一种室内空气甲醛全流程自动化检测系统及其方法与流程

本发明属于室内环境检测，具体涉及一种室内空气甲醛全流程自动化检测系统及其方法。

背景技术：

1、甲醛作为室内空气主要污染物之一，已被世界卫生组织确定为致癌和致畸性物质，其浓度检测是保障室内空气质量、维护人体健康的关键环节。目前日常室内空气甲醛检测严格遵循gb/t 18883、gb 50325、gb/t 18204.2等国家标准，核心检测流程包括现场空气采样、实验室样品前处理、显色反应、分光比色分析及结果计算出具五大步骤，该流程虽能满足检测精度要求，但存在显著技术缺陷，难以适配大规模、高效化的检测需求。

2、现有检测方式的核心问题集中在以下方面：其一，现场采样环节，采用传统大气恒流采样器，需手动设定采样参数（流量、时长），测试记录现场采样环境，人工标记编号，操作效率低下，且易因人为操作失误导致样品污染或参数偏差，影响检测准确性；其二，样品转运环节，采集的多组样品需人工统一收纳、携带至实验室，转运过程中缺乏恒温恒湿保护，甲醛作为易挥发组分，易因温度、湿度变化发生挥发或变质，进一步降低检测精度；其三，实验室前处理及显色环节，需人工依次对多组样品进行摇匀、显色剂添加、恒温显色，操作繁琐且耗时较长，人工添加显色剂的剂量误差、显色时间控制偏差，会直接影响显色效果，进而导致比色分析误差；其四，比色分析及结果出具环节，需人工将显色后的样品逐一放入分光光度计进行比色，手动记录吸光度数据，再结合标准曲线人工计算甲醛浓度，不仅效率低下，还易出现数据记录错误、计算偏差等问题；其五，全流程依赖人工操作，每个环节的衔接均需人工干预，检测周期长、人力成本高，且难以实现多组样品的同步高效检测，无法满足住宅、写字楼、公共场所等大规模室内空气甲醛筛查的需求。

3、综上，现有室内空气甲醛检测方式存在人工操作繁琐、误差大、效率低、成本高、全流程衔接不畅等技术缺陷问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种室内空气甲醛全流程自动化检测系统及其方法，实现室内空气甲醛从现场取样到结果出具全流程自动化、高精度、高效率。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供了一种室内空气甲醛全流程自动化检测方法，包括如下步骤：

4、步骤s1：根据待检测室内空气的检测要求设置采样流量、采样时间以及检测标准，并建立待检测采样点的采样点信息；将各采样点信息分别与对应采样通道及采样管建立对应关系；

5、步骤s2：通过多个独立采样通道分别对对应采样点的室内空气进行采样，在采样过程中实时获取各采样通道的实际采样流量，并根据实际采样流量与设定采样流量之间的偏差调节对应恒流泵，使各采样通道维持预设采样流量；

6、同时采集采样过程中的温度、湿度和气压数据，并将所述温度、湿度和气压数据与对应采样点信息及采样管信息关联存储；采样完成后对采样管进行密封并形成对应的样品信息；

7、步骤s3：将密封后的采样管定位固定于样品转运箱内，根据预设转运条件调节样品转运箱内部温度和湿度，并在转运过程中实时获取样品转运箱的振动状态和倾斜状态；

8、将所述温度、湿度、振动状态和倾斜状态与对应样品信息关联记录，在转运状态超出预设范围时输出异常状态信息；

9、步骤s4：将转运后的样品转运箱与实验室自动化前处理模块对接，识别各采样管对应的样品信息，并按照所识别的样品信息确定相应的前处理对象；

10、将对应采样管内的吸收液进行自动摇匀，并将摇匀后的吸收液按照预设转移量定量转移至对应比色管，同时将采样管对应的样品信息传递至所述比色管；

11、步骤s5：按照预设添加量向比色管中的吸收液加入显色剂，并对吸收液与显色剂进行混合；将混合后的样品置于预设显色温度下进行显色，并对显色时间进行计时，在达到预设显色时间后产生显色完成信号，并根据所述显色完成信号启动对应样品的自动比色流程；

