专利名称：一种水中VOCs自动在线监测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水质监测技术领域，特别涉及一种水中VOCs自动在线监测方法及装置。
背景技术：
目前，水中VOCs(挥发性有机物)的成份及其浓度检测主要是通过色谱技术，由于其灵敏度有限，在分析检测之需要先对待测水样进行浓缩分离，现在主要的浓缩分离技术有液体直接进样分离、液液萃取、固相萃取、半渗透膜萃取技术以及顶空进样技术等。上述的这些浓缩分离技术存在着以下的不足之处1)浓缩提取过程会导致挥发性有机物的损失，导致测量结果偏小；2)浓缩过程中(比如液液萃取)会弓I入有毒的有机溶剂，·造成二次污染；3)目前饮用水和环境水样中的挥发性有机物的浓度在ng/L-ii g/L级别，色谱中的毛细管色谱柱注入的体积为微升量级，导致直接分析检测灵敏度达不到要求，通常需要较大体积测试样品的浓缩才能保证探测灵敏度；4)色谱分析仪器安装和使用条件要求较高，具有耗时长和专一性强等特点，难以实现自动化，较难达到突发性水环境污染事件应急监测需求，而针对水源突发污染的快速监测方法目前仍不成熟。目前有一种采用吹扫捕集分析VOCs的检测方法，能够直接测量浓度为PPb量级的挥发性有机物浓度，可以自动进样，不需要溶剂萃取分离，从而简化分析过程，加快分析速度，提高灵敏度。但是，在现有的检测方法中，自动化程度低，各项操作都是以人工为主，包括前期的人工取样，中期处理过程中的仪器控制，以及后期的数据分析，整个过程耗时较长，且需要专业色谱分析人员操作，不可避免的还会带来人工失误；同时，前处理方法不统一，仪器设备复杂，设备维护难度非常大；另一方面，都是以单机检测为主，没有实现联网互通和数据实时传输。因此，如何改进水中VOCs的监测方法及装置，实现全自动无人值守监测和数据分析，减少人工失误比率，提高监测效率，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种水中VOCs自动在线监测方法，实现全自动无人值守监测和数据分析，减少人工失误比率，提高监测效率。本发明的第二个目的是提供一种采用上述方法的水中VOCs自动在线监测装置。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种水中VOCs自动在线监测方法，包括步骤I)工业控制机接收到监测指令后，控制自动采样装置从待测水源中采集得到定量的水样；2)所述工业控制机在接收到采集完成信号的情况下，控制自动前处理装置对所述水样进行前处理，得到能够直接用来气相色谱检测的分析样品；
3)所述工业控制机在接收到前处理完成信号的情况下，控制气相色谱检测装置对所述分析样品进行气相色谱检测，得到检测图谱；4)所述工业控制机在接收到检测图谱完成信号的情况下，通过监测分析软件处理该检测图谱，得到定性定量数据。优选的，所述步骤I)中从待测水源中采集得到定量的水样具体包括两个步骤，依次为步骤11)从待测水源中获取定量的水样，和步骤12)输出所述水样。
优选的，所述步骤2)中的前处理具体包括两个步骤，依次为步骤21)对所述水样进行吹扫捕集浓缩，吸附分析样品，和步骤22)热脱附并输出所述分析样品。优选的，所述步骤3)中的气相色谱检测具体包括两个步骤，依次为步骤31)对所述分析样品通过光离子检测器检测，和步骤32)对所述分析样品通过电解电导检测器检测。优选的，在所述步骤4)后还包括步骤5)所述工业控制机将所述定性定量数据上传到上端远程中心平台；在上述整个监测过程中，所述工业控制机监控各个步骤的进行情况，并将这些情况上传到远程中心平台，且所述远程中心平台能够通过所述工业控制机上安装的监测现场控制软件实现远程通讯控制功能。一种水中VOCs自动在线监测装置，包括采用气相色谱仪的气相色谱检测装置，还包括自动采样装置、自动前处理装置和工业控制机，所述工业控制机具有分别用于控制所述自动采样装置、所述自动前处理装置和所述气相色谱检测装置的控制模块，且所述工业控制机具有用于处理检测图谱的数据分析模块。优选的，所述自动采样装置包括自动取水装置和自动进样装置，所述自动取水装置包括主取水管和备用水管，通过PLC控制器控制对应的电磁阀实现自动切换，所述PLC控制器控制继电器，所述继电器控制交流接触器从而控制水泵取水，且所述自动取水装置通过安装在储水池中的液位传感器监测取水量，并可控制三通电磁阀实现余水排放和水池清洗。