全文摘要
本实用新型公布了一种环境空气中甲醛含量的在线监测装置，将采样模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路以及显示屏均置于机壳内；采用玻璃螺旋管作为气态甲醛捕集阱，对空气中甲醛的捕集效率高达98.5％，捕集效率高、体积小、结构简单、可放置室外；通过长光程在线流通池的应用，提高了湿化学与吸收光谱技术对甲醛检测的灵敏度和检测限；通过多级精准的温度控制确保了准确、稳定的测量；通过电磁驱动微量泵精准地控制溶液流速；本装置基于气体扩散吸收捕集的湿化学法和吸收光谱检测技术，实现对环境空气种甲醛含量进行实时在线检测，可现场在线连续监测环境空气中的甲醛含量。
主设计要求
1.一种环境空气中甲醛含量的在线监测装置，包括机壳、采样模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路以及显示屏；其中，采样模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路以及显示屏均置于机壳内，且显示屏内嵌在机壳上；所述采样模块包括采样管路、除甲醛装置、电磁三通阀、颗粒物过滤头、螺旋管捕集阱、冷凝装置、气液分离装置、干燥管、气体流量计和真空隔膜泵；所述螺旋管捕集阱采用玻璃管绕制螺纹状结构，一端是气体和液体的入口，另一端是气液分离腔；整体采用硬质玻璃管包覆，以增强结构和提供水浴夹层；水浴夹层为捕集阱提供恒温水浴；所述反应模块包括混合三通、反应釜和除气泡装置；所述检测模块包括微孔过滤膜、全反射长光程在线流通池、光源、光电探测器以及恒温箱；所述溶液输送模块包括四个电磁驱动微量泵和两个蠕动泵；所述控制与数据采集电路包括设有USB端口的主电路板，通过主电路板对各模块的温度进行控制、对溶液输送模块进行控制，并采集和输出各模块温度信息和检测信号，信号数据从USB端口输出；采样模块的螺旋管捕集阱的后端连接溶液输送模块的第二电磁驱动微量泵，再通过反应模块的混合三通与反应模块的反应釜连接；反应釜连接到除气泡装置，除气泡装置与溶液输送模块的第四电磁驱动微量泵连接，再接入微孔过滤膜，之后进入检测模块的全反射长光程在线流通池；第一电磁驱动微量泵将吸收液与采样模块相连，第二电磁驱动微量泵将螺旋管捕集阱与反应模块的混合三通相连，第三电磁驱动微量泵将衍生液与反应模块的混合三通相连，第四电磁驱动微量泵将反应模块的除气泡装置与检测模块的微孔过滤膜相连；第一蠕动泵与检测模块中的全反射长光程在线流通池相连；第二蠕动泵与采样模块中的气液分离装置后端相连；所述控制与数据采集电路与显示屏相连接；采样模块用于对环境空气中的甲醛进行采样，将空气中的甲醛转化为液相待测样品；反应模块用于对液相待测样品进行染色，使含有甲醛的液相待测样品在恒定高温下与2,4-戊二酮发生衍生化反应生成黄色待测样品DDL；溶液输送模块用于精确配送吸收液、衍生液和待测组分，并输送清洗溶液和排出废液检测模块用于检测光信号强度；光信号强度通过控制与数据采集电路转化输出为电压信号数据进行存储，并在显示屏上显示。
设计方案
1.一种环境空气中甲醛含量的在线监测装置，包括机壳、采样模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路以及显示屏；其中，采样模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路以及显示屏均置于机壳内，且显示屏内嵌在机壳上；
所述采样模块包括采样管路、除甲醛装置、电磁三通阀、颗粒物过滤头、螺旋管捕集阱、冷凝装置、气液分离装置、干燥管、气体流量计和真空隔膜泵；所述螺旋管捕集阱采用玻璃管绕制螺纹状结构，一端是气体和液体的入口，另一端是气液分离腔；整体采用硬质玻璃管包覆，以增强结构和提供水浴夹层；水浴夹层为捕集阱提供恒温水浴；
所述反应模块包括混合三通、反应釜和除气泡装置；
所述检测模块包括微孔过滤膜、全反射长光程在线流通池、光源、光电探测器以及恒温箱；
