CN111965263B - 一种便携式有机挥发物快速检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式有机挥发物快速检测仪，包括芯体部件和分析器，芯体部件抽取待分析气体并使其有机挥发物气体与空气分流，芯体部件将有机挥发物气体送往分析器。芯体部件包括芯壳，芯壳内设置隔板将芯壳内部的空间分隔为热流腔和冷流腔，热流腔和冷流腔内注有萃取液，热流腔与冷流腔连通并构成循环通道，芯壳内的底部设置循环泵，热流腔内带有发热部件用于加热热流腔内的萃取液，检测仪还包括进气管，进气管上设置引流风机，进气管一端连接外界待分析的气体、一端穿入芯壳内位于冷流腔的底部，引流风机将芯壳外的待分析气体引入进气管内并在末端排出，冷流腔顶部设置排往外界排气管，热流腔顶部设置通往分析器的样气管。

Description

一种便携式有机挥发物快速检测仪

技术领域

本发明涉及有机挥发物检测设备领域，具体是一种便携式有机挥发物快速检测仪。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)不仅会对人体健康产生影响，刺激眼睛和呼吸道,使人体皮肤过敏,使人产生头痛、咽痛与乏力等不适症状，部分挥发性有机物还具有致癌性。

同时，挥发性有机物也是形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物，进而引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。随着我国工业化和城市化的快速发展以及能源消费的持续增长，以PM2.5和O3为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康。

随着人们对挥发性有机物污染关注度的提高，国家对挥发性有机物治理、排放控制及检测与监管也提出了明确要求。

有机挥发物治理需要的前提是可靠的检测出有机挥发物，现有的检测手段比较常见的是通过色谱分析法针对分子级别进行检测，获得峰强度曲线，结合气体流量或样品瓶容积计算出有机挥发物浓度。

现有技术中，色谱分析法使用的机器复杂，体积庞大，需要较多的辅助设备确保检测精度和检测准备工作，便携、精度高常常是无法统一的两个需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式有机挥发物快速检测仪，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种便携式有机挥发物快速检测仪，包括芯体部件和分析器，芯体部件抽取待分析气体并使其有机挥发物气体与空气分流，芯体部件将有机挥发物气体送往分析器。分流后的有机挥发物气体可以连续而直接得前往分析器处进行色谱分析，不再是断续送样分析，在一定的条件下，对于分析精度要求不高的场合，直接送样的方式可以取消设置冷阱等器件。

芯体部件包括芯壳，芯壳内设置隔板将芯壳内部的空间分隔为热流腔和冷流腔，热流腔和冷流腔内注有萃取液，热流腔与冷流腔连通并构成循环通道，芯壳内的底部设置循环泵，循环泵将冷流腔内的萃取液泵送往热流腔并在热流腔顶部回流回冷流腔，热流腔内带有发热部件用于加热热流腔内的萃取液，检测仪还包括进气管，进气管上设置引流风机，进气管一端连接外界待分析的气体、一端穿入芯壳内位于冷流腔的底部，引流风机将芯壳外的待分析气体引入进气管内并在末端排出，冷流腔顶部设置排往外界排气管，热流腔顶部设置通往分析器的样气管。

芯壳是进行进气分流的核心器件，气体由外界进入到进气管并在末端吹入冷流腔内，待分析气体以气泡形式上浮，有机挥发物气体被萃取液萃取吸收，而空气组分则在萃取液内不溶或微溶，空气组分从冷流腔的顶部排出装置外，而有机挥发物组分则被吸收在萃取液中，随着循环泵将萃取液由冷流腔送往热流腔，萃取了有机挥发物的萃取液在热流腔受热，其内的有机挥发物受热析出并浮起堆积在热流腔顶部有样气管送往分析器进行色谱分析，由芯壳过滤过的热流腔排出气体是几乎100%浓度的有机挥发物气体，在色谱仪内可以获得显著的峰强度，峰强度曲线获得后，进行后续计算获得有机挥发物浓度参数，而峰强度顶点与基线的大幅度差异可以有效减小装置误差，由于萃取液“过滤”了空气组分的进气而“堆叠”了有机挥发物组分的进气，所以，在曲线图上体现为峰强度更高、基线振动更小。

