气体中醛酮化合物的在线连续监测系统和方法与流程

1.本发明涉及气体监测，特别涉及气体中醛酮化合物的在线连续监测系统及方法。


背景技术：

2.目前，醛酮化合物采样分析方法和相关标准以离线采样手段为主，如国家标准hj 683-2014中，制定了利用dnph-硅胶吸附管进行离线采样后，将样品转移至实验室利用高效液相色谱进行分析检测。这种离线式工作方式具有诸多不足，如：
3.1.受人为因素影响大，样品的保存和运输要求高；
4.2.耗材成本和人工分析成本较高，不利于实现长期的高频观测，无法满足当前在光化学污染精细管控上的要求；
5.3.手工采样过程中，dnph-硅胶吸附管受环境温度影响较大，醛酮化合物在吸附管上的吸附衍生化效率不稳定，引起测量分析误差大；
6.4.该分析方法中使用涂渍dnph的填充柱采样管，制备工艺参见epa to-11a标准，其生产工艺复杂，存储条件严苛，对于空白背景值要求很高。


技术实现要素：

7.为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种自动化、工作效率高、测量精准的气体中醛酮化合物的在线连续监测系统。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
9.气体中醛酮化合物的在线连续监测系统，所述气体中醛酮化合物的在线连续监测系统包括检测单元；还包括：
10.基座、承载件和驱动模块，所述承载件设置在所述基座上，并在所述驱动模块驱动下旋转；
11.m组工作单位，m为不小于1的整数，每组工作单位包括p个工作单元，p为不小于3的整数；所述工作单元设置在所述承载件上，所述工作单元包括硅胶柱，所述硅胶柱两端开口；在所述承载件的旋转中，当任一组工作单位中的一个工作单元处于制备工作位的同时，另外的工作单元分别处于采样工作位和检测工作位，使得每一工作单元依次处于制备工作位、采样工作位和检测工作位；
12.制备流路、采样流路和检测流路，所述制备流路设置在所述制备工作位，进入所述制备流路的硅胶柱形成吸附醛酮化合物的采样柱，所述采样流路设置在所述采样工作位，所述检测流路设置在检测工作位，所述检测单元处于所述检测流路中；
13.控制装置，所述控制装置用于控制处于制备工作位的工作单元进入制备流路与否，处于采样工作为的工作单元进入采样流路与否，以及处于检测工作位的工作单元进入检测流路与否。
14.本发明的另一目的在于提供了应用上述的气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的气体中醛酮化合物的在线连续监测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现
的：
15.应用本发明的气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的气体中醛酮化合物的在线连续监测方法，所述气体中醛酮化合物的在线连续监测方法为：
16.承载件旋转，当任一组工作单位中的一个工作单元处于制备工作位的同时，另外的工作单元分别处于采样工作位和检测工作位；
17.在控制装置控制下，处于制备工作位的工作单元进入制备流路，硅胶柱形成吸附醛酮化合物的采样柱，处于采样工作位的已完成制备的采样柱进入采样流路，吸附待测环境中的醛酮化合物，处于检测工作位的已完成采样的采样柱进入检测流路；
18.在控制装置控制下，处于制备工作位的已完成制备的工作单元脱离制备流路，处于采样工作位的已完成采样的采样柱脱离采样流路，处于检测工作位的已完成检测的采样柱脱离检测流路；
19.所述承载件进一步旋转，使得每一个工作单元依次处于制备工作位、采样工作位和检测工作位，并循环。
20.与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
21.1.工作效率高；
22.通过工作单位和工作单元的设计，使得同一组工作单位中的一个工作单元处于制备工作位而在线制备采样柱的同时，制备好的采样柱的另一工作单元处于采样工作位而实现在线采样，采样后的工作单元处于检测工作位而实现在线检测，也即，同一组工作单位对应的采样柱制备、采样和检测同时进行，也即并行处理，大幅度降低了各个环节的等待过程耗时，显著地提升了工作效率；