所述溶液输送模块包括四个电磁驱动微量泵和两个蠕动泵；
所述控制与数据采集电路包括设有USB端口的主电路板，通过主电路板对各模块的温度进行控制、对溶液输送模块进行控制，并采集和输出各模块温度信息和检测信号，信号数据从USB端口输出；
采样模块的螺旋管捕集阱的后端连接溶液输送模块的第二电磁驱动微量泵，再通过反应模块的混合三通与反应模块的反应釜连接；反应釜连接到除气泡装置，除气泡装置与溶液输送模块的第四电磁驱动微量泵连接，再接入微孔过滤膜，之后进入检测模块的全反射长光程在线流通池；第一电磁驱动微量泵将吸收液与采样模块相连，第二电磁驱动微量泵将螺旋管捕集阱与反应模块的混合三通相连，第三电磁驱动微量泵将衍生液与反应模块的混合三通相连，第四电磁驱动微量泵将反应模块的除气泡装置与检测模块的微孔过滤膜相连；第一蠕动泵与检测模块中的全反射长光程在线流通池相连；第二蠕动泵与采样模块中的气液分离装置后端相连；所述控制与数据采集电路与显示屏相连接；
采样模块用于对环境空气中的甲醛进行采样，将空气中的甲醛转化为液相待测样品；
反应模块用于对液相待测样品进行染色，使含有甲醛的液相待测样品在恒定高温下与2,4-戊二酮发生衍生化反应生成黄色待测样品DDL；
溶液输送模块用于精确配送吸收液、衍生液和待测组分，并输送清洗溶液和排出废液检测模块用于检测光信号强度；
光信号强度通过控制与数据采集电路转化输出为电压信号数据进行存储，并在显示屏上显示。
2.如权利要求1所述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，其特征是，所述机壳采用铝制材料，采用聚四氟涂层进行喷涂加工，以防酸性溶液腐蚀。
3.如权利要求1所述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，其特征是，所述机壳设显示屏窗口和可操作窗口；所述可操作窗口中放置微量泵、蠕动泵、螺旋管捕集阱和微孔过滤膜，以便日常维护及测量过程的观察。
4.如权利要求1所述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，其特征是，所述采样模块中，所述采样管路采用1\/4”四氟硬管；使用真空隔膜泵抽取空气样品，通入螺旋管捕集阱中；采用1\/16”的四氟管通入螺旋管捕集阱pH＝5的稀硫酸溶液作为甲醛吸收液。
5.如权利要求1所述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，其特征是，所述采样模块中，螺旋管捕集阱采用内径2mm的玻璃管，绕制成直径为22mm的螺纹状结构；冷凝装置包括循环水泵、制冷片、小型水箱、风扇、散热片和温度传感器，并通过硅胶管将水泵、水箱与螺旋管捕集阱外部冷凝水相连。
6.如权利要求1所述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，其特征是，所述反应模块中，衍生液与吸收甲醛的待测溶液同时通过混合三通进入反应釜中，所述反应釜具体采用长度为90cm的四氟管盘绕在导热金属圆柱体上制成，内置的加热棒和温度传感器将反应釜温度控制于75℃以加速衍生化反应。
7.如权利要求1所述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，其特征是，所述除气泡装置为微型的除气泡装置，采用玻璃材质。
8.如权利要求1所述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，其特征是，所述检测模块中，全反射长光程在线流通池包括凸透镜、光路液路切入交汇端口、全反射石英毛细柱、光路液路切出分叉端口和恒温模块；光经过透镜后进入光路液路切入交汇端口，使光路与液路混合；流通池采用全反射石英毛细柱；光路和液路均经光路液路切出分叉端口流出；所述光源采用415nm单一波长的稳定LED冷白光源。