优选的，自动前处理装置具体为吹扫捕集浓缩仪，包括连接于所述自动取样装置的吹扫捕集管，所述吹扫捕集管的一端连接于载气供给装置；用于吸附水样中被吹扫出的分析样品的捕集阱；用于调节所述捕集阱的温度的捕集阱控温箱；所述吹扫捕集管、所述捕集阱、所述气相色谱仪的气化室和所述载气供给装置之间通过电子六通阀控制切换导通。优选的，所述气相色谱检测装置具体包括气相色谱仪；串联式光离子检测器和电解电导检测器；提供载气的载气供给装置以及氢气供给装置。优选的，还包括通过数据传输模块同所述工业控制机数据通讯的远程中心平台，所述远程中心平台能够通过所述工业控制机上安装的监测现场控制软件实现远程通讯控制功能。从上述的技术方案可以看出，本发明提供的水中VOCs自动在线监测方法，通过工业控制机来控制自动采样装置、自动前处理装置及检测装置，并能够通过监测分析软件处理该检测图谱，得到定性定量数据，从而实现了全自动无人值守监测和数据分析，能够快速检测出水中VOCs的成份及其浓度，检测灵敏度高，性能稳定可靠，与现有技术中的人工操作相比，该方法更为简便，减少了人工失误比率，提高了监测效率，适合突发性水质污染等复杂水环境监测。本发明还提供了一种应用了上述方法的水中VOCs自动在线监测装置，实现了全自动无人值守监测和数据分析，仪器设备模块化集成，具有使用维护方便、易于升级和功能切换的优点，适合于自动监测站、移动式应急监测站、实验室等方面的水中挥发性有机物的成份分析、浓度测量、监测数据传输和仪器远程控制。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的自动取水装置的结构示意图；图3为本发明实施例提供的吹扫捕集浓缩仪吹扫阶段的示意图；图4为本发明实施例提供的吹扫捕集浓缩仪脱附阶段的示意图；图5为本发明实施例提供的气相色谱检测装置的结构示意图。其中，I为自动取水装置，2为自动进样装置，3为吹扫捕集浓缩仪，4为气相色谱仪，5为光离子检测器，6为电解电导检测器，7为工业控制机，8为数据传输模块，9为载气供给装置，10为氢气供给装置，11为PLC控制器；101为取水水管，102为备用水管，103为第一电磁阀，104第二为电磁阀，105为水泵，106为三通电磁阀，107为储水池，108为液位传感器，109为交流接触器，110为继电器；301为吹扫捕集管，302为电子六通阀，303为捕集阱，304为捕集阱控温箱，9_3为接入吹扫捕集浓缩仪的载气，9-4为接入气相色谱仪的载气。
具体实施例方式本发明公开了一种水中VOCs自动在线监测方法及装置，实现全自动无人值守监测和数据分析，减少人工失误比率，提高监测效率。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。请参阅图1，图I为本发明实施例提供的水中VOCs监测方法的流程示意图。本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测方法，其核心发明点在于，包括步骤步骤SI、工业控制机接收到监测指令后，控制自动采样装置从待测水源(包括江、河、井、排污口等)中采集得到定量的水样；
该监测指令可以是由人工手动发出的，也可以是系统本身自动发出的，比如通过预设程序，在指定时间或者每隔一段时间就进行一次监测，从而提高了装置的自动化程度，特别适用于一些自动监测站或者实验室等场所的使用。步骤S2、工业控制机在接收到采集完成信号的情况下，控制自动前处理装置对水样进行前处理，得到能够直接用来气相色谱检测的分析样品；待水样采集完成之后，工业控制机自动控制进入下步操作，将水样中的分析样品提取出来。步骤S3、工业控制机在接收到前处理完成信号的情况下，控制气相色谱检测装置对分析样品进行气相色谱检测，得到检测图谱；在工业控制机的控制下，检测装置自动对分析样品进行色谱分离检测，并输出得至IJ的检测图谱。步骤S4、工业控制机在接收到检测图谱完成信号的情况下，通过监测分析软件处·理该检测图谱，得到定性定量数据；通过同各项标准指标的对比，从而得到监测结果，包括水样是否合格，如果不合格，其中超标物质的成分及浓度。