CN102226793A

CN102226793A - 便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪

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Publication number: CN102226793A
Application number: CN2011100946556A
Authority: CN
Inventors: 王燕; 朱宇宏; 陈俭霖; 朱永昌; 罗振扬; 郭静卓; 余辉; 张智敏
Original assignee: East & West Analytical Instruments Inc; JIANGSU ENVIRONMENTAL ECONOMIC TECHNOLOGY INTERNATIONAL COOPERATION CENTER; Jiangsu Supervision and Inspection Institute for Product Quality
Current assignee: East & West Analytical Instruments Inc; JIANGSU ENVIRONMENTAL ECONOMIC TECHNOLOGY INTERNATIONAL COOPERATION CENTER; Jiangsu Supervision and Inspection Institute for Product Quality
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2031-04-15
Also published as: CN102226793B

Abstract

一种便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，包括载气罐（1）、转换阀（2）、色谱柱室（3）和离子化池（4），所述的色谱柱室（3）上设有气态发泡剂注入口（5），色谱柱室（3）的输出端与离子化池（4）的输入端相连，离子化池（4）的信号输出端与信号控制板（6）对应的输入端相连，信号控制板（6）通过通讯接口与分析和控制用计算机相连，其特征是所述的转换阀（2）还连接有固液样品裂解炉（7），固液样品裂解炉（7）的气体出口（8）与转换阀（2）的另一个进气口相连通，将固液样品裂解炉（7）中分解的气体连同载气进气口中进入的载气一并送入色谱柱室（3）中。本发明具有体积小、重量轻，便于携带，操作简便、灵敏度高的优点。

Description

便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪

技术领域

本发明涉及一种气体检测仪，尤其是一种塑料发泡剂检测仪，具体地说是一种既能对气体发泡剂进行检测，又能同时对液体发泡剂和固体泡沫样本中的发泡剂成份进行快速检测的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪。

背景技术

随着科学技术进步和人类生活质量提高，泡沫塑料产品使用愈来愈广泛，国内产量逐年增高。众所周知，该类产品在生产过程中一般采用含氟烃、烷烃、二氧化碳等挥发性物质作为发泡剂，并基本残留在硬质泡沫微孔中。其中以含氟烃为代表的挥发性发泡剂具有毒性小、化学性能稳定、气相热导率低、使用安全等多种优点，而被世界众多国家广泛应用。但是这类物质中的氯氟烃(如CFC-11)和含氢氯氟烃(如HCFC-141b)化合物具有较高的臭氧消耗潜值，会缓慢破坏大气臭氧层，使地球易受到紫外线的强烈照射，严重影响人类健康，破坏生态环境，并且同时使大气环境产生温室效应。1987年9月联合国环境计划署在加拿大蒙特利尔召开国际会议，制定了控制氯氟烃的方案，即关于限制使用消耗臭氧层（ODS）物质的《蒙特利尔议定书》，该国际履约约定逐步禁止氯氟烃及相关发泡剂在塑料泡沫等行业的应用。

中国1991年加入蒙特利尔公约，承诺逐步限制和淘汰ODS物质。目前，我国已经根据国际公约的要求，完全禁止CFC-11用于泡沫塑料生产。根据2007年9月《蒙特利尔议定书》第19次缔约方大会上通过的加速淘汰含氢氯氟烃（HCFC）的调整案，我国需在2013年冻结、2030年之前完全淘汰HCFC的生产和消费。

目前国外仅有一些使用实验室大型仪器检测残留发泡剂的方法标准，尚无法现场快速检测，国内也未发现相关报导。鉴于我国履行国际公约、环保监管和促进企业技术升级的要求，需要研制出能快速定性泡沫塑料中残留发泡剂的仪器。