9.如权利要求1所述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，其特征是，所述检测模块中，光源和光电探测器置于大容量铝制恒温箱以保持检测单元的温度稳定性。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于环境监测技术领域，涉及环境空气质量在线监测技术，尤其涉及一种环境空气中甲醛含量的在线监测装置。
背景技术
甲醛(HCHO)是一种高活性的化合物，它不仅是一种大气挥发性有机物氧化反应的示踪物质，在自由基和臭氧的光化学反应中也起着重要的作用。除室外大气外，室内也往往检测出几倍于室外浓度的甲醛，人体长期暴露于高浓度的甲醛下，会刺激眼睛、呼吸道，继而引发头疼、恶心等症状，严重的会诱发鼻咽癌、白血病等癌症。为此，美国环保署从1991年开始将甲醛认定为人体潜在致癌物，国际癌症研究机构(IARC)于2004年将甲醛列为人体致癌物。因此，对大气中甲醛进行准确测量不仅能更好地研究对流层化学，并且也对公共健康有至关重要的作用。
目前，常见的环境空气甲醛的监测技术有光谱法、质谱法和湿化学法。光谱法和质谱法都具有较高的时间分辨率，且光谱法准确度高，但其造价高、体积大、维修困难及灵敏度低等特性也限制了其在甲醛测定方面的运用。湿化学法因其成本低、运行简便且灵敏度高的优点成为气态甲醛检测的常用方法，主要包括2,4-二硝基苯肼法(DNPH)和Hantzsch法。DNPH法是大气甲醛测定的标准方法，该方法具有测量结果准确、能同时测定大气中多种羰基化合物含量的优点，但该方法通常为离线检测，较难实现在线测量，时间分辨率较低。德国Aerolaser公司的甲醛分析仪是一种基于Hantzsch反应与荧光法的甲醛在线检测仪器，虽然其具有灵敏度高、选择性高及实现较快速在线检测等优点，但该方法和仪器仍然存在基线容易漂移、维护频繁及易受震动影响等不足。
专利《一种检测空气中甲醛浓度的方法》中采用吸收液萃取空气中甲醛，并通过丙酮内标溶液与其反应后，采用液相色谱检测。《空气中甲醛检测仪》采用试纸反射式比色法提供了一种可以现场快速定量空气中甲醛含量的分析仪器。虽然它们实现了现场的快速准确测量，却无法做到甲醛的在线连续监测。
专利《低功耗快速甲醛检测设备》和《一种抗干扰的检测空气中微量甲醛的分析仪器》则提供了采用电化学传感器的甲醛测定仪器，但电化学传感器存在受其他气体干扰大、传感器寿命有限、测量不准确及测量浓度范围小等不足。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种环境空气中甲醛含量的在线监测装置，该装置基于气体扩散吸收捕集的湿化学法和吸收光谱检测技术，实现对环境空气种甲醛含量进行实时在线检测，可现场在线连续监测环境空气中的甲醛含量。
本实用新型的原理是：本实用新型提供了利用湿式气体扩散捕集原理和长光程在线流通池技术的环境空气甲醛在线监测装置，采样模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路以及显示屏均置于机壳内；采用电磁驱动微量泵，对微量溶液进行精准控制，并减少日常维护，实现大气中低浓度甲醛的快速、在线和连续测量。本实用新型采用结合湿化学法和光谱法进行环境空气甲醛的在线监测，为大气中甲醛在线测量提供一种新型测量技术。采样过程中，空气在真空隔膜泵的作用下通过螺旋管捕集阱，吸收液也从同一端进入螺旋管捕集阱，吸收液依靠液体张力在管壁形成液膜。由于在螺旋管捕集阱中气液界面增大，空气的气体组分在界面间扩散、传质，与吸收液充分接触吸收。然后在螺旋管捕集阱的另一端实现气液分离。使用2,4-戊二酮(乙酰丙酮)作为甲醛的衍生液，甲醛溶液与乙酰丙酮在高温条件下发生衍生化反应生成黄色化合物(3,5-二乙酰基-1,4-二氢二甲基吡啶(DDL))，在波长为415nm处的吸收最强。采用全反射长光程在线流通池使溶液在全反射流通池中多次吸收反射光，从而提高检测灵敏度和检测限。吸收了待测组分(甲醛)的液相待测样品经衍生化反应后进入到全反射长光程在线流通池，此时根据朗伯比尔定律，在波长为415nm的特殊光源照射和一定的吸收层厚度下，待测组分的浓度大小与其吸光度成正比。根据吸光度即可实现环境空气中甲醛含量的在线监测。
