專利名稱：一種水中VOCs自動在線監測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及水質監測技術領域，特別涉及一種水中VOCs自動在線監測方法及裝置。
背景技術：
目前，水中VOCs(揮發性有機物)的成份及其濃度檢測主要是通過色譜技術，由于其靈敏度有限，在分析檢測之需要先對待測水樣進行濃縮分離，現在主要的濃縮分離技術有液體直接進樣分離、液液萃取、固相萃取、半滲透膜萃取技術以及頂空進樣技術等。上述的這些濃縮分離技術存在著以下的不足之處1)濃縮提取過程會導致揮發性有機物的損失，導致測量結果偏小；2)濃縮過程中(比如液液萃取)會弓I入有毒的有機溶劑，·造成二次污染；3)目前飲用水和環境水樣中的揮發性有機物的濃度在ng/L-ii g/L級別，色譜中的毛細管色譜柱注入的體積為微升量級，導致直接分析檢測靈敏度達不到要求，通常需要較大體積測試樣品的濃縮才能保證探測靈敏度；4)色譜分析儀器安裝和使用條件要求較高，具有耗時長和專一性強等特點，難以實現自動化，較難達到突發性水環境污染事件應急監測需求，而針對水源突發污染的快速監測方法目前仍不成熟。目前有一種采用吹掃捕集分析VOCs的檢測方法，能夠直接測量濃度為PPb量級的揮發性有機物濃度，可以自動進樣，不需要溶劑萃取分離，從而簡化分析過程，加快分析速度，提高靈敏度。但是，在現有的檢測方法中，自動化程度低，各項操作都是以人工為主，包括前期的人工取樣，中期處理過程中的儀器控制，以及后期的數據分析，整個過程耗時較長，且需要專業色譜分析人員操作，不可避免的還會帶來人工失誤；同時，前處理方法不統一，儀器設備復雜，設備維護難度非常大；另一方面，都是以單機檢測為主，沒有實現聯網互通和數據實時傳輸。因此，如何改進水中VOCs的監測方法及裝置，實現全自動無人值守監測和數據分析，減少人工失誤比率，提高監測效率，成為本領域技術人員亟待解決的重要技術問題。
發明內容
有鑒于此，本發明的第一個目的是提供一種水中VOCs自動在線監測方法，實現全自動無人值守監測和數據分析，減少人工失誤比率，提高監測效率。本發明的第二個目的是提供一種采用上述方法的水中VOCs自動在線監測裝置。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種水中VOCs自動在線監測方法，包括步驟I)工業控制機接收到監測指令后，控制自動采樣裝置從待測水源中采集得到定量的水樣；2)所述工業控制機在接收到采集完成信號的情況下，控制自動前處理裝置對所述水樣進行前處理，得到能夠直接用來氣相色譜檢測的分析樣品；
3)所述工業控制機在接收到前處理完成信號的情況下，控制氣相色譜檢測裝置對所述分析樣品進行氣相色譜檢測，得到檢測圖譜；4)所述工業控制機在接收到檢測圖譜完成信號的情況下，通過監測分析軟件處理該檢測圖譜，得到定性定量數據。優選的，所述步驟I)中從待測水源中采集得到定量的水樣具體包括兩個步驟，依次為步驟11)從待測水源中獲取定量的水樣，和步驟12)輸出所述水樣。
優選的，所述步驟2)中的前處理具體包括兩個步驟，依次為步驟21)對所述水樣進行吹掃捕集濃縮，吸附分析樣品，和步驟22)熱脫附并輸出所述分析樣品。優選的，所述步驟3)中的氣相色譜檢測具體包括兩個步驟，依次為步驟31)對所述分析樣品通過光離子檢測器檢測，和步驟32)對所述分析樣品通過電解電導檢測器檢測。優選的，在所述步驟4)后還包括步驟5)所述工業控制機將所述定性定量數據上傳到上端遠程中心平臺；在上述整個監測過程中，所述工業控制機監控各個步驟的進行情況，并將這些情況上傳到遠程中心平臺，且所述遠程中心平臺能夠通過所述工業控制機上安裝的監測現場控制軟件實現遠程通訊控制功能。