揮發(fā)性羰基化合物在線分析裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種揮發(fā)性有機(jī)物檢測裝置，特別是涉及一種氣體中羰基化合物檢測 裝置，應(yīng)用于空氣VOCs檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 羰基化合物是指分子中含有羰基的一類化合物，包括醛類和酮類，其普遍存在于 大氣環(huán)境中，對人體健康有害，部分羰基化合物如甲醛、丙烯醛等是可疑致癌物。羰基化合 物是大氣光化學(xué)反應(yīng)過程中活性最強(qiáng)的一類揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs)。理論上，幾乎所有的揮 發(fā)性有機(jī)物都能氧化成羰基化合物。羰基化合物同時(shí)又是自由基（0H)、臭氧和過氧乙酰硝 酸酐（peroxyacyl nitrates, PAN)前體物。因此，環(huán)境大氣中羰基化合物的分布、來源、迀 移轉(zhuǎn)化、對二次有機(jī)氣溶膠的形成以及對人體健康的影響受到廣泛的重視。大氣中羰基化 合物濃度低、種類多、具有較強(qiáng)的極性和反應(yīng)活性強(qiáng)，其大氣壽命短，不適用常規(guī)的揮發(fā)性 有機(jī)物分析儀。因此建立簡單、具有選擇性的羰基化合物采樣和分析方法是實(shí)現(xiàn)這一研宄 的必要手段。
[0003] 目前羰基化合物的采樣分析大多是靠人工采樣和離線分析，主要依靠進(jìn)口儀器， 如液相色譜（HPLC)和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS)技術(shù)，主要檢測過程為：利用涂有衍生 化試劑(如：2, 4-二硝基苯阱（DNPH)，五氟苯阱（PFPH))的硅膠采樣管在野外采集大氣環(huán)境 樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品洗脫和富集，然后利用HPLC或GC-MS進(jìn)行檢測。這類方法對于 被檢測組分的定性與定量分析較為靈敏（PPb級(jí)），是痕量物質(zhì)檢測的首選方法。但是該方 法存在很多缺陷：如采樣困難，尤其是夜間和特殊天氣狀況下；在運(yùn)輸與儲(chǔ)存過程中容易 導(dǎo)致樣品污染；樣品處理和分析需要消耗大量的有機(jī)溶劑；而且離線分析具有明顯的滯后 性，時(shí)間分辨率較低（2-4小時(shí))，對于快速變化的大氣環(huán)境而言，難以滿足實(shí)時(shí)、自動(dòng)、連續(xù) 監(jiān)測的需要。
[0004] 近年興起的在線監(jiān)測VOCs系統(tǒng)既適用于常規(guī)的VOCs又可以檢測羰基化合物的 儀器有兩種，一種是基于樣品富集熱解析的AMA-GC5000系列VOC在線色譜分析儀(德國）； 另一種是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀（PTR-MS，奧地利)。但這些儀器總體來說價(jià)格昂貴、維護(hù)繁 瑣，而且主要還是針對常規(guī)VOCs的在線監(jiān)測。因此發(fā)展一種操作簡便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、選擇性強(qiáng) 的揮發(fā)性羰基化合物在線監(jiān)測儀器，對研宄大氣光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、二次氣溶膠的形成過程、 空氣質(zhì)量控制與改善等方面具有重要的意義，也是亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種 揮發(fā)性羰基化合物在線分析裝置，裝置檢測靈敏度高，干擾小，選擇性強(qiáng)，成本低，能夠?qū)Υ?氣環(huán)境、點(diǎn)源、面源、以及實(shí)驗(yàn)室煙霧箱模擬揮發(fā)性有機(jī)物光氧化過程產(chǎn)生的羰基化合物進(jìn) 行實(shí)時(shí)檢測，不僅克服了繁瑣的樣品處理環(huán)節(jié)，幾乎沒有溶劑消耗，降低了污染本底，而且 提高了時(shí)間分辨率，檢測周期小于〇. 5小時(shí)。
[0006] 為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種揮發(fā)性羰基化合物在線分析裝置，包括電源與程序控制箱、采樣與熱解析裝置和 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，電源與程序控制箱內(nèi)安裝有電源開關(guān)和PLC控制系統(tǒng)，電源與程序 控制箱內(nèi)的各電器設(shè)備還與外部的輸入輸出裝置信號(hào)連接，電源與程序控制箱通過電路分 別連接到采樣與熱解析裝置和氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀上，色譜柱長度為25-30米，采樣與熱 解析裝置能同時(shí)進(jìn)行揮發(fā)性羰基化合物樣品的采集和熱解析，各采樣管安裝在面板保溫箱 內(nèi)，采樣與熱解析裝置的加熱系統(tǒng)能分別控制各采樣管的熱解析溫度，采樣與熱解析裝置 的末端氣路出口通過絕熱管穿過氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口直接連接到色譜柱上，隔 斷了氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口的隔墊吹掃和分流，采樣與熱解析裝置由外置的一系 列采樣管和內(nèi)置的氣體輸送系統(tǒng)組成，氣體輸送系統(tǒng)由多路對應(yīng)連接各采樣管的分支輸送 管路及對應(yīng)設(shè)置的導(dǎo)流裝置組成，電源與程序控制箱的PLC控制系統(tǒng)一方面控制采樣和熱 