23.m组工作单位的同时工作(分单圈一次工作循环和多次工作循环)，进一步提高了工作效率；
24.2.自动化；
25.工作单元(包括硅胶柱)在制备工作位、采样工作位和检测工作位自动化地循环，且自动化地进入和脱离与工作位对应的流路，无需人工介入；
26.3.在线连续工作；
27.制备、采样和检测在线进行，显著地提高了工作效率；
28.不断有工作单元循环地进入采样工作位和检测工作为，实现了连续采样和连续检测(除了前后二个工作单元切换的时间，该时间较短，可忽略)；
29.4.检测结果准确；
30.在制备工作位再生的采样柱，避免了长途运输的需求，甲醛衍生物小于10ng/根，比现有国标规定的dnph吸附柱(甲醛衍生物小于150ng/根)具有更低的背景空白，低浓度下的测量结果更加可靠；
31.5.检测成本低；
32.采样柱再生复用，可实现耗材自动再生，单样品耗材成本降低90％以上。
附图说明
33.参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。
图中：
34.图1是根据本发明实施例气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的结构示意图；
35.图2是根据本发明实施例气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的流路结构示意图；
36.图3是根据本发明实施例气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的结构示意图；
37.图4是根据本发明实施例气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的结构示意图。
具体实施方式
38.图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
39.实施例1：
40.图1给出了本发明实施例的气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的结构示意图，如图1所示，所述气体中醛酮化合物的在线连续监测系统包括：
41.检测单元，如液相色谱检测单元；
42.基座、承载件41和驱动模块，所述承载件41设置在所述基座上，并在所述驱动模块驱动下旋转；
43.m组工作单位，m为不小于1的整数，每组工作单位包括p个工作单元，p为不小于3的整数，如第一工作单元21、第二工作单元22和第三工作单元23；所述工作单元设置在所述承载件41上，所述工作单元包括硅胶柱，所述硅胶柱两端开口；在所述承载件41的正向或反向旋转中，当任一组工作单位中的一个工作单元处于制备工作位的同时，另外的工作单元分别处于采样工作位和检测工作位，使得每一工作单元依次处于制备工作位、采样工作位和检测工作位；
44.制备流路11、采样流路31和检测流路51，所述制备流11路设置在所述制备工作位，进入所述制备流路11的硅胶柱形成吸附醛酮化合物的采样柱，所述采样流路31设置在所述采样工作位，所述检测流路51设置在检测工作位，所述检测单元处于所述检测流路51中；
45.控制装置，所述控制装置用于控制处于制备工作位的工作单元进入制备流路与否，处于采样工作为的工作单元进入采样流路与否，以及处于检测工作位的工作单元进入检测流路与否。
46.为了处于各工作位的工作单元自动地进入流路，进一步地，所述控制装置包括：
47.第一移动件和多个第一管道，所述第一管道设置在所述第一移动件上，并处于所述承载件的上侧，所述制备流路、采样流路和检测流路分别连通各个第一管道；
48.第二移动件和多个第二管道，所述第二管道设置在所述第二移动件上，并处于所述承载件的下侧；
49.导轨和驱动单元，所述第一移动件和第二移动件分别设置在所述导轨上，所述驱动单元用于驱动所述第一移动件和第二移动件在所述导轨上移动，使得所述第一管道的下端与工作单元的上端开口连接与分离，所述第二管道的上端与工作单元的下端开口连接与
分离。
50.为了在线自动化地制备(再生)采样柱，进一步地，如图2所示，所述制备流路包括依次连接的第一容器、第一泵45、第一柱81和第二柱82，以及第二容器73；所述第二柱82连接所述第一管道，所述第二容器73连接所述第二管道；dnph粉末填充在所述第一柱81内，有机硅胶填充在所述第二柱82内；
