一種揮發(fā)性有機物氣體冷凍捕集系統(tǒng)及捕集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種樣氣捕集系統(tǒng)及捕集方法，屬于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種揮發(fā)性有機物氣體冷凍捕集系統(tǒng)及捕集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣中的有機化合物通常用氣相色譜和氣相色譜/質(zhì)譜方法進行測定，比如環(huán)境空氣中臭氧前驅(qū)體碳?xì)浠衔锖陀卸居泻u代烴及含氧有機物的測定。
[0003]環(huán)境空氣中有機化合物的濃度比較低，難以用分析儀器直接進行測定；因此，需要對空氣中的有機化合物進行濃縮后進行分析。濃縮儀應(yīng)該滿足:去除樣品中的水分，對極性、非極性各類揮發(fā)性有機化合物都能夠定量吸附和定量熱解吸，各類揮發(fā)性有機化合物在濃縮及熱解吸過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和不可逆吸附。
[0004]目前的濃縮氣體的方法主要有吸附劑吸附濃縮和低溫冷凍濃縮。但是，吸附劑具有選擇性吸附和不可逆吸附等弊端，對低沸點有機化合物和部分極性有機化合物的吸附、熱解吸效果不好。制冷方法有有液氮制冷、半導(dǎo)體制冷、壓縮機制冷；液氮制冷成本高、受條件限制不易推廣，半導(dǎo)體制冷效果較差，壓縮機制冷耗電高、體積大、質(zhì)量重，需要定期添加氟利昂制冷劑，污染環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的吸附濃縮方法的吸附及解吸效果不好，以及低溫冷凍的液氮制冷、半導(dǎo)體制冷、壓縮機制冷存在的弊端，提供了一種揮發(fā)性有機物氣體捕集裝置。該捕集系統(tǒng)的制冷裝置制冷效果好、無污染，捕集系統(tǒng)的捕集頭可以定量捕集、定量熱脫附極性、非極性各類揮發(fā)性有機物，從而能夠在線或離線分析極性和非極性各類揮發(fā)性有機物。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，包括:依次相連的進氣裝置、除水裝置、捕集裝置，其中:
[0007]所述除水裝置包括:與除水裝置冷源相連接的除水裝置冷端，安裝于所述除水裝置冷端上的除水裝置冷凝頭，所述除水裝置冷凝頭包括:由非金屬材料構(gòu)成的除水裝置凹形池體，放置于所述除水裝置凹形池體底部并且由鈍化金屬材料構(gòu)成的呈平面螺旋形狀的氣體冷凝管道，從所述除水裝置池體底部向外依次放置于所述氣體冷凝管道上的除水裝置絕緣片、除水裝置隔熱片和除水裝置導(dǎo)熱片，其中:所述氣體冷凝管道分別與所屬裝置的進氣端和出氣端相連接，所述除水裝置導(dǎo)熱片與所述除水裝置冷端相接觸，所述氣體冷凝管道的兩端與加熱電源相連；
[0008]所述捕集裝置包括:與捕集裝置冷源相連接的捕集裝置冷端，安裝于所述捕集裝置冷端上的捕集裝置冷凝頭，所述捕集裝置冷凝頭包括:由非金屬材料構(gòu)成的捕集裝置凹形池體，放置于所述捕集裝置凹形池體底部并且由鈍化金屬材料構(gòu)成的呈平面螺旋形狀的氣體捕集管道，從所述捕集裝置池體底部向外依次放置于所述氣體捕集管道上的捕集裝置絕緣片、捕集裝置隔熱片和捕集裝置導(dǎo)熱片，其中:所述氣體捕集管道分別與所屬裝置的進氣端和出氣端相連接，所述捕集裝置導(dǎo)熱片與所述捕集裝置冷端相接觸，所述氣體捕集管道的兩端與加熱電源相連。
[0009]優(yōu)化的，上述的一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，所述除水裝置為兩個，并且兩個除水裝置構(gòu)成相互并行的兩路氣體通道。
[0010]優(yōu)化的，上述的一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，所述捕集裝置的氣體捕集管道包括多路并行的呈平面螺旋形狀的氣體管道，所述進氣裝置采集的氣體進入捕集裝置后分多路經(jīng)平面螺旋形氣體管道。
[0011]優(yōu)化的，上述的一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，所述氣體冷凝管道和所述的氣體捕集管道連接有溫度傳感器。
[0012]優(yōu)化的，上述的一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，所述進氣裝置包括依次連接的采樣頭、六位閥、電磁閥，所述電磁閥與除水裝置的進氣端相連。
[0013]優(yōu)化的，上述的一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，所述捕集裝置的出氣端與十二通閥相連，并且該十二通閥的閥門通道上還分別連接有采樣栗、載氣瓶，以及氣體分析儀。
[0014]優(yōu)化的，上述的一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，所述六位閥和所述十二位閥上分別設(shè)置有與加熱電源相連的六位閥加熱塊和十二位閥加熱塊。
[0015]優(yōu)化的，上述的一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，所述除水裝置凹形池體外部設(shè)置有一個帶有氣體出入口的除水裝置密封外罩。
[0016]優(yōu)化的，上述的一種揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)，所述捕集裝置凹形池體外部設(shè)置有一個帶有氣體出入口的捕集裝置密封外罩。
