一种快速检测总挥发性有机化合物的方法和装置
技术领域
本发明涉及化学检测分析
技术领域
，更具体地说，涉及一种快速检测总挥发性有机化合物的方法和装置。背景技术
挥发性有机污染物(VOC)是指室温下饱和蒸气压超过70.9Pa或沸点小于260℃的有机物，总挥发性有机化合物(TVOC)是各种挥发性有机污染物的总和，包括苯系物、烷烃类、烯烃类、卤代烃类、酯类、酮类醛类和其它挥发性有机物。TVOC室外污染源主要来自燃料燃烧和交通运输，室内污染源主要来自建筑材料如人造板材、塑料板材、泡沫隔热材料等，装饰材料如涂料、油漆和胶黏剂。挥发性有机物具有刺激性、致畸性、致癌性、致突变性，不仅可直接影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害，还可影响消化系统的功能，出现食欲不振、恶心等症状，甚至还能影响中枢神经系统功能，出现头晕、嗜睡、无力、胸闷等症状，对人体健康造成严重威胁。不仅如此，挥发性有机物还会造成大气污染、土壤污染、水体污染等，破坏生态环境。因此，加强对总挥发性有机物的检测具有重要意义。
我国《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(GB 50325-2020)规定了室内空气中TVOC检测的标准方法：采用Tenax-TA管富集空气中的TVOC，经热解析后得到TVOC解吸气体，将TVOC解吸气体注入气相色谱仪进行色谱分析。对色谱图中从正己烷和正十六烷之间已鉴定的所有化合物进行定量，用甲苯的响应系数计算未鉴定的挥发性有机化合物的浓度。此方法检出限低、精密度和准确度好，缺点是耗时长，分析一个样品约需花费1h，且不易实现实时在线监测。近年来还涌现出了一些TVOC检测方法如气相色谱质谱法、高效液相色谱法、离子色谱法、荧光光谱法和反射干涉光谱法等，虽然这些大型精密仪器可对化合物进行全面准确的分析，但仪器较昂贵、操作复杂耗时较长且不易实现实时在线分析，限制了其应用。气体传感器由于具有结构简单、体积小、造价相对便宜、操作方便，可实时在线监测等特性，在检测TVOC中的应用得到了重视。
气体传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便，但是由于TVOC包含的气体种类众多，不同种类的挥发性有机物对应的气体传感器的得线性范围处于不同的浓度区间，并且不同的空气中各种挥发性有机物的含量也不相同，在同一的环境下，通过气体传感器统一检测空气中的各种挥发性有机物的浓度无法获得较高精度的检测结果，从而导致TVOC检测结果与实际含量偏差较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速检测总挥发性有机化合物的方法，可以实现将TVOC通过膜分离浓缩，提高检测区域的TVOC浓度，使得各中挥发性有机物气体传感器检测时均位于线性范围，提高检测效率的同时保证了检测精度。
本发明的第二个目的在于提供一种快速检测总挥发性有机化合物的装置。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种快速检测总挥发性有机化合物的方法，包括以下几个步骤：
S01、将样品采集管设置在待检测区域；
S02、启动空压机将待检测区域的空气抽取，加压后压入分离腔；
S03、空气在经过进气通道时通过流量传感器统计泵入的空气总量；
S04、通过待检测区域的空气在分离腔内被压缩，使得分离腔内的压力增大，空气中的挥发性有机物在压力的作用下通过分离膜进入检测腔；
S05、检测腔中的针对不同挥发性有机物成分的气体传感器分别检测不同挥发性有机物的浓度；
S06、当其中一种挥发性有机物成分的气体传感器检测到对应的挥发性有机物成分浓度达到检测值时，通过记录此时的流量传感器统计的进入空气量计算出对应的挥发性有机物成分在空气中的浓度；
S07、当S06中对应的挥发性有机物成分的气体传感器检测到对应的挥发性有机物成分浓度达到检测中间值时，通过记录此时的流量传感器统计的进入空气量计算出对应的挥发性有机物成分在空气中的浓度；
S08、当S06中对应的挥发性有机物成分的气体传感器检测到对应的挥发性有机物成分浓度达到检测阈值时，再次记录此时的流量传感器统计的进入空气量计算出对应的挥发性有机物成分在空气中的浓度；
S09、空气压缩机持续工作，直到分离腔的压力达到阈值；