一種水中VOCs自動在線監測裝置，包括采用氣相色譜儀的氣相色譜檢測裝置，還包括自動采樣裝置、自動前處理裝置和工業控制機，所述工業控制機具有分別用于控制所述自動采樣裝置、所述自動前處理裝置和所述氣相色譜檢測裝置的控制模塊，且所述工業控制機具有用于處理檢測圖譜的數據分析模塊。優選的，所述自動采樣裝置包括自動取水裝置和自動進樣裝置，所述自動取水裝置包括主取水管和備用水管，通過PLC控制器控制對應的電磁閥實現自動切換，所述PLC控制器控制繼電器，所述繼電器控制交流接觸器從而控制水泵取水，且所述自動取水裝置通過安裝在儲水池中的液位傳感器監測取水量，并可控制三通電磁閥實現余水排放和水池清洗。優選的，自動前處理裝置具體為吹掃捕集濃縮儀，包括連接于所述自動取樣裝置的吹掃捕集管，所述吹掃捕集管的一端連接于載氣供給裝置；用于吸附水樣中被吹掃出的分析樣品的捕集阱；用于調節所述捕集阱的溫度的捕集阱控溫箱；所述吹掃捕集管、所述捕集阱、所述氣相色譜儀的氣化室和所述載氣供給裝置之間通過電子六通閥控制切換導通。優選的，所述氣相色譜檢測裝置具體包括氣相色譜儀；串聯式光離子檢測器和電解電導檢測器；提供載氣的載氣供給裝置以及氫氣供給裝置。優選的，還包括通過數據傳輸模塊同所述工業控制機數據通訊的遠程中心平臺，所述遠程中心平臺能夠通過所述工業控制機上安裝的監測現場控制軟件實現遠程通訊控制功能。從上述的技術方案可以看出，本發明提供的水中VOCs自動在線監測方法，通過工業控制機來控制自動采樣裝置、自動前處理裝置及檢測裝置，并能夠通過監測分析軟件處理該檢測圖譜，得到定性定量數據，從而實現了全自動無人值守監測和數據分析，能夠快速檢測出水中VOCs的成份及其濃度，檢測靈敏度高，性能穩定可靠，與現有技術中的人工操作相比，該方法更為簡便，減少了人工失誤比率，提高了監測效率，適合突發性水質污染等復雜水環境監測。本發明還提供了一種應用了上述方法的水中VOCs自動在線監測裝置，實現了全自動無人值守監測和數據分析，儀器設備模塊化集成，具有使用維護方便、易于升級和功能切換的優點，適合于自動監測站、移動式應急監測站、實驗室等方面的水中揮發性有機物的成份分析、濃度測量、監測數據傳輸和儀器遠程控制。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測方法的流程示意圖；圖2為本發明實施例提供的自動取水裝置的結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的吹掃捕集濃縮儀吹掃階段的示意圖；圖4為本發明實施例提供的吹掃捕集濃縮儀脫附階段的示意圖；圖5為本發明實施例提供的氣相色譜檢測裝置的結構示意圖。其中，I為自動取水裝置，2為自動進樣裝置，3為吹掃捕集濃縮儀，4為氣相色譜儀，5為光離子檢測器，6為電解電導檢測器，7為工業控制機，8為數據傳輸模塊，9為載氣供給裝置，10為氫氣供給裝置，11為PLC控制器；101為取水水管，102為備用水管，103為第一電磁閥，104第二為電磁閥，105為水泵，106為三通電磁閥，107為儲水池，108為液位傳感器，109為交流接觸器，110為繼電器；301為吹掃捕集管，302為電子六通閥，303為捕集阱，304為捕集阱控溫箱，9_3為接入吹掃捕集濃縮儀的載氣，9-4為接入氣相色譜儀的載氣。
