專(zhuān)利名稱(chēng)：智能揮發(fā)性有機(jī)化合物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬氣體檢測(cè)裝置的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶有遠(yuǎn)程控制和自行走系統(tǒng)的揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds，VOCs)泛指沸點(diǎn)范圍在50℃～260℃的有機(jī)化合物，按照美國(guó)環(huán)保局的分類(lèi)方法，VOCs是指25℃下蒸氣壓為13.33Pa～50.66KPa(0.1mmHg～380mmHg)的有機(jī)化合物。VOCs的危害性和嚴(yán)重性取決于VOCs的性質(zhì)，VOCs的成分復(fù)雜，含量濃度變化范圍大。
通常測(cè)定揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)有兩種方法，一種是基于氣相色譜的方法，另一種是基于電化學(xué)的測(cè)定方法。
基于氣相色譜方法的通常步驟如下首先在現(xiàn)場(chǎng)使用采樣袋與采樣罐采樣，然后樣品經(jīng)過(guò)三級(jí)冷阱以除去樣品中的H2O和CO2，接著通過(guò)氣相色譜分離，最后用質(zhì)譜或者氫火焰離子化檢測(cè)檢測(cè)VOCs濃度。這種方法的缺點(diǎn)是樣品采集和處理比較復(fù)雜，分析周期長(zhǎng)，時(shí)效性差，不適合做現(xiàn)場(chǎng)分析。
基于電化學(xué)的方法VOCs測(cè)定儀有兩種不同的電化學(xué)原理。第一種的原理是采用特異性的電化學(xué)傳感器進(jìn)行VOCs測(cè)定。每一種傳感器只能測(cè)定一種VOC，同時(shí)檢測(cè)多種VOCs就需要多種化學(xué)傳感器。另一種的原理是采用光離子化檢測(cè)器(PID)進(jìn)行VOCs測(cè)定。特定能量的高能紫外光只能使特定的一種或幾種氣體發(fā)生電離，從而實(shí)現(xiàn)該種氣體濃度或這幾種氣體濃度總和的檢測(cè)。由于高能紫外光能量的限制，這種原理的VOCs測(cè)定儀只能實(shí)現(xiàn)部分范圍的VOCs檢測(cè)，此外它的特異性也比較差，容易對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷。另外，由于其檢測(cè)范圍上的局限性，使得此類(lèi)VOCs測(cè)定儀對(duì)未知VOCs環(huán)境或者復(fù)雜VOCs環(huán)境的測(cè)量就顯得無(wú)能為力了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，設(shè)計(jì)采用質(zhì)譜儀(MS)、雙層膜進(jìn)樣裝置(MI)、智能自行走系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種VOCs環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以及遠(yuǎn)程測(cè)量控制和測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)本地顯示。
本發(fā)明的智能揮發(fā)性有機(jī)化合物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀，結(jié)構(gòu)包括膜進(jìn)樣裝置，質(zhì)譜儀，其特征是，結(jié)構(gòu)還有控制通訊板、遙控車(chē)、本地控制計(jì)算機(jī)；所說(shuō)的控制通訊板是以ARM單板機(jī)為硬件基礎(chǔ)，Linux為系統(tǒng)操作軟件平臺(tái)，控制遙控車(chē)的行走和轉(zhuǎn)向，并通過(guò)802.11b/g無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議與本地計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制和信息數(shù)據(jù)傳輸；所說(shuō)的遙控車(chē)是帶輪的行走裝置，車(chē)體上裝有51系列單片機(jī)、電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置，51系列單片機(jī)接收來(lái)自控制通訊板的控制指令控制遙控車(chē)的運(yùn)動(dòng)，車(chē)體上裝有攝像頭采集圖像，車(chē)體上裝有膜進(jìn)樣裝置和質(zhì)譜儀；膜進(jìn)樣裝置富集環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)化合物被引入到質(zhì)譜儀。
控制通訊板是以ARM單板機(jī)為硬件基礎(chǔ)，Linux為系統(tǒng)操作軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙控車(chē)，膜進(jìn)樣裝置和小型質(zhì)譜進(jìn)行控制。另外控制通訊板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的802.11b/g無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議與本地計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，完成收發(fā)操作指令和向本地控制計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)傳回測(cè)量結(jié)果等功能。