从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测方法，通过工业控制机来控制自动采样装置、自动前处理装置及检测装置，并能够通过监测分析软件处理该检测图谱，得到定性定量数据，从而实现了全自动无人值守监测和数据分析，能够快速检测出水中VOCs的成份及其浓度，检测灵敏度高，性能稳定可靠，与现有技术中的人工操作相比，该方法更为简便，减少了人工失误比率，提高了监测效率，适合突发性水质污染等复杂水环境监测。本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测方法，步骤I)中从待测水源中采集得到定量的水样具体包括两个步骤，依次为步骤11)从待测水源中获取定量的水样，和步骤12)输出水样。当然，这两个步骤也可以在同一个步骤内实现。目前，水中VOCs的成份及其浓度监测主要是通过色谱技术，由于其灵敏度有限，在分析监测之需要先对待测水样进行浓缩分离，即前处理，现在主要的前处理技术有液体直接进样分离、液液萃取、固相萃取、半渗透膜萃取技术以及顶空进样技术等。在优选的实施例中，前处理使用吹扫捕集的方式。则步骤2)中的前处理具体包括两个步骤，依次为步骤21)对水样进行吹扫捕集浓缩，吸附分析样品，和步骤22)热脱附并输出分析样品。这样一来，能够直接测量浓度为PPb量级的挥发性有机物浓度，可以自动进样，不需要溶剂萃取分离，从而简化分析过程，加快分析速度，提高灵敏度。为了进一步优化上述的技术方案，步骤3)中的气相色谱检测具体包括两个步骤，依次为步骤31)对所述分析样品通过光离子检测器检测，和32)对所述分析样品通过电解电导检测器检测，这两种检测器的串联使用，扩大了监测的参数范围，通过两次检测进行比对监测，从而提高了监测的准确性。本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测方法，在步骤4)后还包括步骤5)工业控制机将定性定量数据上传到上端远程中心平台；在上述整个监测过程中，工业控制机监控各个步骤的进行情况，并将这些情况上传到远程中心平台，且远程中心平台能够通过工业控制机上安装的监测现场控制软件实现远程通讯控制功能。
综上所述，本发明实施例提供了一种水中VOCs自动在线监测方法，从水样取样一水样进样一吹扫步骤一浓缩步骤一脱附步骤一数据综合分析一数据传输整个过程自动化控制，以及最终的监测数据可以自动上传到远程中心平台，远程中心平台可以通过监测现场控制软件来控制所有涉及仪器和整个流程，对现场的监测仪器进行反向控制和发布命令等，包括远程可以发布紧急监测命令、标样核查、加标回收等功能。在上述水中VOCs自动在线监测方法的基础上，本发明实施例还提供了一种应用了该方法的水中VOCs自动在线监测装置，包括采用气相色谱仪4的气相色谱检测装置，其核心发明点在于，还包括自动采样装置、自动前处理装置和工业控制机7，工业控制机7具有分别用于控制自动采样装置、自动前处理装置和气相色谱检测装置的控制模块，且工业控制机7具有用于处理检测图谱的数据分析模块。本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测装置，实现了全自动无人值守监测和数据分析，仪器设备模块化集成，具有使用维护方便、易于升级和功能切换的优点，适合 于自动监测站、移动式应急监测站、实验室等方面的水中挥发性有机物的成份分析、浓度测量、监测数据传输和仪器远程控制。本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测装置，其自动采样装置包括自动取水装置I和自动进样装置2，进一步提高了自动化程度，自动取水装置I包括主取水管101和备用水管102，通过PLC控制器11控制对应的电磁阀实现自动切换，PLC控制器11控制继电器110，继电器110控制交流接触器109从而控制水泵取水，且自动取水装置I通过安装在储水池107中的液位传感器108监测取水量，并可控制三通电磁阀106实现余水排放和水池清洗。当然，自动取水装置I和自动进样装置2也可以合并组成一种仪器或装置。如图2所示，图2为本发明实施例提供的自动取水模块的结构示意图；其中，101为取水水管，102为备用水管，103为第一电磁阀，104第二为电磁阀，105为水泵，106为三通电磁阀，107为储水池，108为液位传感器，109为交流接触器，110为继电器。