專利名稱：一種用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置， 一種能提高電子鼻測(cè)試靈敏度的預(yù)處理裝置。
背景技術(shù)：
苯系物、氯代烴等揮發(fā)性有機(jī)物是常用的化工原料和有機(jī)溶劑，使用量大面廣，揮發(fā)性強(qiáng)，性能穩(wěn)定且具有多種毒性效應(yīng)。揮發(fā)性有機(jī)物在生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存和處理處置過程中方法不當(dāng)很容易引起大氣、土壤和水體等環(huán)境污染，引發(fā)生態(tài)危害和健康風(fēng)險(xiǎn)。揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)通常使用氣相色譜技術(shù)。氣相色譜儀能對(duì)污染物組成進(jìn)行全面分析，對(duì)污染物濃度精確定量，但其儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，測(cè)試成本較高，需配備專業(yè)人員， 操作復(fù)雜，從標(biāo)準(zhǔn)液配制到結(jié)果數(shù)據(jù)分析需要時(shí)間長(zhǎng)，在大量樣品現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)無法滿足快速檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)的要求。電子鼻是一種可用于快速檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)氣體或臭氣的便攜式儀器，以傳感器為核心檢測(cè)部件。PID等光敏傳感器對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的定量性好，氣敏傳感器對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的定性分析性強(qiáng)，將PID傳感器與各種氣敏傳感器組合成陣列，有可能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境樣品中污染組分的快速定性和特定組分的快速定量檢測(cè)。然而，各種光敏和氣敏傳感器受濕度等環(huán)境條件影響較大，且干擾物質(zhì)較多，針對(duì)特定物質(zhì)的信號(hào)響應(yīng)特異性不強(qiáng)，影響了電子鼻的檢測(cè)準(zhǔn)確度和精度，有必要開發(fā)一種高效、便攜的預(yù)處理裝置以提高電子鼻的定量定性分析性能。中國(guó)發(fā)明專利CN200810010884. 3公開了一種使用PID快速檢測(cè)烷烴、烯烴及鹵代烴的新方法。該方法的特點(diǎn)是速度快，定量性好，對(duì)檢測(cè)氣體濕度要求低，缺點(diǎn)是對(duì)放電氣體的要求高，且只使用了 PID作為檢測(cè)器，定性效果不好。中國(guó)發(fā)明專利CN200410078125. 2公開了一種色譜柱分離與氣敏傳感器聯(lián)用的便攜式氣態(tài)烴測(cè)定儀。受檢測(cè)氣體依次經(jīng)過凈化器、穩(wěn)壓閥、針閥后，進(jìn)入色譜分離柱進(jìn)行組分分離，再經(jīng)氣體傳感器測(cè)試組分濃度。該方法基于氣相色譜檢測(cè)的原理，使用氣敏傳感器代替FID等檢測(cè)器，有效減小了設(shè)備的體積，增強(qiáng)了設(shè)備的便攜性；但是由于仍然使用色譜柱分離系統(tǒng)，因此儀器設(shè)備的體積不可能縮小很多，且氣相色譜分析存在的設(shè)備價(jià)格偏貴和操作復(fù)雜的問題也難以根本解決。中國(guó)發(fā)明專利CN 20111030429.9公開了一種用于土壤、水和空氣等環(huán)境中揮發(fā)性氯代烴污染的快速檢測(cè)電子鼻系統(tǒng)，特別涉及到對(duì)環(huán)境中揮發(fā)性氯代烯烴和氯代烷烴進(jìn)行選擇性分析檢測(cè)。該專利提出了用PID和氣敏傳感器陣列迅速定性、定量檢測(cè)環(huán)境中揮發(fā)性氯代烯烴和氯代烷烴的電子鼻結(jié)構(gòu)，同時(shí)提出了在電子鼻前面加裝氣體干燥裝置和氣體分離管，以去除水分和干擾氣體，提高電子鼻檢測(cè)靈敏度的概念。但是此專利的重點(diǎn)在于電子鼻結(jié)構(gòu)，對(duì)于如何從裝置結(jié)構(gòu)的角度完成水分和干擾氣體的去除等預(yù)處理過程，以及前處理過程運(yùn)行故障的預(yù)警等方面沒有闡述。