51.清除单元，所述清除单元用于去除进入制备流路的工作单元内的溶剂。
52.为了自动化地清洗和制备(再生)，进一步地，所述制备流路11还包括：
53.第一切换模块61，所述第一切换模块61用于使所述第一泵45的出口选择性地连通所述第一柱81和第二管道；
54.第二切换模块62，所述第二切换模块62用于使第二柱82选择性地连通所述第一柱81和第二容器73。
55.为了快速清除硅胶柱内的溶剂，进一步地，所述清除单元包括：
56.气源75，所述气源75提供吹扫气体；
57.第三切换模块63，所述第三切换模块63用于使进入制备流路11的工作单元选择性连通所述气源75和第二柱82。
58.为了实现自动化制备采样柱，进一步地，所述第一容器包括第一清洗液容器71和涂覆液容器72；
59.第四切换模块64用于使所述第一泵45的进口选择性地连通所述第一清洗液容器71和涂覆液容器72。
60.为了自动化地采样，进一步地，所述采样流路包括：
61.预处理单元，所述预处理单元一端连通空气，另一端连接所述第二管道；
62.第二泵46，所述第二泵46连接所述第一管道。
63.为了自动化地检测，进一步地，所述检测流路包括：
64.第二清洗液容器74和第三泵47，所述第二清洗液容器74、第三泵47和第一管道依次连接；
65.样品容器76，所述样品容器76连接所述第二管道，所述检测单元10连接所述样品容器76。
66.本发明实施例的气体中醛酮化合物的在线连续监测方法，也即根据本发明实施例气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的工作方法，所述气体中醛酮化合物的在线连续监测方法为：
67.所述承载件41旋转，当任一组工作单位中的一个工作单元处于制备工作位的同时，另外的工作单元分别处于采样工作位和检测工作位；
68.在控制装置控制下，处于制备工作位的工作单元进入制备流路11，硅胶柱形成吸附醛酮化合物的采样柱，处于采样工作位的已完成制备的采样柱进入采样流路31，吸附待测环境中的醛酮化合物，处于检测工作位的已完成采样的采样柱进入检测流路51；
69.在控制装置控制下，处于制备工作位的已完成制备的工作单元脱离制备流路11，处于采样工作位的已完成采样的采样柱脱离采样流路31，处于检测工作位的已完成检测的采样柱脱离检测流路51；
70.所述承载件41进一步旋转，使得每一个工作单元依次处于制备工作位、采样工作
位和检测工作位，并循环，从而在线自动化地完成制备、采样和检测。
71.为了实现在线、自动化地制备采样柱，进一步地，在制备流路11中，硅胶柱形成采样柱的方式为：
72.清洗液依次穿过硅胶柱和第二柱82，所述第二柱82内填充有机硅胶；
73.涂覆液依次穿过第一柱81、第二柱82和硅胶柱，所述第一柱81内填充dnph粉末；
74.去除所述硅胶柱内的溶剂，所述硅胶柱形成采样柱。
75.实施例2：
76.根据本发明实施例1的气体中醛酮化合物的在线连续监测系统及方法在空气监测中的应用例。
77.在本应用例中，如图1所示，承载件41采用圆盘，圆盘的圆周上均匀设置贯穿的通孔；承载件41上设置一组工作单位，仅有的一组工作单位包括三个工作单元，三个工作单元(第一工作单元21、第二工作单元22和第三工作单元23)分别设置在通孔内，相邻工作单元对应的圆心角为120度；工作单元包括硅胶柱(填充纯硅胶)，上下二端开口；驱动模块采用电机，用于驱动所述承载件41旋转；
78.控制装置中，第一移动件和第二移动件分别呈圆盘状，并设置在竖直导轨上，驱动单元采用电机驱动的螺杆，用于分别独立地驱动第一移动件和第二移动件在所述竖直导轨上下移动(仅有上下移动)；三个第一管道均匀地设置在第一移动件的圆周上，当第一移动件竖直下移时，各个第一管道的下端分别与承载件41上的工作单元的上端开口连接和密封，当第一移动件竖直上移时，各个第一管道的下端分别与承载件41上工作单元的上端开口分离；三个第二管道均匀地设置在第二移动件的圆周上，当第一移动件竖直上移时，各个第二管道的上端分别与承载件41上的工作单元的下端开口连接和密封，当第二移动件竖直下移时，各个第二管道的上端分别与承载件41上工作单元的下端开口分离，从而自动化地控制工作单元是否进入流路中；