本实用新型提供的技术方案是：
一种环境空气中甲醛含量的在线监测装置，包括机壳、采样模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路以及显示屏。其中，采样模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路以及显示屏均置于机壳内，且显示屏内嵌在机壳上。
所述采样模块包括采样管路、除甲醛装置、电磁三通阀、颗粒物过滤头、螺旋管捕集阱、冷凝装置、气液分离装置、干燥管、气体流量计和真空隔膜泵。所述反应模块包括混合三通、反应釜和除气泡装置。采样模块的螺旋管捕集阱的后端连接溶液输送模块的第二电磁驱动微量泵，再通过反应模块的混合三通与反应模块的反应釜连接；所述检测模块包括微孔过滤膜、全反射长光程在线流通池、光源、光电探测器以及恒温箱。反应釜连接到除气泡装置，除气泡装置与溶液输送模块的第四电磁驱动微量泵连接，再接入微孔过滤膜，之后进入检测模块的全反射长光程在线流通池；所述溶液输送模块包括四个电磁驱动微量泵和两个蠕动泵。第一电磁驱动微量泵将吸收液与采样模块相连，第二电磁驱动微量泵将螺旋管捕集阱与反应模块的混合三通相连，第三电磁驱动微量泵将衍生液与反应模块的混合三通相连，第四电磁驱动微量泵将反应模块的除气泡装置与检测模块的微孔过滤膜相连。第一蠕动泵与检测模块中的全反射长光程在线流通池相连；第二蠕动泵与采样模块中的气液分离装置后端相连。
所述控制与数据采集电路包括设有USB端口的主电路板，通过主电路板对各模块温度进行控制、对溶液输送模块进行控制，并采集和输出各模块温度信息和检测信号，信号数据从USB端口输出。各模块温度、流量、检测信号及空气甲醛含量于显示屏上显示，所述的控制与数据采集电路与显示屏相连接。采样模块用于对环境空气中的甲醛进行采样，将空气中的甲醛转化为液相待测样品；反应模块用于对液相待测样品进行染色，使含有甲醛的液相待测样品在恒定高温下与2,4-戊二酮发生衍生化反应生成黄色待测样品DDL；检测模块用于检测光信号强度；光信号强度通过控制与数据采集电路转化输出为电压信号数据进行存储，并在显示屏上显示。溶液输送模块用于精确配送吸收液、衍生液和待测组分，并输送清洗溶液和排出废液。
针对上述环境空气中甲醛含量的在线监测装置，进一步地：
所述机壳采用铝制材料，整体采用聚四氟涂层进行喷涂加工，以防酸性溶液腐蚀。机壳设显示屏窗口和可操作窗口，其中所述可操作窗口中放置微量泵、蠕动泵、螺旋管捕集阱以及微孔过滤膜，以便日常维护及测量过程的观察。
所述采样模块中，所述采样管路采用1\/4”四氟硬管，使用真空隔膜泵抽取空气样品，通入螺旋管捕集阱中，同时采用1\/16”的四氟管通入螺旋管捕集阱pH＝5的稀硫酸溶液作为甲醛吸收液。其中，核心部件螺旋管捕集阱采用内径2mm的玻璃管，绕制成直径为22mm的螺纹状结构，一端(左端)是气体和液体的入口，另一端(右端)是气液分离腔，整体用硬质玻璃管包覆，以增强结构和提供水浴夹层。同时，水浴夹层为捕集阱提供恒温水浴，稳定于20℃。捕集阱恒温单元保障了待测组分在恒定温度下被捕捉，避免温度变化导致的样品捕集效率波动；且除泡功能避免了气泡对检测的干扰。所述冷凝装置包括循环水泵、制冷片、小型水箱、风扇、散热片和温度传感器，并通过硅胶管将水泵、水箱与螺旋管捕集阱外部冷凝水相连。
所述反应模块中，衍生液与吸收甲醛的待测溶液同时通过混合三通(聚四氟三通)进入反应釜中，在高温条件下发生衍生化反应生成黄色物质DDL。由于该反应在室温下反应较缓慢，所述反应釜具体采用长度为90cm的四氟管盘绕在导热金属圆柱体上制成，内置的加热棒和温度传感器将反应釜温度控制于75℃以加速衍生化反应。