此外，該專利內(nèi)容僅適用于揮發(fā)性氯代烴的檢測(cè)，沒有涉及其它類別的揮發(fā)性有機(jī)污染物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、便攜性好、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高的用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置。該裝置可服務(wù)于所有用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)污染物檢測(cè)的電子鼻系統(tǒng)，特別適用于以PID和/或氣敏傳感器陣列為核心部件的電子鼻速測(cè)或在線監(jiān)測(cè)；該預(yù)處理裝置可有效進(jìn)行氣體樣品中水分干燥預(yù)處理和干擾氣體的分離預(yù)處理，提高電子鼻的測(cè)試靈敏度。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，本發(fā)明所述的預(yù)處理裝置被設(shè)在電子鼻氣室氣路單元的進(jìn)氣口前，它包括外殼；主要用于連接檢測(cè)儀器的氣路和電路接口 ； 主要用于填裝溫濕度傳感器的氣室；主要用于去除環(huán)境氣體中水分和干擾物質(zhì)的氣體預(yù)處理單元，主要用于報(bào)警的指示燈和蜂鳴器；主要用于整個(gè)裝置控制和信號(hào)處理的嵌入式控制系統(tǒng)。所述的氣體預(yù)處理單元由除濕單元和純化單元組成；所述的除濕單元為根填充了干燥劑和水分指示劑的干燥管，所述的純化單元選用可將干擾物質(zhì)從待測(cè)組分中分離去除的RAE-SEP氣體分離管。所述的干燥劑選用無水硫酸鈉、無水硫酸鈣、無水氯化鈣、活性氧化鋁、高氯酸鎂材料中的一種或上述材料的任意組合，或選擇分子篩、滲透膜。本發(fā)明所述的溫濕度傳感器單元包括兩只主要用于檢測(cè)環(huán)境溫濕度，判定干燥裝置干燥性能和壽命終點(diǎn)的溫濕度傳感器；所述的報(bào)警設(shè)備單元由兩只主要用于預(yù)處理單元濕度去除效率的監(jiān)控報(bào)警的LED指示燈和一個(gè)蜂鳴器組成。本發(fā)明所述的嵌入式控制系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)控制核心、觸控與顯示電路、信號(hào)傳輸電路、信號(hào)存儲(chǔ)電路組成；嵌入式控制系統(tǒng)主要完成模式識(shí)別、數(shù)據(jù)處理、泵閥的控制、以及必要時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至PC工作站。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于整套系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)控制，功耗低，體積小，重量輕，攜帶方便；通過控制電磁閥來完成采氣、檢測(cè)、沖洗等過程的切換，自動(dòng)化程度高；通過雙重方式確保干燥裝置的性能，S卩(1)干燥管后部玻璃管內(nèi)指示劑的顏色變化；(2)溫濕度傳感器測(cè)試得到的干燥前后的氣體樣品中水分含量和報(bào)警裝置；(3)純化單元選用氣體分離管將待測(cè)組分與干擾物質(zhì)分離，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，提高了檢測(cè)的精度與準(zhǔn)確性。


圖1電子鼻預(yù)處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2電子鼻預(yù)處理裝置氣路系統(tǒng)示意圖3預(yù)處理裝置干燥單元對(duì)濕度的連續(xù)去除效果； 圖4預(yù)處理裝置純化單元對(duì)鹵代烴與苯系干擾物的分離效果； 圖5 土壤真空抽取凈化實(shí)驗(yàn)裝置示意圖； 圖6 土壤真空抽取凈化過程的電子鼻與GC檢測(cè)結(jié)果比較。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的介紹參照附圖1，本發(fā)明所述的預(yù)處理裝置被設(shè)在電子鼻氣室氣路單元的進(jìn)氣口前，它包括主要用于連接檢測(cè)儀器的氣路和電路接口 1、2 ；主要用于填裝溫濕度傳感器的氣室3 ；主要用于去除環(huán)境氣體中水分和干擾物質(zhì)的氣體預(yù)處理單元4，主要用于報(bào)警的指示燈和蜂鳴器5 ；主要用于整個(gè)裝置的控制和信號(hào)處理的嵌入式控制系統(tǒng)6 ；主要用于放置1，2，3，4，5，6的外殼7。