解析裝置中的加熱系統(tǒng)，另一方面，PLC控制系統(tǒng)還連接采樣和熱解析裝置中的導(dǎo)流裝置， 利用PLC系統(tǒng)控制導(dǎo)流裝置中的各閥體的開關(guān)和工作狀態(tài)，待測氣體樣品通過氣體樣品進(jìn) 口進(jìn)入采樣管，導(dǎo)流裝置包括載氣瓶和調(diào)壓閥，控制調(diào)壓閥使載氣瓶中的載氣通過載氣進(jìn) 口向各采樣管中輸送，并用調(diào)壓閥調(diào)節(jié)所需的載氣流量使載氣分別將進(jìn)入采樣管中的待測 氣體和在采樣管中熱解析出來的待測氣體樣品吹掃出來，然后分別驅(qū)動(dòng)各路氣體進(jìn)入氣體 輸送系統(tǒng)的后續(xù)氣路，對從各采樣管的出氣端流出的待測氣體經(jīng)過采樣與熱解析裝置分別 實(shí)現(xiàn)熱解析，再將經(jīng)過熱解析后的各待測氣體分別穿過氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口， 進(jìn)入色譜柱進(jìn)行分析，分析的結(jié)果通過輸入輸出裝置實(shí)現(xiàn)輸出。
[0007] 作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，優(yōu)選采樣管包括6個(gè)，采樣與熱解析裝置中內(nèi)置安 裝冷阱、采樣泵、六進(jìn)兩出多位閥、6組兩位三通閥組合組成的前部導(dǎo)流閥體和兩位六通閥， 兩位三通閥組合的前端分別通過管路與載氣進(jìn)口和氣體樣品進(jìn)口連通，兩位三通閥組合的 每個(gè)后端分別 對應(yīng)連接6個(gè)米樣管的進(jìn)氣端，載氣分兩路，其中一路是連接在兩位三 通閥組合，另一路連接到兩位六通閥的一個(gè)前端入口，6個(gè)采樣管分別通過獨(dú)立的管路和六 進(jìn)兩出多位閥的前端相連接，采樣泵的進(jìn)氣口連接在六進(jìn)兩出多位閥的一個(gè)后端共同出口 進(jìn)行采集氣體樣品，六進(jìn)兩出多位閥的另一獨(dú)立出口通過對應(yīng)的管路與兩位六通閥的另一 個(gè)前端入口連通，六進(jìn)兩出多位閥的一個(gè)后端出口再順序與兩位六通閥和冷阱相通，把各 采樣管中熱解析出來的樣品帶入冷阱，冷阱的進(jìn)口端和出口均連接在六進(jìn)兩出多位閥上， 一路是從采樣管熱解析流出的氣體樣品，另一路是熱解析氣體樣品經(jīng)冷阱富集后通過冷阱 熱解析氣流出口回流進(jìn)入六進(jìn)兩出多位閥，再從六進(jìn)兩出多位閥的采樣管熱解析氣流出口 吹掃進(jìn)入到氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，還設(shè)有加熱系統(tǒng)，通過熱電偶、PID溫度控制器和固態(tài) 繼電器調(diào)控采樣與熱解析裝置的各采樣管的熱解析溫度以及冷阱、六進(jìn)兩出多位閥和兩位 三通閥組合的溫度，電源與程序控制箱的PLC控制系統(tǒng)還連接采樣和熱解析裝置中的冷 阱、六進(jìn)兩出多位閥、兩位三通閥組合和兩位六通閥。本實(shí)施例揮發(fā)性羰基化合物分析裝置 包括電源和程序控制箱、載氣瓶、采樣和熱解析裝置、氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀。電源和程序 控制箱用于控制和調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，其通過電路連接到一采樣和熱解析裝置，載 氣瓶連接采樣和熱解析裝置能同時(shí)進(jìn)行揮發(fā)性羰基化合物樣品的采集和熱解析，熱解析后 的樣品通過熔融石英管進(jìn)入到氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行羰基化合物的分離和定量。各采 樣管采樣與熱解析階段互不干擾，可同時(shí)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)境空氣中的羰基化合物的連 續(xù)監(jiān)測。本發(fā)明不僅可以用于常規(guī)的環(huán)境空氣中羰基化合物的觀測，而且可以用于實(shí)驗(yàn)室 煙霧箱模擬二次有機(jī)氣溶膠氧化產(chǎn)物的連續(xù)檢測。
[0008] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)方案，每個(gè)兩位三通閥組合皆由兩個(gè)兩位三通閥串 聯(lián)組成，形成6組兩位三通閥組合，每組兩位三通閥組合皆包括二個(gè)入口端和一個(gè)出口端， 其中一個(gè)入口端連接氣體樣品進(jìn)口，其中另一入口端通過一調(diào)壓閥連接載氣進(jìn)口，其出口 端連接采樣管的進(jìn)口端，各兩位三通閥組合通過內(nèi)部氣流驅(qū)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)采樣管進(jìn)口熱解析時(shí) 通載氣，采樣時(shí)通大氣以及密閉三種工作狀態(tài)的切換。
[0009] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)方案，六進(jìn)兩出多位閥為耐高溫微型電驅(qū)動(dòng)閥，它 有6個(gè)進(jìn)口和一個(gè)二出口，其6個(gè)進(jìn)口分別連接6個(gè)采樣管出口，其二個(gè)出口為一個(gè)共同出 口和一獨(dú)立出口，分別連接采樣泵和兩位六通閥，其驅(qū)動(dòng)包含6個(gè)位置，被選擇的一個(gè)進(jìn)口 端獨(dú)立流出，另五個(gè)進(jìn)口端共同流出，驅(qū)動(dòng)方式為依次步進(jìn)，被選擇的采樣管依次獨(dú)立流出 氣體。
[0010] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)方案，兩位六通閥