基于流動監(jiān)測車的揮發(fā)性有機物在線質譜檢測系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種揮發(fā)性有機物在線質譜檢測系統(tǒng)及方法，尤其是一種基于流動監(jiān)測車的揮發(fā)性有機物在線質譜檢測系統(tǒng)及方法，屬于城市工業(yè)源揮發(fā)性有機物檢測領域。
【背景技術】
[0002]近年來，人類社會的發(fā)展與進步在滿足生存的基本需求之后，大氣環(huán)境污染問題逐漸引起人類的普遍關注。在各種導致環(huán)境污染和被破壞的因素中，來自工業(yè)有機廢氣中的揮發(fā)性有機物(Volatile Organic Compounds,VOCs)不僅已成為大氣污染的一個重要源頭，而且已成為當今大氣污染的三大殺手之一。VOCs是危害人體健康的重要污染物質，多數(shù)VOCs具有惡臭和毒性，長期接觸會損害人體神經(jīng)中樞和免疫系統(tǒng)，有些VOCs甚至具有強致癌性，給生命帶來嚴重威脅。同時，VOCs對地球環(huán)境具有巨大的破壞作用，在陽光作用下，VOCs與NOx發(fā)生光化學反應形成光化學煙霧，導致動物的呼吸困難和植物萎縮。2012年底我國出臺的《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》中首次明確提出控制VOCs。VOCs污染源監(jiān)測儀器成為大氣環(huán)境監(jiān)測不可缺少的重要設備。
[0003]目前對VOCs污染源監(jiān)測儀器進行檢測的方式有兩種，一種是采集監(jiān)測樣品送至實驗室進行分析，而現(xiàn)有的VOCs檢測分析實驗室大都依托于固定建筑，需要占用較大的空間，以及水、電等全方位的配套，不具有可移動性。采樣的檢測樣品只能通過采樣，運輸至實驗室進行分析，需要大量空間存放樣品，不僅費時費力，而且樣品在運輸過程中容易發(fā)生變化，無法第一時間得到現(xiàn)場的檢測數(shù)據(jù)，這種方式效率低、機動性差，給科學、高效、準確的檢測帶來極大的困難和不便。另一種方法是通過攜帶檢測裝置到現(xiàn)場進行監(jiān)測?，F(xiàn)有VOCs監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測儀器存在如下不足:1、組成部件多，相關配件也多，儀器體積龐大重量重；2、在現(xiàn)場使用時需要進行較為復雜的組裝、固定和調(diào)試，耗時、耗力；3、運輸過程需要重新拆卸、裝車，移動不便，經(jīng)常上下搬卸，耗時、耗力且對儀器也可能造成一定的損耗；4、監(jiān)測儀器檢測出的數(shù)據(jù)不能實時傳輸?shù)较嚓P部門，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)準確、及時的傳輸。
[0004]為了有效預防大氣污染事故，及時、高效、有序地組織開展污染源在線監(jiān)測儀器的監(jiān)測工作，并與各級政府部門及社會各界相關單位形成全方位聯(lián)動，讓相關部門能及時客觀了解監(jiān)測儀器的運行狀況，掌握污染程度，迫切需要搭建一個機動性強、安全高效和穩(wěn)定的VOCs污染源識別的流動監(jiān)測系統(tǒng)。
[0005]綜上所述，受目前在線和離線方法所限，現(xiàn)有城市工業(yè)源VOCs很難獲取組成和濃度在相對較高時間分辨率下的隨時間排放情況，限制了對其產(chǎn)生機理、安全預警以及相關控制技術的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供了一種基于流動監(jiān)測車的揮發(fā)性有機物在線質譜檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以檢測出工業(yè)源揮發(fā)性有機物的組成和濃度，同時能夠在無需樣品前處理條件下直接快速測樣，實現(xiàn)高通量樣品分析，并且在走航模式下也可以對污染源揮發(fā)性有機物排放進行檢測，進而表征揮發(fā)性有機物組成和濃度在較高時間分辨率下隨時間排放情況。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述在線光譜檢測系統(tǒng)的揮發(fā)性有機物在線光譜檢測方法。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術方案達到:
[0009]基于流動監(jiān)測車的揮發(fā)性有機物在線質譜檢測系統(tǒng)，包括流動監(jiān)測車和揮發(fā)性有機物在線質譜儀；
[0010]所述流動監(jiān)測車的內(nèi)部設置有駕駛室、工作區(qū)、功能區(qū)和儀器區(qū)；所述揮發(fā)性有機物在線質譜儀為單光子電離飛行時間質譜儀，其放置在功能區(qū)內(nèi)，用于實現(xiàn)工業(yè)源揮發(fā)性有機物排放的實時在線定性定量分析。
[0011]作為一種實施方案，所述工作區(qū)與功能區(qū)之間設置有減震機柜，所述減震機柜與揮發(fā)性有機物在線質譜儀之間放置有兩個標氣瓶以及用于固定標氣瓶的氣瓶架。
[0012]作為一種實施方案，所述工作區(qū)內(nèi)放置有工作臺和折疊座椅，所述工作臺底部放置有穩(wěn)壓電源和UPS電源，所述駕駛室的副駕駛座椅底部和減震機柜的底部放置有UPS電源的電池組。
[0013]作為一種實施方案，所述儀器區(qū)內(nèi)，在流動監(jiān)測車的內(nèi)側設置有兩個設備帶，其中一個設備帶設置有兩個交流插座，另一個設備帶設置有四個交流插座，所述揮發(fā)性有機物在線質譜儀和儀器區(qū)內(nèi)的儀器通過交流插座進行取電。
[0014]作為一種實施方案，所述駕駛室和工作區(qū)之間的隔斷上設置有一個透視窗。
[0015]作為一種實施方案，所述流動監(jiān)測車的頂部設置有換氣扇、泛光燈、采樣鋼管、設備箱和攝像機，所述設備箱外側設置有兩個防水電源插座，所述換氣扇和泛光燈通過防水電源插座進行臨時取電；所述流動監(jiān)測車的底部安裝有電動支腿。
[0016]本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術方案達到:
[0017]基于上述在線光譜檢測系統(tǒng)的揮發(fā)性有機物在線光譜檢測方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟:
[0018]S1、對揮發(fā)性有機物在線質譜儀進行質量軸校正；
[0019]S2、建立揮發(fā)性有機物氣體的標準曲線；
[0020]S3、揮發(fā)性有機物在線質譜儀對采集到的揮發(fā)性有機物氣體樣品進行在線檢測和分析；
[0021 ] S4、在流動監(jiān)測車走航模式下，隨著流動監(jiān)測車的移動，揮發(fā)性有機物在線質譜儀實時在線分析排放源的揮發(fā)性有機物濃度和物種變化特征。
[0022]作為一種實施方案，步驟SI中，所述對揮發(fā)性有機物在線質譜儀進行質量軸校正，具體如下:
[0023]對氟溴苯和空氣混合進樣后，當數(shù)據(jù)采集卡采集到的氟溴苯信號m/zl76的質量中心的位置偏移值大于±0.05amu時，以最高的兩個峰m/zl74和m/zl76作為識別標準，以氧氣和氟溴苯的峰位置中心作為標準進行質量軸校正。
[0024]作為一種實施方案，步驟S2中，所述建立揮發(fā)性有機物氣體的標準曲線，具體如下:
[0025]首先，分別配置10、25、50、80和10ppb五個濃度梯度的VOCs氣體標樣；其次，通零氣檢測揮發(fā)性有機物在線質譜儀的穩(wěn)定性；然后進樣，并保持一定的累積時間；最后依次對5個濃度梯度的揮發(fā)性有機物氣體標樣進行分析，每個濃度點為5個平行樣，建立揮發(fā)性有機物氣體的標準曲線。
[0026]作為一種實施方案，步驟S3中，所述揮發(fā)性有機物在線質譜儀對采集到的揮發(fā)性有機物氣體樣品進行在線檢測和分析，具體包括:
[0027]S31、將揮發(fā)性有機物采樣管放置于流動監(jiān)測車頂部的采樣鋼管中，距離地面高度3.5米，收集到的揮發(fā)性有機物氣體樣品直接進入揮發(fā)性有機物在線質譜儀；
