非甲烷总烃的检测系统及方法

技术领域

本发明涉及气体检测领域，具体涉及一种非甲烷总烃的检测系统及方法。

背景技术

非甲烷烃通常是指除甲烷以外的所有可挥发的碳氢化合物，又称非甲烷总烃(NMHC)。大气中的NMHC超过一定浓度，除直接对人体健康有害外，在一定条件下经日光照射还能产生光化学烟雾，对环境和人类造成危害。

检测非甲烷总烃主要方法有：(1)采样电化学、光离子化检测器或激光光谱分析方法来检测环境大气中的非甲烷总烃，这些方法由于检测器的局限，非甲烷总烃里的部分组分无法正常响应，造成结果偏差较大；(2)采用双柱双氢火焰离子化检测器气相色谱法来分别测出总烃和甲烷的含量，两者之差为NMHC的含量，但这种方法使用了双检测器，不仅需要增加多路气路控制系统，使得系统复杂且体积大，而且双检测器本身存在系统误差，从而造成分析结果的误差大，此外，这种双检测器检测方法，前后进样间有一定的时间间隔，时间间隔一般在3-5分钟，而环境样品是瞬态变化的，样品的浓度也在瞬态变化，因此，检测结果的偶然性误差非常大，造成结果误差大。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种非甲烷总烃的检测系统及方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种非甲烷总烃的检测系统，包括：

多通阀，包括十个连接端口；

样品入口管，与多通阀的第一端口连通；

废液排空管，与多通阀的第二端口连通；

第一载气管，与多通阀的第九端口连通；

第一定量管，其两端分别与多通阀的第十端口和第七端口连通；

第二定量管，其两端分别与多通阀的第六端口和第三端口连通；

色谱柱，其进口与多通阀的第八端口连通；

空管，其进口与多通阀的第四端口连通；以及

检测器，分别与色谱柱的出口和空管的出口连通；

其中，所述检测系统进样时，第一端口与第十端口连通，第九端口与第八端口连通，第六端口与第七端口连通，第五端口与第四端口连通，第三端口与第二端口连通；

所述检测系统进样时，第一端口与第二端口连通，第三端口与第四端口连通，第五端口与第六端口连通，第七端口与第八端口连通，第九端口与第十端口连通。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种非甲烷总烃的检测方法，包括采用非甲烷总烃的检测系统进行检测，其中，非甲烷总烃的检测系统包括：

多通阀，包括十个连接端口；

样品入口管，与多通阀的第一端口连通；

废液排空管，与多通阀的第二端口连通；

第一载气管，与多通阀的第九端口连通；

第一定量管，其两端分别与多通阀的第十端口和第七端口连通；

第二定量管，其两端分别与多通阀的第六端口和第三端口连通；

色谱柱，其进口与多通阀的第八端口连通；

空管，其进口与多通阀的第四端口连通；以及

检测器，分别与色谱柱的出口和空管的出口连通；

进样阶段，调节多通阀使第一端口与第十端口连通，第九端口与第八端口连通，第六端口与第七端口连通，第五端口与第四端口连通，第三端口与第二端口连通；

样品经样品进样管、第一端口和第十端口进入第一定量管，再经第七端口、第六端口进入第二定量管；

第一载气通过第一载气管经多通阀的第九端口、第八端口后，流经色谱柱进入检测器，第二载气通过第二载气管经多通阀的第五端口、第四端口，再流经空管进入检测器；

分析阶段，进样完成后，调节多通阀使第一端口与第二端口连通，第三端口与第四端口连通，第五端口与第六端口连通，第七端口与第八端口连通，第九端口与第十端口连通；

将第一定量管中的样品经多通阀的第七端口、第八端口推进色谱柱，待样品中的甲烷分离后进入检测器，测得样品中甲烷的信号；

将第二定量管中的样品经多通阀的第三端口、第四端口推进空管并进入检测器，测得样品中总烃的信号；

根据样品中甲烷的信号和总烃的信号获得非甲烷总烃的信号。

基于上述技术方案可知，本发明的非甲烷总烃的检测系统及方法相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：

