细管，所述毛细管包括第一开口端部和第二开口端部，所述第一开口端部连通到所述分析单元，所述第二开口端部与所述富集单元的内部流体连通，在所述脱附模式下，载有所述挥发性有机化合物的所述载气能经由所述毛细管流至所述分析单元。7.如权利要求6所述的气体检测设备，其特征在于，所述第二开口端部位于所述除水单元的内部，以使得在所述脱附模式下，含所述挥发性有机化合物的载气在所述除水单元的内部流入所述毛细管，其中，所述载气中的一部分能经由所述第一端口和/或所述除水单元的其它端口分流。8.如权利要求1所述的气体检测设备，其特征在于，所述气体检测设备还包括吹扫模式，在所述吹扫模式下，所述温控单元将所述除水单元加热到能使其内的冷凝物质转换成水汽，以使得所述水汽能从所述除水单元被吹出。9.如权利要求1
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8中任一项所述的气体检测设备，其特征在于，所述气...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪德裕，张健国，邹光麟，陈荣华，方军，
申请(专利权)人：赛默飞世尔上海仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：