目前文献资料报道的方法发泡剂检测方法主要有：

1）热失重法：可通过称量泡沫在高温处理前后的质量损失，测定泡沫塑料中发泡剂含量。这种方法简单直观，但是耗时较长需几天甚至几周的时间，而且不能够鉴定发泡剂的种类。

2）通过泡沫燃烧后，将所有气体溶入溶剂，并通过化学方法将氟利昂转化为氯离子，用化学滴定的方法测定氯离子含量。这种方法受到多种因素的限制，如不适用含氯化合物如阻燃剂的泡沫。

3）ISO5921-1982，ASTM D7132-05均未采用上述两种方法而采用了可以定性定量的气相色谱法方法。气相色谱法方法要求分析的对象组分是可气化的成分，对于样品需进行必要的前处理。要测定泡沫塑料中的发泡剂，首先是要将它和泡沫基材分开。目前文献报道的前处理方法有多种。一种是直接用微量进样器扎入泡沫中抽取其中的残留发泡剂气体，这种方法取样代表性不好。一种是在气体采样包中压碎泡沫或者先用液氮冷却样品再粉碎，使泡孔中残留的发泡剂气体释放出来。这种方法的缺点在一是有些种类的泡沫很难完全压碎，液氮冷却的方法也比较繁琐成本也较高。一种方法是热脱气的方法，在高温下将泡孔破坏使发泡剂气体释放出来，这种方法需要热解析装置。还有一种方法是用溶剂溶解发泡剂的方法。ISO 5921-1982未提供具体的样品前处理方法，ASTM D7132-05则是用了溶剂甲苯溶解的前处理方法。但这种方法只能在实验室中进行，无法现场快速检测。

发明内容

本发明的目的是针对目前气相色谱法只能检测气态发泡剂，而无法快速检测液态及固态泡沫中的发泡剂成份或检测时需先将发泡剂气化或抽取固体泡沫中的气态发泡剂造成前置程序复杂，成本高，无法在现场进行快速测定，同时现有的各种气化方法的准确度不高的问题，设计一种基于气相色谱检测方法的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪。

本发明的技术方案是：

一种便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，包括载气罐1、转换阀2、色谱柱室3和离子化池4，所述的转换阀2至少设有两个进气口和一个出气口，所述的两个进气口中至少有一个与载气罐1的输出端相连通，转换阀2的出气口与色谱柱室3的载气输入端相连，所述的色谱柱室3上设有气态发泡剂注入口5，色谱柱室3的输出端与离子化池4的输入端相连，离子化池4的信号输出端与信号控制板6对应的输入端相连，信号控制板6通过通讯接口与分析和控制用计算机相连，其特征是所述的转换阀2还连接有固液样品裂解炉7，固液样品裂解炉7的气体出口8与转换阀2的另一个进气口相连通，将固液样品裂解炉7中分解的气体连同载气进气口中进入的载气一并送入色谱柱室3中。

所述的固液样品裂解炉7由外罩9、加热块10、保温层11、固体样本载样舟12和液体样本进样器13组成，加热块11位于保温层11中，保温层11充填在外罩9中，加热块10中安装有加热元件14，固体样本载样舟12穿过过渡管16伸入加热块10中的气化孔15中，过渡管16的一端与加热块10密封连接，另一端伸出外罩9外；气化孔15的一端与出气孔8相连通，出气孔8通过管路与转换阀2的进气口相连通；在加热块10上设有连通气化孔15和液体样本进样器13的进液孔17。

所述的进液孔17的出液端与固体样本载样舟12上的样本腔相对。

所述的固体样本载样舟12由杆体121、带外螺纹固定块122和手柄123组成，杆体121的一端与固定块122通过螺纹相连，手柄123通过螺纹旋装在固定块122上，所述的杆体121的另一端上设有一个截面半圆形的凹槽124，固定块122旋装在过渡管16中。

所述的液体样本进样器13由导流块131、散热片132和注射垫133组成，导流块131上设有与加热块10上的进液孔17相连通的注液孔134，散热片132旋装在导流块131上，注射垫133位于散热片132与导流块131组成的过渡腔135中。