12、步骤s6：根据显色完成信号将对应样品自动输送至分光光度计的检测位置，并按照预设检测条件获取所述样品的吸光度；按照相同检测条件获取空白样品的吸光度，并将样品吸光度和空白样品吸光度与对应样品信息关联；在完成样品比色后对比色皿进行自动清洗，以使后续样品能够按照预设检测顺序继续进行比色检测；

13、步骤s7：根据对应样品的样品吸光度和空白样品吸光度获得样品净吸光度，并根据预存的甲醛标准曲线将所述样品净吸光度转换为甲醛含量；

14、根据步骤s2中采集的温度、湿度和气压数据确定对应采样过程的采样体积，并根据所述甲醛含量和对应采样体积计算对应采样点的室内空气甲醛浓度；根据预设检测标准对应的甲醛浓度限值对计算得到的室内空气甲醛浓度进行判定；

15、步骤s8：将采样点信息、采样管信息、环境参数、采样参数、转运状态、样品前处理信息、显色控制信息、样品吸光度、空白样品吸光度、甲醛浓度及判定结果按照对应关系关联存储，并根据所述关联数据自动生成对应采样点的甲醛检测结果和检测报告。

16、进一步的，在步骤s2中，根据检测标准预设采样流量和采样时间，并通过流量传感器实时获取各采样通道的实际采样流量；

17、当实际采样流量偏离预设采样流量时，中央控制系统控制采样参数自动控制单元调整对应恒流泵的工作参数，直至实际采样流量重新进入预设允许范围；

18、同时将温度、湿度和气压数据与对应样品的样品标识信息关联存储，并在步骤s7中根据所述温度、湿度和气压数据对采样体积进行标准状态换算。

19、进一步的，在步骤s3中，将样品转运箱内部温度控制在20±2℃，相对湿度控制在50±5%rh；

20、在样品转运过程中，持续获取转运箱的振动加速度和倾角，当振动加速度超过0.5g或者倾角超过15°时，中央控制系统生成转运异常信息并输出报警信号。

21、进一步的，在步骤s4中，对采样管进行30～60s的振荡摇匀，并通过样品识别模块读取采样管对应的样品标识信息，使样品标识信息与后续显色、比色及数据处理过程中的检测数据建立对应关系；

22、在需要进行样品定量转移时，通过定量转移泵将预设体积的样品转移至比色管，并由中央控制系统记录样品转移体积及对应样品标识信息。

23、进一步的，在步骤s5中，采用酚试剂分光光度法进行检测时，将显色后的样品置于23±2℃的恒温条件下进行显色，并将显色时间设定为15min；

24、在步骤s6中，将分光光度计的检测波长设定为630nm，并分别获取样品吸光度和空白样品吸光度；

25、在步骤s7中，根据样品吸光度与空白样品吸光度的差值获得样品净吸光度，并结合甲醛标准曲线及标准状态采样体积计算甲醛浓度。

26、另一方面，本发明提供了一种室内空气甲醛全流程自动化检测系统，包括现场智能采样模块、样品密封转运模块、实验室自动化前处理模块、自动显色模块、自动比色分析模块、数据处理与结果输出模块以及分别与上述各模块通信连接的中央控制系统；

27、所述现场智能采样模块，用于对待检测室内空气进行采样，包括多通道大气恒流采样单元、环境参数监测单元以及采样参数自动控制单元；所述多通道大气恒流采样单元包括与多个采样管分别对应的多个独立采样通道，各独立采样通道设置有恒流泵和流量传感器，所述环境参数监测单元用于获取采样过程中的温度、湿度和气压数据，所述采样参数自动控制单元根据所述流量传感器反馈的实际采样流量对对应恒流泵进行调节，以维持各独立采样通道按照设定采样流量进行采样，并将各采样管与对应的采样点信息建立关联；

