大气颗粒物中SVOCs在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及大气分析，特别涉及大气颗粒物中SVOCs在线监测系统及方法。

背景技术

近年来，各地频发的长持续周期、大空间尺度的区域霾污染事件使得大气细颗粒物成为焦点。有机物是颗粒物的重要组成成分，研究表明，城市地区的低对流层中，有机气溶胶(OA)约占气溶胶总质量的20～90％，它们或是吸附在颗粒物表面，或是以自身聚集状态存在，且吸附在颗粒物上的有机物大部分都是半挥发性有机物(SVOCs)，研究大气颗粒物中的SVOCs，对颗粒物形成机制和来源解析研究具有重要意义。

目前，关于大气颗粒物中SVOCs的相关研究多采用实验室分析方法，具体方式为：将颗粒物采样器放置在研究区域，连续采集一定时间后，可将颗粒物收集在石英滤膜上，再将滤膜带回实验室中，经溶剂萃取、浓缩后，使用GC或GC/MS针进样分析，该种方法操作繁琐，需要耗费大量的时间和人力。

此外，也有先使用热脱附采样管采集颗粒物样品，再带回实验室中使用热脱附仪联用GC或GC-MS进行分析，该种方法采样与分析被分为两个部分，样品运输过程中需要注意样品的密封保持。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种大气颗粒物中SVOCs在线监测系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

大气颗粒物中SVOCs在线监测系统，所述大气颗粒物中SVOCs在线监测系统包括采样管、采样泵和检测单元；所述大气颗粒物中SVOCs在线监测系统还包括：

基座和支架，所述基座具有转动轴，所述支架连接所述转动轴，绕所述转动轴旋转；

M组工作单元，M为不小于1的整数，每组工作单元包括P个工作单元，P为不小于2的整数；所述工作单元设置在所述支架上，所述工作单元包括采样模块，所述采样模块二端开口，颗粒物采样膜设置在所述采样模块内部；在所述支架的旋转中，当任一组工作单元中的第一工作单元处于第一工作位的同时，第二工作单元处于第二工作位；第一气路连通单元处于第一工作位，用于控制采样模块的二个开口端分别与所述大气采样模块和采样泵连通和分离，取用单元处于第二工作位，用于转移处于第二工作位的采样模块；

加热装置，所述加热装置用于加热从所述第二工作位转移出的采样模块；

第二气路连通单元，所述第二气路连通单元用于控制所述检测单元与处于所述加热装置内的采样模块连通和分离。

本发明的另一目的在于应用上述的大气颗粒物中SVOCs在线监测系统的大气颗粒物中SVOCs在线监测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

应用本发明的大气颗粒物中SVOCs在线监测系统的大气颗粒物中SVOCs在线监测方法，具体为：

支架旋转，使得当任一组工作单元中第一工作单元处于第一工作位而采样大气中颗粒物的同时，处于第二工作位的完成采样的第二工作单元被转移至加热装置；

经过旋转，同一工作单元依次处于采样和转移状态。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.工作效率高；

通过工作单元的设计，使得同一组工作单元中的第一工作单元处于第一工作位而采样颗粒物的同时，处于第二工作位的采样完成的采样模块转移，也即，同一组工作单元对应的采样和转移同时进行，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；

M组工作单元的同时工作(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；

2.自动化；

在支架上放置多个采样模块，即可实现一段时间内的无人值守，自动化采样、转移和检测，待采样模块用光后，更换一批，可继续运行。

附图说明

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：

图1是根据本发明实施例的大气颗粒物中SVOCs在线监测系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的采样模块的结构示意图。

