本發(fā)明涉及水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種水中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測的前處理裝置及方法。

背景技術(shù)：

吹掃捕集法是一種動態(tài)頂空技術(shù)，該方法無需使用有機溶劑，不對環(huán)境造成二次污染，取樣量少、富集效率高、操作簡單，與氣相色譜聯(lián)用可實現(xiàn)水中揮發(fā)性有機物的在線監(jiān)測。然而吹掃捕集與氣相色譜聯(lián)用在水質(zhì)在線監(jiān)測中存在以下不足：

1、不同溫度對有機物吹脫效率的影響；

有機物在溶液中的溶解度和液面上方該溶質(zhì)的平衡壓力比值受溫度影響，水溫不同，有機物吹脫效率也不同；

2、有機物容易吸附在管路中，影響下一次測量；

3、吹脫出的混合氣體中含有的水蒸汽會使色譜柱的固定相迅速膨脹，改變色譜柱固定相的極性，導(dǎo)致色譜峰漂移，系統(tǒng)無法識別目標(biāo)物。

為了減小環(huán)境溫度的影響，目前通常采用延長吹掃時間的方法，但增加吹掃時間后會使得吹脫氣體的含水量大大提高，增加了除水的壓力。通過NAFION干燥管對吹脫氣體進行干燥、除去水分，但同樣存在問題：1、鹵代烴會通過NAFION管滲透出去，影響鹵代烴檢出限；2、NAFION管在除水的過程中需通入大量干燥零氣，為了保證除水效果，需經(jīng)常更換新的NAFION管，不但使系統(tǒng)復(fù)雜，而且增加維護成本，限制吹掃捕集法-氣相色譜聯(lián)用法在水質(zhì)在線分析儀上的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、吹掃效率高、除水效果好、維護成本低，可以消除管路中殘留有機氣體的水中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測的前處理裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種水中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測的前處理裝置，包括吹掃容器，與所述吹掃容器相連的進樣管路、吹掃管路和集氣管路，所述前處理裝置進一步包括：

預(yù)熱裝置，待測水樣經(jīng)所述預(yù)熱裝置加熱到預(yù)設(shè)溫度后進入吹掃容器；

除水裝置，所述除水裝置設(shè)置在集氣管路上，除水裝置的進氣口低于出氣口，所述進氣口與出氣口的連接部下方設(shè)有蓄水容器，所述蓄水容器連通所述進氣口與出氣口；

蓋體，所述蓋體蓋合在吹掃容器上使其密封，所述吹掃管路和集氣管路穿過所述蓋體，分別與第一氣體以及色譜儀相連。

根據(jù)上述的前處理裝置，優(yōu)選地，所述除水裝置下方設(shè)有制冷器件，用于降低除水裝置的溫度，提高除水效率與除水效果。

根據(jù)上述的前處理裝置，優(yōu)選地，所述進樣管路上設(shè)有第二氣體入口，所述第二氣體入口設(shè)置在水樣入口與所述預(yù)熱裝置之間。

根據(jù)上述的前處理裝置，優(yōu)選地，所述集氣管路上設(shè)有第三氣體入口，所述第三氣體入口設(shè)置在色譜儀與所述除水裝置之間。

根據(jù)上述的前處理裝置，優(yōu)選地，所述除水裝置上設(shè)有第一加熱器，在第三氣體反吹集氣管路前開啟所述第一加熱器，蓄水容器內(nèi)的水被加熱汽化并從吹掃容器吹出。

根據(jù)上述的前處理裝置，優(yōu)選地，所述蓋體上設(shè)有第二加熱器，用于加熱蓋體。

根據(jù)上述的前處理裝置，優(yōu)選地，所述吹掃容器的外壁包裹保溫材料。

根據(jù)上述的前處理裝置，可選地，所述第一氣體為惰性氣體。

根據(jù)上述的前處理裝置，可選地，所述第三氣體為惰性氣體。

根據(jù)上述的前處理裝置，優(yōu)選地，所述第一氣體和第三氣體為由同一氣源提供。

本發(fā)明還提供上述水中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測前處理裝置的前處理方法，所述前處理方法包括：

