全文摘要
本实用新型提供一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，所述在线分析设备包括：气瓶、颗粒物气源、称重模块、光加热模块、电加热模块、制冷模块、抽气泵以及PTR质谱。本实用新型能够在线对颗粒物中VOCs成分进行检测，其实时性较好，且检测速度较快。同时，本实用新型采用光加热和电加热的方式进行颗粒物解离，并利用质子转移质谱(PTR)进行检测，减少了碎片峰的影响，保证了测量结果的准确性。
主设计要求
1.一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述在线分析设备包括：气瓶、颗粒物气源、称重模块、光加热模块、电加热模块、制冷模块、抽气泵以及PTR质谱；所述气瓶和颗粒物气源分别通过管道连接至所述称重模块的进口端，所述称重模块包括：滤膜、下腔体、锥形管，所述滤膜位于所述下腔体的进口处，所述锥形管位于所述下腔体的出口处，所述光加热模块朝向所述滤膜设置，所述称重模块的出口端通过管道连接至所述PTR质谱，所述电加热模块和制冷模块设置于所述称重模块的出口端和PTR质谱之间，所述抽气泵通过管道连接至所述称重模块的出口端和电加热模块之间。
设计方案
1.一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述在线分析设备包括：气瓶、颗粒物气源、称重模块、光加热模块、电加热模块、制冷模块、抽气泵以及PTR质谱；
所述气瓶和颗粒物气源分别通过管道连接至所述称重模块的进口端，所述称重模块包括：滤膜、下腔体、锥形管，所述滤膜位于所述下腔体的进口处，所述锥形管位于所述下腔体的出口处，所述光加热模块朝向所述滤膜设置，所述称重模块的出口端通过管道连接至所述PTR质谱，所述电加热模块和制冷模块设置于所述称重模块的出口端和PTR质谱之间，所述抽气泵通过管道连接至所述称重模块的出口端和电加热模块之间。
2.根据权利要求1所述的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述气瓶连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有第一电磁阀，所述颗粒物气源连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有第二电磁阀，所述抽气泵连接至所述称重模块的出口端和电加热模块之间的管路上设置有第三电磁阀。
3.根据权利要求1所述的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述颗粒物气源为大气或者能够产生颗粒的烟雾腔。
4.根据权利要求1所述的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述颗粒物气源连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有对粒径范围进行选择的切割头。
5.根据权利要求1所述的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述光加热模块包括：扣合于所述称重模块上的盖体以及设置于所述盖体的内侧面上并朝向所述滤膜设置的LED灯。
6.根据权利要求5所述的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述内侧面为斜面，所述LED灯为多个，多个LED灯等间距周向地分布于所述斜面上。
7.根据权利要求1所述的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述在线分析设备还包括：第一缓冲腔和第二缓冲腔，所述气瓶、颗粒物气源、称重模块的进口端共同连接至所述第一缓冲腔上，所述称重模块的出口端、抽气泵、PTR质谱共同连接至所述第二缓冲腔上。
8.根据权利要求1所述的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述电加热模块包括加热丝，所述制冷模块包括：多层半导体制冷片、设置于多层半导体制冷片上的导热体和毛细不锈钢管、设置于所述导热体上的陶瓷加热块。