样气管和排气管上装设气体流量计，将峰强度、样气管内流量、排气管流量相结合，可以获得有机挥发物在进气中的浓度占比。以此方式进行的有机挥发物萃取过程，可以连续地进行，有机物的色谱分析也可以连续进行，将本发明的检测仪固定并长时间对一个地点的环境气体进行监测识别，可以获得这一地点在一段时间内有机挥发物的浓度变化信息，该信息是连续的。

进气管进入芯壳时，先穿入热流腔，再穿过隔板进入到冷流腔内，进气管上设置流阻阀，流阻阀紧邻进气管穿过隔板的位置。

流阻阀的设置使得由引流风机至流阻阀的一段管路上带有较大压力，进流气体在这一段管路上被压缩，进而温度上升，温度上升的管内气体正好通过管壁将热量传递给热流腔内的萃取液，使萃取液温度升高进而有机挥发物析出，即：进气管上自引流风机至流阻阀的一段管路作为热流腔的热源使用，不再需要单独设置热源，还有一个效果在于：流阻阀前被压缩的气体在经历换热的情况下，可以在流过流阻阀之后，压力突然降低造成绝热膨胀，温度快速降低，即：排入冷流腔内的混合气体温度低于进气温度，低温的混合气体吹入冷流腔的萃取液中，有机挥发物在较低的温度下融入萃取液内，不容易达到析出温度，即：进入到冷流腔内的有机挥发物可以在低温下具有较大的溶解性，萃取液尽可能多的萃取混合气体中的有机挥发物，直到萃取液由冷流腔泵送进热流腔内受到加热时，溶解的有机挥发物才开始析出，并在热流腔顶部通过样气管被送往分析器。通过流阻阀构造气体的温度变化，让热量集中在热流腔内，让冷流腔保持低温，充分保证分流作用与萃取得最大化。

进气管上带有一段盘管，盘管位于引流风机和流阻阀之间，盘管浸入热流腔萃取液内。盘管的存在加强进气管与热流腔内萃取液之间的换热作用。

隔板上设置回流管，回流管一端连接热流腔表层萃取液、一端连接冷流腔中层萃取液。回流管用于配合循环泵构成循环通道，而热流腔内的萃取液最好不要直接回流到冷流腔的表层，因为，热流腔内的萃取液对于有机挥发物是饱和的，稍微受到升温或者流动扰动就会析出有机挥发物，如果热流腔表层液体直接流动到冷流腔表层，则流动的扰动可能导致部分有机挥发物回流时在冷流腔表层直接析出并随着上浮的空气组分而排往空气中，不利于计量的精确，回流管插入一定的深度后，就可以让回流回来的萃取液与冷流腔内的低温液体有一个混合缓冲距离，降温后的萃取液不会析出有机挥发物。

检测仪还包括两个交替使用的冷阱管和进样管，进样管与分析器连接，两个冷阱管分别与样气管、进样管交替连接。虽然芯壳内已经过滤了空气组分了，但是，仍然可能有部分空气组分因为溶解或者萃取液流动而到达热流腔内，影响进气管内的气体纯度，在精度场合以及分析器不好进入其他组分的场合，通过冷阱管进行二级吸附与解吸（有机挥发物在萃取液内的溶解与析出算作一级吸附与解吸）。

两个冷阱管的样品进气端与样气管分别通过两条支管路连接并在支管路上设置电磁阀，两个冷阱管的样品进气端还与进样管分别通过两条支管路连接并在支管路上设置电磁阀，两个冷阱管的尾端分别连接一载气管，两个冷阱管的尾端还连接至排气管上，两个冷阱管的尾端分别设置电磁阀，两个冷阱管的尾端连接至载气管的各自支路上设置朝向冷阱管的止回阀。

本结构为两个冷阱管交替使用的具体结构，如图所示，使用上面一个冷阱管作为吸附用时，通过冷阱管分别至样气管、进样管的四条支路上的电磁阀进行控制，让上面一个冷阱管的样品进气端与样气管相连，让下面一个冷阱管与进样管相连，上面一个冷阱管尾端直排排气管，下面一个冷阱管尾端连接载气管引入载气，由样气管过来的气体中的除待分析有机挥发物除外的部分通过上面一个冷阱管的尾段排至排气管排出装置。。