28、所述样品密封转运模块，用于接收采样完成后的采样管并对采样管进行密封保存和转运，包括样品定位固定单元、恒温恒湿控制单元以及转运状态监测单元；所述样品定位固定单元用于对多个采样管进行定位固定，所述恒温恒湿控制单元用于调节采样管所处环境的温度和湿度，所述转运状态监测单元用于获取转运过程中的振动状态和倾斜状态，并将转运状态与对应采样管的样品信息关联；

29、所述实验室自动化前处理模块，用于接收所述样品密封转运模块转运的采样管，并根据所述采样管对应的样品信息执行自动前处理，包括样品识别单元、样品摇匀单元和样品转移单元；所述样品识别单元用于识别采样管的样品信息，所述样品摇匀单元用于对采样管内的吸收液进行摇匀，所述样品转移单元用于将摇匀后的吸收液定量转移至比色管，并使所述样品信息随样品转移过程传递至对应的比色管；

30、所述自动显色模块与所述实验室自动化前处理模块连接，用于对转移至比色管中的吸收液执行自动显色处理，包括显色剂定量添加单元、混合单元、恒温显色单元以及显色状态监测单元；所述显色剂定量添加单元用于按照预设添加量向所述吸收液中添加显色剂，所述混合单元用于使吸收液与显色剂混合，所述恒温显色单元用于按照预设显色温度进行恒温控制，所述显色状态监测单元用于根据预设显色时间输出显色完成信号；

31、所述自动比色分析模块，用于接收显色完成的样品并进行自动比色检测，包括样品自动进样单元、分光光度计以及比色皿清洗单元；所述样品自动进样单元根据所述显色完成信号将对应样品输送至分光光度计的检测位置，所述分光光度计用于获取对应样品的吸光度以及空白样品的吸光度，所述比色皿清洗单元用于在样品检测完成后对比色皿进行自动清洗，以使比色检测过程连续进行；

32、所述数据处理与结果输出模块，用于接收所述现场智能采样模块和自动比色分析模块输出的数据，并根据样品吸光度、空白样品吸光度、甲醛标准曲线以及采样过程中的环境参数计算对应采样点的室内空气甲醛浓度，并根据预设检测标准对所述甲醛浓度进行判定，生成与对应采样点和样品信息关联的检测结果；

33、所述中央控制系统，用于建立各采样点、采样管、样品、比色管及检测结果之间的对应关系，并根据预设检测流程依次控制现场智能采样模块、样品密封转运模块、实验室自动化前处理模块、自动显色模块和自动比色分析模块运行，使现场采样过程中获取的采样参数和环境参数、样品转运过程中的状态信息、样品前处理及显色过程的控制信息以及比色检测获得的吸光度数据进行关联，并在完成甲醛浓度计算和结果判定后输出对应采样点的检测结果，从而形成从现场空气采样、样品受控转运、实验室自动前处理、自动显色、自动比色至检测结果计算和输出的全流程自动化检测闭环。

34、进一步的，所述现场智能采样模块还包括采样支架、采样管装载/卸载单元以及设置于所述采样支架上的采样单元安装平台；

35、所述采样支架采用可伸缩折叠结构，并设置有水平调节装置和防滑固定件，所述采样单元安装平台用于同时安装多个所述独立采样通道；

36、所述采样管装载/卸载单元包括可拆卸式气泡吸收管和采样管，所述可拆卸式气泡吸收管与对应的独立采样通道连通，所述采样管连接于所述可拆卸式气泡吸收管下方；

37、所述环境参数监测单元包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器，并将采集的环境参数传输至所述中央控制系统，以用于采样体积的标准状态换算及检测结果的环境校正。