S10、当分离腔内的压力达到阈值时，将S06、S07和S08中三次计算出的浓度取平均数计算出空气中对应的挥发性有机物成分的浓度数值；
S11、当分离腔内的压力达到阈值时，没有采集齐三次浓度数值的挥发性有机物成分根据采集到的浓度数值取平均数计算出空气中对应的挥发性有机物成分的浓度数值；
S12、当分离腔内的压力达到阈值时，将没有达到检测阈值的挥发性有机物根据当前浓度计算出对应的挥发性有机物成分在空气中的浓度；
S13、当分离腔内的压力达到阈值时，气体传感器没有检测到浓度数值的挥发性有机物浓度为零；
S14、将S10、S11、S12和S13中的计算的对应有机物浓度汇总，计算出总挥发性有机物浓度。
作为本发明的一种优选方案，所述S01中样品采集管的进气口悬空设置，且进气口垂直设置于呼吸带。
作为本发明的一种优选方案，所述S06中的检测值为对应的气体传感器的最佳检测范围中最低浓度数值。
作为本发明的一种优选方案，所述S07中的检测中间值为对应的气体传感器的最佳检测范围的中间值。
作为本发明的一种优选方案，所述S08中的检测阈值为对应的气体传感器的最佳检测范围的最高浓度数值。
作为本发明的一种优选方案，所述S09中分离腔的压力达到阈值时的空气总量和各挥发性有机物在检测腔中的检测值计算出的挥发性有机物浓度均低于规定的最低值。
一种快速检测总挥发性有机化合物的装置，包括空压机、分离腔和检测腔，所述分离腔和检测腔之间固定安装有分离膜，所述空压机的输出端与分离腔相连通，且空压机的输入端设置有进气通道，所述进气通道远离空压机的一端固定连接有样本采集管，且进气通道的中段有流量传感器，所述检测腔的内腔底部设置有检测座。
作为本发明的一种优选方案，所述进气通道远离空压机的一端的设置有空气滤清器，且空气滤清器对应样本采集管设置。
作为本发明的一种优选方案，所述空压机的上侧设置有控制终端，所述控制终端与空压机、检测座和流量传感器电性连接。
作为本发明的一种优选方案，所述检测腔的下端中心固定连接有集液管，且集液管为透明玻璃管，所述集液管的底部设置有光度计，所述光度计上方设置有补光灯，且补光灯靠近集液管的侧壁底部设置，所述集液管的上段外壁设置有电热夹套。
作为本发明的一种优选方案，所述分离膜的内腔上端埋设有热管换热器的蒸发端，且热管换热器的冷凝端固定连接有散热板，所述散热板内腔固定连接有半导体制冷片，且半导体制冷片的制冷面与热管换热器的冷凝端相抵。
作为本发明的一种优选方案，所述分离腔的侧壁靠近上端处设置有排气管，且排气管末端固定安装有排气阀，所述排气管中部固定安装有电子气压计。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本方案通过空压机将空气在分离腔内压缩，再通过分离膜将TVOC分离，使得TVOC在检测腔内浓缩富集，使得各中挥发性有机物气体传感器检测时均位于线性范围，通过气体传感器在线性范围内检测处的数值，使得各种挥发性有机物浓度检测结果更加准确，并且再根据此时的总进气量计算出各种挥发性有机物在空气中的浓度，通过对各种挥发性有机物浓度的汇总统计得出总挥发性有机物的含量，通过气体传感器直接检测挥发性有机物的浓度，比气相色谱质谱法、高效液相色谱法、离子色谱法、荧光光谱法和反射干涉光谱法等检测方法更加快速，并且一体式的检测装置检测效率更高，由于空压机的持续加压和分离膜的膜分离，使得检测腔内的各种挥发性有机物浓度不断提高，通过气体传感器在挥发性有机物浓度处于线性范围内时检测有机物浓度，使得气体传感器对各种挥发性有机物浓度检测的结果更加准确，提高了装置的检测精度。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明的检测方法工作流程图。
图中标号说明：
1、空压机；2、分离腔；3、分离膜；4、检测腔；5、检测座；6、进气通道；7、流量传感器；8、空气滤清器；9、样本采集管；10、集液管；11、热管换热器；12、散热板；13、半导体制冷片；14、气体传感器；15、控制终端；16、电子气压计；17、排气阀；18、电热夹套；19、光度计；20、补光灯；21、排气管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
实施例：