(1)本发明设计的检测方法，系统结构简单，只需要单一色谱柱及单一检测器即可实现非甲烷总烃的高精度检测，利于检测仪的便携；

(2)本发明设计的检测方法，分析过程简单，只需一次进样即可完成非甲烷总烃的检测，克服了两次实验带来样品浓度的变化，提高了检测准确度；

(3)本发明设计的检测方法，检测结果准确可靠，不会出现两次检测法所带来系统误差，克服了传统双检测器带来的系统误差；

(4)本发明设计的检测方法及系统，分析速度快，可实现环境非甲烷总烃的连续监测及在线监测。

附图说明

图1为本发明实施例中进样时非甲烷总烃的检测系统的连接关系示意图；

图2为本发明实施例中检测时非甲烷总烃的检测系统的连接关系示意图。

附图标记说明：

1-进样管；2-进样排空管；3-第一定量管；4-第二定量管；5-色谱柱；6-空管；7-第一载气管；8-第二载气管；9-检测器；10-色谱图；11-样品净化器；12-第一流量控制器，13-第二流量控制器；

100-十通阀；101-第一端口；102-第二端口；103-第三端口；104-第四端口；105-第五端口；106-第六端口；107-第七端口；108-第八端口；109-第九端口；110-第十端口。

具体实施方式

以下，将参照附图及实施例对本发明进行详细描述，以辅助本领域技术成员充分地理解本发明的目的、特征和效果。附图中展示了本发明的示例性实施方式，但应当理解，本申请中还能以其他各种形式实现，不应被此处阐述的实施方式所限制。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。另外，本发明以下提供的各个实施例以及实施例中的技术特征可以以任意方式相互组合。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本发明针对非甲烷总烃准确检测的需求，发明了单色谱单检测器一次检测即可实现非甲烷总烃检测的方法及系统。

