表面排放VOCs采集器及VOCs采集方法与流程

本申请涉及环境检测仪器技术领域，尤其涉及一种表面排放vocs采集器及vocs采集方法。

背景技术：

臭氧污染是空气污染中的一类问题，是中国颗粒物污染达峰后最重要的空气质量问题之一，与我们的日常生活息息相关。2013年世界卫生组织的报告中指出，长期的臭氧污染暴露与人群死亡率表现出明显的剂量关系，特别是慢性心血管-呼吸系统疾病的死亡率。臭氧污染强度受到vocs和氮氧化物两类前体物浓度的综合影响，准确测算vocs的排放情况对于臭氧污染事件的预测和预防至关重要。另外，室内外装饰涂料、工业原料等物质中含有大量的芳香族、醇、酯、醚、酮有机物，产生的vocs毒性巨大，可以对人体肝肾等器官产生直接的负面影响，准确测算vocs的排放并进行有效防护对于减少职业暴露和室内环境污染带来的健康负担非常重要。

建筑墙面和地面的油漆涂料为现代化城市和居住环境添加了多彩的元素，但也带来了很高的vocs排放负荷。相比于烟囱、加油站等vocs点源，喷涂等行为导致的面源vocs排放更加分散，不容易定位，受环境的影响更强，不同时间段和应用场景下的排放差异巨大，检测和控制的难度更高。很多情况下，虽然检测到室内或者室外局部环境的vocs升高幅度明显，却很难确定面源vocs释放的位置和比例。

目前，室内外vocs排放表面中vocs释放量的检测方法包括：(1)原材料检测法。这是目前最普遍应用的方法，指直接检测喷涂等材料中的vocs含量。墙面涂料、地坪涂料、防水涂料、功能性涂料均有对应的vocs检测标准及控制要求。然而，这种方法只是检测材料含有多少vocs，无法用于判定实际应用过程中vocs的排放速率。某些材料虽然vocs含量很低，但是短时间排放量很高，可以对所处环境的人群和大气带来极高的伤害。(2)室内模拟实验法。本方法指在实验室内模拟喷涂材料的实际使用过程与应用条件，采集材料释放到空气中的vocs并分析，核算vocs排放量。这种方法相比于原材料检测法更能反映材料实际应用时的排放情况，但是只能反映材料使用前期短时间的排放情况，无法用于分析喷涂材料整个使用周期的vocs排放贡献；只能反映材料均匀喷涂后在单一稳定条件下的vocs释放水平，无法反映室外复杂的环境条件和应用方式下的排放情况。另外，室内模拟实验需要使用环境舱等设备，造价极高，操作复杂，无法应用于区域和城市尺度的大批量的喷涂材料vocs排放量的测算。(3)排放系数法。本方法指根据喷涂材料类型、配合比、使用量，结合单位用量的喷涂材料排放系数核算vocs的排放量。生态环境部编制的《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南》指出建筑外墙水性涂料和溶剂型涂料的vocs排放系数分别为120和450g/kg涂料。随着材料的不断革新，喷涂材料vocs的排放系数已经发生了很大的变化，而且不同种类喷涂材料不同使用阶段的vocs释放量存在很大差异。所以，排放系数法这种比较粗犷的分析方法并不适用于精细化的喷涂材料vocs释放量测算。

因而，目前需要一种适用于现场复杂、高湿、高污染、高异质性环境的，可以在表面材料任何使用阶段对其释放的vocs进行采集的装置。配合检测设备，这种采集装置可以以一种低成本的简便方式，在区域尺度用于准确反映喷涂或者其它vocs排放表面的vocs排放速率。