所述的转换阀2为六通阀。

在所述的载气罐1与转换阀2之间的管路上安装有调压阀18和调节气量的针阀19。

在所述的载气罐1与转换阀2之间的管路上还安装有滤清器20。

本发明的有益效果：

本发明具有体积小、重量轻，便于携带，操作简便、灵敏度高的优点。它配备了三种进样口，可以实现泡沫塑料成品和原料的固、液、气三态现场快速检测，可以检测出CFC-11、HCFC-141b、HFC-245fa、HFC-365mfc,环戊烷等常用发泡剂。

本发明在国内首次实现对泡沫材料成品和原材料中发泡剂的现场快速检测，可满足国家法律法规限制ODS物质类发泡剂在泡沫塑料中使用的监督检测的需要。

附图说明

图1是本发明的组成结构示意图。

图2是本发明的固液样品裂解炉的结构示意图。

图3是本发明的检测原理图。

图4是本发明真空紫外光源及光离子化检测原理图。

图5是本发明的离子化池的检测原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示。

一种便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，包括载气罐1、转换阀2（可采用市售六通阀加以实现）、色谱柱室3和离子化池4（与现有的气体检测仪中使用的离子化池完全相同），所述的转换阀2至少设有两个进气口和一个出气口，所述的两个进气口中至少有一个与载气罐1的输出端相连通，在连接载气罐1及转换阀之间的管路上可安装或选择安装调压阀18、调节气量的针阀19、气体滤清器20、压力表等，转换阀2的出气口与色谱柱室3（可采用与现有的国家标准规定的检测仪器完全相同的结构）的载气输入端相连，所述的色谱柱室3上设有气态发泡剂注入口5，该注入口5是专门用于对所取得的气态发泡剂进行检测，色谱柱室3的输出端与离子化池4的输入端相连，离子化池4的信号输出端与信号控制板6对应的输入端相连，信号控制板6通过通讯接口与分析和控制用计算机相连，其特征是所述的转换阀2还连接有固液样品裂解炉7，固液样品裂解炉7的气体出口8与转换阀2的另一个进气口相连通，将固液样品裂解炉7中分解的气体连同载气进气口中进入的载气一并送入色谱柱室3中。如图1所示。本发明的固液样品裂解炉7的结构如图2所示，它主要由外罩9、加热块10、保温层11、固体样本载样舟12和液体样本进样器13组成，加热块11位于保温层11中，保温层11充填在外罩9中，加热块10中安装有加热元件14，固体样本载样舟12穿过过渡管16伸入加热块10中的气化孔15中，过渡管16的一端与加热块10密封连接，另一端伸出外罩9外；气化孔15的一端与出气孔8相连通，出气孔8通过管路与转换阀2的进气口相连通；在加热块10上设有连通气化孔15和液体样本进样器13的进液孔17。其中的进液孔17的出液端与固体样本载样舟12上的样本腔相对，以便将所取得的液态发泡剂直接注入样本舟上的半圆形凹槽中。具体实施时固体样本载样舟12可由杆体121、带外螺纹固定块122和手柄123组成，杆体121的一端与固定块122通过螺纹相连，手柄123通过螺纹旋装在固定块122上，所述的杆体121的另一端上设有一个截面半圆形的凹槽124，固定块122旋装在过渡管16中。液体样本进样器13可由导流块131、散热片132和注射垫133组成，导流块131上设有与加热块10上的进液孔17相连通的注液孔134（可加装玻璃衬管），散热片132旋装在导流块131上，注射垫133位于散热片132与导流块131组成的过渡腔135中。本实施例的电路控制部分及信号处理、温度调节等均可通过信号控制板6加以实现，为了实现准确计量，具体实施时还应增加相应的放大器21、电源组件22等，这些均可采用现有常规技术加以实现。

