CN102483396B - 用于将气体混合物可控地供应和输送到分析腔内的装置 - Google Patents

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Abstract

在通过化学荧光测量氮氧化物时存在的淬灭气体导致测量结果错误。因此建议一种用于将气体混合物可控地供应和输送到分析腔(14)内的装置，该装置带有至少一个定量配给导管(2)、第一毛细管(12)、分析腔(14)和排出导管(16)，该第一毛细管布置在所述至少一个定量配给导管(2)中，气体混合物从定量配给导管(2)流入所述分析腔，其中，所述定量配给装置具有流量限制器(6)，第一毛细管(12)在所述流量限制器后面布置在所述定量配给导管(2)中，其中，旁路(10)在所述流量限制器(6)和所述第一毛细管(12)之间从所述定量配给导管(2)分支出，其中，在所述旁路中布置喷嘴(22)并且该旁路在所述分析腔(14)之后汇入所述排出导管(16)。在这种实施形式中，淬灭效应造成的测量结果错误由于提高反应室流量的装置而得到补偿。

Description

用于将气体混合物可控地供应和输送到分析腔内的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将气体混合物可控地供应和输送到分析腔内的装置，该装置带有至少一个定量配给导管、第一毛细管、分析腔和排出导管，其中，第一毛细管布置在定量配给导管中，气体混合物从定量配给导管流入所述分析腔。
背景技术
这种装置例如在气体色谱分析法或化学荧光分析领域是公知的。
化学荧光分析的测量原理基于一氧化氮与臭氧的自发反应。一氧化氮和臭氧被转化为二氧化氮和氧气，其中，一部分形成的二氧化氮分子在反应之后处于激发态。在跃迁到基态时，多余的能量以在光学上可测量的辐射的形式发出，其强度直接与之前在气体混合物中存在的一氧化氮的浓度成比例。
这种测量方法中的问题由于淬灭效应导致。如果部分二氧化氮分子通过与其它分子碰撞释放其能量，那么就不释放辐射，则出现这种现象。这种现像在相比校准气体改变混合气体中的水份额或二氧化碳份额尤其明显。
用于分析气体混合物中的NO份额的装置例如由DE-OS 2225802公开。在此，包含氮氧化物的气体混合物通过布置在采样导管中的毛细管薄片状地定量配给到反应腔中。反应腔额外地通过第二导管被供入包含臭氧的反应混合物，因此混合物在腔室中以所述的方式反应。产生的辐射被测量并且由此通过光敏感的装置确定存在的氮氧化物份额。通过抽吸泵将混合物从反应腔输出。这种测量可以连续地进行。为了抑制由样品混合气中的二氧化碳造成的淬灭效应，在测量内燃机废气时将包含大约数倍量的含氧反应气体输送到反应腔内的样品气体中。通过这种稀释应当能减小淬灭效应。
由DE19746446C2同样公开了这种稀释措施，其中，稀释不是在反应腔，而是在NOx转化器之前进行。NOx转化器用于将NOx转化为NO。N2用作稀释气体。
然而，这两种实施形式中的缺点是，通过稀释不能完全抑制淬灭效应，不能确保测量精度。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供抑制用于将气体混合物可控地输送和供给到分析腔内的装置，通过该装置即便不添加稀释气体也能减少并且必要时完全消除淬灭效应。
该技术问题由此解决，即，定量配给装置具有流量限制器，第一毛细管在流量限制器后面布置在定量配给导管中，其中，在其中设置有喷嘴并且在分析腔之后通入排出导管中的旁路导管从流量限制器和第一毛细管之间的定量配给导管分支出。由于喷嘴与一个或多个毛细管相连接，因而导致通过调节经过反应腔的流量可以补偿淬灭效应，因为经过喷嘴的流量随着气体密度改变，而经过毛细管的流量随着气体的粘度而改变。因此，通过精巧的转换可以实现自动的流量改变，所述流量改变通过气体混合物改变的成分获得。这意味着，例如在二氧化碳或水份额上升时必须通过切换来提高到化学荧光分析器的反应腔的样品流，而在份额降低时减小样品流。在按本发明的装置中，经过喷嘴的流量随着密度的上升与密度的平方根成比例地下降，而经过毛细管的流量随着粘度的升高而成比例地下降。与氮气相比，二氧化碳具有比杂质气体更高的密度以及更小的粘度。因此，如果混合气体包含较多的二氧化碳，那么经过毛细管的流量就会上升，而同时经过喷嘴的流量会下降。连接在上游的流量限制器用于调节体积流量以及在入口压力恒定时根据气体混合物的组分调节出口压力。
在本发明的一种有利的设计构造中，流量限制器是第二毛细管。因此，以简单的方式确定了出口压力。
有利的是，喷嘴在临界状态运行。在这种情况下，出口压力变化不影响流量，因为流量仅仅与进口压力有关。
分析腔优选是化学荧光反应器的反应腔，因此其测量值通过毛细管和喷嘴的布置在由于存在水蒸气或二氧化碳而粘度改变时通过提高经过反应腔的流量而基本上被保持相同，因为氮氧化物较小的活性被通过较大的流量补偿。
装置优选具有泵，该泵在分析腔后面布置在排出导管中，因此确保了对混合气体的输送。
在本发明的一种重要的设计构造中，用于导入稀释气体的稀释通道在第一毛细管的下游汇入定量配给导管中。通过这种装置可以实现完全补偿淬灭效应，因此实现了高测量精度。
因此提供了一种用于将气体混合物可控地输送和供应到分析腔内的装置，通过该装置能够通过提高水蒸气或二氧化碳的份额明显减少并且必要时完全消除出现的淬灭效应。
附图说明
图1示意地示出了按本发明的用于将气体混合物可控地输送和供应到分析腔内的装置的一种实施例，以下对该实施例进行说明。
具体实施方式
附图示出了定量配给装置，该定量配给装置具有定量配给导管2，气体混合物可以通过入口4流入该定量配给导管中。在定量配给导管2中设置有用于根据恒定的进口压力和气体混合物的组分按规定调节输送体积流和出口压力的流量限制器6。
分支处8位于流量限制器6的下游，旁路10在分支处从定量配给导管2分支出，因此混合气体流根据其粘度、密度和可用的导管2，10的横截面积分为两个支流。
第一毛细管12在分支处8的下游布置在定量配给导管2中，来自定量配给导管的气体混合物的支流通过该第一毛细管12流入分析腔14中，该分析腔在当前的实施例中设计为化学荧光分析装置的反应腔室。
支流从此流入排出导管16，为了进行输送，在该排出导管中设置有未示出的泵，用于提供排出导管16的入口4和出口18之间足够的压降。必要时，也可以没有泵实现输送。
旁路10也汇入排出导管16中，在分支处8和汇入位置20之间在该旁路中布置喷嘴22。
以下说明工作原理，其中，作为第二毛细管的流量限制器6具有0.3mm的内径和134mm的长度，第一毛细管12具有相同的内径，然而具有88mm的长度，并且喷嘴22设计为在299hPa压力时具有30ml/min体积流量的氮气的临界喷嘴。
在运行温度为80℃时，由此在通过定量配给导管2输送纯氮气并且在第二毛细管6之前的入口压力p1为600hPa时获得了60ml/min的经过毛细管的体积流量。喷嘴22或第一毛细管12之前的压力p2然后调节到299.2hPa。因此，经过第一毛细管12和喷嘴22的体积流量分别为约30ml/min。反应腔14之后的压力在该例子中约为30hPa，其中，该压力通过泵的特性曲线确定，然而对之前的运行状态没有影响。在这时不存在淬灭效应，因为不存在淬灭气体。
现在，气体流的组分发生改变，因此在气体流中例如包含10％的水和10％的二氧化碳，通过按本发明的装置这样改变压力和气体流，使得经过第一毛细管12的流量上升到32.3ml/min，经过第二毛细管的流量上升到62.55ml/min，并且经过喷嘴的流量上升到30.25ml/min。同时，第二毛细管之后的压力p2提高到302.9hPa，而入口压力p1保持不变。由于气体流的粘度和密度改变的上述影响，第二毛细管6之后的压力p2上升到302.9hPa。这意味着，经过反应腔的流量上升7.67％。这种上升明显高于通过已知的纯毛细装置实现的上升。
业已表明，尤其在淬灭气体水蒸气和二氧化碳之间成比例时，流量的上升基本上与通过化学荧光测量二氧化碳时的淬灭效应成比例，因此这种淬灭效应可以通过按本发明的装置得到补偿。
由于混合气体中存在二氧化碳，密度在通过水蒸气时下降。混合气体的粘度由于存在两种杂质气体而降低。因此，在毛细管12中由于下降的粘度产生了提高的流量，而在喷嘴22中流量略微上升，因为流量仅与密度的平方根成比例地改变并且当前的混合气体密度仅略微下降，其中，这种上升明显比在并联毛细管12的情况下更小。由此导致的、经过反应腔14的体积流的提高补偿了通过化学荧光测量氮氧化物份额时出现的淬灭效应，这在纯毛细装置中是不能实现的。
应当明确的是，按本发明的装置不限于所述的实施例。因此例如可以使用其它的流体限制器或者将上述装置用于不同于化学荧光分析装置的反应腔的其它分析腔。供给可以根据环境条件通过或不通过泵进行。也可以通过额外稀释混合气体实现淬灭效应额外的减小。