目前尚无用于室外表面vocs采集的装置和产品。下面对已有的几项用于vocs采集的方法或者设备进行描述。

中国在审的发明专利申请“一种vocs采集装置及其使用方法”(申请号：cn201811523213.7)提供了一种vocs采集装置，通过增加气液分离、液体收集箱等装置，降低了vocs样品的湿度和损失比例，增加了后续vocs分析的准确性和效率。中国实用新型专利“一种vocs采集装置”(申请号：cn201720513533.9)提供了一种vocs采集装置，通过设置气液分离箱和加热板，对样品进行预分离，将干燥vocs导入活性碳富集，增加了vocs采集的效率。中国实用新型“餐饮油烟排放监测装置”(申请号：cn202021514280.5)提供了一种烟道vocs监测装置，通过隔板和传感器位置的调整，降低了颗粒物对于vocs富集和监测的影响。这些专利均是对传统点源vocs采集方法效率的改良，无法完成表面排放vocs的采集。

中国在申的发明专利申请“散发物检测装置”(申请号：cn202010952498.7)提供了一种检测材料vocs累积释放量的装置，该装置在材料表面和检测器之间通过密封圈固定形成空腔，材料不断将vocs释放到空腔内，检测器连续检测空腔内的vocs浓度以测算累积释放量。然而，基于以下原因，该装置无法模拟材料的真实使用条件或者在复杂的现场环境进行vocs分析：(1)该装置空腔内无风，温湿度无法控制和调整，材料表面的vocs释放条件和实际相差较大。(2)为保证材料vocs释放量足够以达到检测器的检测下限，空腔容积需要足够大。很多vocs排放界面复杂度高，平整度不足，大面积空腔与这些表面的贴合度不足，难以完成vocs检测。(3)周围空气中的水分和vocs将会一直蓄留在空腔内部，如果浓度较高，将会对材料表面排放vocs的测量产生极大干扰。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种表面排放vocs采集器及vocs采集方法，该表面排放vocs采集器，能够模拟通风状态下地待测表面vocs散发状态，对待测表面的vocs采集更加接近实际使用场景。

为解决上述技术问题，本申请所采用的技术方案如下：

一方面提出一种表面排放vocs采集器，包括：主机和采样吸盘；主机内设有采样管，采样管一端连接有抽吸装置，另一端连接至少一个采样吸盘；采样吸盘通过吸气管路与采样管连通；采样吸盘还连接有进气管路，进气管路的另一端与设置于主机内的供气装置连通；供气装置设有净化部件，净化部件能够过滤vocs,以去除经由进气管路进入采样吸盘的预设气体中的vocs。

优选地，采样管包括串连的第一采样管和第二采样管；主机设有用于固定采样管的采样管固定器，采样固定器设有与采样管匹配的凹槽，采样管的两端内扣设置于凹槽；采样固定器的进气端与采样吸盘连通，采样固定器的出气端与抽吸装置连通。

优选地，供气装置包括缓冲气袋和进气泵；进气泵为恒流型气泵；缓冲气袋的出气端通过进气管路与采样吸盘连通，缓冲气袋的进气端与净化部件连通，进气泵的供气端与净化部件连通，由进气泵输送的气体经净化部件净化后进入缓冲气袋；缓冲气袋设有泄压气路，以使缓冲气袋不超过预设压力值，泄压气路包括第二单向阀以使缓冲气袋内的气体单向地由泄压气路排出。

优选地，净化部件至少由串连的活性碳罐和硅胶罐组成；进气泵的气体输出端与硅胶罐的进气端连接，两者间的连接管路设有第三单向阀，以使进气泵输送的气体单向地流入硅胶罐；活性碳罐的气体输出端与缓冲气袋的进气端连接，两者间的连接管路设有过滤膜盒。

优选地，抽吸装置包括吸气泵；吸气泵为脉冲型吸气泵；吸气泵的进气端与采样管固定器的出气端通过管路连通，两者间设有第一单向阀，以使预设气体单向地由采样固定器的出气端排出。

优选地，主机内设有供电部件和控制元件，供电部件用于向控制元件、抽吸装置和供气装置供电，控制部件用于控制抽吸装置和供气装置的工作状态；充电电池作为供电部件；主机包括舱体，舱体的外周设有若干用于触发控制元件的控制按键，控制按键包括冲洗键(37)和采集键。

优选地，采样吸盘是由聚四氟乙烯材质制成的柔性吸盘，采用吸盘包括第一采样吸盘、第二采样吸盘和第三采样吸盘；与采样吸盘相应，吸气管路包括第一吸气管路、第二吸气管路和第三吸气管路；三条吸气管路的一端分别与采样吸盘连通，另一端通过第一四通接头汇集后连接至采样管。

