一種大氣揮發(fā)性有機物冷凝濃縮取樣裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大氣揮發(fā)性有機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冷阱以及第二級冷阱，第一級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。本實用新型的大氣揮發(fā)性有機物冷凝濃縮取樣裝置，能夠滿足對揮發(fā)性有機物含量在線自動監(jiān)測的需要，可用于大氣揮發(fā)性有機物含量的實地在線自動檢測。
【專利說明】一種大氣揮發(fā)性有機物冷凝濃縮取樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及大氣環(huán)境檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種大氣揮發(fā)性有機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，因此為了對大氣的污染程度及時監(jiān)測與控制，對大氣中的揮發(fā)性有機物含量進行實時檢測顯得日益重要，尤其是在野外對揮發(fā)性有機物含量進行在線監(jiān)測日益重要。目前，對大氣中的揮發(fā)性有機物檢測主要通過色譜分析來完成。由于大氣中的揮發(fā)性有機物種類較多，且濃度低，須進行富集濃縮處理，才能達到分析儀器檢測的要求。而對于對揮發(fā)性有機物含量在線自動監(jiān)測來說，對濃縮系統(tǒng)要求較高，應(yīng)達到以下條件:不消耗制冷劑、富集解吸速度快，以便縮短自動監(jiān)測的分析周期。
[0003]目前，用于實驗室揮發(fā)性有機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)吸收熱量來進行制冷。例如中國專利CN101337135中提出了一種低溫冷阱，解決了冷凝劑的消耗問題，并縮短了濃縮時間。但是，該方法液氮消耗量大，制冷成本較高，同時液氮野外更換，儲存困難，且分析周期長，為使用和維護帶來極大不便，因此其不適合野外的連續(xù)在線監(jiān)測。且目前技術(shù)中低溫冷阱中普遍使用多孔性吸附劑，對揮發(fā)性有機物進行低溫吸附后再快速熱解吸，在這個過程中，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足對揮發(fā)性有機物含量在線監(jiān)測的需要。另外，使用多孔性吸附劑吸附揮發(fā)性有機物，解吸時間長，使整個分析周期加長，且易在不同樣品分析之間產(chǎn)生交叉污染問題。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是: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)性有機物冷凝濃縮取樣裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是:一種大氣揮發(fā)性有機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，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冷阱以及第二級冷阱，所述第一級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)量流量計的輸入端，所述質(zhì)量流量計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口端；
[0008]所述第一冷凝管的出口端與所述第二冷凝管的進口端連接，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，本實用新型的有益效果是:
[0018]1.由于本實用新型的大氣揮發(fā)性有機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、無震動噪音、壽命長、安裝維護方便等優(yōu)點，還能實現(xiàn)精確制冷，便于使用自動控制系統(tǒng)控制制冷過程。這種技術(shù)的制冷系統(tǒng)能夠滿足在野外對揮發(fā)性有機物含量在線監(jiān)測的需要。因此應(yīng)用這種制冷技術(shù)的本實用新型的大氣揮發(fā)性有機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，同時液氮野外更換，儲存困難，可用于大氣揮發(fā)性有機物含量的實地在線自動檢測。
[0019]2.由于本實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)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明:
[0021]圖1是本實用新型的大氣揮發(fā)性有機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；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；18、半導(dǎo)體制冷片。
【具體實施方式】
[0023]圖1是本實用新型的大氣揮發(fā)性有機物冷凝濃縮取樣裝置的原理示意圖，參照圖1，本實用新型的大氣揮發(fā)性有機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，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冷阱以及第二級冷阱，第一級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11的輸入端，質(zhì)量流量計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的進口端。
[0026]第一冷凝管3的出口端與第二冷凝管7的進口端連接，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。本實施例中,載氣氣源和反吹氣源均為純度大于99.9%的氦氣。當然,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，流動相為氣體，稱其為載氣。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入色譜柱進行分離，再將被分離后的各組分載入檢測器進行檢測，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]本實施例中，利用本實用新型的大氣揮發(fā)性有機物冷凝濃縮取樣裝置的工作過程為:
[0031]a.首先啟動低溫環(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)性有機物經(jīng)大氣米樣器10米樣后，開啟第一多通閥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11定量送入低溫環(huán)境箱中1，首先進入第一制冷腔體2進行冷凝，大氣樣品中的含六個碳原子及以上的化合物及水分沸點較高，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)；而沸點較低的揮發(fā)性有機物，主要是含五個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)性有機物，進入第二冷凝管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，比如氮氣、氧氣等，由于沸點更低，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.待采樣達到所需量后，控制第一多通閥12，斷開質(zhì)量流量計11與第一冷凝管3的氣體流動，開啟第一制冷腔體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，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的載氣將其吹掃進第二冷凝管7進行低溫冷凝濃縮，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，此時揮發(fā)性有機物組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，并由載氣氣源13將其帶入色譜儀16進行定量分析測量；
[0035]e.完成上述過程后，停止低溫環(huán)境箱I的制冷狀態(tài)，開啟第一加熱絲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，進行反吹清洗，操作時間為5-10分鐘，反吹氣體由第一多通閥12排空；
[0036]f.反吹過程完成后，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達到設(shè)定溫度，為下次采樣做好準備。
[0037]從本實用新型的大氣揮發(fā)性有機物冷凝濃縮取樣裝置的上述工作過程可以看出，本實用新型的大氣揮發(fā)性有機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、無震動噪音、壽命長、安裝維護方便等優(yōu)點，還能實現(xiàn)精確制冷，便于使用自動控制系統(tǒng)控制制冷過程。這種技術(shù)的制冷系統(tǒng)能夠滿足對揮發(fā)性有機物含量在線實時監(jiān)測的需要。因此應(yīng)用這種制冷技術(shù)的本實用新型的大氣揮發(fā)性有機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，同時液氮野外更換，儲存困難，可用于大氣揮發(fā)性有機物含量的實地在線自動檢測。另外，本實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]以上所述為本實用新型最佳實施方式的舉例，其中未詳細述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識。本實用新型的保護范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準，任何基于本實用新型的技術(shù)啟示而進行的等效變換，也在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大氣揮發(fā)性有機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，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冷阱以及第二級冷阱，所述第一級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)量流量計的輸入端，所述質(zhì)量流量計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口端； 所述第一冷凝管的出口端與所述第二冷凝管的進口端連接，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輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的大氣揮發(fā)性有機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任一項所述的大氣揮發(fā)性有機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】G01N1/22GK203443820SQ201320566071
【公開日】2014年2月19日 申請日期: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 申請人:蘇州威陽環(huán)?？萍加邢薰?br>