(A1)經(jīng)預(yù)熱裝置加熱且達到預(yù)設(shè)溫度的待測水樣進入吹掃容器，定容，停止進樣；

(A2)第一氣體吹掃待測水樣，揮發(fā)性有機物經(jīng)除水裝置除水后進入色譜儀；

(A3)第一氣體停止吹掃，排空吹掃容器內(nèi)水樣，第二氣體吹掃進樣管路；

(A4)第二氣體停止吹掃，第一加熱器開啟，第三氣體反向吹掃集氣管路，蓄水容器內(nèi)水分從所述吹掃容器吹走。

根據(jù)上述的前處理方法，優(yōu)選地，吹掃待測水樣時，第二加熱器開啟，吹掃容器內(nèi)靠近蓋體區(qū)域溫度升高，上升的氣泡遇熱膨脹破裂。

根據(jù)上述的前處理方法，優(yōu)選地，所述前處理方法進一步包括：

(B1)待測水樣對進樣通道和吹掃容器進行潤洗；

所述(B1)步驟位于(A1)步驟之前。

根據(jù)上述的前處理方法，優(yōu)選地，吹掃初期的吹掃氣排空，排走吹掃容器液面上方和集氣管路內(nèi)的空氣后，揮發(fā)性有機物才進入色譜儀。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為：

1、本發(fā)明的待測水樣經(jīng)預(yù)熱裝置加熱并達到預(yù)設(shè)溫度后進入吹掃容器，同時吹掃容器外壁包裹有保溫材料，使得待測水樣在吹掃過程中保持溫度恒定，吹掃效率高，吹掃氣用量小，吹掃效率穩(wěn)定。

2、本發(fā)明的待測水樣經(jīng)過預(yù)熱裝置外設(shè)置的金屬螺旋管而加熱，受熱均勻、加熱快；且待測水樣在進入吹掃容器后立即吹掃，使得水樣中的大部分揮發(fā)性有機物迅速從水樣中吹脫，進而被富集管捕集、色譜柱分析，提高了有機物的富集效果，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

3、本發(fā)明的進樣管路上設(shè)有第二氣體入口，待測水樣和第二氣體自動切換，通過第二氣體吹掃進樣管路內(nèi)殘留水樣及進樣管路內(nèi)壁吸附的揮發(fā)性有機氣體，避免水樣和有機物的殘留對下次測量造成影響。

4、本發(fā)明除水裝置的進氣口低于出氣口，所述進氣口與出氣口的連接部下方設(shè)有蓄水容器，攜帶水汽的揮發(fā)性有機物與所述蓄水容器壁發(fā)生碰撞，水汽在除水單元壁上凝結(jié)成液滴，經(jīng)重力作用進入蓄水容器儲存，揮發(fā)性有機氣體通過所述出氣口進而被富集管捕集，避免揮發(fā)性有機物的損失。

5、本發(fā)明的除水裝置設(shè)有加熱器，蓄水容器內(nèi)的冷凝水受熱蒸發(fā)，從吹掃容器排走；同時采用氮氣反吹，高溫反吹氣吹掃帶走集氣管路、吹掃容器內(nèi)吸附的揮發(fā)性有機氣體，避免對下次測量產(chǎn)生影響，提高檢測結(jié)果的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。

附圖說明

參照附圖，本發(fā)明的公開內(nèi)容將變得更易理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是：這些附圖僅僅用于舉例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而并非意在對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成限制。圖中：

圖1是本發(fā)明實施例1的水中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測前處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

圖1和以下說明描述了本發(fā)明的可選實施方式以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實施和再現(xiàn)本發(fā)明。為了教導(dǎo)本發(fā)明技術(shù)方案，已簡化或省略了一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本發(fā)明的多個變型。由此，本發(fā)明并不局限于下述可實施方式，而僅由權(quán)利要求和它們的等同物限定。

實施例1

圖1示意性地給出了本實施例的水中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測前處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測的前處理裝置包括：

