一種大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,包括低溫環(huán)境箱和大氣采樣器,低溫環(huán)境箱中設(shè)有低溫冷阱裝置,低溫冷阱裝置包括第一級(jí)冷阱以及第二級(jí)冷阱,第一級(jí)冷阱包括第一冷凝管、以及第一半導(dǎo)體制冷片組,第一冷凝管上纏繞有第一加熱絲;第二級(jí)冷阱包括第二冷凝管、以及第二半導(dǎo)體制冷片組,第二冷凝管上纏繞有第二加熱絲。本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,能夠滿(mǎn)足對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物含量在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)的需要,可用于大氣揮發(fā)性有機(jī)物含量的實(shí)地在線自動(dòng)檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及大氣環(huán)境檢測(cè)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】,具體地說(shuō),涉及一種大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣中含有的揮發(fā)性有機(jī)物,大多具有致畸、致癌、致突變等危害,并且是大氣光化學(xué)危害、溫室效應(yīng)等現(xiàn)象的重要元兇,因此為了對(duì)大氣的污染程度及時(shí)監(jiān)測(cè)與控制,對(duì)大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)顯得日益重要,尤其是在野外對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物含量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)日益重要。目前,對(duì)大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)主要通過(guò)色譜分析來(lái)完成。由于大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物種類(lèi)較多,且濃度低,須進(jìn)行富集濃縮處理,才能達(dá)到分析儀器檢測(cè)的要求。而對(duì)于對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物含量在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō),對(duì)濃縮系統(tǒng)要求較高,應(yīng)達(dá)到以下條件:不消耗制冷劑、富集解吸速度快,以便縮短自動(dòng)監(jiān)測(cè)的分析周期。
[0003]目前,用于實(shí)驗(yàn)室揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮的裝置一般使用液氮制冷,即直接把液氮噴入冷阱外部的蒸發(fā)器中,利用液氮蒸發(fā)吸收熱量來(lái)進(jìn)行制冷。例如中國(guó)專(zhuān)利CN101337135中提出了一種低溫冷阱,解決了冷凝劑的消耗問(wèn)題,并縮短了濃縮時(shí)間。但是,該方法液氮消耗量大,制冷成本較高,同時(shí)液氮野外更換,儲(chǔ)存困難,且分析周期長(zhǎng),為使用和維護(hù)帶來(lái)極大不便,因此其不適合野外的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。且目前技術(shù)中低溫冷阱中普遍使用多孔性吸附劑,對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行低溫吸附后再快速熱解吸,在這個(gè)過(guò)程中,很容易產(chǎn)生交叉污染以及“記憶效應(yīng)”。因此,目前的冷凝濃縮裝置及冷凝濃縮方法不能滿(mǎn)足對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物含量在線監(jiān)測(cè)的需要。另外,使用多孔性吸附劑吸附揮發(fā)性有機(jī)物,解吸時(shí)間長(zhǎng),使整個(gè)分析周期加長(zhǎng),且易在不同樣品分析之間產(chǎn)生交叉污染問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種不消耗制冷劑、富集解吸速度快以及分析周期短的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種大氣揮發(fā)性有機(jī)物低溫冷凝濃縮裝置,包括:
[0006]低溫環(huán)境箱,所述低溫環(huán)境箱連接有壓縮機(jī),所述低溫環(huán)境箱中設(shè)有低溫冷阱裝置,所述低溫冷阱裝置包括第一級(jí)冷阱以及第二級(jí)冷阱,所述第一級(jí)冷阱包括第一冷凝管、以及第一半導(dǎo)體制冷片組,所述第一冷凝管上纏繞有第一加熱絲;所述第二級(jí)冷阱包括第二冷凝管、以及第二半導(dǎo)體制冷片組,所述第二冷凝管上纏繞有第二加熱絲;
[0007]大氣采樣器,所述大氣采樣器的輸出端連接到質(zhì)量流量計(jì)的輸入端,所述質(zhì)量流量計(jì)的輸出端連接到第一多通閥的第一端,所述第一多通閥的第二端連接有載氣氣源,所述第一多通閥的第三端連接到所述第一冷凝管的進(jìn)口端;
[0008]所述第一冷凝管的出口端與所述第二冷凝管的進(jìn)口端連接,所述第二冷凝管的出口端連接到第二多通閥的第一端,所述第二多通閥的第二端連接有反吹氣源,所述第二多通閥的第三端連接到色譜儀的檢測(cè)輸入端。
[0009]優(yōu)選的,所述低溫環(huán)境箱中設(shè)有第一制冷腔體和第二制冷腔體;所述第一冷凝管以及所述第一加熱絲設(shè)置于所述第一制冷腔體中,所述第二冷凝管以及所述第二加熱絲設(shè)置于所述第二制冷腔體中。
[0010]優(yōu)選的,所述第一半導(dǎo)體制冷片組包括兩個(gè)以上貼合在一起的且并聯(lián)電連接的半導(dǎo)體制冷片,所述第二半導(dǎo)體制冷片組包括三個(gè)以上貼合在一起的且并聯(lián)電連接的半導(dǎo)體制冷片。
[0011]優(yōu)選的,所述第一制冷腔體和所述第二制冷腔體分別包裹有絕熱保溫材料。
[0012]優(yōu)選的,所述第一冷凝管和所述第二冷凝管均為不銹鋼冷凝管。
[0013]優(yōu)選的,所述大氣采樣器為具有除塵功能的大氣采樣器。
[0014]優(yōu)選的,所述第一多通閥和所述第二多通閥均為多通電磁閥。
[0015]優(yōu)選的,所述載氣氣源和所述反吹氣源均為純度大于99.9%的惰性氣體。
[0016]優(yōu)選的,所述色譜儀為氣相色譜儀或氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。
[0017]采用了上述技術(shù)方案后,本實(shí)用新型的有益效果是:
[0018]1.由于本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,采用的是半導(dǎo)體制冷技術(shù),而半導(dǎo)體制冷技術(shù)利用半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)制冷,并不需要制冷劑,通電后直接制冷。半導(dǎo)體制冷具有可連續(xù)制冷、制冷速度快、無(wú)震動(dòng)噪音、壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),還能實(shí)現(xiàn)精確制冷,便于使用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制制冷過(guò)程。這種技術(shù)的制冷系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足在野外對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物含量在線監(jiān)測(cè)的需要。因此應(yīng)用這種制冷技術(shù)的本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,克服了傳統(tǒng)的低溫冷凝裝置由于需要液氮而存在的缺陷:液氮消耗量大,制冷成本較高,同時(shí)液氮野外更換,儲(chǔ)存困難,可用于大氣揮發(fā)性有機(jī)物含量的實(shí)地在線自動(dòng)檢測(cè)。
[0019]2.由于本實(shí)用新型中的第一冷凝管和第二冷凝管均為不銹鋼冷凝管。因此在冷凝過(guò)程中,組分直接在不銹鋼鋼管上冷凝,而非在傳統(tǒng)的吸附材料上冷凝,熱解吸速率快,縮短了分析測(cè)試周期間隔,并最大可能的避免了交叉污染以及記憶效應(yīng)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0021]圖1是本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置的原理示意圖;