优选地，任意一采样吸盘与供气装置之间均设有单向阀，以使气体单向地由供气装置进入采样吸盘；与采样吸盘相应，进气管路包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路；三条进气管路的一端分别与采样吸盘连通，另一端通过第二四通接头汇集后连接至供气装置；第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路分别设有第四单向阀、第五单向阀和第六单向阀；第四单向阀、第五单向阀和第六单向阀为低压单向阀。

优选地，采样吸盘的底端设有环状密封圈；与采样吸盘相对应地，密封圈包括第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈。

另一方面提出一种vocs采集方法，使用表面排放vocs采集器对预设面进行采集，包括如下步骤：

s1：检查表面排放vocs采集器，以使表面排放vocs采集器的活性炭罐和硅胶罐内的耗材性能良好；

s2：点击表面排放vocs采集器的冲洗键，使其设有的进气泵开启，对其设有的缓冲气袋完成充气；

经历预设时间t1，vocs采集器设有的控制元件控制其设有吸气泵使其开启，缓冲气袋内的气体对表面排放vocs采集器内部和外部的气路进行清洗；

经历预设时间t2，控制元件关闭进气泵和吸气泵；

s3：将采样管安装至表面排放vocs采集器设有的采样管固定器；

s4：点击表面排放vocs采集器的采集键，控制元件开启进气泵，以使缓冲气袋完成充气；

经历预设时间t3,控制元件开启吸气泵，表面排放vocs采集器设有的采样吸盘将内的气体被富集至采样管；

经历预设时间t4,控制元件关闭进气泵和吸气泵。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：提出一种表面排放vocs采集器，包括：主机和采样吸盘；主机内设有采样管，采样管一端连接有抽吸装置，另一端连接至少一个采样吸盘；采样吸盘通过吸气管路与采样管连通；采样吸盘还连接有进气管路，进气管路的另一端与设置于主机内的供气装置连通；供气装置设有净化部件，净化部件能够过滤vocs,以去除经由进气管路进入采样吸盘的预设气体中的vocs。这种表面排放vocs采集器能够模拟通风状态下地待测表面vocs散发状态，对待测表面的vocs采集更加接近实际使用场景

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请实施例1示出的整体结构示意图。

图2是本申请实施例1示出的整体结构俯视示意图

图3是本申请实施例1示出的图2中aa标示处的剖面示意图。

附图标记说明

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例1

参考图1至图3所示，一种表面排放vocs采集器，用于对待检测表面进行采集，主要由脉冲吸气泵5、采样管固定器7、吸气管路、采样吸盘、密封圈、进气管路、缓冲气袋、活性碳罐31、硅胶罐32、进气泵34、舱体1、充电电池35、按键和控制元件36组成。

舱体1的外形大致为高1000mm、长1000mm、宽400mm的立方体，其主要由钢板钣金制成，舱体1分为上下两层，吸气泵5、采样管固定器7、充电电池35、控制元件36固定在上层，缓冲气袋27、活性碳罐31、硅胶罐32、进气泵34固定在下层；较优地，进气泵34使用恒流型气泵，吸气泵5采用脉冲型气泵。

采样管固定器7的外形大致为高320mm、长320mm、宽150mm的立方体，主要由聚四氟乙烯材质制成，采样管固定器7的出气端连接吸气泵5，采样管固定器7的进气端连接有第一四通接头25，第一四通接头25的其他三个接口分别连接第一吸气管路10、第二吸气管路11及第三吸气管路12，第一吸气管路10、第二吸气管路11及第三吸气管路12对应地与第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15连通，第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15吸附于待采集表面，吸气泵5开启后第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15内气体将经过第一吸气管路10、第二吸气管路11及第三吸气管路12富集至采样管固定器7内部的串连的第一采样管8和第二采样管9。第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15的底端分别设有第一密封圈16、第二密封圈17及第三密封圈18，设置密封圈的目的在于增加采样吸盘吸附于待采集表面的稳定性，较优地，采样吸盘是由聚四氟乙烯材质制成的柔性吸盘。