自动取水装置I主要由上述10个部件组成，采用了 101和102两个取水管路(一备一用)，并通过PLC控制器11控制电磁阀103和104实现自动切换。其中，自动取水装置I中的水泵105可以根据实际使用情况，采用多种型号的水泵。作为优选，自动前处理装置具体为吹扫捕集浓缩仪3，包括连接于自动取样装置的吹扫捕集管301，吹扫捕集管301的一端连接于载气供给装置9 ;用于吸附水样中被吹扫出的分析样品的捕集阱303 ；用于调节捕集阱303的温度的捕集阱控温箱304 ；吹扫捕集管301、捕集阱303、气相色谱仪4的气化室和载气供给装置9之间通过电子六通阀302控制切换导通。图3和图4分别为本发明实施例提供的水中VOCs检自动在线监测装置吹扫阶段和脱附阶段的示意图。在吹扫阶段，自动进样装置2将待测水样定量输入到吹扫捕集管301中，工业控制机7给出指令打开载气(通常是氦气)阀9-3，开始对待测水样吹扫，水样中的分析样品经过吹扫后富集到捕集阱303的吸附剂中。然后进入脱附阶段，电子六通阀302转动，捕集阱控温箱304快速升温，分析样品脱附后由气相色谱仪控制的载气9-4传输到气相色谱仪4进行分离。
本发明实施例提供的水中VOCs检自动在线监测装置，其气相色谱检测装置具体包括气相色谱仪4，采用气相技术分析监测；串联式光离子检测器5和电解电导检测器6 ；提供载气的载气供给装置9以及氢气供给装置10，在本实施例中，载气供给装置9使用的惰性气体具体为氦气。从气相色谱仪的色谱柱分离出来的分析样品，被引入到PID检测器，在这里监测那些不饱和的芳香族物质；从PID检测器流出的物质，立刻进入ELC D检测器以监测卤素物质，通过这样的串联结构，两个检测器有监测参数的交集，能够同时监测芳香族和卤素物质，提供了完美的VOCs监测手段；同时，不再需要执行两次独立的分析，不再需要传输管线，只占用一个气相色谱的检测器端口，只使用一根柱子。当然，气相色谱仪检测器除本发明公开的PID/EIXD组合外，还可以采用PID/E⑶，MS, PID, E⑶，EIXD等检测器及其组合，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，在此不再赘述。本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测装置，还包括通过数据传输模块8同工业控制机7数据通讯的远程中心平台，远程中心平台能够通过工业控制机上安装的监测现场控制软件实现远程通讯控制功能。数据通讯模块8包含无线城域网，GPRS，微波通讯，3G网络，卫星通讯，有线网络通讯等各种通讯方式。当然，工业控制机7可用其他可实现工业控制机功能的仪器代替，如商务计算机等。请参阅图5，图5为本发明实施例提供的水中VOCs自动在线监测装置的结构示意图。其中，虚线表示气体传输路线，带箭头实线表述样品传输路线，带双箭头实线表示通讯控制。下面将结合图5，以系统自动发出监测指令为例，对本发明的整体技术方案进行介绍工业控制机(监测分析软件)7给出监测指令，PLC控制器11接收指令并启动自动取水装置I采集水样，待采集水样完成以后，自动进样装置2收到PLC控制器11指令开始自动取样并送入吹扫捕集，吹扫捕集浓缩仪3按照工业控制机7设定的程序进行捕集水样中的有机物到捕集阱303，捕集阱303被快速的加热，热脱附分析样品并利用气相色谱的载气传输分析样品到气相色谱仪4，分析样品经气相色谱仪色谱柱分离先后进入光离子检测器(PID) 5和电解电导检测器(EIXD) 6检测，检测谱图传输到工业控制机7，工业控制机监测分析软件将图谱处理后得到定性定量数据并通过数据传输模块8上传到上端平台。监测方法条件实施例I
权利要求
1.一种水中VOCs自动在线监测方法，其特征在于，包括步骤 1)工业控制机接收到监测指令后，控制自动采样装置从待测水源中采集得到定量的水样； 2)所述工业控制机在接收到采集完成信号的情况下，控制自动前处理装置对所述水样进行前处理，得到能够直接用来气相色谱检测的分析样品； 3)所述工业控制机在接收到前处理完成信号的情况下，控制气相色谱检测装置对所述分析样品进行气相色谱检测，得到检测图谱； 4)所述工业控制机在接收到检测图谱完成信号的情况下，通过监测分析软件处理该检测图谱，得到定性定量数据。
