[发明专利]用于检测样气中挥发性有机化合物的气体检测设备及检测方法

说明书

本发明提供一种用于检测样气中挥发性有机化合物的气体检测设备，包括：除水单元；富集单元；以及用于控制温度的温控单元；气体检测设备包括取样模式，在取样模式下，样气经由第一端口流入除水单元，并且经由第二端口流出富集单元，样气中的挥发性有机化合物在富集单元内进行富集，温控单元可以构造成使样气从除水单元流出至流入富集单元之前的温度不高于温控单元对富集单元设置的第一预设温度。通过上述气体检测设备，能有效避免在样气流入富集单元之后在其内产生冷凝物质，并且进一步避免由此产生的冰堵。本发明还涉及一种利用气体检测设备来检测样气中挥发性有机化合物的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于检测样气中挥发性有机化合物（VOC）的气体检测设备。本发明还涉及一种利用气体检测设备来检测样气中挥发性有机化合物的方法。

背景技术

目前，环境大气中、尤其是低空对流层中的挥发性有机化合物（volatile organiccompounds，VOC）越来越引起人们的广泛关注。世界不同组织对挥发性有机物的定义并不完全一致。例如，世界卫生组织（WHO）将沸点范围在 50-260℃，室温下饱和蒸气压超过13.33Pa，常温下以蒸气形式存在于空气中的一大类有机化合物定义为挥发性有机物。又例如，美国环境保护署将除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外任何参加大气光化学反应的碳化合物定义为挥发性有机物。而美国材料与试验协会则直接将挥发性有机物定义为任何能参加大气化学反应的有机化合物。整体来看，挥发性有机物主要包括烷烃、烯烃、卤代烃、含氧烃、芳香烃等多类易挥发物质。此外，根据《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325-2001）定义挥发性有机化合物指可参加气相光化学反应的有机化合物。

挥发性有机物在大气中会参与一系列复杂反应生成臭氧。具体来说，挥发性有机物在大气中被氧化后抑制了 O₃和 NO 的反应，并且产生自由基加快 NO 向 NO₂转化，从而使得 O₃快速积累升高，导致空气质量变差。此外，挥发性有机物还会在特定条件下，转化为二次有机气溶胶（Secondary Organic Aerosols，SOA），SOA 还能影响大气能见度，通过长距离传输影响区域环境。同时挥发性有机物大多为温室效应气体，会导致全球范围内的升温。挥发性有机物对人体健康也有较大危害，当挥发性有机物超过一定浓度时，会刺激人的眼睛和呼吸道，使皮肤过敏、咽痛与乏力；挥发性有机物很容易通过血液-大脑的障碍，损害中枢神经；挥发性有机物伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。挥发性有机物还具有致癌性、致畸作用和生殖系统毒性。

2018 年随着国家环保政策的实施，重点城市的直辖市、省会城市及计划单列城市均陆续开展了挥发性有机物的自动监测。在监测方案中规定手工监测的挥发性有机物组分包括了 117 种组分，自动监测组分未做硬性要求。目前，随着技术发展，自动监测也将逐步纳入监管范围之中，这为实现“蓝天梦”的愿景打下来坚实的基础。然而，环境大气中的挥发性有机化合物本身浓度低，范围广，种类多，浓度变化速度快速，易受天气影响如风力、风向、雨雪气候变化影响，所以对分析要求高。

目前，挥发性有机物监测的技术原理为气相色谱法，检测器为氢火焰离子化检测器（FID）及质谱检测器（MSD）等检测器。由于环境大气中的挥发性有机物浓度很低，因此需要先用热脱附仪在低温下将挥发性有机物富集浓缩到吸附装置中，然后通过加热将富集的挥发性有机物从吸附装置中脱附，最后再使其进入例如气相色谱质谱 （GC-MS） 联用系统进行检测。

在热脱附仪的低温富集的过程中，样品气体中的水气会因为低温而形成冷凝水进而结冰。这会不利地造成吸附剂的吸附效率下降。另外，部分易溶于水的挥发性有机化合物还会溶解在冷凝水中，从而造成总体富集效率的下降。更严重的是，如果在湿度较大的地方，甚至有可能因为湿度太大而在热脱附仪中的某些位置造成冰堵，进而使得整个自动监测系统无法进行正常工作。此外，过量的水气还会加快用于检测挥发性有机化合物的质谱检测器（MSD）离子源的污染。