缓冲气袋27由聚四氟乙烯材质制成，尺寸大致为为高450mm、长400mm、宽350mm，缓冲气袋27的进气端依次连接有活性碳罐31和硅胶罐32及吸气泵34，缓冲气袋27的出气端连接有第二四通接头26，第二四通接头26的其他三个接口分别连接有第一进气管路19、第二进气管路20及第三进气管路21，第一进气管路19、第二进气管路20及第三进气管路21对应地与第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15连通，进气泵34开启后，外部气体将会经过硅胶罐32干燥及活性碳罐31净化去除vocs，净化后的预设气体储存在缓冲气袋27，第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15中的任意一个的内部达到预设负压值，缓冲气袋27内净化后的预设气体经过第一进气管路19、第二进气管路20及第三进气管路21对应地补充进入第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15内。活性碳罐31和硅胶罐32的外形均为高400mm、直径150mm的圆柱形罐体，其优选采用聚四氟乙烯材料制作。

充电电池35和控制元件36连接于脉冲吸气泵5和恒流进气泵34，分别用于提供电力，以及开启和关闭设备。

第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15为聚四氟乙烯材质制成的弹性圆盘，底面直径均为80mm。采样过程中，第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15可以分别吸附于待采集表面的不同代表性位置。相比于使用大直径的采样吸盘，采用多个直径80mm的采样吸盘在保证单位时间内采样体积足够的同时，由于单个采样吸盘的截面小，可以适应曲面、破碎面等复杂采样表面，也可以同时在采样表面的多个位置和角度采样，增加了采样的代表性。

吸气泵5脉冲时间分布为开启2分钟，停止2分钟，再开启2分钟，循环往复。吸气泵5开启期间和进气泵34流速分别为60ml/min和30ml/min。第一进气管路19、第二进气管路20及第三进气管路21分别安装有气流方向向采样吸盘的第四单向阀22、第五单向阀23和第六单向阀24。吸气泵5开始吸气时，第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15内部气体流向第一采样管8和第二采样管9并完成vocs富集，第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15内部压力形成负压，第四单向阀22、第五单向阀23和第六单向阀24开启，缓冲气袋27内部干净空气缓慢补充至采样吸盘。吸气泵5停止吸气时，缓冲气袋27内部空气继续补充至采吸盘，采样吸盘的内部压力升高，当采样吸盘内部压力升高至预设阈值，第四单向阀22、第五单向阀23和第六单向阀24关闭。吸气泵5再次开始吸气，第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15内压力再次降低至预设阈值。在此过程中，第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15的内部一直处于负压状态，增强大气压力下在待采集表面的固定效果，以避免采样吸盘从待采集表面脱离。

第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15内的负压值不宜过低，以采样吸盘的变形幅度不超过30％为限，避免其内部压力较低时变形幅度过大，导致采样吸盘在待采集表面吸附不稳，因此，第四单向阀22、第五单向阀23和第六单向阀24优选使用低压单向阀，当第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15内的压力值与缓冲气袋27内压力值之差符合第四单向阀22、第五单向阀23和第六单向阀24的开启条件时净化后的气体进入第一采样吸盘13、第二采样吸盘14及第三采样吸盘15，因此控制了缓冲气袋27内部气压及第四单向阀22、第五单向阀23和第六单向阀24的开启压力即可控制采样吸盘内的压力阈值，采样吸盘的内部压力保持在特定预设压力阈值范围内。

缓冲气袋27具有泄压气路28，避免进气泵34持续开启后，第四单向阀22、第五单向阀23和第六单向阀24未开启时，缓冲气袋27内压力过高造成其损坏。泄压气路28设置有第二单向阀29，第二单向阀29允许气体由缓冲气袋27单向地排出，以避免外部vocs和水分进入缓冲气袋27，对缓冲气袋27内净化后的气体造成污染。

