一种大气中挥发性有机物富集解析过程的前处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大气中挥发性有机物富集解析过程的前处理装置，在装置运行中通过距离调控组件调控VOCs捕集管与制冷部件之间的距离，保证在进行热解析时热的VOCs捕集管尽量少地影响冷块的温度，提升装置整体的能量利用效率；在低温吸附时，VOCs捕集管能快速与冷块贴合，更快地将捕集管温度降低至指定温度，节省捕集管降温的时间。并且，该前处理装置结构简单、小巧，易于操作，能同时对多个捕集管进行富集解析操作，可用于常规检测或野外观测。

【技术实现步骤摘要】
一种大气中挥发性有机物富集解析过程的前处理装置
本专利技术涉及大气中挥发性有机物测量系统的前处理装置，尤其涉及大气中挥发性有机物测量系统中富集、解析过程的前处理装置。
技术介绍
挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds,VOCs)是大气中普遍存在的一类化合物，其饱和蒸汽压较高、沸点较低，能与大气中的自由基反应促进O3的产生，进而造成光化学污染；同时部分VOC能通过气固相分配成为大气颗粒物中的一部分，因此，在我国大气复合污染背景下，VOCs有重要的研究意义。VOCs的监测方法可以分为离线监测和在线监测两类，包括采样、预浓缩、分离和检测四个过程，预浓缩过程又被称为前处理过程，这一过程对后续分离、检测结果的准确性影响较大。预浓缩过程的方法可以分为溶剂解析法和热解析法两种，溶剂解析法成本相对较低但是解析液体积远大于样品体积，因此可能降低解析灵敏度，同时若溶剂不纯也会引起一定误差。热解析通常是在对捕集管进行加热的同时通入载气使被吸附的VOCs解吸进入色谱柱分离。热解析的灵敏度较高，可以避免溶剂分析的干扰，应用较为广泛。在现有设备的VOCs预浓缩步骤中，为使被低温捕集的VOCs完全并迅速的气化进入检测分析系统，必须将VOCs捕集管从低温条件下快速升温到指定温度(100℃以上)。但是装置在进行热解析时，热量容易从捕集管传递到与之相近的制冷部件，影响到制冷部件运行的稳定性，使制冷部件温度上升，造成不必要的能量浪费。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种挥发性有机物富集、解析过程的前处理装置，可在装置运行中调控VOCs捕集管与制冷部件之间的距离，保证在进行热解析时热的捕集管尽量少地影响冷块的温度，提升装置整体的能量利用效率；在低温吸附时，捕集管能快速与冷块贴合，更快地将捕集管温度降低至指定温度，节省捕集管降温的时间。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种大气中挥发性有机物富集解析过程的前处理装置，主要包括以下组件：VOCs捕集管、距离调控组件以及加热/制冷组件，所述VOCs捕集管是对VOCs进行富集浓缩操作的U型管，所述加热/制冷组件包括冷块和加热组件，所述距离调控组件包括固定件、波纹管、连接杆、气路连接管和气泵；其中：所述冷块上设有与VOCs捕集管形状相配合的弧形凹槽，制冷时VOCs捕集管被置于该弧形凹槽中；波纹管的一端为封闭端，与连接杆的一端连接，连接杆的另一端固定连接在VOCs捕集管的上部；波纹管的另一端固定在固定件上并通过气路连接管与气泵连通，波纹管在气泵充放气作用下伸长或缩短，推动VOCs捕集管远离冷块或回到冷块的弧形凹槽中；所述加热组件连接U型VOCs捕集管的上部，当VOCs捕集管远离冷块对其进行加热。上述前处理装置中，VOCs捕集管是对VOCs进行富集浓缩操作的U型管，优选的，在该U型管的两端靠近冷块的一侧各设有一个带内螺纹的孔洞，用于与连接杆螺纹连接；在其U型底部安装温度传感器，用来实现对捕集管温度的实时监测。所述VOCs捕集管的材质可以为玻璃、不锈钢以及T-C复合材料。上述前处理装置中，所述距离调控组件包括固定件、波纹管、连接杆、气路连接管以及气泵，其中固定件可以固定在冷块上，波纹管一端连接在固定件上，另一端与连接杆优选通过快装卡箍固定连接。所述连接杆优选为聚四氟乙烯杆，聚四氟乙烯杆和VOCs捕集管通过螺纹连接固定。聚四氟乙烯材料耐热耐寒性优良，可以在-180℃～260℃下长期使用，并允许在骤冷骤热条件下使用，十分契合冷阱中的工作环境。聚四氟乙烯的导热系数在0.244～0.273W/(m·k)之间，而600℃以下时，不锈钢的导热系数在10～30W/(m·K)之间，相比之下聚四氟乙烯的导热系数要小很多。所述波纹管可采用青铜、黄铜、不锈钢、蒙乃尔合金等材料。所述气路连接管主要是连接波纹管和气泵，气泵用于对波纹管充放气。气路被严格密封，防止气体泄露。每个VOCs捕集管可以是在U型管的两端各连接一套连接件-波纹管-气路连接管-气泵组件，也可以通过一个分叉的连接件将U型管的两端与一套波纹管-气路连接管-气泵组件连接，实现U型管两端的联动。上述前处理装置中，优选的，所述加热/制冷组件包括冷块、加热电源、电加热接头以及若干电线。冷块四周的侧面可以开设若干个用于放置VOCs捕集管的弧形凹槽，例如一个方形的冷块可以在四个侧面上均开设弧形凹槽，放置四个VOCs捕集管，每个VOCs捕集管各自通过距离调控组件进行调控。制冷时VOCs捕集管被固定在凹槽中，在三个方向上和冷块接触，能使捕集管中的挥发性有机物获得的冷量更加充足且均匀，由于凹槽形状和VOCs捕集管相吻合，VOCs捕集管被嵌入在凹槽中时，凹槽可以在一定程度上起到固定VOCs捕集管的作用。电加热接头连接在VOCs捕集管上部，并通过电线连接至加热电源，当进行热解析步时，加热电源启动开始对VOCs捕集管加热。在上述挥发性有机物富集解析过程的前处理装置中，波纹管一端与连接杆相连，另一端与气泵相连，可以看作一个可变容积的气容元件。根据热力学第一定律，单位时间内由外界向控制体内工质提供的能量应当等于单位时间内控制体内工质内能的变化及对外做功之和，因此当向波纹管充气时，相当于外界向波纹管注入能量，若气体不含水汽、充气时间不长，则充气过程可视为绝热充气过程，工质内能可视为不变，因此，能量大部分转化为波纹管对外做功，气容容积相应变大，因为波纹管径向刚度大于轴向刚度，伸长量主要集中在轴向上，整体效果就是波纹管充气时会伸长，同理，对波纹管抽真空波纹管也会收缩。本专利技术利用波纹管这种被充气时会伸长、内部被抽真空时会收缩的特性，在进行低温吸附时，对波纹管进行抽真空操作，波纹管收缩带动连接杆，连接杆带动捕集管，使得捕集管紧贴冷块进行制冷，捕集管和冷块之间通过热传导方式直接传热，传热效率高，可以更快、更高效的使挥发性有机物在捕集管内由气态转化为固态；在热解析过程中，加热电路接通，加热接头开始对捕集管加热，与此同时气泵启动对波纹管充气，波纹管内部压力大于外部压力，因此凸起部分会在压差作用下扩张，波纹管伸长，进而推动连接杆和捕集管前移，实现捕集管与冷块的分离，捕集管和冷块之间的热传递方式只有对流和热辐射，减少了冷块的冷量损失。这时再对捕集管加热就会较小地影响到冷块温度。达到加热温度后，捕集管内被捕集的挥发性有机物气化随即被收集。与现有技术对比，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术设计了一种大气中挥发性有机物富集解析过程的前处理装置。距离调控组件可以在加热时将捕集管推离冷块，捕集管和冷块之间的热传递方式只有对流和热辐射，减少了冷块的冷量损失，避免了捕集管紧贴冷块时加热制冷转换间的能量损失；在制冷时使捕集管紧贴冷块，捕集管和冷块之间通过热传导方式直接传热，传热效率高，可以更快、更高效的使挥发性有机物在捕集管内由气态转化为固态。距离调控组件提升了整体装置的能量利用效率。2.本专利技术利用波纹管被充气时会伸长、内部被抽真空时会收缩的特性，在连续进行低温吸附、高温热解析的循环操作时，采用本装置可减少捕集管热解析温度对冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气中挥发性有机物富集解析过程的前处理装置，包括VOCs捕集管、距离调控组件以及加热/制冷组件，所述VOCs捕集管是对VOCs进行富集浓缩操作的U型管，所述加热/制冷组件包括冷块和加热组件，所述距离调控组件包括固定件、波纹管、连接杆、气路连接管和气泵；其中：所述冷块上设有与VOCs捕集管形状相配合的弧形凹槽，制冷时VOCs捕集管被置于该弧形凹槽中；波纹管的一端为封闭端，与连接杆的一端连接，连接杆的另一端固定连接在VOCs捕集管的上部；波纹管的另一端固定在固定件上并通过气路连接管与气泵连通；波纹管在气泵充放气作用下伸长或缩短，推动VOCs捕集管远离冷块或回到冷块的弧形凹槽中；所述加热组件连接U型VOCs捕集管的上部，当VOCs捕集管远离冷块对其进行加热。/n