本發(fā)明所述的氣體預(yù)處理單元由除濕單元和純化單元組成。除濕單元為2根填充了干燥劑和水分指示劑的干燥管，其中干燥劑根據(jù)其使用對(duì)象以及對(duì)安全性、再生性的要求可選用包括但不局限于無水硫酸鈉、無水硫酸鈣、無水氯化鈣、活性氧化鋁、高氯酸鎂等材料，亦可選擇分子篩、滲透膜等新技術(shù)，以及上述材料的組合；純化單元選用獨(dú)特的 RAE-SEP氣體分離管將干擾物質(zhì)從待測(cè)組分中分離去除，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度和精度。本發(fā)明所述的溫濕度傳感器單元包括兩只溫濕度傳感器，其中所述傳感器主要用于檢測(cè)環(huán)境溫濕度，判定干燥裝置干燥性能和壽命終點(diǎn)。本發(fā)明所述的報(bào)警設(shè)備單元由兩只LED指示燈(紅、綠各一只)和一個(gè)蜂鳴器組成， 主要用于預(yù)處理單元濕度去除效率的監(jiān)控報(bào)警。本發(fā)明所述的嵌入式控制系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)控制核心、觸控與顯示電路、信號(hào)傳輸電路、信號(hào)存儲(chǔ)電路組成。嵌入式控制系統(tǒng)主要完成模式識(shí)別、數(shù)據(jù)處理、泵閥的控制、以及必要時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至PC工作站。參照附圖2，系統(tǒng)氣路為兩條，一條為采氣、檢測(cè)氣路；另一條為沖洗氣路。每條氣路由待測(cè)氣體8、氣室①9、三通閥①10、干燥管11、指示劑12、分離管13、三通閥②14、氣室 ②15、電子鼻16組成。實(shí)施例如下 實(shí)施例1、濕度去除效果，
雙口管(規(guī)格14. 14)中填充無水氯化鈣9. 64 g，填充密度為0.68 g ^cnT3,兩端用鋼絲圈塞緊，防止干燥劑隨氣流進(jìn)入阻塞管路。向干燥管通入初始濕度為75%的空氣，通氣流量為0.4 1^111^1，溫度301。干燥管出口的空氣中濕度變化如圖3所示。通氣初期，管路中殘存一部分濕潤(rùn)空氣，經(jīng)干燥后的空氣不斷吹掃，濕度在大約5 min內(nèi)降至零；運(yùn)行第 5 - 90 min，干燥管出口的空氣濕度持續(xù)穩(wěn)定在檢出限以下，即濕度去除率為100% ；第100 -200 min，干燥管出口的空氣濕度略有上升，但幅度較小，濕度去除率保持在90%以上；200 min后，干燥管的除濕性能急劇下降，干燥管出口的空氣濕度逐步增加。綜上，連續(xù)通氣條件下干燥管的壽命能維持約200 min左右，濕度去除率保持在90%以上。若電子鼻采用間歇檢測(cè)模式，按照一個(gè)采樣周期3 min計(jì)算，每個(gè)干燥管可完成約60次檢測(cè)。實(shí)施例2、干擾氣體去除效果，
利用中國(guó)發(fā)明專利CN 20111030429. 9的電子鼻檢測(cè)揮發(fā)性氯代烴，選用美國(guó)RAE公司的RAE-SEP鹵代烴分離管去除氣體樣品中的苯系物等干擾物質(zhì)。為考察鹵代烴分離管對(duì)揮發(fā)性氯代烴和干擾物質(zhì)的分離效果，用標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生裝置(GASTEC PD-1B)發(fā)生固定濃度的甲苯、乙苯、二甲苯、氯苯等常見苯系物與PCE、TCE、CT等常見揮發(fā)性有機(jī)物的混合氣體，用 GC對(duì)通過鹵代烴分離管前后的混合氣體組分和濃度進(jìn)行檢測(cè)，如圖4所示。PCE、TCE、CT 等揮發(fā)性氯代烴在通過分離管后氣體濃度基本沒有減少，透過率達(dá)90%以上。乙苯和二甲苯幾乎被分離管全部截留，透過率只有3%;氯苯和甲苯的透過率雖然比乙苯和二甲苯高， 但也分別低于20%和10%。上述結(jié)果表明，RAE-SEP鹵代烴分離管可以有效去除苯系物等干擾物質(zhì)，選擇性透過PCE、TCE等揮發(fā)性氯代烴。
實(shí)施例3、土壤真空抽取凈化過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，