Claims (6)

1.一种用于将气体混合物可控地供应和输送到分析腔内的装置，该装置带有：
至少一个定量配给导管，
第一毛细管，该第一毛细管布置在至少一个定量配给导管中，
分析腔，气体混合物从定量配给导管流入所述分析腔；和
排出导管，
其特征在于，所述定量配给装置具有流量限制器(6)，第一毛细管(12)在所述流量限制器后面布置在所述定量配给导管(2)中，其中，旁路(10)在所述流量限制器(6)和所述第一毛细管(12)之间从所述定量配给导管(2)分支出，其中，喷嘴（22）布置在所述旁路中并且该旁路在所述分析腔(14)之后汇入所述排出导管(16)。
2.如权利要求1所述的用于将气体混合物可控地输送和供给到分析腔内的装置，其特征在于，所述流量限制器(6)是第二毛细管。
3.如权利要求1或2所述的用于将气体混合物可控地输送和供给到分析腔内的装置，其特征在于，所述喷嘴(22)是临界喷嘴。
4.如权利要求1所述的用于将气体混合物可控地输送和供给到分析腔内的装置，其特征在于，所述分析腔(14)是化学荧光反应器的反应腔。
5.如权利要求1所述的用于将气体混合物可控地输送和供给到分析腔内的装置，其特征在于，所述装置具有泵，该泵在所述分析腔(14)后面设置在排出导管(16)中。
6.如权利要求1所述的用于将气体混合物可控地输送和供给到分析腔内的装置，其特征在于，用于引导稀释气体的稀释通道在第一毛细管(12)的下游汇入所述定量配给导管(2)。
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