环境空气中甲醛含量的在线监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术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。

On line monitoring device for formaldehyde content in ambient air

【技术实现步骤摘要】
环境空气中甲醛含量的在线监测装置
本技术属于环境监测
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术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。本技术的原理是：本技术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。本技术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。本技术提供的技术方案是：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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：董华斌，朱曼妮，曾立民，郑君瑜，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：北京,11