遙控車(chē)以51系列單片機(jī)為核心，負(fù)責(zé)控制遙控車(chē)的運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)程圖像采集以及和控制通訊板通訊。控制通訊板將遠(yuǎn)程圖像實(shí)時(shí)傳回本地，以方便操作者遙控遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)入VOCs測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，并最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量。
膜進(jìn)樣裝置采用了具有選擇透過(guò)性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜進(jìn)行樣品富集，該膜能夠讓揮VOCs透過(guò)膜壁并富集后進(jìn)入小型質(zhì)譜儀的真空系統(tǒng)，而空氣中的主要組份氮?dú)夂脱鯕鈩t不能透過(guò)。本發(fā)明的膜進(jìn)樣裝置采用了雙層PDMS膜，可以更有效的阻止空氣中的氮?dú)夂脱鯕膺M(jìn)入小型質(zhì)譜儀真空系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)VOCs的更有效的預(yù)富集。
所述的質(zhì)譜儀可以是小型飛行時(shí)間質(zhì)譜，也可以是小型離子阱質(zhì)譜或者其它小型質(zhì)譜儀。小型質(zhì)譜儀的離子源為電子轟擊源(EI)，它將透過(guò)膜進(jìn)樣裝置進(jìn)入到小型質(zhì)譜儀真空系統(tǒng)的VOCs樣品打碎，然后小型質(zhì)譜儀對(duì)VOCs樣品碎片進(jìn)行質(zhì)量分析，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。
本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序可以對(duì)遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行遙控，并能對(duì)遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)采回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出測(cè)量環(huán)境中VOCs的成份和濃度。
有很多VOCs環(huán)境對(duì)人體是有毒有害的，通過(guò)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)分離，遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)，實(shí)時(shí)、快捷的完成對(duì)各種復(fù)雜環(huán)境下VOCs的測(cè)定。
本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域之一是測(cè)量大氣VOCs成份，包括各種環(huán)境污染氣體，溫室氣體等。
本發(fā)明也可用于測(cè)量室內(nèi)裝飾氣體污染，主要包括各種為碳?xì)浠衔铩Ⅺu代烴、含氧有機(jī)物、含硫化合物。
本發(fā)明也可用于測(cè)量干洗店內(nèi)VOCs氣體，主要以四氯乙烯為主。
本發(fā)明也可用于測(cè)量機(jī)房等電子設(shè)備較多場(chǎng)所，其VOCs成分主要為苯系物。
本發(fā)明也可以用于化學(xué)戰(zhàn)劑的檢測(cè)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明的膜進(jìn)樣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1智能揮發(fā)性有機(jī)化合物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)儀器的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，圖1中，1為控制通訊板、2為膜進(jìn)樣裝置、3為質(zhì)譜儀、4為遙控車(chē)、5為51系列單片機(jī)、6為電動(dòng)機(jī)、7為機(jī)械傳動(dòng)裝置，8為本地控制計(jì)算機(jī)。控制通訊板1、膜進(jìn)樣裝置2、質(zhì)譜儀3和遙控車(chē)4構(gòu)成本發(fā)明的遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)；51系列單片機(jī)5、電動(dòng)機(jī)6、機(jī)械傳動(dòng)裝置7和遙控車(chē)4的車(chē)體上裝有的攝像頭構(gòu)成本發(fā)明的智能自行走系統(tǒng)。遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)及智能自行走系統(tǒng)都安裝在遙控車(chē)4上。