[0022]圖中:1、低溫環(huán)境箱;2、第一制冷腔體;3、第一冷凝管;4、第一加熱絲;5、第一半導(dǎo)體制冷片組;6、第二制冷腔體;7、第二冷凝管;8、第二加熱絲;9、第二半導(dǎo)體制冷片組;
10、大氣采樣器;11、質(zhì)量流量計(jì);12、第一多通閥;13、載氣氣源;14、第二多通閥;15 ;反吹氣源;16、色譜儀;17、壓縮機(jī);18、半導(dǎo)體制冷片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1是本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置的原理示意圖,參照?qǐng)D1,本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,包括低溫環(huán)境箱I和大氣采樣器10,大氣采樣器10具有除塵功能。
[0024]低溫環(huán)境箱I連接有壓縮機(jī),低溫環(huán)境箱I中設(shè)有低溫冷阱裝置,低溫冷阱裝置包括第一級(jí)冷阱以及第二級(jí)冷阱,第一級(jí)冷阱包括第一冷凝管3、以及第一半導(dǎo)體制冷片組5,第一冷凝管3上纏繞有第一加熱絲4 ;第二級(jí)冷阱包括第二冷凝管7、以及第二半導(dǎo)體制冷片組9,第二冷凝管7上纏繞有第二加熱絲8。其中,第一冷凝管3和第二冷凝管7均采用不銹鋼材料制成,內(nèi)表面經(jīng)鈍化處理。因此在冷凝過(guò)程中,組分直接在不銹鋼鋼管上冷凝,而非在傳統(tǒng)的吸附材料上冷凝,熱解吸速率快,縮短了分析周期,并最大可能的避免了交叉污染以及記憶效應(yīng)。
[0025]大氣采樣器10的輸出端連接到質(zhì)量流量計(jì)11的輸入端,質(zhì)量流量計(jì)11的輸出端連接到第一多通閥12的第一端,第一多通閥12的第二端連接有載氣氣源13,第一多通閥12的第三端連接到第一冷凝管3的進(jìn)口端。
[0026]第一冷凝管3的出口端與第二冷凝管7的進(jìn)口端連接,第二冷凝管7的出口端連接到第二多通閥14的第一端,第二多通閥14的第二端連接有反吹氣源15,第二多通閥14的第三端連接到色譜儀16的檢測(cè)輸入端。色譜儀16為氣相色譜儀或氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。
[0027]低溫環(huán)境箱I中設(shè)有第一制冷腔體2和第二制冷腔體6 ;第一冷凝管3以及第一加熱絲4設(shè)置于第一制冷腔體2中,第二冷凝管7以及第二加熱絲8設(shè)置于第二制冷腔體6中。本實(shí)施例中,根據(jù)冷凝溫度的需要,第一半導(dǎo)體制冷片組5包括兩個(gè)以上貼合在一起的且并聯(lián)電連接的半導(dǎo)體制冷片18,第二半導(dǎo)體制冷片組9包括三個(gè)以上貼合在一起的且并聯(lián)電連接的的半導(dǎo)體制冷片18。其中,由第一制半導(dǎo)體冷片組5為第一制冷腔體2提供制冷,由第二半導(dǎo)體制冷片組9為第二制冷腔體6提供制冷。
[0028]本實(shí)施例中,第一制冷腔體2和第二制冷腔體6分別包裹有絕熱保溫材料。第一多通閥12和第二多通閥14均為多通電磁閥。第一冷凝管和第二冷凝管呈直形、蛇形或螺旋形。
[0029]載氣氣源和反吹氣源均為純度大于99.9%的惰性氣體。本實(shí)施例中,載氣氣源和反吹氣源均為純度大于99.9%的氦氣。當(dāng)然,也可以采用其它的惰性氣體。其中,載氣的意義:在氣相色譜法中,流動(dòng)相為氣體,稱(chēng)其為載氣。載氣的作用是以一定的流速載帶氣體樣品或經(jīng)氣化后的樣品氣體一起進(jìn)入色譜柱進(jìn)行分離,再將被分離后的各組分載入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè),最后流出冷凝系統(tǒng)放空或收集,載氣只是起載帶作用而不參與分離作用。
[0030]本實(shí)施例中,利用本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置的工作過(guò)程為:
[0031]a.首先啟動(dòng)低溫環(huán)境箱1,使其處于制冷狀態(tài),使第一制冷腔體2以及第一冷凝管3達(dá)到-40°C至_50°C的低溫,最好是_45°C的低溫;使第二制冷腔體6以及第二冷凝管7達(dá)到_145°C至_155°C的低溫,最好是_150°C的低溫;
[0032]b.大氣揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)大氣米樣器10米樣后,開(kāi)啟第一多通閥12,使大氣米樣器10與低溫環(huán)境箱I連通,大氣樣品由質(zhì)量流量計(jì)11定量送入低溫環(huán)境箱中1,首先進(jìn)入第一制冷腔體2進(jìn)行冷凝,大氣樣品中的含六個(gè)碳原子及以上的化合物及水分沸點(diǎn)較高,首先被冷凝在第一冷凝管3內(nèi),轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài);而沸點(diǎn)較低的揮發(fā)性有機(jī)物,主要是含五個(gè)碳原子及以下的化合物,尤其是大氣中含量較高的甲醛、甲醇以及甲烷等其它揮發(fā)性有機(jī)物,進(jìn)入第二冷凝管7內(nèi)轉(zhuǎn)化為液態(tài)或固態(tài),而大氣中的其它永久性氣體,比如氮?dú)狻⒀鯕獾?,由于沸點(diǎn)更低,并不被冷凝為液態(tài)或固態(tài),而直接由第二多通閥14排空;
[0033]c.待采樣達(dá)到所需量后,控制第一多通閥12,斷開(kāi)質(zhì)量流量計(jì)11與第一冷凝管3的氣體流動(dòng),開(kāi)啟第一制冷腔體2內(nèi)的第一加熱絲4,使第一制冷腔體2內(nèi)的第一冷凝管3的溫度快速升到8°C至11°C,最好是10°C,并控制第一多通閥12,使載氣氣源13與第一冷凝管3連通;第一冷凝管3內(nèi)被加熱到8°C至irC,最好是10°C,此時(shí),水處于液態(tài),蒸汽壓很低,而其他被冷凝在第一冷凝管3內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物組分,經(jīng)加熱氣化后變?yōu)闅庀?,并由載氣氣源13的載氣將其吹掃進(jìn)第二冷凝管7進(jìn)行低溫冷凝濃縮,載氣由第二多通閥14排空;
[0034]d.5-10分鐘后,開(kāi)啟第二冷凝管7上的第二加熱絲8,使第二冷凝管7加熱到30-40°C,控制第二多通閥14,使第二冷凝管7與色譜儀16相通,此時(shí)揮發(fā)性有機(jī)物組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài),并由載氣氣源13將其帶入色譜儀16進(jìn)行定量分析測(cè)量;
[0035]e.完成上述過(guò)程后,停止低溫環(huán)境箱I的制冷狀態(tài),開(kāi)啟第一加熱絲4及第二加熱絲8,使第一冷凝管3及第二冷凝管7溫度升高到295°C至305°C,最好是30(TC,控制第二多通閥14,使反吹氣源15與第二冷凝管7連通,進(jìn)行反吹清洗,操作時(shí)間為5-10分鐘,反吹氣體由第一多通閥12排空;
[0036]f.反吹過(guò)程完成后,關(guān)閉第一加熱絲4及第二加熱絲8,并重新使低溫環(huán)境箱I處于制冷狀態(tài),使第一制冷腔體2和第二制冷腔體6達(dá)到設(shè)定溫度,為下次采樣做好準(zhǔn)備。
[0037]從本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置的上述工作過(guò)程可以看出,本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,采用的是半導(dǎo)體制冷技術(shù),而半導(dǎo)體制冷技術(shù)利用半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)制冷,并不需要制冷劑,通電后直接制冷。半導(dǎo)體制冷具有可連續(xù)制冷、制冷速度快、無(wú)震動(dòng)噪音、壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),還能實(shí)現(xiàn)精確制冷,便于使用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制制冷過(guò)程。這種技術(shù)的制冷系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物含量在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要。因此應(yīng)用這種制冷技術(shù)的本實(shí)用新型的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,克服了傳統(tǒng)的低溫冷凝裝置的由于需要液氮制冷而存在的缺陷:液氮消耗量大,制冷成本較高,同時(shí)液氮野外更換,儲(chǔ)存困難,可用于大氣揮發(fā)性有機(jī)物含量的實(shí)地在線自動(dòng)檢測(cè)。另外,本實(shí)用新型所采用的冷凝管為不含多孔性吸附材料的不銹鋼管,熱解吸速率快,縮短了分析測(cè)試周期,并最大可能的避免了交叉污染以及記憶效應(yīng)。