具體實施例方式本發明公開了一種水中VOCs自動在線監測方法及裝置，實現全自動無人值守監測和數據分析，減少人工失誤比率，提高監測效率。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。請參閱圖1，圖I為本發明實施例提供的水中VOCs監測方法的流程示意圖。本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測方法，其核心發明點在于，包括步驟步驟SI、工業控制機接收到監測指令后，控制自動采樣裝置從待測水源(包括江、河、井、排污口等)中采集得到定量的水樣；
該監測指令可以是由人工手動發出的，也可以是系統本身自動發出的，比如通過預設程序，在指定時間或者每隔一段時間就進行一次監測，從而提高了裝置的自動化程度，特別適用于一些自動監測站或者實驗室等場所的使用。步驟S2、工業控制機在接收到采集完成信號的情況下，控制自動前處理裝置對水樣進行前處理，得到能夠直接用來氣相色譜檢測的分析樣品；待水樣采集完成之后，工業控制機自動控制進入下步操作，將水樣中的分析樣品提取出來。步驟S3、工業控制機在接收到前處理完成信號的情況下，控制氣相色譜檢測裝置對分析樣品進行氣相色譜檢測，得到檢測圖譜；在工業控制機的控制下，檢測裝置自動對分析樣品進行色譜分離檢測，并輸出得至IJ的檢測圖譜。步驟S4、工業控制機在接收到檢測圖譜完成信號的情況下，通過監測分析軟件處·理該檢測圖譜，得到定性定量數據；通過同各項標準指標的對比，從而得到監測結果，包括水樣是否合格，如果不合格，其中超標物質的成分及濃度。從上述的技術方案可以看出，本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測方法，通過工業控制機來控制自動采樣裝置、自動前處理裝置及檢測裝置，并能夠通過監測分析軟件處理該檢測圖譜，得到定性定量數據，從而實現了全自動無人值守監測和數據分析，能夠快速檢測出水中VOCs的成份及其濃度，檢測靈敏度高，性能穩定可靠，與現有技術中的人工操作相比，該方法更為簡便，減少了人工失誤比率，提高了監測效率，適合突發性水質污染等復雜水環境監測。本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測方法，步驟I)中從待測水源中采集得到定量的水樣具體包括兩個步驟，依次為步驟11)從待測水源中獲取定量的水樣，和步驟12)輸出水樣。當然，這兩個步驟也可以在同一個步驟內實現。目前，水中VOCs的成份及其濃度監測主要是通過色譜技術，由于其靈敏度有限，在分析監測之需要先對待測水樣進行濃縮分離，即前處理，現在主要的前處理技術有液體直接進樣分離、液液萃取、固相萃取、半滲透膜萃取技術以及頂空進樣技術等。在優選的實施例中，前處理使用吹掃捕集的方式。則步驟2)中的前處理具體包括兩個步驟，依次為步驟21)對水樣進行吹掃捕集濃縮，吸附分析樣品，和步驟22)熱脫附并輸出分析樣品。這樣一來，能夠直接測量濃度為PPb量級的揮發性有機物濃度，可以自動進樣，不需要溶劑萃取分離，從而簡化分析過程，加快分析速度，提高靈敏度。為了進一步優化上述的技術方案，步驟3)中的氣相色譜檢測具體包括兩個步驟，依次為步驟31)對所述分析樣品通過光離子檢測器檢測，和32)對所述分析樣品通過電解電導檢測器檢測，這兩種檢測器的串聯使用，擴大了監測的參數范圍，通過兩次檢測進行比對監測，從而提高了監測的準確性。本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測方法，在步驟4)后還包括步驟5)工業控制機將定性定量數據上傳到上端遠程中心平臺；在上述整個監測過程中，工業控制機監控各個步驟的進行情況，并將這些情況上傳到遠程中心平臺，且遠程中心平臺能夠通過工業控制機上安裝的監測現場控制軟件實現遠程通訊控制功能。