具体实施方式

图1-2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。

实施例1：

图1给出了本发明实施例的大气颗粒物中SVOCs在线监测系统的结构示意图，如图1所示，所述大气颗粒物中SVOCs在线监测系统包括：

采样管、采样泵13和检测单元61；

基座和支架21，所述基座具有转动轴，所述支架21连接所述转动轴，绕所述转动轴旋转；

M组工作单元，M为不小于1的整数，每组工作单元包括P个工作单元31，P为不小于2的整数；所述工作单元31设置在所述支架21上，所述工作单元31包括采样模块，如图2所示，所述采样模块二端开口，颗粒物采样膜32设置在所述采样模块内部；在所述支架21的旋转中，当任一组工作单元中的第一工作单元31处于第一工作位的同时，第二工作单元31处于第二工作位；第一气路连通单元21处于第一工作位，用于控制采样模块的二个开口端分别与所述采样管和采样泵13连通和分离，取用单元41处于第二工作位，用于转移处于第二工作位的采样模块31；

加热装置51，所述加热装置51用于加热从所述第二工作位转移出的采样模块31；

第二气路连通单元22，所述第二气路连通单元22用于控制所述检测单元61与处于所述加热装置51内的采样模块31连通和分离。

为了提高工作效率，进一步地，在所述支架21的整个周向上，任一组工作单元中的各个工作单元31均匀地设置；所述第一气路连通单元21、取用单元41的布置方式为：当所述支架21旋转360度，任一工作单元31仅经历一次工作循环，所述工作循环包括依次处于第一工作位和第二工作位。

为了提高检测准确度，进一步地，所述大气颗粒物中SVOCs在线监测系统还包括：

冷阱和加热单元，所述加热单元用于加热所述冷阱，所述冷阱的输出端连接所述检测单元61。

为了防止泄漏，进一步地，所述采样管包括第一管和第二管，所述第二管连接所述采样泵；

密封件设置在所述第一管的一端，用于实现第一管和采样模块的密封连接，密封件还设置在所述第二管的一端，用于实现第二管和采样模块的密封连接；

第一气路连通单元21用于驱动所述第一管的一端与所述采样模块31的上端开口连接与分离，驱动所述第二管的一端与所述采样模块31的下端开口连接与分离。

为了筛选颗粒物粒径，进一步地，所述大气颗粒物中SVOCs在线监测系统还包括：

切割器、活性炭扩散管和除水器，所述切割器、活性炭扩散管、除水器和第一管依次连接。

为了提高检测准确度以及缩短检测时间，进一步地，所述大气颗粒物中SVOCs在线监测系统还包括：

气源，所述气源用于提供载气；

第三管，所述第三管的一端连接所述气源，另一端设置在所述取用单元上，所述取用单元在抓取采样模块时，所述另一端连通所述采样模块。

本发明实施例的大气颗粒物中SVOCs在线监测方法，也即根据本实施例在线监测系统的工作方法，所述大气颗粒物中SVOCs在线监测方法为：

支架21旋转，使得当任一组工作单元中第一工作单元31处于第一工作位而采样大气中颗粒物的同时，处于第二工作位的完成采样的第二工作单元31被转移至加热装置51；

经过旋转，同一工作单元31依次处于采样和转移状态。

在所述支架旋转中，同一组工作单元同时工作，其中M个工作单元处于采样状态，M个工作单元处于转移状态，M为不小于1的整数。

实施例2：

根据本发明实施例1的大气颗粒物中SVOCs在线监测系统及方法的应用例。

在本应用例中，如图1所示，采样管包括第一管和第二管，所述第二管连接所述采样泵；密封件设置在所述第一管的一端，用于实现第一管和采样模块的密封连接，密封件还设置在所述第二管的一端，用于实现第二管和采样模块的密封连接；

第一气路连通单元21采用二个直线导轨和驱动模块的组合，第一管和第二管的一端分别设置在直线导轨上，驱动单元分别驱动第一管和第二管的一端在直线导轨上竖直上下移动，当第一管的一端竖直向下，第二管的一端竖直向上，则第一管的一端与所述采样模块31的上端开口连接，第二管的一端与所述采样模块31的下端开口连接；当第一管的一端竖直向上，第二管的一端竖直向下，则第一管的一端与所述采样模块31的上端开口分离，第二管的一端与所述采样模块31的下端开口分离；

