一种自带预浓缩功能的在线式气相色谱仪的制作方法

1.本实用新型涉及在线环境监测的技术领域，尤其涉及一种自带预浓缩功能的在线式气相色谱仪。


背景技术：

2.随着我国经济的迅速发展，当前大气污染物排放总量居高不下，大大超出环境容量，为了推进生态文明建设，近年来我国开展实行了多个污染防治法案及行动，当下要想有效控制大气中臭氧和有机气溶胶污染，降低大气中挥发性有机物(volatile organic compounds，vocs)浓度是关键。
3.其中，大气中vocs来源于有组织排放、无组织排放等多种排放方式，导致vocs中样品基体组成复杂，有些组分排放浓度较低，不易检出；且有些组分会干扰在线监测系统的正常运行。
4.现有在线监测技术多采用定量环进样，未进行样品的前处理，导致浓度低的vocs组分无法被有效检出，测量准确性差；即使色谱仪搭配在线预浓缩仪的结合使用方式可解决以上问题，但设备复杂，需进行两台设备的气路连接，气路连接复杂且容易有冷点，成本较高。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例的目的在于：提供一种自带预浓缩功能的在线式气相色谱仪，旨在解决现有设备测量准确性差、结构复杂，需进行两台设备的气路连接，气路连接复杂且容易有冷点，成本高的问题。
6.为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.提供一种自带预浓缩功能的在线式气相色谱仪，包括：
8.控制阀箱，其包括第一多通阀以及第二多通阀，可通过所述第一多通阀，和/或，所述第二多通阀的切换，进行样气的采集以及进样分析；
9.富集装置，所述富集装置的两端连接于所述控制阀箱，所述富集装置可通过温度控制对样气进行富集浓缩和闪蒸脱附；
10.分离装置，与所述控制阀箱连接，所述分析装置可用于对样气进行分离，去除样气中的干扰组分，以保留待测组分；
11.检测装置，与所述分离装置连接，对去除干扰组分后的所述待测组分进行检测。
12.进一步地，所述第一多通阀包括第一阀门接口、第二阀门接口、第三阀门接口、第四阀门接口、第五阀门接口和第六阀门接口；所述第二多通阀包括第七阀门接口、第八阀门接口、第九阀门接口、第十阀门接口、第十一阀门接口和第十二阀门接口；所述第一多通阀和所述第二多通阀通过所述第五阀门接口和所述第七阀门接口连接。可通过切换所述第一多通阀和所述第二多通阀的阀门接口的连通状态，对样气进行样气的采集以及进样分析。
13.进一步地，所述富集装置的一端通过第一两通阀与所述第一六通阀的第六阀门接
口连接，另一端通过第二两通阀与所述第一六通阀的第三阀门接口连接。当对样气进行闪蒸脱附时，所述第一两通阀和所述第二两通阀关闭，确保闪蒸脱附出的样气无流失，减小峰展宽，优化峰型。
14.进一步地，所述分离装置包括预分离柱，所述预分离柱设于所述第八阀门接口和第十一阀门接口之间的连接管路上。所述预分离柱对样气中的待测组分和干扰组分进行分离，使干扰组分留在预分离柱中。
15.进一步地，所述分离装置还包括分析柱，所述分析柱的一端与所述第十二阀门接口连接，另一端与所述检测装置连接。所述分析柱用于对从所述预分离柱出来的所述待测组分进行二次分离，进一步减少干扰组分的影响，使二次分离后的待测组分进入检测装置进行检测。同时，所述预分离柱通过保留样气中重组分的方式保护了所述分析柱。
16.进一步地，还包括用于进样及反吹的第一载气气源，所述第一载气气源与所述第四阀门接口连接。
17.进一步地，还包括用于反吹所述预分离柱的第二载气气源，所述第二载气气源与所述第十阀门接口连接。
18.进一步地，还包括与所述检测装置连接的氢气气源气源和空气气源气源，所述氢气气源气源和所述空气气源气源用于维持所述检测装置的燃烧。
19.进一步地，还包括用于控制样气进入所述富集装置的样气流量控制装置，所述样气流量控制装置的一端与样气进口连接，另一端与所述第一阀门接口连接。稳定控制样气进入所述富集装置的流量，可确保样气保持最佳采样流速通过所述富集装置的吸附管，防止吸附管穿透。
20.进一步地，还包括用于抽取样气的抽气装置，所述抽气装置连接于所述第二阀门接口。