38、进一步的，所述样品转运箱采用密封隔热结构，内部设置有与所述采样管对应的多个样品固定槽，所述样品定位固定单元包括设置于所述样品固定槽处的弹性固定件和位置传感器，所述弹性固定件用于夹紧对应采样管，所述位置传感器用于检测采样管是否定位到位；

39、所述恒温恒湿控制单元包括制冷/加热模块、湿度调节模块和温湿度传感器，用于根据所述温湿度传感器的检测结果调节样品转运箱内部的温度和湿度；

40、所述转运状态监测单元包括振动传感器、倾角传感器和gps定位模块，分别用于获取样品转运箱的振动状态、倾斜状态和转运位置，并将获取的转运状态信息传输至所述中央控制系统，以在转运状态超过预设范围时输出报警信息。

41、进一步的，所述实验室自动化前处理模块还包括样品箱放置单元，所述样品箱放置单元包括样品箱放置机构以及设置于所述样品箱放置机构下方的样品箱摇匀单元；

42、所述样品箱摇匀单元包括摇匀支架、振荡电机和转速控制模块，所述振荡电机用于驱动所述摇匀支架带动样品转运箱进行振荡，所述转速控制模块用于检测和控制所述振荡电机的振荡转速；

43、所述样品自动接收单元包括转运箱对接机构、取样机械臂和所述样品识别模块，所述转运箱对接机构用于使样品转运箱与后续处理工位对接，所述样品识别模块用于读取采样管上的样品标识，所述取样机械臂根据识别得到的样品信息抓取对应采样管；

44、所述样品转移单元包括旋盖机械臂、定量转移泵和转移管路，所述旋盖机械臂用于开启及密封采样管，所述定量转移泵用于将采样管内经摇匀后的吸收液定量转移至对应比色管，并由所述取样机械臂将所述比色管转移至自动显色模块。

45、进一步的，所述样品自动进样单元包括旋盖机械臂、自动移液系统、进样轨道、取样机械臂和定位传感器；

46、所述取样机械臂用于将显色完成的比色皿转移至所述进样轨道，所述自动移液系统用于从显色完成的比色管中移取预设量的待比色溶液至所述比色皿，所述进样轨道用于将比色皿输送至所述分光光度计的检测工位，所述定位传感器用于检测比色皿在检测工位的定位状态；

47、所述比色皿清洗单元包括清洗液存储瓶、高压冲洗模块和烘干模块，所述高压冲洗模块用于对检测后的比色皿进行冲洗，所述烘干模块用于对冲洗后的比色皿进行热风烘干，烘干后的比色皿由所述取样机械臂重新转移至所述进样轨道，以进行下一样品的比色检测。

48、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明提供的室内空气甲醛全流程自动化检测系统及其方法，实现室内空气甲醛从现场取样到结果出具全流程自动化、高精度、高效率；本发明通过将现场智能采样、样品密封转运、实验室自动化前处理、自动显色、自动比色分析以及数据处理与结果输出进行一体化连接，并利用实际采样流量反馈对恒流泵进行闭环调节，同时采集采样过程中的温度、湿度和气压参数，实现室内空气甲醛检测过程中采样参数的自动控制及环境参数的同步记录；通过对样品进行密封、恒温恒湿转运并监测转运过程中的振动和倾斜状态，降低样品在转运过程中因环境变化或异常状态造成的检测偏差，从而提高样品采集及保存过程的稳定性和检测结果的可靠性。

49、本发明通过样品识别、自动摇匀、定量转移、显色状态控制、自动进样、分光光度检测以及比色皿自动清洗等环节的连续协同，使显色完成信号能够触发后续自动比色流程，并将采样点信息、样品信息、采样参数、环境参数、转运状态、吸光度数据及甲醛浓度进行全过程关联；同时结合空白样品吸光度、甲醛标准曲线及标准状态采样体积进行甲醛浓度计算和判定，实现从现场采样至最终检测报告输出的全过程自动化和数据可追溯，减少人工操作及人为记录误差，提高多批次室内空气甲醛检测的连续性、检测效率和结果一致性。