吸气泵5和采样管固定器7之间设置有第一单向阀6，硅胶罐32和进气泵34之间设有第三单向阀33，第一单向阀6允许气流单向地由采样管固定器7进入脉冲吸气泵5，第三单向阀33允许气体单向地由进气泵34进入硅胶罐32，第一单向阀6可以避免吸气泵5内部的vocs对第一采样管8、第二采样管9内样品产生污染，第三单向阀33可以避免进气泵34内部的vocs对缓冲气袋27内气体产生污染。

活性碳罐31和缓冲气袋27之间连接有过滤膜盒30，内置聚四氟乙烯过滤膜，避免活性碳罐中的颗粒吸入缓冲气袋。过滤膜盒30的直径和内置膜的直径分别为60mm和55mm.

舱体1正上方中心安装有钢质把手2，方便搬运及携带设备。舱体1在采样管固定器7、活性碳罐31和硅胶罐32处分别安装有外门一3外门二4，尺寸分别为380mm×300mm和500mm×300mm，方便更换耗材。

吸气管路、进气管路、泄压气路28及各个部件之间的连接管路优选采用8mm内径聚四氟乙烯管。上述单向阀、过滤膜盒30、第一四通接头25、第二四通接头26的规格与管路尺寸匹配，优选地采用聚四氟乙烯材质制成的上述部件。

采样管固定器7具有两个凹槽，分别采用两端内扣方式固定第一采样管8及第二采样管9，保证了采样管更换更加便捷，采样时更加稳定。第一采样管8与第二采样管9串连同步进行vocs富集，避免待采集气体vocs浓度过高导致吸附饱和。本实施例中第一采样管8、第二采样管9使用2,6-对苯基二苯醚多孔聚合物-石墨化碳-x复合吸附管。

活性炭罐31内为6mm粒径的椰壳活性炭，在保证进气的vocs去除效果的同时，保证进气流速的稳定。

本申请还提出一种vocs采集方法，使用表面排放vocs采集器对预设面进行采集，包括如下步骤：

s1：检查表面排放vocs采集器，以使表面排放vocs采集器的活性炭罐和硅胶罐内的耗材性能良好；

s2：点击表面排放vocs采集器的冲洗键，使其设有的进气泵开启，对其设有的缓冲气袋完成充气；

经历预设时间t1，vocs采集器设有的控制元件控制其设有吸气泵使其开启，缓冲气袋内的气体对表面排放vocs采集器内部和外部的气路进行清洗；

经历预设时间t2，控制元件关闭进气泵和吸气泵；

s3：将采样管安装至表面排放vocs采集器设有的采样管固定器；

s4：点击表面排放vocs采集器的采集键，控制元件开启进气泵，以使缓冲气袋完成充气；

经历预设时间t3,控制元件开启吸气泵，表面排放vocs采集器设有的采样吸盘将内的气体被富集至采样管；

经历预设时间t4,控制元件关闭进气泵和吸气泵。

优选地，上述采样方法中各步骤中涉及预设时间t1、t2、t3及t4，以及进一步细化的操作步骤如下：

s1：检查表面排放vocs采集器，以保证活性炭罐31和硅胶罐32内耗材性能良好，使用软管将采样管固定器7内部联通。

s2：点击冲洗键37，进气泵34开启，当缓冲气袋27完成充气后脉冲吸气泵5五分钟后开启，缓冲气袋27内净化后的气体流经第一进气管路19、第二进气管路20、第三进气管路21、第一采样吸盘13、第二采样吸盘14、第三采样吸盘15、第一吸气管路10、第二吸气管路11、第三吸气管路12、采样管固定器7的内部管路进行冲洗；10分钟后进气泵34和吸气泵5自动关闭。

s3：将第一采样管8及第二采样管9安装至采样管固定器7，串连第一采样管8及第二采样管9并将其连接至吸气泵5和第一四通接头25之间。

s4：点击采集键38，进气泵34开启，缓冲气袋27完成充气；吸气泵5五分钟后开启，第一采样吸盘13、第二采样吸盘14、第三采样吸盘15内气体被富集至第一采样管8及第二采样管9；30分钟后进气泵34和吸气泵5自动关闭。

s5：取下第一采样管8及第二采样管9密封保存。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。