控制通訊板1負(fù)責(zé)控制遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)部分，并能過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議與本地控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)本地計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。測(cè)量環(huán)境中的VOCs通過(guò)膜進(jìn)樣裝置2實(shí)現(xiàn)富集，并被引入到小型質(zhì)譜儀3中。遙控車(chē)4負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)出測(cè)量環(huán)境，同時(shí)負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程圖像采集。控制通訊板1和本地控制計(jì)算機(jī)8通過(guò)802.11b/g無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)本地控制計(jì)算機(jī)8與遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)的連接。本地控制計(jì)算機(jī)8主要功能是對(duì)遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行控制和對(duì)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示檢索，給出測(cè)量環(huán)境中各種VOCs的成份及濃度。
本發(fā)明的遙控車(chē)4的車(chē)體可以是后驅(qū)動(dòng)的四輪小車(chē)，配有機(jī)械傳動(dòng)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。51系列單片機(jī)5為遙控車(chē)4的控制部件，負(fù)責(zé)接收來(lái)自控制通訊板1的控制指令，產(chǎn)生控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)6通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)部分7進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)6可以包含兩組電機(jī)及其相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)部分7，一組負(fù)責(zé)控制遙控車(chē)4的前進(jìn)后退，另一組為步進(jìn)電機(jī)負(fù)責(zé)控制遙控車(chē)4的轉(zhuǎn)向。在本地控制計(jì)算機(jī)8中可以接收到來(lái)自遙控車(chē)4(通過(guò)攝像頭)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像，根據(jù)該圖像在本地控制計(jì)算機(jī)8上通過(guò)方向鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)遙控車(chē)4的控制，使遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)駛?cè)牖蝰偝鯲OCs測(cè)量環(huán)境。
智能揮發(fā)性有機(jī)化合物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀的檢測(cè)過(guò)程首先開(kāi)啟遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行自檢和預(yù)熱，達(dá)到測(cè)試條件后，本地控制計(jì)算機(jī)通過(guò)監(jiān)視畫(huà)面控制遙控車(chē)4進(jìn)入檢測(cè)環(huán)境，開(kāi)啟測(cè)量進(jìn)程，采樣分析并得到質(zhì)譜圖再與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，得出測(cè)量環(huán)境所含VOCs成份及濃度信息，同時(shí)將測(cè)量結(jié)果傳回本地控制計(jì)算機(jī)，之后離開(kāi)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，完成一次測(cè)量過(guò)程。
實(shí)施例2膜進(jìn)樣裝置的結(jié)構(gòu)本發(fā)明的膜進(jìn)樣裝置2采用聚二甲基硅氧烷材料的雙層膜結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖2中，9為第一層膜，10為第二層膜，11為揮發(fā)性有機(jī)化合物分子，12為空氣的分子。
采用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有兩方面的作用一、使揮發(fā)性有機(jī)化合物組分與空氣(主要是氮?dú)夂脱鯕?分離，通過(guò)兩次分離可以使待分析樣品實(shí)現(xiàn)更好的富集；二、由于大氣中的主要組分(氮?dú)?，氧氣?不易通過(guò)PDMS膜，可以通過(guò)兩層PDMS實(shí)現(xiàn)梯度真空，使小型質(zhì)譜儀的真空系統(tǒng)只需一個(gè)離子泵和蠕動(dòng)泵就可以達(dá)到測(cè)量所需的真空，有效的降低了小型質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，減少了電源消耗，可以有效的延長(zhǎng)了電池供電操作時(shí)間。