请参阅图1-2，一种快速检测总挥发性有机化合物的装置，包括空压机1、分离腔2和检测腔4，分离腔2和检测腔4之间固定安装有分离膜3，空压机1的输出端与分离腔2相连通，且空压机1的输入端设置有进气通道6，进气通道6远离空压机1的一端固定连接有样本采集管9，且进气通道6的中段有流量传感器7，检测腔4的内腔底部设置有检测座5，检测座5内埋设有多种气体传感器，每种气体传感器分别对应不同种类的挥发性有机物设置。
具体的，进气通道6远离空压机1的一端的设置有空气滤清器8，且空气滤清器8对应样本采集管9设置。
本实施例中，空气滤清器8为聚氨酯滤芯空气滤清器，且空气滤清器8内填充有吸水棉，通过空气滤清器8将进入进气通道6的空气中的灰尘和水汽过滤，避免灰尘和水汽污染分离膜3。
具体的，空压机1的上侧设置有控制终端15，控制终端15与空压机1、检测座5和流量传感器7电性连接。
本实施例中，控制终端15为STM32 ARM控制板，能够接收并且处理检测座5和流量传感器7传输的数据，并且进行计算处理。
具体的，检测腔4的下端中心固定连接有集液管10，且集液管10为透明玻璃管，集液管10的底部设置有光度计19，光度计19上方设置有补光灯20，且补光灯20靠近集液管10的侧壁底部设置，集液管10的上段外壁设置有电热夹套18。
本实施例中，其中光度计19为LXD/GB5-A1DPZ型光敏传感器，通过光度计19集液管10能够观察检测腔4内的挥发性有机物是否凝结，能够在凝结后再通过电热夹套18加热集液管10使得凝结液蒸发，保证了检测座5检测结果的准确性。
具体的，分离膜3的内腔上端埋设有热管换热器11的蒸发端，且热管换热器11的冷凝端固定连接有散热板12，散热板12内腔固定连接有半导体制冷片13，且半导体制冷片13的制冷面与热管换热器11的冷凝端相抵。
本实施例中，检测完成后半导体制冷片13制冷，然后通过热管换热器11抽取分离腔2内空气的热量，从而通过空气的传递降低检测腔4内空气的温度，使得检测腔4内的挥发性有机物能够冷凝，冷凝后的挥发性有机物进入集液管10内，避免高浓度的挥发性有机物影响检测人员身体健康，同时便于挥发性有机物的后续处理和复测。
具体的，分离腔2的侧壁靠近上端处设置有排气管21，且排气管21末端固定安装有排气阀17，排气管21中部固定安装有电子气压计16。
本实施例中，电子气压计16为CBJ-SKT-1-电子气压计，且电子气压计16与控制终端15电性连接，通过电子气压计16监测分离腔2内的气压是否达到阈值，当分离腔2内的气压达到阈值时，控制终端15控制设备停止运转。
该装置使用时，检测处的空气在空压机1的牵引下通过样本采集管9和空气滤清器8，经过空气滤清器8的过滤净化后经过进气通道6，被泵入分离腔2内，进气通道6中段的流量传感器7统计被泵入分离腔2内的空气总量，分离腔2的空气不断被加压压缩，在分离膜3的两侧形成压力差，在压力差的作用下分离腔2内空气中的挥发性有机物通过分离膜3进入检测腔4内，并且在检测腔4内不断富集，检测腔4内的挥发性有机物的浓度不断提高，检测座5内的气体传感器14分别检测不同种类的挥发性有机物的浓度，当气体传感器14检测的浓度到达最佳检测范围时，分别根据处于最佳检测范围的端值和中间值时流量传感器7监测的被泵入分离腔2内的气体总量计算出空气中的挥发性有机物的浓度，并且将三次计算的浓度数值取平均值计算出对应的挥发性有机物浓度，最后将多个气体传感器14统计的对应不同种类的挥发性有机物的浓度求和，得出总挥发性有机物的浓度。
一种快速检测总挥发性有机化合物的方法，包括以下几个步骤：
S01、将样品采集管9设置在待检测区域；
其中样品采集管9的进气口悬空设置，且进气口垂直设置于呼吸带，使得样品采集管9的进气口与墙体和地面等常见的VOC挥发源保持距离，避免了VOC挥发源附近高浓度的挥发性有机物对检测结果的影响，保证了检测结果的准确性。
S02、启动空压机1将待检测区域的空气抽取，加压后压入分离腔2；
S03、空气在经过进气通道6时通过流量传感器7统计泵入的空气总量；
流量传感器7采用CW-JSG型金属管浮子流量计，它具有压损小，使用方便等特点，可用来低流速小流量的介质流量测量，测量精度高，方便实用，并且具有远传功能，能够将检测到的流量数据转换成电信号传输到控制终端。
S04、通过待检测区域的空气在分离腔2内被压缩，使得分离腔2内的压力增大，空气中的各种挥发性有机物在压力的作用下通过分离膜3进入检测腔4；