9.根据权利要求1所述的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其特征在于，所述在线分析设备还包括连接至所述PTR质谱上的水罐。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及VOCs分析技术领域，尤其涉及一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备。
背景技术
为了对大气质量进行监控，经常需要对大气颗粒物中含有的VOCs进行分析。VOCs(volatile organic compounds)是指挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa、常压下沸点在50～260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体，其对人体危害较大。为了对VOCs的具体成分进行分析，目前的方法主要是采集测量点的大气气样，然后带回实验室中进行分析，其实时性较差，且操作较为复杂，不利于大气颗粒物中含有的VOCs成分的快速分析。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析方法及设备，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析方法，其包括：
在t1时间段内，过滤空气中的预设粒径的颗粒物，并将过滤后的空气通入到PTR质谱中，测量空气中的基础成分，同时测得过滤掉的颗粒物的质量m1；
在t2时间段内，持续通入过滤的空气，对过滤的空气进行加热，使其中能通过滤膜的细颗粒物解离，PTR质谱测量空气中的基础成分以及通过加热的细颗粒物挥发的VOCs成分，同时测得过滤掉的颗粒物的质量m2；
在t3时间段内，停止通入空气，向过滤得到的颗粒物吹送干燥气体，测得干燥后过滤的颗粒物的质量m3；
在t4时间段内，对过滤的颗粒物进行光加热，使得颗粒物中的VOCs挥发，进一步进行电加热解离后，冷阱浓缩，PTR质谱测得大气颗粒物中VOCs成分，同时测得经过过光加热解离后剩余的颗粒物的质量m4；
其中，(m3-m4)\/m3为颗粒物中VOCs的占比，并利用PTR质谱测量的结果对大气颗粒物中VOCs的成分进行评估。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其包括：气瓶、颗粒物气源、称重模块、光加热模块、电加热模块、制冷模块、抽气泵以及PTR质谱；
所述气瓶和颗粒物气源分别通过管道连接至所述称重模块的进口端，所述称重模块包括：滤膜、下腔体、锥形管，所述滤膜位于所述下腔体的进口处，所述锥形管位于所述下腔体的出口处，所述光加热模块朝向所述滤膜设置，所述称重模块的出口端通过管道连接至所述PTR质谱，所述电加热模块和制冷模块设置于所述称重模块的出口端和PTR质谱之间，所述抽气泵通过管道连接至所述称重模块的出口端和电加热模块之间。
优选地，所述气瓶连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有第一电磁阀，所述颗粒物气源连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有第二电磁阀，所述抽气泵连接至所述称重模块的出口端和电加热模块之间的管路上设置有第三电磁阀。
优选地，所述颗粒物气源为大气或者能够产生颗粒的烟雾腔。
优选地，所述颗粒物气源连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有对粒径范围进行选择的切割头。
优选地，所述光加热模块包括：扣合于所述称重模块上的盖体以及设置于所述盖体的内侧面上并朝向所述滤膜设置的LED灯。
优选地，所述内侧面为斜面，所述LED灯为多个，多个LED灯等间距周向地分布于所述斜面上。
优选地，所述在线分析设备还包括：第一缓冲腔和第二缓冲腔，所述气瓶、颗粒物气源、称重模块的进口端共同连接至所述第一缓冲腔上，所述称重模块的出口端、抽气泵、PTR质谱共同连接至所述第二缓冲腔上。
优选地，所述电加热模块包括加热丝，所述制冷模块包括：多层半导体制冷片、设置于多层半导体制冷片上的导热体和毛细不锈钢管、设置于所述导热体上的陶瓷加热块。