本发明的工作原理是：

样品进入仪器后，样品由载气导入色谱柱室内，色谱柱室中的包谱柱将样品的各个组分按照先后顺序进入离子化池，离子化池将样品电离，根据样品的量的大小，得到相应的电子流，测量电子流的值，即可线性的反应样品量的大小。

本发明的便携式硬质泡沫塑料发泡剂快速检测仪使用一只具有10.6eV能量的真空紫外无极气体放电灯作为光源。这种高能真空紫外辐射可使空气中大多数有机物和部分无机物电离，但仍保持空气中的基本成分如N₂、O₂、H₂O、CO₂等不被电离（这些物质的电离电位大于12eV）。被测物质的成分由色谱柱分离后进入离子化室，经过真空紫外无极气体放电灯照射电离，然后测量离子电流的大小，就可知道物质的含量；物质的种类根据色谱柱保留时间定性。

本发明的工作原理如图3所示。它的核心部分是真空紫外光源和离子化池。被分析的气体样品经注射口注入，然后由载气带入色谱柱室。被测物质经色谱柱室分离后进入离子化池，离子化池的上盖为真空紫外无极放电灯的窗口，两侧是电极。电极收集在真空紫外辐射下产生的离子，并产生离子电流，电离电流经放大后，由数据采集器和笔记本电脑组成的色谱工作站进行数据采集、处理、记录、显示和存储。使用的载气可以是压缩合成空气，进入色谱柱之前需经滤清器净化，除去其中的微量有机物。

真空紫外光离子化检测器工作原理：

光离子化检测器由真空紫外光源和样品池组成。真空紫外光源发射的光，波长短至110nm，相当于10.6eV。被检测的气体分子（R）在真空紫外光的照射下，吸收真空紫外光子的能量（hν），产生正离子（R⁺）和电子（e ^-）：

R + hν → R⁺ +e ^-

在电场的作用下形成离子电流，测量其大小，就可知道被测物质的含量。检测后，离子重新复合成为原来的气体和蒸汽。因此，光离子化检测器是一种非破坏性检测器，经过检测的化学物质，仍可做进一步的测定与分析。光离子化检测原理如图4、５所示。

本发明的主要技术指标：

检测限：在15°C以上使用时，不大于1μg/m³（苯）

定量重复性：5次连续进样定量重复性RSD不大于3％。

线性范围：10⁵

光子能量：10.6eV

光源寿命：≥3000h

本发明检测过程如下：

针对现场检测的实际情况，本发明的便携式硬质泡沫塑料发泡剂快速检测仪可以实现泡沫塑料成品固体样品、组合聚醚高粘态液体样品、氟利昂发泡剂气体或液体样品的检测。无需进行繁琐的样品前处理工作，可以真正实现现场快速检测。

1、气体进样

由于氟利昂的试剂大多为低沸点物质，极易气化，所以气体中多有存在。如果是液体也极易通过顶空进气体样品。发泡剂固体也可通过压缩气泡释放出气体进样，所以如果待测样品是气体，就通过气体进样口5进样，要求进样的注射器密封一定要好，进样体积为1μl～1ml之间可取，根据浓度大小来判断进样量的多少，总之使样品出峰在仪器信号范围之内。如果浓度太高可通过稀释后在进样的方法，以免污染检测器。进样之后立即点击工作站启动按钮，出峰结束后点击结束按钮，然后按上述进行数据处理。注意气体进样时，六通阀不搬动，一直处于取样状态。

2、固体进样

固体泡沫塑料的泡孔里会还有大量的氟利昂物质，此类固体可通过固体取样器从泡沫样之中心取样，旋转取出，截取1～3mm段长，放在截样舟的半圆形凹槽样品池上，然后放入热解炉中测试。此时六通阀的手柄在取样的位置，要停留60s，以使加热均匀，然后搬动六通阀的手柄到进样的位置，同时点击工作站启动按钮，约10～15s后扳回原位置即可。热解炉温度一般为120～150℃。注意样品池在放固体样品时，提前要冷却到室温。样品峰出完以后就可以取出泡沫塑料了。