將預(yù)處理裝置與專利CN 20111030429.9電子鼻聯(lián)用，用于受揮發(fā)性氯代烴污染土壤的真空抽取凈化進(jìn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。預(yù)處理裝置選用無水氯化鈣作為干燥劑，濕度指示劑為變色硅膠；選取美國(guó)RAE公司生產(chǎn)的RAE-SEP鹵代烴分離管去除苯系物等干擾物質(zhì)。土壤真空抽取凈化過程如下將5 g污染土壤樣品放入玻璃柱內(nèi)，填充高度約5 cm。迅速連接于圖5所示的通氣脫離裝置上。該裝置包括氣泵、加溫裝置、緩沖瓶、恒溫水槽、活性炭和抽氣泵；打開氣泵，通空氣，流量為50 mL·Him10通氣大約1 min待氣流均勻穩(wěn)定后，用電子鼻和GC同時(shí)檢測(cè)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)口和出口的氣體濃度，結(jié)果如圖6所示。整個(gè)檢測(cè)過程中電子鼻與GC的檢測(cè)結(jié)果吻合度好，說明預(yù)處理裝置效果明顯。
權(quán)利要求
1.一種用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置，它被設(shè)在電子鼻氣室氣路單元的進(jìn)氣口前，其特征在于它包括外殼(7)，主要用于連接檢測(cè)儀器的氣路和電路接口(1、2)；主要用于填裝溫濕度傳感器的氣室(3)；主要用于去除環(huán)境氣體中水分和干擾物質(zhì)的氣體預(yù)處理單元(4)，主要用于報(bào)警的指示燈和蜂鳴器(5);主要用于整個(gè)裝置控制和信號(hào)處理的嵌入式控制系統(tǒng)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置， 其特征在于所述的氣體預(yù)處理單元(4)由除濕單元和純化單元組成；所述的除濕單元為2 根填充了干燥劑和水分指示劑的干燥管，所述的純化單元選用可將干擾物質(zhì)從待測(cè)組分中分離去除的RAE-SEP氣體分離管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置， 其特征在于所述的干燥劑選用無水硫酸鈉、無水硫酸鈣、無水氯化鈣、活性氧化鋁、高氯酸鎂材料中的一種或上述材料的任意組合，或選擇分子篩、滲透膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置， 其特征在于所述的溫濕度傳感器單元包括兩只主要用于檢測(cè)環(huán)境溫濕度，判定干燥裝置干燥性能和壽命終點(diǎn)的溫濕度傳感器；所述的報(bào)警設(shè)備單元由兩只主要用于預(yù)處理單元濕度去除效率的監(jiān)控報(bào)警的LED指示燈和一個(gè)蜂鳴器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置， 其特征在于所述的嵌入式控制系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)控制核心、觸控與顯示電路、信號(hào)傳輸電路、信號(hào)存儲(chǔ)電路組成；嵌入式控制系統(tǒng)主要完成模式識(shí)別、數(shù)據(jù)處理、泵閥的控制、以及必要時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至PC工作站。
全文摘要
一種用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測(cè)的電子鼻的預(yù)處理裝置，它被設(shè)在電子鼻氣室氣路單元的進(jìn)氣口前，包括外殼；主要用于連接檢測(cè)儀器的氣路和電路接口；主要用于填裝溫濕度傳感器的氣室；主要用于去除環(huán)境氣體中水分和干擾物質(zhì)的氣體預(yù)處理單元，主要用于報(bào)警的指示燈和蜂鳴器；主要用于整個(gè)裝置控制和信號(hào)處理的嵌入式控制系統(tǒng)；所述的氣體預(yù)處理單元由除濕單元和純化單元組成；所述的除濕單元為根填充了干燥劑和水分指示劑的干燥管，所述的純化單元選用可將干擾物質(zhì)從待測(cè)組分中分離去除的RAE-SEP氣體分離管；所述的溫濕度傳感器單元包括兩只主要用于檢測(cè)環(huán)境溫濕度，判定干燥裝置干燥性能和壽命終點(diǎn)的溫濕度傳感器；它具有體積小，重量輕，操作簡(jiǎn)便且干燥管和分離管的使用情況一目了然，與電子鼻系統(tǒng)搭配用于環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物的快速檢測(cè)效果顯著等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102435481SQ201110394499
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者萬梅, 余素林, 劉銳, 卜凡陽(yáng), 文曉剛, 蔡強(qiáng), 陳呂軍 申請(qǐng)人:浙江清華長(zhǎng)三角研究院