优选地，所述在线分析设备还包括连接至所述PTR质谱上的水罐。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型能够在线对颗粒物中VOCs成分进行检测，其实时性较好，且检测速度较快。同时，本实用新型采用光加热和电加热的方式进行颗粒物解离，并利用质子转移质谱(PTR)进行检测，减少了碎片峰的影响，保证了测量结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备的平面示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。
本实用新型提供一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析方法，其包括如下步骤：
在t1时间段内，过滤空气中的预设粒径的颗粒物，并将过滤后的空气通入到PTR质谱中，测量空气中的基础成分，同时测得过滤掉的颗粒物的质量m1；
在t2时间段内，持续通入过滤的空气，对过滤的空气进行加热，使其中能通过滤膜的细颗粒物解离，PTR质谱测量空气中的基础成分以及通过加热的细颗粒物挥发的VOCs成分，同时测得过滤掉的颗粒物的质量m2；
在t3时间段内，停止通入空气，向过滤得到的颗粒物吹送干燥气体，测得干燥后过滤的颗粒物的质量m3；
在t4时间段内，对过滤的颗粒物进行光加热，使得颗粒物中的VOCs挥发，进一步进行电加热解离后，冷阱浓缩，PTR质谱测得大气颗粒物中VOCs成分，同时测得经过过光加热解离后剩余的颗粒物的质量m4；
其中，(m3-m4)\/m3为颗粒物中VOCs的占比，并利用PTR质谱测量的结果对大气颗粒物中VOCs的成分进行评估。
从而，通过计算m4和m3的差值可以获得颗粒物中VOCs的质量；通过PTR普通可以获得VOCs的成分；通过计算m3和m2的质量差，可以获得颗粒物中的含水率。进行评估时，具体可根据PTR质谱测量的VOCs的成分对所代表的空气质量进行评价等。
此外，需要说明的是，t1、t2、t3、t4为连续的时间段，即t2自t1结束时起始，自t3起始时结束。当需要不间断测量时，可使得两个相同的部分同时工作，此时满足：t3+t4＜t1+t2，其中t1的时间长度可以等于t2的时间长度。
如图1所示，本实用新型还提供一种大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备，其包括：气瓶1、颗粒物气源、称重模块、光加热模块、电加热模块13、制冷模块14、抽气泵17以及PTR质谱19。
所述气源用于提供干燥气体，其通过管道连接至所述称重模块的进口端。所述干燥气体优选为氦气，其化学性质稳定，不会参与反应，影响检测结果。相应的，所述气瓶1连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有第一电磁阀2。
所述颗粒物气源用于提供含有颗粒物的待检测气样，根据气样的来源，所述颗粒物气源可以为大气或者是能够通过反应提供颗粒物的烟雾腔4。所述颗粒物气源通过管道连接至所述称重模块的进口端。相应的，所述颗粒物气源连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有第二电磁阀5。
所述称重模块用于实现过滤和称重。具体地，所述称重模块的主要结构为：滤膜9、下腔体10、锥形管11。
其中，所述滤膜9位于所述下腔体10的进口处，所述滤膜9为石英滤膜9。此时，粒径为100nm的颗粒可以通过滤膜9，进而保证了2.5um-100nm的颗粒截留在滤膜9上。所述锥形管11位于所述下腔体10的出口处。
所述称重模块的测量原理基于微量振荡天平法。具体地，微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管11，在其振荡端安装可更换的滤膜9，振荡频率取决于锥形管11特征和其质量。当采样气流通过滤膜9，其中的颗粒物沉积在滤膜9上，滤膜9的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜9上颗粒物的质量。由于其属于一种现有的测量方法，本实用新型不对其进行详细介绍。
所述颗粒物气源连接至所述称重模块的进口端的管路上设置有对粒径范围进行选择的切割头3。其中，所述切割头3依靠自身的抽速实现对粒径的选择。所述切割头3为现有的产品，例如可以采用型号以为URG-2000-30ED的切割头3。