3、液体进样

组合聚醚液体进样，在热解炉上方设计了液体进样口，由于组合聚醚的粘稠性容易污染进样通道，设计了加入方便取出的玻璃衬管，即使被污染也容易取出更换或清洗。进样体积为0.1μl～1０μl之间可取，根据浓度大小来判断进样量的多少，总之使样品出峰在仪器信号范围之内。进样之后此时六通阀的手柄在取样的位置，要停留30s，以使加热均匀，然后搬动六通阀的手柄到进样的位置，同时点击工作站启动按钮，约15s后扳回原位置即可。热解炉温度一般为120～150℃。出峰结束后点击结束按钮，然后按上述进行数据处理。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，包括载气罐（1）、转换阀（2）、色谱柱室（3）和离子化池（4），所述的转换阀（2）至少设有两个进气口和一个出气口，所述的两个进气口中至少有一个与载气罐（1）的输出端相连通，转换阀（2）的出气口与色谱柱室（3）的载气输入端相连，所述的色谱柱室（3）上设有气态发泡剂注入口（5），色谱柱室（3）的输出端与离子化池（4）的输入端相连，离子化池（4）的信号输出端与信号控制板（6）对应的输入端相连，信号控制板（6）通过通讯接口与分析和控制用计算机相连，其特征是所述的转换阀（2）还连接有固液样品裂解炉（7），固液样品裂解炉（7）的气体出口（8）与转换阀（2）的另一个进气口相连通，将固液样品裂解炉（7）中分解的气体连同载气进气口中进入的载气一并送入色谱柱室（3）中。

2.根据权利要求1所述的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，其特征是所述的固液样品裂解炉（7）由外罩（9）、加热块（10）、保温层（11）、固体样本载样舟（12）和液体样本进样器（13）组成，加热块（11）位于保温层（11）中，保温层（11）充填在外罩（9）中，加热块（10）中安装有加热元件（14），固体样本载样舟（12）穿过过渡管（16）伸入加热块（10）中的气化孔（15）中，过渡管（16）的一端与加热块（10）密封连接，另一端伸出外罩（9）外；气化孔（15）的一端与出气孔（8）相连通，出气孔（8）通过管路与转换阀（2）的进气口相连通；在加热块（10）上设有连通气化孔（15）和液体样本进样器（13）的进液孔（17）。

3.根据权利要求2所述的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，其特征是所述的进液孔（17）的出液端与固体样本载样舟（12）上的样本腔相对。

4.根据权利要求2所述的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，其特征是所述的固体样本载样舟（12）由杆体（121）、带外螺纹固定块（122）和手柄（123）组成，杆体（121）的一端与固定块（122）通过螺纹相连，手柄（123）通过螺纹旋装在固定块（122）上，所述的杆体（121）的另一端上设有一个截面半圆形的凹槽（124），固定块（122）旋装在过渡管（16）中。

5.根据权利要求2所述的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，其特征是所述的液体样本进样器（13）由导流块（131）、散热片（132）和注射垫（133）组成，导流块（131）上设有与加热块（10）上的进液孔（17）相连通的注液孔（134），散热片（132）旋装在导流块（131）上，注射垫（133）位于散热片（132）与导流块（131）组成的过渡腔（135）中。

6.根据权利要求1所述的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，其特征是所述的转换阀（2）为六通阀。

7.根据权利要求1所述的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，其特征是在所述的载气罐（1）与转换阀（2）之间的管路上安装有调压阀（18）和调节气量的针阀（19）。

8.根据权利要求1所述的便携式泡沫塑料发泡剂快速检测仪，其特征是在所述的载气罐（1）与转换阀（2）之间的管路上还安装有滤清器（20）。