检测仪还包括陀螺架，陀螺架外圈固定在检测仪的外壳部件等使用时静止安放的部件上，如图所示，芯壳底部设置配重块，芯壳安装在陀螺架上。陀螺架帮助芯体部件实现万向旋转，保持芯壳内样气管和排气管在上、配重块在下的姿态，实现防止颠倒芯壳后其内的萃取液堵住样气管和排气管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过引流风机抽吸周围气体进入进气管，进气管末端位置设置流阻阀对进气管内气体增压使其温度升高，将热量传递给热流腔内的萃取液使其内部溶解的有机挥发物析出，而进气管末端压降并排入冷流腔内的气体温度降低，在冷流腔内具有很大溶解度，冷流腔内的萃取液由循环泵送入热流腔内进行升温析出，在芯壳内完成有机挥发物和空气组分的分离，有机挥发物排往后续分析器的浓度先行大大提高，在峰强度曲线上构造更大的峰高，检测精度提高，识别快速；两个冷阱管交替使用从而进一步消除高浓度有机挥发物气体中的空气组分，防止空气组分进入到分析器内影响分析器寿命，如果分析器精度要求不高，自身能够允许微量空气组分进入，则可以直接将样气管内的高浓有机挥发物引流进入，减少冷阱管的设置，检测结构上大大简化。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明芯壳部件的结构示意图；

图2为本发明芯壳部件内萃取液的流动示意图；

图3为本发明检测到的有机物峰值曲线与常规检测仪曲线的对比图；

图4为本发明使用两个冷阱管改善分析器进气的结构示意图；

图5为本发明芯壳安装在陀螺架上的转动示意图。

图中：1-芯壳、11-热流腔、12-冷流腔、13-隔板、131-回流管、2-进气管、21-盘管、3-样气管、4-排气管、51-引流风机、52-流阻阀、53-循环泵、54-配重块、61-冷阱管、62-进样管、63-电磁阀、64-载气管、65-止回阀、7-分析器、9-陀螺架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

如图1~4所示，一种便携式有机挥发物快速检测仪，包括芯体部件和分析器7，芯体部件抽取待分析气体并使其有机挥发物气体与空气分流，芯体部件将有机挥发物气体送往分析器7。分流后的有机挥发物气体可以连续而直接得前往分析器处进行色谱分析，不再是断续送样分析，在一定的条件下，对于分析精度要求不高的场合，直接送样的方式可以取消设置冷阱等器件。

芯体部件包括芯壳1，芯壳1内设置隔板13将芯壳1内部的空间分隔为热流腔11和冷流腔12，热流腔11和冷流腔12内注有萃取液，热流腔11与冷流腔12连通并构成循环通道，芯壳1内的底部设置循环泵53，循环泵53将冷流腔12内的萃取液泵送往热流腔11并在热流腔11顶部回流回冷流腔12，热流腔11内带有发热部件用于加热热流腔11内的萃取液，检测仪还包括进气管2，进气管2上设置引流风机51，进气管2一端连接外界待分析的气体、一端穿入芯壳1内位于冷流腔12的底部，引流风机51将芯壳1外的待分析气体引入进气管2内并在末端排出，冷流腔12顶部设置排往外界排气管4，热流腔11顶部设置通往分析器7的样气管3。

芯壳1是进行进气分流的核心器件，气体由外界进入到进气管2并在末端吹入冷流腔12内，待分析气体以气泡形式上浮，有机挥发物气体被萃取液萃取吸收，而空气组分则在萃取液内不溶或微溶，空气组分从冷流腔12的顶部排出装置外，而有机挥发物组分则被吸收在萃取液中，随着循环泵54将萃取液由冷流腔12送往热流腔11，萃取了有机挥发物的萃取液在热流腔11受热，其内的有机挥发物受热析出并浮起堆积在热流腔11顶部有样气管3送往分析器7进行色谱分析，由芯壳1过滤过的热流腔11排出气体是几乎100%浓度的有机挥发物气体，如图3所示，在色谱仪内可以获得显著的峰强度，图3中，实线为本申请所检测到的峰强度曲线，虚线为常规的直接进气，冷阱断续吸附解吸并根据时间进行拼接调整后的检测曲线，峰强度曲线获得后，进行后续计算获得有机挥发物浓度参数，而峰强度顶点与基线的大幅度差异可以有效减小装置误差，由于萃取液“过滤”了空气组分的进气而“堆叠”了有机挥发物组分的进气，所以，在曲线图上体现为峰强度更高、基线振动更小。