本发明公开了一种非甲烷总烃的检测系统，包括：

多通阀，包括十个连接端口；

样品入口管，与多通阀的第一端口连通；

废液排空管，与多通阀的第二端口连通；

第一载气管，与多通阀的第九端口连通；

第一定量管，其两端分别与多通阀的第十端口和第七端口连通；

第二定量管，其两端分别与多通阀的第六端口和第三端口连通；

色谱柱，其进口与多通阀的第八端口连通；

空管，其进口与多通阀的第四端口连通；以及

检测器，分别与色谱柱的出口和空管的出口连通；

其中，所述检测系统进样时，第一端口与第十端口连通，第九端口与第八端口连通，第六端口与第七端口连通，第五端口与第四端口连通，第三端口与第二端口连通；

所述检测系统进样时，第一端口与第二端口连通，第三端口与第四端口连通，第五端口与第六端口连通，第七端口与第八端口连通，第九端口与第十端口连通。

在本发明的一些实施例中，所述空管和色谱柱的直径相同；

在本发明的一些实施例中，所述空管长度小于或等于色谱柱内的空管长度。

在本发明的一些实施例中，所述第一定量管容积与第二定量管的容积相同。

在本发明的一些实施例中，所述样品入口管上设有净化单元。

在本发明的一些实施例中，所述第一载气管上设有第一流量控制器；

在本发明的一些实施例中，所述第二载气管上设有第二流量控制器。

在本发明的一些实施例中，第一载气管内的第一载气的流速小于等于第二载气管内的第二载气的流速。

在本发明的一些实施例中，所述检测器包括氢火焰离子化检测器或脉冲氦离子化检测器。

本发明还公开了一种非甲烷总烃的检测方法，包括采用非甲烷总烃的检测系统进行检测，其中非甲烷总烃的检测系统包括：

多通阀，包括十个连接端口；

样品入口管，与多通阀的第一端口连通；

废液排空管，与多通阀的第二端口连通；

第一载气管，与多通阀的第九端口连通；

第一定量管，其两端分别与多通阀的第十端口和第七端口连通；

第二定量管，其两端分别与多通阀的第六端口和第三端口连通；

色谱柱，其进口与多通阀的第八端口连通；

空管，其进口与多通阀的第四端口连通；以及

检测器，分别与色谱柱的出口和空管的出口连通；

进样阶段，调节多通阀使第一端口与第十端口连通，第九端口与第八端口连通，第六端口与第七端口连通，第五端口与第四端口连通，第三端口与第二端口连通；

样品经样品进样管、第一端口和第十端口进入第一定量管，再经第七端口、第六端口进入第二定量管；

第一载气通过第一载气管经多通阀的第九端口、第八端口后，流经色谱柱进入检测器，第二载气通过第二载气管经多通阀的第五端口、第四端口，再流经空管进入检测器；

分析阶段，进样完成后，调节多通阀使第一端口与第二端口连通，第三端口与第四端口连通，第五端口与第六端口连通，第七端口与第八端口连通，第九端口与第十端口连通；

将第一定量管中的样品经多通阀的第七端口、第八端口推进色谱柱，待样品中的甲烷分离后进入检测器，测得样品中甲烷的信号；

将第二定量管中的样品经多通阀的第三端口、第四端口推进空管并进入检测器，测得样品中总烃的信号；

根据样品中甲烷的信号和总烃的信号获得非甲烷总烃的信号。

在本发明的一些实施例中，所述空管和色谱柱的直径相同；

在本发明的一些实施例中，所述空管长度小于或等于色谱柱内的空管长度；

在本发明的一些实施例中，所述第一定量管容积与第二定量管的容积相同；

在本发明的一些实施例中，所述第一载气管上设有第一流量控制器；

在本发明的一些实施例中，所述第二载气管上设有第二流量控制器。

在本发明的一些实施例中，所述样品入口管上设有净化单元；

在本发明的一些实施例中，第一载气管内的第一载气的流速小于等于第二载气管内的第二载气的流速；

在本发明的一些实施例中，所述检测器包括氢火焰离子化检测器或脉冲氦离子化检测器。

以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。

本实施例的非甲烷总烃的检测系统是一种基于NEMS的超灵敏微悬臂梁阵列气体传感器，包括进样管1、进样排空管2、第一定量管3、第二定量管4、色谱柱5、空管6、第一载气管7、第二载气管8、检测器9、样品净化器11、第一流量控制器12、第二流量控制器13和十通阀100；十通阀100包括第一端口101、第二端口102、第三端口103、第四端口104、第五端口105、第六端口106、第七端口107、第八端口108、第九端口109和第十端口110。

进样状态：如图1所示，样品(本实施例中样品为CH4及其他烃类的混合物)自样品进样管1经净化器(即净化单元)11净化处理后，经十通阀100的第一端口101和第十端口110进入第一定量管3，再经十通阀100的第七端口107、第六端口106进入第二定量管4，然后经十通阀100的第三端口103、第二端口102，多余的从废样排空管2排出，这样在第一定量管3和第二定量管4储存了定量的样品。此时的第一载气通第一载气管7过经十通阀100的第九端口109、第八端口108，流经色谱柱5进入检测器9，另一路第二载气通过第二载气管经十通阀100的第五端口105、第四端口104，流经空管6进入检测器9，由于这两路都不含有样品，因此检测器无输出。

分析状态：进样后，进入分析状态，此时将十通阀100状态切换，如图2所示。第一载气经十通阀100的第九端口109、第十端口110，将第一定量管3中的样品经十通阀100的第七端口107、第八端口108推进色谱柱5，待样品中的甲烷充分分离后进入检测器9；与此同时，另一路第二载气经十通阀100的第五端口105、第六端口106端，将第二定量管4中的样品，经十通阀100的第三端口103、第四端口104，推进空管6并进入检测器9，由于空管6的长度与色谱柱5的长度短，会先进入检测器9并产生总烃的信号，后进入检测器9的信号是总烃中甲烷的信号，这两个信号先后在色谱图10中显示出来，利用相减的算法，即可得到非甲烷总烃的信号。

其中，所述的检测器可以是氢火焰离子化检测器(FID)，也可以是脉冲氦离子化检测器(HID)，优选FID检测器。

其中，所述的色谱柱可以是填充柱，也可以是毛细色谱柱，填料优选分离CH

其中，所述的净化器是用来去除样品中的水蒸气、粉尘及油污，防止其污染后续的气路、色谱柱及检测器。

其中，空管6是粗细与色谱柱一致，但长度要不大于色谱柱的空管。

其中，第一载气的流速和第二载气的流速通过第一流量控制器、第二流量控制器调节后，流速基本一致，并确保第二载气的流速不小于第一载气的流速。本实施例中，第一载气和第二载气为相同，可以为氦气或氮气等。

其中，第一定量管的容积与第二定量管的容积一致。

需要说明的是，尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。

特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。所有这些组合和/或结合均在本发明的保护范围。因此，本发明的范围不仅由所附权利要求来进行确定，还应由所附权利要求的等同物来进行限定。