2.根据权利要求I所述的水中VOCs自动在线监测方法，其特征在于，所述步骤I)中从 待测水源中采集得到定量的水样具体包括两个步骤，依次为步骤11)从待测水源中获取定量的水样，和步骤12)输出所述水样。
3.根据权利要求2所述的水中VOCs自动在线监测方法，其特征在于，所述步骤2)中的前处理具体包括两个步骤，依次为步骤21)对所述水样进行吹扫捕集浓缩，吸附分析样品，和步骤22)热脱附并输出所述分析样品。
4.根据权利要求3所述的水中VOCs自动在线监测方法，其特征在于，所述步骤3)中的气相色谱检测具体包括两个步骤，依次为步骤31)对所述分析样品通过光离子检测器检测，和步骤32)对所述分析样品通过电解电导检测器检测。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的水中VOCs自动在线监测方法，其特征在于，在所述步骤4)后还包括步骤5)所述工业控制机将所述定性定量数据上传到上端远程中心平台；在上述整个监测过程中，所述工业控制机监控各个步骤的进行情况，并将这些情况上传到远程中心平台，且所述远程中心平台能够通过所述工业控制机上安装的监测现场控制软件实现远程通讯控制功能。
6.一种水中VOCs自动在线监测装置，包括采用气相色谱仪(4)的气相色谱检测装置，其特征在于，还包括自动采样装置、自动前处理装置和工业控制机(7)，所述工业控制机(7)具有分别用于控制所述自动采样装置、所述自动前处理装置和所述气相色谱检测装置的控制模块，且所述工业控制机(7)具有用于处理检测图谱的数据分析模块。
7.根据权利要求6所述的水中VOCs自动在线监测装置，其特征在于，所述自动采样装置包括自动取水装置(I)和自动进样装置(2 )，所述自动取水装置(I)包括主取水管(101)和备用水管(102)，通过PLC控制器(11)控制对应的电磁阀实现自动切换，所述PLC控制器(11)控制继电器(110)，所述继电器(110)控制交流接触器(109)从而控制水泵取水，且所述自动取水装置(I)通过安装在储水池(107 )中的液位传感器(108 )监测取水量，并可控制三通电磁阀(106)实现余水排放和水池清洗。
8.根据权利要求7所述的水中VOCs自动在线监测装置，其特征在于，自动前处理装置具体为吹扫捕集浓缩仪(3),包括 连接于所述自动取样装置的吹扫捕集管(301)，所述吹扫捕集管(301)的一端连接于载气供给装置(9); 用于吸附水样中被吹扫出的分析样品的捕集阱(303); 用于调节所述捕集阱(303)的温度的捕集阱控温箱(304)；所述吹扫捕集管(301)、所述捕集阱(303)、所述气相色谱仪(4)的气化室和所述载气供给装置(9)之间通过电子六通阀(302)控制切换导通。
9.根据权利要求8所述的水中VOCs自动在线监测装置，其特征在于，所述气相色谱检测装置具体包括 气相色谱仪(4)； 串联式光离子检测器(5)和电解电导检测器(6)； 提供载气的载气供给装置(9)以及氢气供给装置(10)。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的水中VOCs自动在线监测装置，其特征在于，还包括通过数据传输模块(8)同所述工业控制机(7)数据通讯的远程中心平台，所述远程中心平台能够通过所述工业控制机上安装的监测现场控制软件实现远程通讯控制功能。
全文摘要
本发明公开了一种用于水中VOCs(挥发性有机物)自动在线监测方法和装置，可用于自动快速监测水中VOCs的成份及其浓度，并将实时数据传输到远程中心平台和实现远程反控。该装置主要由自动取水装置，自动进样装置，吹扫捕集浓缩仪，气相色谱仪，串联式检测器，工业控制机及数据传输模块等集成结构组成。本发明公开的方法和装置适用于美国EPA方法502.2公布的60种挥发性有机物，尤其适用于《生活饮用水卫生标准》规定的29种挥发性有机物的自动在线监测。该方法和装置具有速度快、监测灵敏度高、性能稳定可靠、全自动监测和数据传输等优点，适合于自动监测站、移动式应急监测站、实验室等方面。
文档编号G01N35/00GK102735859SQ20121024364
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者文立群, 李军, 王武林, 申田田, 童设华, 邹雄伟 申请人:力合科技(湖南)股份有限公司