所述检测模块中，全反射长光程在线流通池的核心包括凸透镜、光路液路切入交汇端口、全反射石英毛细柱、光路液路切出分叉端口、恒温等模块。光经过透镜后进入光路液路切入交汇端口，使光路与液路混合；为减少死体积及加快测量响应时间，流通池采用全反射石英毛细柱，长度可在0.5～1.5米之间进行择优选择，通过选择不同长度的毛细柱可以获得不同的测量范围，当长度为1.0米时检测限为50pptv，检测范围为0-80ppbv。最后光路和液路均经光路液路切出分叉端口流出。为了避免光源发热量较大且频谱随温度波动比较明显，所述光源采用稳定的LED冷白光源。根据LED的频段特征，选取波长为415nm。所述除气泡装置为微型的除气泡装置，采用玻璃材质。温度不仅影响气体和液体的流速，温度的波动还可能使吸收液中气泡逸出，是数据失效的主要原因，此外，温度造成溶液折射率变化会扰动光的吸收。为了确保光谱吸收及染色反应的稳定性，所述光源和光电探测器置于大容量铝制恒温箱以保持检测单元的温度稳定性，所述恒温箱中内置加热片和温度传感器，温度控制精度在±0.1度。
所述溶液输送模块中四个电磁驱动微量泵用于精确配送吸收液、衍生液和待测组分。两个蠕动泵则分别用于输送清洗溶液和排出废液。
利用上述环境空气中甲醛含量的在线监测装置实现环境空气中甲醛含量的在线监测，包括以下工作步骤：
1)溶液配制，配制稀硫酸溶液，作为吸收液：将15mL浓硫酸稀释至5L配制成吸收液，摇晃均匀；由385g醋酸铵、12.5mL冰醋酸和10mL乙酰丙酮用去离子水稀释至5L配制成衍生液并避光、低温保存，静置12小时。连续不间断的工作时，以上溶液的使用能够维持6天。
2)测量过程：测量过程包括甲醛的采样过程、反应过程和检测过程。
采样过程包括获得零气和环境空气采样；
采用螺旋管捕集阱作为气态污染物捕集阱，以稀硫酸溶液作为吸收液，将采样样品中的甲醛转化为液相待测样品。具体实施时，采用玻璃螺旋管捕集阱。
采样过程中，零气或环境空气在真空隔膜泵的作用下通过螺旋管捕集阱，吸收液也从同一端进入螺旋管捕集阱，吸收液依靠液体张力在管壁形成液膜。由于在螺旋管捕集阱中气液界面增大，空气的气体组分在界面间扩散、传质，与吸收液充分接触吸收。然后在螺旋管捕集阱的另一端实现气液分离。同时，通过恒温水浴使采样温度稳定于20℃，恒温水浴能有效避免室外温差干扰，保证采样过程捕集效率的稳定性。对空气中甲醛的捕集效率达98.5％。
反应过程：使用乙酰丙酮(2,4-戊二酮)作为甲醛的衍生液，甲醛溶液(液相待测样品)与乙酰丙酮在高温条件下发生衍生化反应生成黄色化合物(3,5-二乙酰基-1,4-二氢二甲基吡啶(DDL))，在波长为415nm处的吸收最强。反应过程中温度可以调控，初始设定为75℃，高温加速了衍生化反应，可以提高稳定性和检测限。同时进行避光设计，防止光对反应稳定性的影响。
检测过程：采用全反射长光程在线流通池使溶液在全反射流通池中多次反射吸收光，从而提高检测灵敏度和检测限。采样过程中吸收了待测组分(甲醛)的液相待测样品，经反应过程的衍生化生成DDL后，进入到全反射长光程在线流通池，光源产生的特征波长光被待测组分DDL吸收，之后光信号强度从全反射长光程在线流通池光路出口被光电探测器检出。本实用新型采用415nm的单一波长光源。另外，全反射长光程在线流通池前端的除泡功能避免了气泡对后端光学检测的干扰；同时，检测过程的温度恒定控制于35℃，确保光信号强度检测的稳定性；可获得最佳检测限为50pptv。
3)标零过程：在步骤2)之前需进行30分钟零点标定。标零时，空气首先通过除甲醛装置获取零气，经步骤2)测量得到的光信号强度即为零点的光信号强度。
4)标定过程：每次更换步骤1)配制的溶液后需进行标定过程。
标定过程中，空气首先通过除甲醛装置获取零气。之后进行步骤3)获得零点的光信号强度；再将步骤2)中吸收液换成实验室制备的梯度浓度的甲醛标准溶液，对零气经步骤2)进行测量，得到甲醛标准溶液光信号强度。
5)甲醛含量计算：步骤4)得到甲醛标准溶液光信号强度和零点光信号强度，此时根据朗伯比尔定律，甲醛的浓度大小与吸光度成正比，吸光度与浓度关系如下：