【技术特征摘要】
1.一种大气中挥发性有机物富集解析过程的前处理装置，包括VOCs捕集管、距离调控组件以及加热/制冷组件，所述VOCs捕集管是对VOCs进行富集浓缩操作的U型管，所述加热/制冷组件包括冷块和加热组件，所述距离调控组件包括固定件、波纹管、连接杆、气路连接管和气泵；其中：所述冷块上设有与VOCs捕集管形状相配合的弧形凹槽，制冷时VOCs捕集管被置于该弧形凹槽中；波纹管的一端为封闭端，与连接杆的一端连接，连接杆的另一端固定连接在VOCs捕集管的上部；波纹管的另一端固定在固定件上并通过气路连接管与气泵连通；波纹管在气泵充放气作用下伸长或缩短，推动VOCs捕集管远离冷块或回到冷块的弧形凹槽中；所述加热组件连接U型VOCs捕集管的上部，当VOCs捕集管远离冷块对其进行加热。


2.如权利要求1所述的前处理装置，其特征在于，在U型管上部，两端靠近冷块的一侧各设有一个带内螺纹的孔洞，用于与连接杆螺纹连接。


3.如权利要求1所述的前处理装置，其特征在于，在U型管底部安装有温度传感器。


4.如权利要求1所述的前处...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾立民，郭鹏，于雪娜，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11