[0017]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種利用上述的揮發(fā)性氣體冷凍捕集系統(tǒng)進行揮發(fā)性有機物樣氣捕集的方法，包括:
[0018]冷凝除水步驟，將樣氣送入除水裝置中的氣體冷凝管道內(nèi)，啟動除水裝置的冷源制冷，控制冷凝溫度將樣氣中的水分冷凝去除；
[0019]冷凍捕集步驟，將經(jīng)過冷凝除水步驟處理后的樣氣送入氣體捕集管道內(nèi)，啟動捕集裝置冷源制冷，控制冷凍溫度將樣氣中的揮發(fā)性有機物冷凍捕集；
[0020]加熱解吸步驟，打開連接于捕集裝置中的氣體捕集管道兩端的加熱電源，對氣體捕集管道進行快速加熱，熱脫附捕集管內(nèi)的揮發(fā)性有機物；
[0021]送氣分析步驟，利用載氣將加熱解吸步驟中得到的揮發(fā)性有機物氣體送至氣體分析儀。
[0022]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:(I)揮發(fā)性有機物氣體濃縮效果好，可實現(xiàn)定量捕集和定量熱脫附；(2)能耗小并且無污染；(3)可以在線或離線分析極性和非極性各類揮發(fā)性有機物。
【附圖說明】
[0023]附圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]附圖2是本發(fā)明除水裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖3是本發(fā)明捕集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖4是本發(fā)明平面螺旋狀氣體管道結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖5本發(fā)明六位閥加熱塊與電源連接示意圖。
[0028]附圖6本發(fā)明十二位閥加熱塊與電源連接示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。圖中，采樣頭1、六位閥2、六位閥加熱塊201、電磁閥3、除水裝置4、除水裝置冷源401、除水裝置冷端402、除水裝置冷凝頭403、除水裝置凹形池體404、氣體冷凝管道405、除水裝置絕緣片406、除水裝置隔熱片407、除水裝置導(dǎo)熱片408，除水裝上蓋409、除水裝置接水盤410、除水裝置密封圈411、除水裝置固定板412、除水裝置保溫套413、捕集裝置5、捕集裝置冷源501、捕集裝置冷端502、捕集裝置冷凝頭503、捕集裝置凹形池體504、氣體捕集管道505、捕集裝置絕緣片506、捕集裝置隔熱片507、捕集裝置導(dǎo)熱片508，捕集裝置上蓋509、捕集裝置接水盤510、捕集裝置密封圈511、捕集裝置固定板512、捕集裝置保溫套513、十二通閥6、十二位閥加熱塊601、采樣栗7、載氣瓶8，以及氣體分析儀9。
[0030]實施例:
[0031]如圖1所示，一種揮發(fā)性有機物氣體冷凍捕集系統(tǒng)，包括:依次相連的采樣頭1、六位閥2、電磁閥3，電磁閥3、除水裝置4、捕集裝置5、十二通閥6，該十二通閥6的閥門通道上還分別連接有采樣栗7、載氣瓶8，以及氣體分析儀9。
[0032]除水裝置4包括:與除水裝置冷源401相連接的除水裝置冷端402，安裝于除水裝置冷?而402上的除水裝置冷減頭403，除水裝置冷減頭403包括:由非金屬材料構(gòu)成的除水裝置凹形池體404，放置于除水裝置凹形池體404底部并且由鈍化金屬材料構(gòu)成的呈平面螺旋形狀的氣體冷凝管道405，從除水裝置池體404底部向外依次放置于氣體冷凝管道405上的除水裝置絕緣片406、除水裝置隔熱片407和除水裝置導(dǎo)熱片408，其中:氣體冷凝管道405分別與所屬裝置的進氣端和出氣端相連接，除水裝置導(dǎo)熱片408與除水裝置冷端402相接觸，氣體冷凝管道405的兩端與加熱電源相連；
[0033]除水裝置凹形池體404外部設(shè)置有一個帶有氣體出入口的除水裝置密封外罩。該除水裝置密封外罩包括:固定于除水裝置冷端402上的除水裝置固定板412，除水裝置固定板412上設(shè)置有除水裝置保溫套413，除水裝置保溫套413與一個可開閉的除水裝置上蓋409連接，當(dāng)除水裝置上蓋409閉合后，除水裝置固定板412、除水裝置保溫套413、除水裝置上蓋409形成一個將除水裝置冷端402的頂部包裹于內(nèi)的密閉空腔，除水裝置上蓋409上設(shè)置有兩個通向密閉空腔內(nèi)部的通氣細(xì)管。在冷凝過程中，外部環(huán)境空氣中的濕氣會在裝置的外殼結(jié)冰，影響除水裝置的降溫速度。向除水裝置密閉空腔內(nèi)充干燥氣體，形成正壓力，隔離除水裝置與含濕空氣接觸，防止除水裝置外壁結(jié)冰，影響降溫速度。除水裝置外壁如果有水珠形成，除水裝置有除水裝置接水盤410收集積水。
[0034]捕集裝置5包括:與捕集裝置冷源501相連接的捕集裝置冷端502，安裝于捕集裝置冷端502上的捕集裝置冷凝頭503，捕集裝置冷凝頭503包括:由非金屬材料構(gòu)成的捕集裝置凹形池體504，放置于捕集裝置凹形池體504底部并且由鈍化金屬材料構(gòu)成的呈平面螺旋形狀的氣體捕集管道505，從捕集裝置池體504底部向外依次放置于氣體捕集管道505上的捕集裝置絕緣片506、捕集裝置隔熱片507和捕集裝置導(dǎo)熱片508，其中:氣體捕集管道505分別與所屬裝置的進氣端和出氣端相連接，捕集裝置導(dǎo)熱片508與捕集裝置冷端502相接觸，氣體捕集管道505的兩端與加熱電源相連。
[0035]捕集裝置凹形池體504外部設(shè)置有一個帶有氣體出入口的捕集裝置密封外罩。該捕集