所述光加热模块朝向所述滤膜9设置，其用于对截留在滤膜9上的颗粒物进行光加热。如此，以使得颗粒物中的VOCs挥发，进入到PTR质谱19中进行检测。同时，不会破坏VOCs的成分，保证了测量结果的准确性。
在一个实施方式中，所述光加热模块包括：扣合于所述称重模块上的盖体7以及设置于所述盖体7的内侧面上并朝向所述滤膜9设置的LED灯8。为了保证加热的均匀，所述内侧面为斜面，所述LED灯8为多个，多个LED灯8等间距周向地分布于所述斜面上。优选地，斜面的角度为45°，LED灯8的数量为8个。
所述称重模块的出口端通过管道连接至所述PTR质谱19，所述电加热模块13和制冷模块14设置于所述称重模块的出口端和PTR质谱19之间。
其中，所述电加热模块13用于对通过滤膜9的颗粒物进行加热，以使得VOCs挥发，以进入到PTR质谱19中进行成分检测。所述电加热模块13包括加热丝。所述制冷模块14用于先通过制冷实现有机物冷凝，然后再通过加热挥发出来，以便下一步进入质谱。具体而言，所述制冷模块14为一种冷阱结构，其包括：多层半导体制冷片、设置于多层半导体制冷片上的导热体和毛细不锈钢管、设置于所述导热体上的陶瓷加热块。从而，有机物可冷凝到不锈钢毛细管壁上。
所述抽气泵17用于将气样泵入到PTR质谱19中，其通过管道连接至所述称重模块的出口端和电加热模块13之间。相应的，所述抽气泵17连接至所述称重模块的出口端和电加热模块13之间的管路上设置有第三电磁阀16。
为了保证气流的稳定性，所述在线分析设备还包括：第一缓冲腔6和第二缓冲腔12。此时，所述气瓶1、颗粒物气源、称重模块的进口端共同连接至所述第一缓冲腔6上，所述称重模块的出口端、抽气泵17、PTR质谱19共同连接至所述第二缓冲腔12上。
所述在线分析设备还包括连接至所述PTR质谱19上的水罐18，以及位于所述PTR质谱19进口管上的质量流量计15。
本实用新型的大气颗粒物中VOCs成分在线分析设备工作时：
首先，第一电磁阀2关闭、第二电磁阀5打开、第三电磁阀16打开，抽气泵17打开，光加热模块关闭，电加热块关闭，制冷模块14打开浓缩，称重模块在线测量颗粒物浓度。t1时间后，VOC挥发进入PTR质谱19。PTR质谱19获得正常情况下气体数据，称重模块获得颗粒物质量m1。
然后，第一电磁阀2关闭、第二电磁阀5打开、第三电磁阀16打开，抽气泵17打开，光加热模块关闭，电加热块打开，制冷模块14打开浓缩，称重模块在线测量颗粒物浓度。t2时间后，VOC挥发进入PTR质谱19。PTR质谱19获得细颗粒+正常条件下VOCs数据，称重模块获得颗粒物质量m2。
然后，第一电磁阀2打开、第二电磁阀5关闭、第三电磁阀16关闭，抽气泵17关闭，光加热模块关闭，电加热块关闭，制冷模块14打开浓缩，称重模块在线测量颗粒物浓度。t3时间后，VOC挥发进入PTR质谱19。PTR质谱19获得细颗粒+正常条件下VOCs数据，称重模块获得干燥后颗粒物质量m3。
最后，第一电磁阀2打开、第二电磁阀5关闭、第三电磁阀16关闭，抽气泵17关闭，光加热模块打开，电加热块打开，制冷模块14打开浓缩，称重模块在线测量颗粒物浓度。t4时间后，VOC挥发进入PTR质谱19。PTR质谱19获得颗粒物中VOCs数据，称重模块获得VOCs挥发后颗粒物质量m4。
综上所述，本实用新型能够在线对颗粒物中VOCs成分进行检测，其实时性较好，且检测速度较快。同时，本实用新型采用光加热和电加热的方式进行颗粒物解离，并利用质子转移质谱(PTR)进行检测，减少了碎片峰的影响，保证了测量结果的准确性。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822256426.X
申请日:2018-12-29
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:34(安徽)
授权编号:CN209460085U
授权时间:20191001
主分类号:G01N 5/02
专利分类号:G01N5/02;G01N15/00;G01N15/06;G01N27/62
范畴分类:31E;
申请人:阜阳师范学院
第一申请人:阜阳师范学院
申请人地址:230000 安徽省阜阳市清河西路100
发明人:朱辉;程平;周振
第一发明人:朱辉
当前权利人:阜阳师范学院
代理人:李思睿
代理机构:32293
代理机构编号:苏州国诚专利代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计