21.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型设置有富集装置、分离装置以及检测装置，并通过与控制阀箱连接，实现样气富集浓缩、样气闪蒸脱附以及进样分析，通过对样气进行预浓缩，有效的降低了低浓度组分的检测下限，并可通过第二载气对分析装置的预分离柱反吹，消除干扰组分影响及保护分析柱，降低运维频率；其次，本实用新型空间使用率高、成本更低。
附图说明
22.下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
23.图1为本实用新型实施例的所述在线式气相色谱仪处于第一工作状态时的结构示意图。
24.图2为本实用新型实施例的所述在线式气相色谱仪处于第二工作状态时的结构示意图。
25.图3为本实用新型实施例的所述在线式气相色谱仪处于第三工作状态时的结构示意图。
26.图4为本实用新型实施例的所述在线式气相色谱仪处于另一个第三工作状态时的结构示意图。
27.图中：
28.100、样气流量控制装置；101、样气进口；200、控制阀箱；201、第一多通阀；2010、第一阀门接口；2011、第二阀门接口；2012、第三阀门接口；2013、第四阀门接口；2014、第五阀门接口；2015、第六阀门接口；202、第二多通阀；2020、第七阀门接口；2021、第八阀门接口；2022、第九阀门接口；2023、第十阀门接口；2024、第十一阀门接口；2025、第十二阀门接口；300、富集装置；301、第一两通阀；302、第二两通阀；400、抽气装置；401、样气出口；500、分析柱；501、预分离柱；502、检测器；600、第一载气气源；601、第二载气气源；700、氢气气源；701、空气气源；800、反吹气出口。
具体实施方式
29.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.本实用新型设置有富集装置300，并通过与控制阀箱200连接，可对样气进行预浓缩，有效的降低了低浓度组分的检测下限，并可通过第二载气气源601对分析装置的反吹，消除干扰组分影响及保护分析柱500，降低运维频率；其次，本实用新型空间使用率高、成本更低。
32.如图1所示，本实施例提供一种自带预浓缩功能的在线式气相色谱仪，包括：控制阀箱200、富集装置300以及分析装置和检测装置。
33.控制阀箱200，包括第一多通阀201以及第二多通阀202，可通过所述第一多通阀201，和/或，所述第二多通阀202的切换，进行样气采集以及进样分析。
34.富集装置300，所述富集装置300的两端连接于所述控制阀箱200，所述富集装置300可通过温度控制对样气进行富集浓缩和闪蒸脱附。所述富集装置300采用低温预浓缩技术，采用电子制冷，危险性低，制冷片小，方便安装。
35.分离装置，与所述控制阀箱200连接，所述分离装置可用于对样气进行分离，去除样气中的干扰组分，以保留待测组分。
36.检测装置，与所述分离装置连接，对去除干扰组分后的所述待测组分进行检测。在本实用新型中，所述检测装置包括检测器502。
37.在本实用新型优选地实施例中，所述第一多通阀201包括第一阀门接口2010、第二阀门接口2011、第三阀门接口2012、第四阀门接口2013、第五阀门接口2014和第六阀门接口2015；所述第二多通阀202包括第七阀门接口2020、第八阀门接口2021、第九阀门接口2022、第十阀门接口2023、第十一阀门接口2024和第十二阀门接口2025；所述第一多通阀201和所述第二多通阀202通过所述第五阀门接口2014和所述第七阀门接口2020连接。
38.在本实用新型优选地实施例中，所述富集装置300的一端通过第一两通阀301与所述第一六通阀的第六阀门接口2015连接，另一端通过第二两通阀302与所述第一六通阀的第三阀门接口2012连接。当对样气进行闪蒸脱附时，同时对所述吸附管进行快速加热“闪蒸”，以不低于100℃/s的升温速率迅速升温至不低于300℃，将所述吸附管内的vocs瞬间气化，闪蒸出来，并保证闪蒸温度对所述吸附管持续进行加热脱附；通过所述第一两通阀301和所述第二两通阀302关闭，确保脱附出的样气无流失，减小峰展宽，优化峰型。