吹掃容器，所述吹掃容器連接進樣管路、吹掃管路和集氣管路，所述吹掃容器上設(shè)有溢流口和排液口；

預(yù)熱裝置，待測水樣經(jīng)所述預(yù)熱裝置加熱到預(yù)設(shè)溫度后進入吹掃容器；

除水裝置，所述除水裝置設(shè)置在集氣管路上，除水裝置的進氣口低于出氣口，所述進氣口與出氣口的連接部下方設(shè)有蓄水容器，所述蓄水容器連通所述進氣口與出氣口；

蓋體，所述蓋體蓋合在吹掃容器上使其密封，所述吹掃管路和集氣管路穿過所述蓋體，分別與第一氣體以及色譜儀相連。

吹掃容器吹脫出的混合氣體溫度較高，濕度大，而水蒸汽會使色譜柱的固定相迅速膨脹，影響檢測結(jié)果，因此，揮發(fā)性有機氣體需經(jīng)除水裝置除水后進入色譜儀檢測。為了提高除水裝置的除水效果與除水效率，故：

進一步地，所述除水裝置下方設(shè)有制冷器件，更大程度地降低除水裝置的溫度，使水蒸汽快速液化。

在當(dāng)次待測水樣檢測完成后，進樣管路中會殘留水樣，進樣管路內(nèi)壁會吸附揮發(fā)性有機氣體，為了防止對下次水樣測量產(chǎn)生影響，故：

進一步地，所述進樣管路上設(shè)有第二氣體入口，所述第二氣體入口設(shè)置在水樣入口與所述預(yù)熱裝置之間；當(dāng)次待測水樣測量完成后，將待測水樣切換為第二氣體，第二氣體吹掃進樣管路，經(jīng)吹掃容器排走殘留的水分和吸附的揮發(fā)性有機物。

在當(dāng)次待測水樣檢測完成后，蓄水容器內(nèi)的水分以及集氣管路內(nèi)壁吸附的揮發(fā)性有機物會影響下次測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，故：

進一步地，所述集氣管路上設(shè)有第三氣體入口，所述第三氣體入口設(shè)置在色譜儀與所述除水裝置之間。

進一步地，所述除水裝置上設(shè)有第一加熱器，在第三氣體反吹集氣管路前開啟所述第一加熱器，蓄水容器內(nèi)的水被加熱汽化，提高吹掃效率。

在揮發(fā)性有機氣體的吹脫過程中，部分待測水樣的吹脫混合氣容易形成較穩(wěn)定氣泡從液面上升，使得集氣管路中的水汽含量升高，氣泡甚至有可能堵塞集氣管路，故：

進一步地，所述蓋體上設(shè)有第二加熱器，用于加熱蓋體，使吹掃容器內(nèi)靠近蓋體區(qū)域溫度升高，上升的氣泡遇熱膨脹而破裂。

為了使得待測水樣在吹掃過程中保持溫度恒定，提高吹掃效率，減少吹掃氣用量，故：

進一步地，所述吹掃容器外壁包裹有保溫材料。

本實施例還提供上述水中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測前處理裝置的前處理方法，所述前處理方法包括：

(A1)經(jīng)預(yù)熱裝置加熱且達到預(yù)設(shè)溫度的待測水樣進入吹掃容器，定容，停止進樣；

(A2)第一氣體經(jīng)吹掃管路吹掃待測水樣，揮發(fā)性有機物經(jīng)除水裝置除水后進入色譜儀；

(A3)第一氣體停止吹掃，排空吹掃容器內(nèi)水樣，第二氣體吹掃進樣管路；

(A4)第二氣體停止吹掃，第一加熱器開啟，第三氣體反向吹掃集氣管路，蓄水容器內(nèi)水分從所述吹掃容器吹走。

進一步地，吹掃待測水樣時，第二加熱器開啟，吹掃容器內(nèi)靠近蓋體區(qū)域溫度升高，上升的氣泡遇熱膨脹破裂。

為了確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，故：

進一步地，所述前處理方法還包括：

(B1)待測水樣對進樣通道和吹掃容器進行潤洗；

所述(B1)步驟位于(A1)步驟之前。

在待測水樣吹掃前，吹掃容器液面上方以及集氣管路內(nèi)充滿空氣，若直接將吹掃初期的吹脫氣捕集進入色譜儀，將大大影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，故：