样气管3和排气管4上装设气体流量计，将峰强度、样气管3内流量、排气管4流量相结合，可以获得有机挥发物在进气中的浓度占比。以此方式进行的有机挥发物萃取过程，可以连续地进行，有机物的色谱分析也可以连续进行，将本发明的检测仪固定并长时间对一个地点的环境气体进行监测识别，可以获得这一地点在一段时间内有机挥发物的浓度变化信息，该信息是连续的。

进气管2进入芯壳1时，先穿入热流腔11，再穿过隔板13进入到冷流腔12内，进气管2上设置流阻阀52，流阻阀52紧邻进气管2穿过隔板13的位置。

流阻阀52的设置使得由引流风机51至流阻阀52的一段管路上带有较大压力，进流气体在这一段管路上被压缩，进而温度上升，温度上升的管内气体正好通过管壁将热量传递给热流腔11内的萃取液，使萃取液温度升高进而有机挥发物析出，即：进气管2上自引流风机51至流阻阀52的一段管路作为热流腔11的热源使用，不再需要单独设置热源，还有一个效果在于：流阻阀52前被压缩的气体在经历换热的情况下，可以在流过流阻阀52之后，压力突然降低造成绝热膨胀，温度快速降低，即：排入冷流腔12内的混合气体温度低于进气温度，低温的混合气体吹入冷流腔12的萃取液中，有机挥发物在较低的温度下融入萃取液内，不容易达到析出温度，即：进入到冷流腔12内的有机挥发物可以在低温下具有较大的溶解性，萃取液尽可能多的萃取混合气体中的有机挥发物，直到萃取液由冷流腔12泵送进热流腔11内受到加热时，溶解的有机挥发物才开始析出，并在热流腔11顶部通过样气管3被送往分析器7。通过流阻阀52构造气体的温度变化，让热量集中在热流腔11内，让冷流腔12保持低温，充分保证分流作用与萃取得最大化。

进气管2上带有一段盘管21，盘管21位于引流风机51和流阻阀52之间，盘管21浸入热流腔11萃取液内。盘管21的存在加强进气管2与热流腔11内萃取液之间的换热作用。

隔板13上设置回流管131，回流管131一端连接热流腔11表层萃取液、一端连接冷流腔12中层萃取液。回流管131用于配合循环泵53构成循环通道，而热流腔11内的萃取液最好不要直接回流到冷流腔12的表层，因为，热流腔11内的萃取液对于有机挥发物是饱和的，稍微受到升温或者流动扰动就会析出有机挥发物，如果热流腔11表层液体直接流动到冷流腔12表层，则流动的扰动可能导致部分有机挥发物回流时在冷流腔12表层直接析出并随着上浮的空气组分而排往空气中，不利于计量的精确，回流管131插入一定的深度后，就可以让回流回来的萃取液与冷流腔12内的低温液体有一个混合缓冲距离，降温后的萃取液不会析出有机挥发物。

检测仪还包括两个交替使用的冷阱管61和进样管62，进样管62与分析器7连接，两个冷阱管61分别与样气管3、进样管62交替连接。虽然芯壳1内已经过滤了空气组分了，但是，仍然可能有部分空气组分因为溶解或者萃取液流动而到达热流腔11内，影响进气管3内的气体纯度，在精度场合以及分析器7不好进入其他组分的场合，通过冷阱管61进行二级吸附与解吸（有机挥发物在萃取液内的溶解与析出算作一级吸附与解吸）。

两个冷阱管61的样品进气端与样气管3分别通过两条支管路连接并在支管路上设置电磁阀63，两个冷阱管61的样品进气端还与进样管62分别通过两条支管路连接并在支管路上设置电磁阀63，两个冷阱管61的尾端分别连接一载气管65，两个冷阱管61的尾端还连接至排气管4上，两个冷阱管61的尾端分别设置电磁阀，两个冷阱管61的尾端连接至载气管65的各自支路上设置朝向冷阱管61的止回阀65。

本结构为两个冷阱管61交替使用的具体结构，如图4所示，使用上面一个冷阱管61作为吸附用时，通过冷阱管61分别至样气管3、进样管62的四条支路上的电磁阀63进行控制，让上面一个冷阱管61的样品进气端与样气管3相连，让下面一个冷阱管61与进样管62相连，上面一个冷阱管61尾端直排排气管4，下面一个冷阱管61尾端连接载气管64引入载气，由样气管3过来的气体中的除待分析有机挥发物除外的部分通过上面一个冷阱管61的尾段排至排气管4排出装置。。