綜上所述，本發明實施例提供了一種水中VOCs自動在線監測方法，從水樣取樣一水樣進樣一吹掃步驟一濃縮步驟一脫附步驟一數據綜合分析一數據傳輸整個過程自動化控制，以及最終的監測數據可以自動上傳到遠程中心平臺，遠程中心平臺可以通過監測現場控制軟件來控制所有涉及儀器和整個流程，對現場的監測儀器進行反向控制和發布命令等，包括遠程可以發布緊急監測命令、標樣核查、加標回收等功能。在上述水中VOCs自動在線監測方法的基礎上，本發明實施例還提供了一種應用了該方法的水中VOCs自動在線監測裝置，包括采用氣相色譜儀4的氣相色譜檢測裝置，其核心發明點在于，還包括自動采樣裝置、自動前處理裝置和工業控制機7，工業控制機7具有分別用于控制自動采樣裝置、自動前處理裝置和氣相色譜檢測裝置的控制模塊，且工業控制機7具有用于處理檢測圖譜的數據分析模塊。本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測裝置，實現了全自動無人值守監測和數據分析，儀器設備模塊化集成，具有使用維護方便、易于升級和功能切換的優點，適合 于自動監測站、移動式應急監測站、實驗室等方面的水中揮發性有機物的成份分析、濃度測量、監測數據傳輸和儀器遠程控制。本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測裝置，其自動采樣裝置包括自動取水裝置I和自動進樣裝置2，進一步提高了自動化程度，自動取水裝置I包括主取水管101和備用水管102，通過PLC控制器11控制對應的電磁閥實現自動切換，PLC控制器11控制繼電器110，繼電器110控制交流接觸器109從而控制水泵取水，且自動取水裝置I通過安裝在儲水池107中的液位傳感器108監測取水量，并可控制三通電磁閥106實現余水排放和水池清洗。當然，自動取水裝置I和自動進樣裝置2也可以合并組成一種儀器或裝置。如圖2所示，圖2為本發明實施例提供的自動取水模塊的結構示意圖；其中，101為取水水管，102為備用水管，103為第一電磁閥，104第二為電磁閥，105為水泵，106為三通電磁閥，107為儲水池，108為液位傳感器，109為交流接觸器，110為繼電器。自動取水裝置I主要由上述10個部件組成，采用了 101和102兩個取水管路(一備一用)，并通過PLC控制器11控制電磁閥103和104實現自動切換。其中，自動取水裝置I中的水泵105可以根據實際使用情況，采用多種型號的水泵。作為優選，自動前處理裝置具體為吹掃捕集濃縮儀3，包括連接于自動取樣裝置的吹掃捕集管301，吹掃捕集管301的一端連接于載氣供給裝置9 ;用于吸附水樣中被吹掃出的分析樣品的捕集阱303 ；用于調節捕集阱303的溫度的捕集阱控溫箱304 ；吹掃捕集管301、捕集阱303、氣相色譜儀4的氣化室和載氣供給裝置9之間通過電子六通閥302控制切換導通。圖3和圖4分別為本發明實施例提供的水中VOCs檢自動在線監測裝置吹掃階段和脫附階段的示意圖。在吹掃階段，自動進樣裝置2將待測水樣定量輸入到吹掃捕集管301中，工業控制機7給出指令打開載氣(通常是氦氣)閥9-3，開始對待測水樣吹掃，水樣中的分析樣品經過吹掃后富集到捕集阱303的吸附劑中。然后進入脫附階段，電子六通閥302轉動，捕集阱控溫箱304快速升溫，分析樣品脫附后由氣相色譜儀控制的載氣9-4傳輸到氣相色譜儀4進行分離。