基座具有转动轴，支架21连接转动轴，绕所述转动轴旋转；支架上设置20组工作单元，每组工作单元包括2个工作单元31，也即该二个工作单元31处于支架21的直径方向；所述工作单元31均匀地设置在所述支架21上，所述工作单元31包括采样模块，如图2所示，所述采样模块二端开口，颗粒物采样膜32设置在所述采样模块内部；在所述支架21的旋转中，当任一组工作单元中的第一工作单元31处于第一工作位的同时，第二工作单元31处于第二工作位；第一气路连通单元21处于第一工作位，用于控制采样模块的二个开口端分别与所述采样管和采样泵13连通和分离，取用单元41处于第二工作位，用于转移处于第二工作位的采样模块31；

取用单元41采用二维移动机械臂，机械臂上设置磁吸模块，用于固定和丢弃采样模块31；气源用于提供氮气；第三管的一端连接所述气源，另一端设置在所述取用单元41上，所述取用单元41在抓取采样模块时，所述另一端连通所述采样模块31；

加热装置51，所述加热装置51用于加热从所述第二工作位转移出的采样模块31；

第二气路连通单元22采用直线导轨和驱动模块的组合，第四管的一端设置在直线导轨上，另一端连接冷阱，密封件设置在第四管的一端，当驱动模块驱动第四管在直线导轨上竖直向上移动时，第四管密封连接加热装置51内的采样模块31的下端开口，当驱动模块驱动第四管在直线导轨上竖直向下移动时，第四管与加热装置51内的采样模块31的下端开口分离，从而实现了控制所述检测单元61与处于所述加热装置51内的采样模块31连通和分离；

加热单元用于加热所述冷阱，所述冷阱的输出端连接所述检测单元61，检测单元采用色谱-质谱联用仪。

本发明实施例的大气颗粒物中SVOCs在线监测方法，也即根据本实施例在线监测系统的工作方法，所述大气颗粒物中SVOCs在线监测方法为：

支架21旋转，使得当任一组工作单元中第一工作单元31处于第一工作位而采样大气中颗粒物的同时，处于第二工作位的完成采样的第二工作单元31被转移至加热装置51；

在第一工作位，第一气路连通单元21控制第一管的一端竖直下移，第二管的一端竖直上移，使得处于第一工作位的采样模块31的上端开口依次连通除水器、活性炭扩散管和切割器，下端开口连通采样泵13，采样泵13工作，经过切割器的颗粒物富集在采样模块31内的颗粒物采样膜32上；待采样完成，第一气路连通单元21控制第一管的一端竖直上移，第二管的一端竖直下移，第一管、第二管分别和处于第一工作位的采样模块31分离；

在第二工作位，取用单元41固定处于第二工作位的采样模块31，同时，第三管连通该采样模块，驱动采样模块31上移脱离支架21；

支架21旋转，另一采样模块31处于第一工作位，完成采样，在采样的同时，取用单元41将采样模块31送加热装置51，首先加热位立刻升温至300℃并保持一段时间，同时流量控制模块将载气流量控制在80ml/min持续吹扫，从颗粒物中解吸的SVOCs，会被载气带至冷阱(-20℃)，冷凝在冷阱中，之后再对冷阱进行加热再次解吸SVOCs，将SVOCs吹扫至检测单元61中进行分离分析；之后，取用单元41将采样模块31移出加热装置51，并将采样模块31平移到收集箱的上侧，控制磁吸模块，采样模块31和磁吸模块分离，竖直下落到收集箱内；取用单元41移动到第二工作位；

经过旋转，同一工作单元31依次处于采样和转移状态。

实施例3：

根据本发明实施例1的大气颗粒物中SVOCs在线监测系统及方法的应用例，与实施例2不同的是：

第一气路连通单元和第二气路连通单元采用一维移动机械臂。