A＝Kc 式2
式中，A为吸光度，I0<\/sub>为步骤4)得到的零点光信号强度，I为步骤4)中的甲醛标准溶液光信号强度，K为系数，c为甲醛的浓度。根据式1和式2，根据步骤4)测量得到的I0<\/sub>，I，和已知相应的c(甲醛标准溶液中甲醛的浓度)，计算得到系数K。
利用得到的系数K，可以根据步骤2)测量得到的某环境空气样本的光信号强度，利用式1和式2计算得到该样本中甲醛的含量，即液相甲醛浓度。
另外，需将液相甲醛浓度换算为气相甲醛浓度，即为环境空气甲醛浓度，换算方法如下：
式中，P为大气压(101kPa),MHCHO<\/sub>为甲醛的摩尔质量(g\/mol)，R为8.314Pa·m3<\/sup>·mol-1<\/sup>·K-1<\/sup>，T为采样模块中螺旋管捕集阱中的温度(单位为K)，Fl<\/sub>为液体流速(0.5mL\/min)，Fg<\/sub>为气体流量(0.7L\/min)，γ为螺旋管捕集阱对空气甲醛的捕集效率(本实用新型为98.5％)。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供一种环境空气中甲醛含量的在线监测装置，
基于气体扩散吸收捕集的湿化学法和吸收光谱检测技术，实现对环境空气种甲醛含量进行实时在线检测，可现场在线连续监测环境空气中的甲醛含量。
本实用新型是一种结合湿化学法和光谱法的环境空气甲醛在线监测技术，为大气中甲醛在线测量提供一种新型测量技术手段。与现有技术相比，本实用新型的技术优势主要体现为如下几方面：
(一)结合化学法和光学法，利用湿式气体扩散捕集原理和全反射长光程在线流通池技术，实现大气中低浓度甲醛的快速、在线和连续测量，响应速度比化学法更快(响应时间为3分钟，数据时间分辨率可达秒级)，测量检测限比光学法高，受干扰程度相比传感器法显著降低。
(二)采用玻璃螺旋管作为气态甲醛捕集阱，对空气中甲醛的捕集效率高达98.5％，具有捕集效率高、体积小、结构简单、可放置室外等特性。
(三)通过长光程在线流通池的应用，利用吸收光谱法，提高了湿化学与吸收光谱技术对甲醛检测的灵敏度和检测限，适用于多种环境下(室外如市区和工业区、室内等)空气甲醛的在线、连续监测。
(四)通过多级精准的温度控制确保了准确、稳定的测量。
(五)通过电磁驱动微量泵精准地控制溶液流速，减少日常维护和由于蠕动泵老化导致的数据丢失。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的环境空气甲醛在线监测装置的外观图；
图2为本实用新型实施例提供的环境空气甲醛在线监测装置的组成结构图；
图3为本实用新型实施例提供的环境空气甲醛在线监测装置中螺旋管捕集阱的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的环境空气甲醛在线监测装置中反应釜的结构示意图；
图1～图4中，1—可操作窗口；2—显示屏；3—除甲醛装置；4—电磁三通阀；5—颗粒物过滤头；6—冷凝装置；7—螺旋管捕集阱；8—反应釜；9—除气泡装置；10—全反射长光程在线流通池；11—光源；12—光电探测器；13—恒温箱；14—气液分离装置；15—干燥管；16—气体流量计；17—真空隔膜泵；18、19、20、21—分别为第一～第四电磁驱动微量泵；22、23—第一蠕动泵、第二蠕动泵；24—冷凝水循环泵；25—温度传感器；26—加热棒；27—加热片；28—三通；29—螺旋管；30—水浴夹层；31—气液分离腔；32—反应釜外壳；33—隔热材料；34—导热金属；35—四氟管；36—温度传感器；37—加热棒。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例进一步描述本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型的范围。