上述分离膜3为聚丙烯中空纤维底膜上通过等离子体接枝聚硅氧烷活性层制成，能够有效分离空气中的甲醛、甲苯和二甲苯等挥发性有机物，检测腔4内的气压为标准大气压，空气不断被泵入分离腔2内，分离腔2内的压力持续提高，由于分离腔3内的压力大于检测腔4，分离腔2内的挥发性有机物通过分离膜3进入检测腔4内，在检测腔4内富集。
S05、检测腔4中的针对不同挥发性有机物成分的气体传感器14分别检测不同挥发性有机物的浓度；
上述气体传感器14采用JXM-C6H6、HD-T700-CH2O和PID光离子气体传感器等组合配合工作，能够检测空气中常见的挥发性有机物的浓度，并且将浓度转换成电信号数据转换成电信号传输到控制终端15。
S06、当其中一种挥发性有机物成分的气体传感器14检测到对应的挥发性有机物成分浓度达到检测值时，通过记录此时的流量传感器7统计的进入空气量计算出对应的挥发性有机物成分在空气中的浓度；
上述检测值为对应的气体传感器14的最佳检测范围中最低浓度数值；
S07、当S06中对应的挥发性有机物成分的气体传感器14检测到对应的挥发性有机物成分浓度达到检测中间值时，通过记录此时的流量传感器7统计的进入空气量计算出对应的挥发性有机物成分在空气中的浓度；
上述检测中间值为对应的气体传感器14的最佳检测范围的中间值。
S08、当S06中对应的挥发性有机物成分的气体传感器14检测到对应的挥发性有机物成分浓度达到检测阈值时，再次记录此时的流量传感器7统计的进入空气量计算出对应的挥发性有机物成分在空气中的浓度；
上述的检测阈值为对应的气体传感器14的最佳检测范围的最高浓度数值。
检测腔4内的体积为V0，即检测腔4内的残留的常压下的空气体积为V0，气体传感器14检测到的挥发性有机物浓度为X，由此可知：
m＝X*V0；
其中，m为检测腔4内对应气体传感器14检测的挥发性有机物的质量；
根据流量传感器7检测得到的此时泵入分离腔2内的空气总体积为V1，由此根据浓度计算公式能够算出泵入分离腔2内的空气中含有对应的挥发性有机物的浓度Y：
Y＝m/V1；
S09、空气压缩机1持续工作，直到分离腔2的压力达到阈值；
S10、当分离腔2内的压力达到阈值时，将S06、S07和S08中三次计算出的浓度取平均数计算出空气中对应的挥发性有机物成分的浓度数值；
在S06、S07和S08中计算出针对每种气体传感器14检测到的挥发性有机物的浓度数值分别为Y1、Y2和Y3，取平均值得到检测出的挥发性有机物成分的浓度数值为Y0：
Y0＝(Y1+Y2+Y3)/3；
通过对最佳检测范围的端值和中间值计算出的挥发性有机物的浓度取平均值计算挥发性有机物的浓度，能够减少检测误差对检测结果的影响，提高了检测结果的准确性。
S11、当分离腔2内的压力达到阈值时，没有采集齐三次浓度数值的挥发性有机物成分根据采集到的浓度数值取平均数计算出空气中对应的挥发性有机物成分的浓度数值；
S12、当分离腔2内的压力达到阈值时，将没有达到检测阈值的挥发性有机物根据当前浓度计算出对应的挥发性有机物成分在空气中的浓度；
S13、当分离腔2内的压力达到阈值时，气体传感器14没有检测到浓度数值的挥发性有机物浓度为零；
S14、将S10、S11、S12和S13中的计算的对应有机物浓度汇总，计算出总挥发性有机物浓度。
总挥发性有机物的浓度等于所有挥发性有机物的浓度总和，将S10计算出的多种挥发性有机物的浓度求和可得总挥发性有机物的浓度。
通过空压机1将空气在分离腔2内压缩，再通过分离膜3将TVOC分离，使得TVOC在检测腔4内浓缩富集，从而使得各种挥发性有机物计算得出浓度数值是均处于线性范围内，进而通过各个挥发性有机物的浓度计算出空气中的总挥发性有机物的浓度，通过气体传感器14直接检测挥发性有机物的浓度，比气相色谱质谱法、高效液相色谱法、离子色谱法、荧光光谱法和反射干涉光谱法等检测方法更加快速，并且一体式的检测装置检测效率更高，由于空压机1的持续加压和分离膜3的膜分离，使得检测腔4内的各种挥发性有机物浓度不断提高，通过气体传感器14在挥发性有机物浓度处于线性范围内时检测有机物浓度，使得气体传感器14对各种挥发性有机物浓度检测的结果更加准确，提高了装置的检测精度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
- 上一篇：石墨接头机器人自动装卡簧、装栓机
- 下一篇：一种促进城市绿色出行的碳排放监测分析设备