進一步地，吹掃初期，打開集氣管路支路上的排空閥，排出吹掃容器液面上方和集氣管路內(nèi)的空氣后，揮發(fā)性有機物進入色譜儀。

實施例2

本發(fā)明實施例1的揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測前處理裝置在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用。

在該應(yīng)用例中，吹掃容器為吹掃罐，所述吹掃罐側(cè)壁上設(shè)有溢流通道，所述溢流通道內(nèi)設(shè)有流量監(jiān)控器，吹掃罐下方開有排液口，吹掃罐上方設(shè)有金屬蓋體密封，所述金屬蓋體內(nèi)設(shè)有加熱器、溫度傳感器；進樣管路上設(shè)有水樣進樣閥、蠕動泵、預(yù)熱裝置，所述預(yù)熱裝置內(nèi)設(shè)有加熱器和溫度傳感器，預(yù)熱裝置外繞有金屬管，水樣經(jīng)過金屬管后達到預(yù)設(shè)溫度，所述預(yù)設(shè)溫度高于室溫(如30℃、40℃、50℃、60℃)，在水樣進樣閥和蠕動泵之間的進樣管路上設(shè)有第二氣體(如空氣)入口，通過閥門控制通斷；吹掃管路上設(shè)有流量控制器，用于設(shè)定吹掃氣(惰性氣體，如氮氣)流量，所述吹掃管路伸入待測水樣液面之下；集氣管路上設(shè)有除水裝置，集氣管路入口位于待測水樣液面之上，所述除水裝置上設(shè)有制冷器件(如風(fēng)扇)和加熱棒，除水裝置與色譜儀之間的集氣管路上設(shè)有氣體排空支路和第三氣體(惰性氣體，如氮氣)反吹支路，均通過閥門控制支路的通斷。

本實施例的揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測的前處理裝置的工作流程如下：

S1.潤洗：進樣，水樣進樣速度為80ml/min，經(jīng)預(yù)熱裝置后進入吹掃罐，溢流通道內(nèi)的流量監(jiān)控器檢測到液體，停止進樣，將吹掃罐內(nèi)的水樣通過排液口排空；

S2.定容：進樣，水樣經(jīng)過預(yù)熱裝置后被加熱至40℃，進入吹掃罐定容；

S3.吹掃：通過流量控制器設(shè)定氮氣吹掃速率為40mL/L，開啟除水裝置下方的風(fēng)扇，開啟集氣管路上的氣體排空支路，待吹掃罐水樣上方和集氣管路內(nèi)空氣排空后，關(guān)閉所述氣體排空支路，開啟色譜儀捕集、分析；

S4.空氣吹掃進樣管路：排空吹掃罐內(nèi)水樣，打開進樣管路上的空氣入口，空氣吹掃進樣管路內(nèi)的殘留水樣及進樣管路內(nèi)壁吸附的揮發(fā)性有機氣體，并通過吹掃罐排出；

S5.氮氣反吹集氣管路：開啟除水裝置上的加熱棒，氮氣經(jīng)集氣管路上的反吹支路進入集氣管路對其進行反吹，蓄水池內(nèi)的水被汽化，同時氮氣也被加熱，熱氮氣將汽化的水蒸汽、集氣管路內(nèi)壁吸附的揮發(fā)性有機氣體帶走，通過吹掃罐排出；

S6.除水裝置上的加熱棒停止加熱，開啟風(fēng)扇，待除水裝置溫度降至室溫，關(guān)閉風(fēng)扇，停止反吹。

實施例3

本實施例提供一種水中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測的前處理裝置，與實施例1不同的是，所述第一氣體和第三氣體為由同一氣源提供，可采用色譜儀的載氣。