79.如图2所示，制备流路11处于制备工作位，包括依次连接的第一容器、第四切换模块64、第一泵45、第一切换模块61、第一柱81、第二切换模块62、第二柱82和第三切换模块63，以及依次连接的第五切换模块65和第二容器63，清除单元采用气源75；第三切换模块63连接第一管道，第五切换模块65连接第二管道，第一容器包括第一清洗液容器71和涂覆液容器72，清洗液采用丙酮，涂覆液采用异丙醇(或甲醇、乙酸乙酯)和酸溶液，可以采用盐酸、硼酸等；以上切换模块均采用电磁三通阀，第一切换模块61的一个出口连接第二管道，第二切换模块62的一个出口连通第二容器73，第三切换模块63的进口依次连通第一mfc91和气源75，如氮气瓶；第一柱81内填充dnph粉末，第二柱82内填充有机硅胶，如phenyl硅胶；
80.采样流路31处于采样工作位，包括预处理单元、第二mfc92和第二泵46，预处理单元包括过滤器56和除臭氧柱57，除臭氧柱57连接第二管道，第二泵46、第二mfc92和第一管道依次连接；
81.检测流路51处于检测工作为，包括依次连接的第二清洗液容器74、第三泵47和第六切换模块66，以及样品容器76和检测单元10；第三泵74采用注射泵，第六切换模块66连接第一管道，样品容器76连接第二管道，检测单元10采用液相色谱检测单元；所述气源75通过第三mfc93连接第六切换模块66；第二清洗液容器74内装丙酮。
82.本发明实施例的气体中醛酮化合物的在线连续监测方法，也即根据本发明实施例
气体中醛酮化合物的在线连续监测系统的工作方法，所述气体中醛酮化合物的在线连续监测方法为：
83.驱动模块驱动承载件41正向旋转，第一工作单元21处于制备工作位，同时，第二工作单元22处于采样工作位，第三工作单元23处于检测工作位；
84.驱动单元驱动第一移动件下移和第二移动件上移，各个第一管道和工作单元的上端开口连接和密封，第二管道的上端和工作单元的下端开口连接和密封，使得第一工作单元21进入制备流路11，也即第三切换模块63、第一管道、第一工作单元(硅胶柱)21、第二管道和第五切换模块65连通，同时，第二工作单元22进入采样流路31，也即第二泵46、第二mfc92、第一管道、第二工作单元(制备好的采样柱)22、第二管道、除臭氧柱57和过滤器56连通，第三工作单元23进入检测流路51，也即第六切换模块66、第一管道、第三工作单元(采样后的采样柱)23、第二管道和样品容器76连通；
85.在制备流路中，利用第一-第五切换模块切换，首先，清洗液依次流过第四切换模块64、第一泵45、第一切换模块61、第五切换模块65、第一工作单元(硅胶柱)21、第三切换模块63、第二柱82和第二切换模块62，之后进入第二容器73，从而清洗了第一工作单元(硅胶柱)21和第二柱82；接着，涂覆液依次流过第四切换模块64、第一泵45、第一切换模块61、第一柱81、第二切换模块62、第二柱82、第三切换模块63、第一工作单元(硅胶柱)21和第五切换模块65，之后进入第二容器73；再接着，气源75提供的氮气依次流过第三切换模块63、第一工作单元(硅胶柱)21和第五切换模块65，从而实现了自动化在线制备采样柱；
86.在采样流路31中，第二泵46工作，空气依次流过过滤器56、除臭氧柱57、第二工作单元(制备好的采样柱)22、第二mfc92和第二泵46，空气中的醛酮化合物被吸附在采样柱内；
87.在检测流路51中，通过第六切换模块66的切换，首先，清洗液依次流过第三泵47、第六切换模块66、第三工作单元(已采样的采样柱)23和样品容器76，第三工作单元(已采样的采样柱)23内吸附的dnph衍生物进入样品容器76，接着，气源75提供的单元依次流过第三mfc93、第六切换模块66、第三工作单元(已采样的采样柱)23和样品容器76，实现了吹扫和样品容器76内的鼓泡混匀；再接着，样品容器76内液体进入检测单元10检测；上述制备、采样和检测同时进行；
88.驱动单元驱动第一移动件上移和第二移动件下移，各个第一管道和工作单元的上端开口脱离，第二管道的上端和工作单元的下端开口脱离；
89.驱动模块驱动承载件41正向旋转120度，已完成检测的第三工作单元23处于制备工作位，同时，已完成采样的第二工作单元22处于检测工作位，已完成制备的第一工作单元21处于采样工作位；