如图5所示，检测仪还包括陀螺架9，陀螺架9外圈固定在检测仪的外壳部件等使用时静止安放的部件上，如图1所示，芯壳1底部设置配重块54，芯壳1安装在陀螺架9上。陀螺架9帮助芯体部件实现万向旋转，保持芯壳1内样气管3和排气管4在上、配重块54在下的姿态，实现防止颠倒芯壳1后其内的萃取液堵住样气管3和排气管4。

本装置的主要使用过程是：检测仪放置在需要检测有机挥发物的地方，引流风机抽吸周围气体进入进气管2，增压温度升高，将热量传递给热流腔11内的萃取液使其内部溶解的有机挥发物析出，而进气管2末端压降并排入冷流腔12内的气体温度降低，在冷流腔12内具有很大溶解度，冷流腔12内的萃取液由循环泵53送入热流腔11内进行升温析出，在芯壳1内完成有机挥发物和空气组分的分离，有机挥发物排往后续分析器7的浓度先行大大提高，在峰强度曲线上构造更大的峰高，检测精度提高，识别快速。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种便携式有机挥发物快速检测仪，其特征在于：所述检测仪包括芯体部件和分析器（7），所述芯体部件抽取待分析气体并使其有机挥发物气体与空气分流，芯体部件将有机挥发物气体送往分析器（7）；

所述芯体部件包括芯壳（1），所述芯壳（1）内设置隔板（13）将芯壳（1）内部的空间分隔为热流腔（11）和冷流腔（12），热流腔（11）和冷流腔（12）内注有萃取液，所述热流腔（11）与冷流腔（12）连通并构成循环通道，所述芯壳（1）内的底部设置循环泵（53），所述循环泵（53）将冷流腔（12）内的萃取液泵送往热流腔（11）并在热流腔（11）顶部回流回冷流腔（12），所述热流腔（11）内带有发热部件用于加热热流腔（11）内的萃取液，所述检测仪还包括进气管（2），所述进气管（2）上设置引流风机（51），进气管（2）一端连接外界待分析的气体、一端穿入芯壳（1）内位于冷流腔（12）的底部，所述引流风机（51）将芯壳（1）外的待分析气体引入进气管（2）内并在末端排出，所述冷流腔（12）顶部设置排往外界排气管（4），所述热流腔（11）顶部设置通往分析器（7）的样气管（3）；

所述进气管（2）进入芯壳（1）时，先穿入热流腔（11），再穿过隔板（13）进入到冷流腔（12）内，所述进气管（2）上设置流阻阀（52），所述流阻阀（52）紧邻进气管（2）穿过隔板（13）的位置。

2.根据权利要求1所述的一种便携式有机挥发物快速检测仪，其特征在于：所述进气管（2）上带有一段盘管（21），所述盘管（21）位于引流风机（51）和流阻阀（52）之间，所述盘管（21）浸入热流腔（11）萃取液内。

3.根据权利要求1所述的一种便携式有机挥发物快速检测仪，其特征在于：所述隔板（13）上设置回流管（131），所述回流管（131）一端连接热流腔（11）表层萃取液、一端连接冷流腔（12）中层萃取液。

4.根据权利要求1所述的一种便携式有机挥发物快速检测仪，其特征在于：所述检测仪还包括两个交替使用的冷阱管（61）和进样管（62），所述进样管（62）与分析器（7）连接，两个所述冷阱管（61）分别与样气管（3）、进样管（62）交替连接。

5.根据权利要求4所述的一种便携式有机挥发物快速检测仪，其特征在于：两个所述冷阱管（61）的样品进气端与样气管（3）分别通过两条支管路连接并在支管路上设置电磁阀（63），两个所述冷阱管（61）的样品进气端还与进样管（62）分别通过两条支管路连接并在支管路上设置电磁阀（63），两个所述冷阱管（61）的尾端分别连接一载气管（64），两个所述冷阱管（61）的尾端还连接至排气管（4）上，两个所述冷阱管（61）的尾端分别设置电磁阀，两个所述冷阱管（61）的尾端连接至载气管（64）的各自支路上设置朝向冷阱管（61）的止回阀（65）。

6.根据权利要求1所述的一种便携式有机挥发物快速检测仪，其特征在于：所述检测仪还包括陀螺架（9），所述芯壳（1）底部设置配重块（54），所述芯壳（1）安装在陀螺架（9）上。

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