CN102565250B - Tcd检测装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种TCD检测装置，包括测量池、参比池及热敏元件，热敏元件设置在测量池和参比池内；进一步包括：参比通道，一端连接辅助气，且设置所述参比池；在参比通道内气流方向上，在参比池的上游和下游分别设置第一流量控制模块、第二流量控制模块，第一流量计设置在参比池与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间；测量通道，测量通道上设置测量池，在测量通道内的气流方向上，第二流量计设置在测量池的下游或上游；连通通道，一端连通测量池及第二流量计的上游的测量通道，另一端连通第一流量计与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间，连通通道上设置阻流器。本发明具有测量精度高、适于连续分析等优点。

Description

TCD检测装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及气体的检测，特别涉及色谱分析中的TCD检测装置及其运行方法。

背景技术

TCD检测器是气相色谱常用检测器之一，基于不同物质具有相异的传热系数这一特性来进行检测。

图1示意性地给出了TCD检测装置的基本结构图，如图1所示，该检测装置以热敏元件构成电桥，参考气和测量气分别通过参考池和测量池带走其内热量，当参考气和测量气组分相同时电桥输出为零，如果组分不同则输出信号，且信号大小与样品浓度成比例。

国内厂家普遍采用双柱双流路，一根色谱柱其内流过测量气用于分离样品组分，另一根为空柱其内流过参考气用于克服温度波动，并通过流量或压力调节保证两路流量相同。这种方式带来了诸多弊端，如：

1、一个检测器占用两个进样口；

2、两种TCD结构分别用于填充柱(流量通常为25-40mL/min)和毛细柱(5-10mL/min)，相互之间不能替换使用，用于毛细柱时由于流量的限制导致峰展宽较大性能下降。

日本岛津公司提供了两种TCD设计方式，一种为双柱双流路用于填充柱，另一种采用单柱单流路用于毛细柱，图2示意性地给出单柱单流路的基本结构图，如图2所示，参考池排空的气体与色谱柱后气体汇为一路作为测量气流过测量池，这种方式有以下2个弊端：

1、只能用于毛细柱，不能用于填充柱；

2、参考气和测量气的流量不同。

图3示意性地给出了美国安捷伦公司采用的TCD检测装置的基本结构图，如图3所示，该检测装置采用了单丝调制气路设计，使参比气和测量气按照一定的周期交替通过热丝，通过这个方式有效的解决了岛津公司单柱单流路方案中的问题，但该方式又引入了2个新的弊端：

1、采用阀切换，频繁的切换，使用寿命有影响；

2、由于测量气不是连续通过热丝，因此不适用于快速分析。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种仅占用一个进样口、检测精度高、适于快速分析的TCD检测装置，以及一种仅占用一个进样口、检测精度高、适于快速分析的上述TCD检测装置的运行方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种TCD检测装置，所述检测装置包括测量池、参比池及热敏元件，所述热敏元件设置在所述测量池和参比池内；其特征在于，所述检测装置进一步包括：

参比通道，所述参比通道的一端连接辅助气，且设置所述参比池；在所述参比通道内气流方向上，在参比池的上游和下游分别设置第一流量控制模块、第二流量控制模块，第一流量计设置在所述参比池与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间；

测量通道，所述测量通道上设置所述测量池，在所述测量通道内的气流方向上，第二流量计设置在所述测量池的下游或上游；

连通通道，所述连通通道的一端连通所述测量池及第二流量计的上游的测量通道，另一端连通所述第一流量计与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间，所述连通通道上设置阻流器。

根据上述的检测装置，优选地，所述第一流量控制模块和/或第二流量控制模块采用比例阀。

根据上述的检测装置，可选地，所述测量通道的一端连接毛细柱或填充柱。

根据上述的检测装置，可选地，所述检测装置进一步包括预热模块，所述预热模块设置在所述参比池和第一流量计的上游。

根据上述的检测装置，可选地，所述检测装置进一步包括：

流路切换模块，所述流路切换模块用于使所述参比通道选择性地连通外界和所述第二流量控制模块。

根据上述的检测装置，可选地，所述检测装置进一步包括捕集阱，所述捕集阱设置在所述测量池的下游。

本发明的目的还通过以下技术方案得以实现：

根据上述的TCD检测装置的运行方法，所述运行方法包括：

当测量池的一端连接填充柱时，辅助气通过第一流量控制模块、参比池、第一流量计排出；测量气通过所述第二流量计、测量池后排出；调节所述第一流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量相同，此时，所述测量池和参比池内的流量相同；