[0038]以上所述為本實(shí)用新型最佳實(shí)施方式的舉例,其中未詳細(xì)述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識(shí)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn),任何基于本實(shí)用新型的技術(shù)啟示而進(jìn)行的等效變換,也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于,包括: 低溫環(huán)境箱,所述低溫環(huán)境箱連接有壓縮機(jī),所述低溫環(huán)境箱中設(shè)有低溫冷阱裝置,所述低溫冷阱裝置包括第一級(jí)冷阱以及第二級(jí)冷阱,所述第一級(jí)冷阱包括第一冷凝管、以及第一半導(dǎo)體制冷片組,所述第一冷凝管上纏繞有第一加熱絲;所述第二級(jí)冷阱包括第二冷凝管、以及第二半導(dǎo)體制冷片組,所述第二冷凝管上纏繞有第二加熱絲; 大氣采樣器,所述大氣采樣器的輸出端連接到質(zhì)量流量計(jì)的輸入端,所述質(zhì)量流量計(jì)的輸出端連接到第一多通閥的第一端,所述第一多通閥的第二端連接有載氣氣源,所述第一多通閥的第三端連接到所述第一冷凝管的進(jìn)口端; 所述第一冷凝管的出口端與所述第二冷凝管的進(jìn)口端連接,所述第二冷凝管的出口端連接到第二多通閥的第一端,所述第二多通閥的第二端連接有反吹氣源,所述第二多通閥的第三端連接到色譜儀的檢測(cè)輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于:所述低溫環(huán)境箱中設(shè)有第一制冷腔體和第二制冷腔體;所述第一冷凝管以及所述第一加熱絲設(shè)置于所述第一制冷腔體中,所述第二冷凝管以及所述第二加熱絲設(shè)置于所述第二制冷腔體中。
3.如權(quán)利要求1所述的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于:所述第一半導(dǎo)體制冷片組包括兩個(gè)以上貼合在一起的且并聯(lián)電連接的半導(dǎo)體制冷片,所述第二半導(dǎo)體制冷片組包括三個(gè)以上貼合在一起的且并聯(lián)電連接的半導(dǎo)體制冷片。
4.如權(quán)利要求2所述的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于:所述第一制冷腔體和所述第二制冷腔體分別包裹有絕熱保溫材料。
5.如權(quán)利要求1所述的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于:所述第一冷凝管和所述第二冷凝管均為不銹鋼冷凝管。
6.如權(quán)利要求1所述的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于:所述大氣采樣器為具有除塵功能的大氣采樣器。
7.如權(quán)利要求1所述的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于:所述第一多通閥和所述第二多通閥均為多通電磁閥。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于:所述載氣氣源和所述反吹氣源均為純度大于99.9%的惰性氣體。
9.如權(quán)利要求8所述的大氣揮發(fā)性有機(jī)物冷凝濃縮取樣裝置,其特征在于:所述色譜儀為氣相色譜儀或氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。
【文檔編號(hào)】G01N1/22GK203443820SQ201320566071
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】馬海斌, 沈建強(qiáng) 申請(qǐng)人:蘇州威陽(yáng)環(huán)??萍加邢薰?br>