本發明實施例提供的水中VOCs檢自動在線監測裝置，其氣相色譜檢測裝置具體包括氣相色譜儀4，采用氣相技術分析監測；串聯式光離子檢測器5和電解電導檢測器6 ；提供載氣的載氣供給裝置9以及氫氣供給裝置10，在本實施例中，載氣供給裝置9使用的惰性氣體具體為氦氣。從氣相色譜儀的色譜柱分離出來的分析樣品，被引入到PID檢測器，在這里監測那些不飽和的芳香族物質；從PID檢測器流出的物質，立刻進入ELC D檢測器以監測鹵素物質，通過這樣的串聯結構，兩個檢測器有監測參數的交集，能夠同時監測芳香族和鹵素物質，提供了完美的VOCs監測手段；同時，不再需要執行兩次獨立的分析，不再需要傳輸管線，只占用一個氣相色譜的檢測器端口，只使用一根柱子。當然，氣相色譜儀檢測器除本發明公開的PID/EIXD組合外，還可以采用PID/E⑶，MS, PID, E⑶，EIXD等檢測器及其組合，對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，在此不再贅述。本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測裝置，還包括通過數據傳輸模塊8同工業控制機7數據通訊的遠程中心平臺，遠程中心平臺能夠通過工業控制機上安裝的監測現場控制軟件實現遠程通訊控制功能。數據通訊模塊8包含無線城域網，GPRS，微波通訊，3G網絡，衛星通訊，有線網絡通訊等各種通訊方式。當然，工業控制機7可用其他可實現工業控制機功能的儀器代替，如商務計算機等。請參閱圖5，圖5為本發明實施例提供的水中VOCs自動在線監測裝置的結構示意圖。其中，虛線表示氣體傳輸路線，帶箭頭實線表述樣品傳輸路線，帶雙箭頭實線表示通訊控制。下面將結合圖5，以系統自動發出監測指令為例，對本發明的整體技術方案進行介紹工業控制機(監測分析軟件)7給出監測指令，PLC控制器11接收指令并啟動自動取水裝置I采集水樣，待采集水樣完成以后，自動進樣裝置2收到PLC控制器11指令開始自動取樣并送入吹掃捕集，吹掃捕集濃縮儀3按照工業控制機7設定的程序進行捕集水樣中的有機物到捕集阱303，捕集阱303被快速的加熱，熱脫附分析樣品并利用氣相色譜的載氣傳輸分析樣品到氣相色譜儀4，分析樣品經氣相色譜儀色譜柱分離先后進入光離子檢測器(PID) 5和電解電導檢測器(EIXD) 6檢測，檢測譜圖傳輸到工業控制機7，工業控制機監測分析軟件將圖譜處理后得到定性定量數據并通過數據傳輸模塊8上傳到上端平臺。監測方法條件實施例I
權利要求
1.一種水中VOCs自動在線監測方法，其特征在于，包括步驟 1)工業控制機接收到監測指令后，控制自動采樣裝置從待測水源中采集得到定量的水樣； 2)所述工業控制機在接收到采集完成信號的情況下，控制自動前處理裝置對所述水樣進行前處理，得到能夠直接用來氣相色譜檢測的分析樣品； 3)所述工業控制機在接收到前處理完成信號的情況下，控制氣相色譜檢測裝置對所述分析樣品進行氣相色譜檢測，得到檢測圖譜； 4)所述工業控制機在接收到檢測圖譜完成信號的情況下，通過監測分析軟件處理該檢測圖譜，得到定性定量數據。
2.根據權利要求I所述的水中VOCs自動在線監測方法，其特征在于，所述步驟I)中從 待測水源中采集得到定量的水樣具體包括兩個步驟，依次為步驟11)從待測水源中獲取定量的水樣，和步驟12)輸出所述水樣。
3.根據權利要求2所述的水中VOCs自動在線監測方法，其特征在于，所述步驟2)中的前處理具體包括兩個步驟，依次為步驟21)對所述水樣進行吹掃捕集濃縮，吸附分析樣品，和步驟22)熱脫附并輸出所述分析樣品。
4.根據權利要求3所述的水中VOCs自動在線監測方法，其特征在于，所述步驟3)中的氣相色譜檢測具體包括兩個步驟，依次為步驟31)對所述分析樣品通過光離子檢測器檢測，和步驟32)對所述分析樣品通過電解電導檢測器檢測。