本实用新型提供一种环境空气中甲醛含量的在线监测装置，基于气体扩散吸收捕集的湿化学法和吸收光谱检测技术，实现对环境空气种甲醛含量进行实时在线检测，可现场在线连续监测环境空气中的甲醛含量。本实用新型采用全反射长光程在线流通池溶液在全反射流通池中多次反射吸收光，根据吸光度即可实现环境空气中甲醛含量的在线监测，提高检测灵敏度和检测限。本实用新型提供利用湿式气体扩散捕集原理和长光程在线流通池技术的环境空气甲醛在线监测装置，采用电磁驱动微量泵，对微量溶液进行精准控制，并减少日常维护。
图1为本实用新型实施例提供的环境空气甲醛在线监测装置的外观图；图2所示为装置的组成结构。利用该装置对环境空气中甲醛含量进行在线监测，具体实施如下：将15mL浓硫酸稀释至5L配制成吸收液，摇晃均匀；由385g醋酸铵、12.5mL冰醋酸和10mL乙酰丙酮用去离子水稀释至5L配制成衍生液并避光、低温保存，静置12小时。
采样时，电磁三通阀4切换到采样模式，样气直接经过颗粒物过滤头5去除颗粒物，在真空隔膜泵17的作用下，通过螺旋管捕集阱7(图3所示为本实施例中螺旋管捕集阱的结构)，同时吸收液在第一电磁驱动微量泵18和气流的同时作用下进入螺旋管中并在管壁形成液膜，甲醛组分被吸收转移至液相。通过恒温水浴控制捕集温度在20℃。气流通过气体流量计16和气泵17前需经过气液分离装置14和干燥管15除去气体中水分，以防积液损坏流量计和气泵，废液通过第二蠕动泵23排出。液相待测样品和衍生液分别在第二电磁驱动微量泵19和第三电磁驱动微量泵20的控制作用下通过小型四氟三通并混合，混合后待测样品进入反应釜8中进行染色反应(图4所示为本实施例中反应釜的结构)，反应温度恒定于75℃。进入检测模块前，待测样品通入微型气泡去除装置9，以避免气泡对测量的影响。去除气泡后，第四电磁驱动微量泵21将待测样品推入全反射长光程在线流通池10中，在415nm的特定光源11下，光电探测器12检出待测样品的光信号强度。检测模块温度恒定控制于35℃。
标零时，电磁三通阀4切入除甲醛装置3通道从而获取零气。零气经过颗粒物过滤头3去除颗粒物，在真空隔膜泵17的作用下，通过螺旋管捕集阱7，同时吸收液在第一电磁驱动微量泵18和气流的同时作用下进入螺旋管中。气流通过依次通过
气液分离装置14、干燥管15、气体流量计16和气泵17后排出，废液通过第二蠕动泵23排出。吸收液和衍生液分别在第二电磁驱动微量泵19和第三电磁驱动微量泵20的控制作用下混合后进入反应釜8中。再通入微型气泡去除装置9后，进入检测模块进行零点标定。液相标定时，相同地，电磁三通阀4切入除甲醛装置3通道从而获取零气，另设置一系列梯度浓度的甲醛溶液，在第一电磁驱动微量泵18和气流的同时作用下进入螺旋管中。甲醛溶液和衍生液通过相同的控制和反应步骤依次进入反应模块和检测模块，最后吸光信号被检出。标零和标定时，反应模块、检测模块和溶液输送模块所有控制与采样时相同。
清洗时，气泵17和第一至第四电磁驱动微量泵18～21停止工作，第一蠕动泵22开启，配制质量浓度为1mol\/L的氢氧化钾溶液作为清洗液，清洗液在蠕动泵的作用下进入长光程检测池中进行清洗检测池内管路。
需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920001991.3
申请日:2019-01-02
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209570499U
授权时间:20191101
主分类号:G01N 21/31
专利分类号:G01N21/31;G01N21/03;G01N1/24;G01N1/28
范畴分类:31E;
申请人:北京大学
第一申请人:北京大学
申请人地址:100871 北京市海淀区颐和园路5号
发明人:董华斌;朱曼妮;曾立民;郑君瑜
第一发明人:董华斌
当前权利人:北京大学
代理人:黄凤茹
代理机构:11360
代理机构编号:北京万象新悦知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计