[0028]S32、揮發(fā)性有機物在線質譜儀進行樣品分析時，具有不同質荷比的離子經(jīng)過質量分析器分開進入到檢測器，被檢測并記錄下來，并最終以質譜圖的形式表示出來；
[0029]S33、根據(jù)總離子濃度圖的總離子個數(shù)隨時間的變化情況，選取所需求的監(jiān)測周期，在質譜圖中查詢該檢測周期中所得到的揮發(fā)性有機物污染物；
[0030]S34、在離子濃度圖中，得到待定量的某個質荷比的物質的離子流信號強度及隨時間的變化情況；
[0031]S35、通過標準工作曲線將信號強度計算轉化為體積濃度，從而實現(xiàn)揮發(fā)性有機物氣體樣品的定性和定量。
[0032]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的有益效果:
[0033]1、本發(fā)明的揮發(fā)性有機物在線質譜檢測系統(tǒng)可實時在線表征工業(yè)源揮發(fā)性有機物(VOCs)的組成和濃度，并且可以獲取分鐘甚至秒級時間分辨率下?lián)]發(fā)性有機物的組成和濃度變化情況，與傳統(tǒng)的檢測方法相比，時間分辨率顯著提高。
[0034]2、本發(fā)明的揮發(fā)性有機物在線質譜檢測系統(tǒng)可在走航模式下檢測污染區(qū)域的揮發(fā)性有機物的濃度和物種的變化特征，對污染源的揮發(fā)性有機物產(chǎn)生機理提供更全面的數(shù)據(jù)信息，發(fā)揮其安全預警作用。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明實施例1的流動監(jiān)測車的內(nèi)部結構圖。
[0036]圖2為本發(fā)明實施例1的流動監(jiān)測車的側視圖。
[0037]圖3a?圖3e為本發(fā)明實施例1的揮發(fā)性有機物氣體的標準曲線(圖3a?圖3e的 m/z 分別為 78、92、106、120 和 134)。
[0038]圖4為本發(fā)明實施例1的揮發(fā)性有機物在線質譜儀實時在線分析標氣樣品得到的總離子流質譜圖。
[0039]圖5為本發(fā)明實施例1的揮發(fā)性有機物在線質譜儀采樣分析曲線圖。
[0040]圖6為本發(fā)明實施例1在某個石化園區(qū)對揮發(fā)性有機物排放進行監(jiān)測的走航路線圖。
[0041]圖7為本發(fā)明實施例1在某個石化園區(qū)對揮發(fā)性有機物排放的走航檢測情況曲線圖。
[0042]其中，1-駕駛室，2-工作區(qū)，3-功能區(qū)，4-儀器區(qū)，5-減震機柜，6_揮發(fā)性有機物在線質譜儀，7-氣瓶架，8-工作臺，9-折疊坐椅，10-設備帶，11-交流插座，12-換氣扇，
13-泛光燈，14-采樣鋼管，15-設備箱，16-攝像機，17-防水電源插座，18-電動支腿。
【具體實施方式】
[0043]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0044]實施例1:
[0045]本實施例的基于流動監(jiān)測車的揮發(fā)性有機物在線質譜檢測系統(tǒng)，包括流動監(jiān)測車和揮發(fā)性有機物在線質譜儀；
[0046]如圖1和圖2所示，所述流動監(jiān)測車的內(nèi)部設置有駕駛室1、工作區(qū)2、功能區(qū)3和儀器區(qū)4，所述駕駛室I和工作區(qū)2之間的隔斷上設置有一個尺寸為600mm*450mm的透視窗，該透視窗的玻璃為推拉門，可以從后面打開；所述工作區(qū)2與功能區(qū)3之間設置有減震機柜5;所述揮發(fā)性有機物在線質譜儀6為單光子電離飛行時間質譜儀(Single Photon1nizat1n Time Of Flight Mass Spectrometry, SP1-TOF-MS)，其放置在功能區(qū) 3 內(nèi)，用于實現(xiàn)工業(yè)源揮發(fā)性有機物排放的實時在線定性定量分析；所述減震機柜5與揮發(fā)性有機物在線質譜儀6之間放置有兩個標氣瓶以及用于固定標氣瓶的氣瓶架7 ;所述工作區(qū)2內(nèi)放置有工作臺8和折疊座椅9，所述工作臺8底部放置有穩(wěn)壓電源和UPS (UninterruptiblePower System/Uninter