39.优选地，所述富集装置300包括壳体以及设于所述壳体内的吸附管，所述吸附管内装填有吸附剂。可以理解的是，为了方便所述吸附管的更换，在本实用新型中，所述吸附管与所述壳体可拆卸连接，提高现场运维效率，节约运维时间。其中，所述吸附管的吸附范围为c2
‑
c20，所述吸附剂包括carbopack c、carbopack b、carboxen 1000，完全符合hj644
‑
2013、hj759
‑
2015等相关标准对所述吸附管的要求。所述壳体采用pa66材料制成。所述pa66材料为聚己二酰己二胺，一种热塑性竖直材料，俗称尼龙
‑
66，分子主链的重复结构单元中，含有酰胺基的一类热塑树脂。
40.在本实用新型优选地实施例中，所述分离装置包括预分离柱501，所述预分离柱501设于所述第八阀门接口2021和第十一阀门接口2024之间的连接管路上。所述预分离柱501对样气中的待测组分和干扰组分进行分离，使干扰组分留在预分离柱501中。
41.在本实用新型优选地实施例中，所述分离装置还包括分析柱500，所述分析柱500的一端与所述第十二阀门接口2025连接，另一端与所述检测装置连接。所述分析柱500用于对从所述预分离柱501出来的所述待测组分进行二次分离，进一步减少干扰组分的影响。同时，所述预分离柱501通过保留样气中重组分的方式保护了所述分析柱500。
42.所述分离装置和检测装置采用双阀双柱单检测器502的气路原理，所述预分离柱501以及所述分析柱500通过中心切割的柱连接方式，实现对所述干扰组分的分离以及所述分析柱500的保护，缩短了分析周期，其中，所述待测组分通过所述预分离柱501后进入所述分析柱500分离，最后进入所述检测器502进行检测，所述干扰组分通过所述第二载气气源601被反向吹出所述预分离柱501。
43.在本实用新型优选地实施例中，所述第四阀门接口2013连接有用于进样及反吹的第一载气气源600，所述第十阀门接口2023连接有用于反吹预分离柱501的第二载气气源601，所述第九阀门接口2022连接有反吹气出口800。所述第一载气气源600以及所述第二载气气源601均通过epc(电子压力控制器)进行气体压力控制，其控制精度高，稳定性强，尤其对脱附载气的控制，可使载气保持最佳脱附流速通过所述富集装置300，以达到最佳脱附效果，减小扩散，优化峰型。优选地，所述第一载气气源600和所述第二载气气源601均为氮气或零级空气气源701。
44.当气相色谱仪处于第一工作状态时，其中所述第一工作状态为对样气进行富集浓缩。如图1所示，由于为了维持所述检测器502稳定工作，所述第一载气气源600通过所述分析柱500进入所述检测装置；所述第二载气气源601反吹所述预分离柱501，将上一次进样分析完成后预分离柱501内会残留不需要被分析的物质通过反吹气出口800排出，保证预分离柱501再下次进样分析时，可正常工作。
45.此时，所述第一阀门接口2010与第六阀门接口2015连通，所述第二阀门接口2011与所述第三阀门接口2012连通，所述第四阀门接口2013与第五阀门接口2014连通，所述第
五阀门接口2014与第七阀门接口2020连通，所述第七阀门接口2020与第十二阀门接口2025连通，所述第八阀门接口2021与第九阀门接口2022连通，所述第十阀门接口2023与第十一阀门接口2024连通。
46.当气相色谱仪处于第二工作状态时，其中所述第二工作状态为对样气进行闪蒸脱附。需要注意的是，如图2所示，对样气进行闪蒸脱附，所述第一多通阀201、所述第二多通阀202的连通方式；与对样气进行富集浓缩时，所述第一多通阀201、所述第二多通阀202的连通方式一样。即对样气进行闪蒸脱附，所述第一载气气源600和所述第二载气气源601的流向与对样气进行富集浓缩一致。此时，所述第一两通阀301和第二两通阀302处于关闭状态。
