[发明专利]包括气相色谱柱的气体检测设备

说明书

公开了一种用于检测环境空气中的目标气体的设备。该设备包括GC柱(118)；传感器(126)，位于GC柱(118)下游；泵(110)；储气室(114)和气动回路。气动回路有两种状态。在第一状态下，泵(110)抽取环境空气，并将其供应到储气室(114)，以便在压力下将环境空气储存在储气室(114)内，同时将环境空气的样品捕获在气动回路内。在第二状态下，将储气室连接到GC柱，以使得从储存室(114)抽取加压空气用作用于使捕获样品前进通过GC柱和传感器的载气。提供过滤器(116)用来过滤掉进入储存室(114)或从储存室(114)抽取的空气中存在的任何目标气体，以避免载气中存在任何目标气体。

技术领域

本发明涉及用于选择性检测环境空气中特定目标气体的存在的设备。

背景技术

需要检测和测量空气中不同浓度的化合物的存在。许多这样的化合物被归类为挥发性有机化合物(VOC)，其可能对人类、动物和植物生命有害，或者可能存在着火的风险，或者具有其他感兴趣的性质。

由于未受污染的空气含有非常低浓度的VOC，因此通常有兴趣共同寻找气态物质的存在，因此空气中任何VOC的指示通常可归因于特定来源。例如，VOC泄漏源可能是各种化学品的泄漏、筛选的土壤样品、化学品罐中的泄漏点、或纵火袭击中的促进剂。在这种情况下，优选的是，传感器和检测器提供对空气中目标分析物的浓度的快速和定量测量，从而可以实时确定它们的来源。采用光电离检测(PID)、火焰电离检测(FID)、热传导检测(TCD)和电流滴定的传感器和检测器适用于此目的。

特定的VOC(例如苯)对健康构成严重风险，特别希望能快速测量其在环境空气中的浓度。这些化合物可以表现为与对健康不产生这种危害的其他VOC的混合物。在检测所关注的特定VOC，例如苯(以下为了方便称为目标气体)时，众所周知的是，气相色谱(GC)提供了将测试气体样品中的目标气体与其他可检测化合物预分离的有效方法。

在气相色谱中，使得用于待分析目标气体的存在的少量气体样品进入含有介质(称为固定相)的色谱柱中，在色谱柱上气体偶尔被吸附和脱附。在引入样品之后的延长时间，使得不含有目标气体的载气流过GC柱。通过固定相上的可变气体吸附性，在被称为气体洗脱时间的特征时间处，原始样品气体中的每种气体成分从GC柱中排出。通过将离开色谱柱的气体提供给传感器，可以根据其洗脱时间的先验知识来检测目标气体。

几十年来，GC柱和传感器(通常是PID传感器)的组合已经用于实验室中使用的分析设备。然而，这种称为GC-PID的技术迄今仅用于庞大的固定设备中。

期望在便携式设备(即，足够轻且紧凑以便由个人携带的设备)中使用该技术，从而当呼吸具有高浓度目标气体的空气时，可以警告处于危险中的人员。然而，常规GC-PID设备中常用的一些处理与使该技术易于携带是不兼容的。具体地：

·许多GC柱需要载气(如氦气或氩气)来抽取样品气体经过GC柱。这在便携式设备中是不切实际的。

·分析型GC-PID可能需要将色谱柱加热至高温。这将给小型便携式设备带来巨大的电力负担。

·固定设备具有大型GC柱，洗脱时间长，通常在数十分钟内测量。结果，不能实现在便携式设备中原位测量的所需的近乎即时性。

从上述内容可以理解，为了实用，便携式设备需要短柱(为了更短的洗脱时间)，加入固定相，该固定相在连续暴露于空气时是稳定的(以避免供应惰性载气的需要)并且可在仅在略高于通常遇到的环境温度的温度下操作(以减少电力负担)。

可在空气中操作并满足上述要求的GC柱可由容易获得的材料和组分构成。举例来说，该柱可以包括金属管，所述金属管的长度为5cm至50cm，直径为1.2mm，并且其中填充有硅藻土支撑物，例如120，GC柱已经事先涂覆有合适的固定相以用于分离目标VOC，例如苯。双-氰丙基相往往适合此目的。