90.在控制装置作用下，第三工作单元23进入制备流路11，同时，第二工作单元22进入检测流路51，第一工作单元21进入采样流路31，进入各流路的方式同上；第三工作单元23在线自动化地完成采样柱制备(再生)，同时，第二工作单元22自动化地在线检测，第一工作单元21自动化地在线采样；制备、采样和检测的方式同上；
91.在控制装置作用下，第三工作单元23脱离制备流路11，同时，第二工作单元22脱离检测流路51，第一工作单元21脱离采样流路31，脱离各流路的方式同上；
92.驱动模块驱动承载件41正向旋转120度，已完成制备的第三工作单元23处于采样
工作位，同时，已完成检测的第二工作单元22处于制备工作位，已完成采样的第一工作单元21处于检测工作位；
93.在控制装置作用下，第三工作单元23进入采样流路31，同时，第二工作单元22进入制备流路11，第一工作单元21进入检测流路51，进入各流路的方式同上；第二工作单元22在线自动化地完成采样柱制备(再生)，同时，第三工作单元23自动化地在线采样，第一工作单元21自动化地在线检测；
94.在控制装置作用下，第三工作单元23脱离采样流路31，同时，第二工作单元22脱离制备流路11，第一工作单元21脱离检测流路51；
95.重复上述循环；可见，通过所述承载件41的旋转，使得每一个工作单元依次处于制备工作位、采样工作位和检测工作位，并循环，从而在线自动化地完成制备、采样和检测。
96.实施例3：
97.根据本发明实施例1的气体中醛酮化合物的在线连续监测系统和方法在空气监测中的应用例，与实施例2不同的是：
98.如图3所示，具有二组工作单位，每组工作单位包括三个工作单元，第一组工作单位包括第一工作单元21、第二工作单元22和第三工作单元23，第二组工作单位包括第四工作单元27、第五工作单元28和第六工作单元29，二组工作单位的六个工作单元均匀地设置在承载件41的整个周向上，相邻二个工作单元对应的圆心角为60度；与二组工作单位相对应的，第一制备流路11和第二制备流路12分别处于制备工作位，第一采样流路31和第二采样流路32分别处于采样工作位，第一检测流路51和第二检测流路52分别处于检测工作位；
99.对工作单位的数量对应地，第一移动件上具有六个第一管道，第二移动件上具有六个第二管道，当第一移动件和第二移动件上下移动时，第一管道(第二管道)和对应的工作单元连接和分离；
100.当承载件41每旋转一周，每一个工作单元经历二次工作循环，如依次处于制备工作位、采样工作位、检测工作位、制备工作位、采样工作位、检测工作位；同一时间，有二个工作单元(如第一工作单元21和第四工作单元27)在线制备，有二个工作单元(如第二工作单元22和第五工作单元28)在线采样，有二个工作单元(如第三工作单元23和第六工作单元29)在线检测；承载件41每旋转60度，工作单元换工作位。
101.实施例4：
102.根据本发明实施例1的气体中醛酮化合物的在线连续监测系统和方法在空气监测中的应用例，与实施例3不同的是：
103.如图4所示，具有二组工作单位，每组工作单位包括三个工作单元，第一组工作单位包括第一工作单元21、第二工作单元22和第三工作单元23，第二组工作单位包括第四工作单元27、第五工作单元28和第六工作单元29；每组工作单位的三个工作单元均匀地设置在承载件41的整个周向上，每组内相邻二个工作单元对应的圆心角为120度，也即，第二组工作单位中的任一工作单元处于第一组工作单位的相邻工作单元之间，相邻的第一组工作单位的工作单元和第二组工作单位的工作单元间的圆心角小于120度，如30度、45度、60度、90度；也即，六个工作单元均匀或不均匀地设置在承载件41的整个圆周上；第一移动件和第二移动上管道的数量和位置与承载件上工作单元的位置匹配；
104.承载件41每旋转120度，各组工作单位内的工作单元换工作位，但各组间的工作单
元不会换位，如第一组工作单位内的工作单元不会换位到第二组工作单位对应的工作位。
105.可见，所述承载件41每旋转一周，同一工作单元经历一次工作循环，也即分时间地处于制备工作位、采样工作位和检测工作位；同一时间，有二个工作单元在线制备，有二个工作单元在线采样，有二个工作单元在线检测。
106.上述实施例给出了一组、二组工作单位的情况，当然还可以是更多组，如三组、四组或更多组，此时就需要配置更多的制备流路、采样流路和检测流路，以及第一移动件和第二移动件配置更多的管道。