47.当气相色谱仪处于第三工作状态时，其中所述第三工作状态为对样气进行进样分析。如图3所示，当所述样气进样分析时，所述第一载气气源600反向吹扫所述富集装置300的吸附管，将闪蒸脱脱附下的vocs组分带入所述预分离柱501进行分离；所述第二载气气源601通过反吹气出口800排空；富集装置300保持脱附温度加热，持续进行吸附管活化。
48.此时，所述第一阀门接口2010与第二阀门接口2011连通，所述第三阀门接口2012与所述第四阀门接口2013连通，所述第五阀门接口2014与第六阀门接口2015连通，所述第五阀门接口2014与第七阀门接口2020连通，所述第七阀门接口2020与第八阀门接口2021连通，所述第九阀门接口2022与第十阀门接口2023连通，所述第十一阀门接口2024与第十二阀门接口2025连通。
49.如图4所示，当样气全部通过所述预分离柱501后，所述第一载气气源600经过所述富集装置300直接进入所述分析柱500，推动所述样气在经过分析柱500中向前运动，分离后依次进入检测装置被检测；所述第二载气气源601继续反向吹扫预分离柱501，将干扰组分反吹通过反吹气出口800排空。
50.此时，所述第一阀门接口2010与第二阀门接口2011连通，所述第三阀门接口2012与所述第四阀门接口2013连通，所述第五阀门接口2014与第六阀门接口2015连通，所述第五阀门接口2014与第七阀门接口2020连通，所述第七阀门接口2020与第十二阀门接口2025连通，所述第八阀门接口2021与第九阀门接口2022连通，所述第十阀门接口2023与第十一阀门接口2024连通。
51.在本实用新型优选地实施例中，还包括与所述检测装置连接的氢气气源700气源和空气气源701气源，所述氢气气源700气源和所述空气气源701气源用于维持所述检测装置的燃烧。
52.在本实用新型优选地实施例中，还包括用于控制样气进入所述富集装置300的样气流量控制装置100，所述样气流量控制装置100的一端与样气进口101连接，另一端与所述第一阀门接口2010连接。稳定控制样气进入所述富集装置300的流量，可确保样气保持最佳采样流速通过所述富集装置300的吸附管，防止吸附管穿透。所述样气流量控制装置100包括mfc电子流量控制器，电子化操作方便调节流速，其流量控制精度为
±
0.1ml/min，采样流量为0
‑
100ml/min。
53.在本实用新型优选地实施例中，还包括用于抽取样气的抽气装置400，所述抽气装置400连接于所述第二阀门接口2011。所述抽气装置400包括但不局限于抽气泵，所述抽气装置400上设置有样气出口401。通过mfc控制器和抽气泵相结合，采用负压采样的方式进行样气采集，防止抽气泵污染对测量造成干扰。
54.样气在所述抽气装置400的作用下进入色谱仪，经过所述样气流量控制装置100控制后以恒定流速进入所述富集装置300进行富集，所述富集装置300在零下50℃的条件下，对样气进行富集；所述第一载气源经过epc稳定压力后以恒定流速通过所述分析柱500进入所述检测器502，所述第二载气源经过epc稳定压力后以恒定流速反吹所述预分离柱501，在采样完成后，关闭所述抽取装置，进行采样气路的压力平衡。
55.本实用新型是这样实现的，工作时，样气通过样气流量控制装置100控制后以恒定的流速进入所述富集装置300内，所述富集装置300在零下50℃的低温下对样气进行富集浓缩；富集浓缩完成后，对样气进行闪蒸脱附，与所述富集装置300的输入端、输出端对应连接的第一两通阀301以及第二两通阀302关闭，对所述富集装置300进行快速加热，使吸附在所述富集装置300内的样气瞬间解吸附，并对所述富集装置300持续加热，提高脱附效率；在样气闪蒸脱附完成后，所述第一两通阀301、所述第二两通阀302打开，样气被第一载气气源600带出进入所述分离装置的预分离柱501和分析柱500，所述分离装置对样气中的所述待测组分以及干扰组分进行分离后，所述待测组分进入检测装置可被检测，而所述干扰组分被第二载气气源601反向吹出所述预分离柱501并且排空。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
57.以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。