實(shí)施例3質(zhì)譜儀本發(fā)明中的質(zhì)譜儀采用飛行時(shí)間質(zhì)譜。該飛行時(shí)間質(zhì)譜離子源為電子轟擊電離源(EI)，由燈絲，電離盒和三個(gè)圓孔聚焦電極構(gòu)成，燈絲為錸絲，燈絲與電離盒之間的電壓為70V，使所發(fā)出的電子的能量為70電子伏特。質(zhì)量分析器為飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，分析器由長(zhǎng)度為50cm、直徑為10cm的不銹鋼圓筒構(gòu)成，電離源和檢測(cè)器位于分析器的一端，折返電極組位于分析器的另一端，折返電極上的電壓為線(xiàn)性分布。檢測(cè)器為微通道板(MCP)檢測(cè)器，信號(hào)轉(zhuǎn)換器為T(mén)DC轉(zhuǎn)換器。真空系統(tǒng)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的，并由一臺(tái)離子泵維持分析所需要的真空度。經(jīng)過(guò)膜進(jìn)樣裝置2富集的樣品被EI源所發(fā)出的電子所電離，以相同的初動(dòng)能進(jìn)入飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，按照時(shí)間順序被MCP檢測(cè)器所檢測(cè)，經(jīng)過(guò)時(shí)間質(zhì)量轉(zhuǎn)換得到分析物的質(zhì)譜圖。
本發(fā)明中的質(zhì)譜儀3并不局限于飛行時(shí)間質(zhì)譜，也可以是離子阱質(zhì)譜或者是扇形磁場(chǎng)質(zhì)譜。
權(quán)利要求
1.一種智能揮發(fā)性有機(jī)化合物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀，結(jié)構(gòu)包括膜進(jìn)樣裝置(2)，質(zhì)譜儀(3)，其特征是，結(jié)構(gòu)還有控制通訊板(1)、遙控車(chē)(4)、本地控制計(jì)算機(jī)(8)；所說(shuō)的控制通訊板(1)是以ARM單板機(jī)為硬件基礎(chǔ)，Linux為系統(tǒng)操作軟件平臺(tái)，控制遙控車(chē)(4)的行走和轉(zhuǎn)向，并通過(guò)802.11b/g無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議與本地計(jì)算機(jī)(8)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制和信息數(shù)據(jù)傳輸；所說(shuō)的遙控車(chē)(4)是帶輪的行走裝置，車(chē)體上裝有51系列單片機(jī)(5)、電動(dòng)機(jī)(6)和機(jī)械傳動(dòng)裝置(7)，51系列單片機(jī)(5)接收來(lái)自控制通訊板(1)的控制指令控制遙控車(chē)(4)的運(yùn)動(dòng)，車(chē)體上裝有攝像頭采集圖像，車(chē)體上裝有膜進(jìn)樣裝置(2)和質(zhì)譜儀(3)；膜進(jìn)樣裝置(2)富集環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)化合物被引入到質(zhì)譜儀(3)。
2.按照權(quán)利要求1所述的智能揮發(fā)性有機(jī)化合物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀，其特征是，所說(shuō)的膜進(jìn)樣裝置(2)采用聚二甲基硅氧烷材料的雙層膜結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的智能揮發(fā)性有機(jī)化合物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀，其特征是，所說(shuō)的電動(dòng)機(jī)(6)包含兩組電機(jī)及其相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置(7)。
全文摘要
本發(fā)明的智能揮發(fā)性有機(jī)化合物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀屬氣體檢測(cè)裝置的技術(shù)領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)包括控制通訊板1、膜進(jìn)樣裝置2，質(zhì)譜儀3，遙控車(chē)4、本地控制計(jì)算機(jī)8；控制通訊板1控制遙控車(chē)4的行走和轉(zhuǎn)向，并與本地計(jì)算機(jī)8進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制和信息數(shù)據(jù)傳輸；遙控車(chē)4車(chē)體上裝有51系列單片機(jī)5、電動(dòng)機(jī)6和機(jī)械傳動(dòng)裝置7，還裝有攝像頭采集圖像，膜進(jìn)樣裝置2富集環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)化合物被引入到質(zhì)譜儀3。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)分離，遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)，實(shí)時(shí)、快捷的完成對(duì)各種復(fù)雜環(huán)境下VOCs的測(cè)定，可用于大氣VOCs成分，室內(nèi)裝飾氣體污染，機(jī)房等電子設(shè)備較多場(chǎng)所，化學(xué)戰(zhàn)劑等的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N23/00GK101029887SQ20071005546
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者金欽漢, 金偉, 周建光, 陳煥文, 費(fèi)強(qiáng), 姜杰, 許曉宇 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)