5.根據權利要求1-4任意一項所述的水中VOCs自動在線監測方法，其特征在于，在所述步驟4)后還包括步驟5)所述工業控制機將所述定性定量數據上傳到上端遠程中心平臺；在上述整個監測過程中，所述工業控制機監控各個步驟的進行情況，并將這些情況上傳到遠程中心平臺，且所述遠程中心平臺能夠通過所述工業控制機上安裝的監測現場控制軟件實現遠程通訊控制功能。
6.一種水中VOCs自動在線監測裝置，包括采用氣相色譜儀(4)的氣相色譜檢測裝置，其特征在于，還包括自動采樣裝置、自動前處理裝置和工業控制機(7)，所述工業控制機(7)具有分別用于控制所述自動采樣裝置、所述自動前處理裝置和所述氣相色譜檢測裝置的控制模塊，且所述工業控制機(7)具有用于處理檢測圖譜的數據分析模塊。
7.根據權利要求6所述的水中VOCs自動在線監測裝置，其特征在于，所述自動采樣裝置包括自動取水裝置(I)和自動進樣裝置(2 )，所述自動取水裝置(I)包括主取水管(101)和備用水管(102)，通過PLC控制器(11)控制對應的電磁閥實現自動切換，所述PLC控制器(11)控制繼電器(110)，所述繼電器(110)控制交流接觸器(109)從而控制水泵取水，且所述自動取水裝置(I)通過安裝在儲水池(107 )中的液位傳感器(108 )監測取水量，并可控制三通電磁閥(106)實現余水排放和水池清洗。
8.根據權利要求7所述的水中VOCs自動在線監測裝置，其特征在于，自動前處理裝置具體為吹掃捕集濃縮儀(3),包括 連接于所述自動取樣裝置的吹掃捕集管(301)，所述吹掃捕集管(301)的一端連接于載氣供給裝置(9); 用于吸附水樣中被吹掃出的分析樣品的捕集阱(303); 用于調節所述捕集阱(303)的溫度的捕集阱控溫箱(304)；所述吹掃捕集管(301)、所述捕集阱(303)、所述氣相色譜儀(4)的氣化室和所述載氣供給裝置(9)之間通過電子六通閥(302)控制切換導通。
9.根據權利要求8所述的水中VOCs自動在線監測裝置，其特征在于，所述氣相色譜檢測裝置具體包括 氣相色譜儀(4)； 串聯式光離子檢測器(5)和電解電導檢測器(6)； 提供載氣的載氣供給裝置(9)以及氫氣供給裝置(10)。
10.根據權利要求6-9任意一項所述的水中VOCs自動在線監測裝置，其特征在于，還包括通過數據傳輸模塊(8)同所述工業控制機(7)數據通訊的遠程中心平臺，所述遠程中心平臺能夠通過所述工業控制機上安裝的監測現場控制軟件實現遠程通訊控制功能。
全文摘要
本發明公開了一種用于水中VOCs(揮發性有機物)自動在線監測方法和裝置，可用于自動快速監測水中VOCs的成份及其濃度，并將實時數據傳輸到遠程中心平臺和實現遠程反控。該裝置主要由自動取水裝置，自動進樣裝置，吹掃捕集濃縮儀，氣相色譜儀，串聯式檢測器，工業控制機及數據傳輸模塊等集成結構組成。本發明公開的方法和裝置適用于美國EPA方法502.2公布的60種揮發性有機物，尤其適用于《生活飲用水衛生標準》規定的29種揮發性有機物的自動在線監測。該方法和裝置具有速度快、監測靈敏度高、性能穩定可靠、全自動監測和數據傳輸等優點，適合于自動監測站、移動式應急監測站、實驗室等方面。
文檔編號G01N35/00GK102735859SQ20121024364
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者文立群, 李軍, 王武林, 申田田, 童設華, 鄒雄偉 申請人:力合科技(湖南)股份有限公司