当测量池的一端连接毛细柱时，辅助气进入参比通道，在所述第一流量计与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间有部分辅助气通过所述连通通道进入所述第二流量计和测量池的上游的测量通道中，与通过测量通道的测量气汇合后通过所述测量池，另一部分辅助气通过第二控制模块排出；调节所述第一流量控制模块、第二流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量相同，此时，所述测量池和参比池内的流量相同；

检测所述参比池和测量池内热敏元件的信号的差值，经分析后获知测量气的浓度。

根据上述的运行方法，优选地，所述第一流量控制模块和/或第二流量控制模块采用比例阀。

根据上述的运行方法，可选地，所述检测方法进一步包括预热步骤：

通过所述第一流量控制模块后的辅助气被预热。

根据上述的运行方法，可选地，所述检测方法进一步包括以下步骤：

流路切换步骤，当测量池的一端连接填充柱时，通过流路切换，从而使得参比通道与外界相通，进入参比通道内的辅助气全部通往外界；

当测量池的一端连接毛细柱时，通过流路切换，从而使得参比通道与所述第二流量控制模块连通，进入参比通道内的辅助气有部分通过所述第二流量控制模块排出。

根据上述的运行方法，优选地，所述流路切换模块采用三通阀。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、一个检测器仅占用一个进样口；

2、可同时适用于填充柱和毛细柱；

3、恒温和程序升温条件下，参考气和测量气的流量均相同，提高了检测精度；

4、测量气是连续通过热丝，适用于快速分析。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据现有技术中TCD检测装置的基本结构图；

图2是根据现有技术中岛津公司采用的TCD检测装置的基本结构图；

图3是根据现有技术中安捷伦公司采用的TCD检测装置的基本结构图；

图4是根据本发明实施例2的TCD检测装置的基本结构图；

图5是根据本发明实施例3的TCD检测装置的基本结构图；

图6是根据本发明实施例4的TCD检测装置的基本结构图。

具体实施方式

图4-6和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

本发明实施例的TCD检测装置，所述检测装置包括：

测量池、参比池及热敏元件，所述热敏元件设置在所述测量池和参比池内，输出端分别连接分析模块；

分析模块，所述分析模块分析热敏元件传送来的信号的差别，从而获知通入测量池内的测量气的浓度。所述分析模块是本领域的现有技术，在此不再赘述。

参比通道，所述参比通道的一端连接辅助气，且设置所述参比池；在所述参比通道内气流方向上，在参比池的上游和下游分别设置第一流量控制模块、第二流量控制模块，第一流量计设置在所述参比池与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间；作为优选，所述第一流量控制模块和第二流量控制模块采用比例电磁阀；

测量通道，所述测量通道上设置所述测量池，在所述测量通道内的气流方向上，第二流量计设置在所述测量池的下游或上游；

连通通道，所述连通通道的一端连通所述测量池及第二流量计的上游的测量通道，另一端连通所述第一流量计与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间，所述连通通道上设置阻流器，如阻尼器、单向阀等阻止气体流动的部件。

可选地，所述测量通道的一端连接毛细柱或填充柱。

可选地，所述检测装置进一步包括预热模块，所述预热模块设置在所述参比池和第一流量计的上游。

可选地，所述检测装置进一步包括：

流路切换模块，所述流路切换模块用于使所述参比通道选择性地连通外界和所述第二流量控制模块。优选地，所述流路切换模块采用三通阀。

可选地，所述检测装置进一步包括捕集阱，所述捕集阱设置在所述测量池的下游，用于捕集气体中的高沸点成分。

根据上述的TCD检测装置的运行方法，所述运行方法包括：

当测量池的一端连接填充柱时，辅助气通过第一流量控制模块、参比池、第一流量计排出；测量气通过所述第二流量计、测量池后排出；调节所述第一流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量相同，此时，所述测量池和参比池内的流量相同；优选地，所述第一流量控制模块和/或第二流量控制模块采用比例阀。

当测量池的一端连接毛细柱时，辅助气进入参比通道，在所述第一流量计与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间有部分辅助气通过所述连通通道进入所述第二流量计和测量池的上游的测量通道中，与通过测量通道的测量气汇合后通过所述测量池，另一部分辅助气通过第二控制模块排出；调节所述第一流量控制模块、第二流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量相同，此时，所述测量池和参比池内的流量相同；

检测所述参比池和测量池内热敏元件的信号的差值，经分析后获知测量气的浓度。

可选地，所述检测方法进一步包括预热步骤：

通过所述第一流量控制模块后的辅助气被预热。

可选地，所述检测方法进一步包括以下步骤：

流路切换步骤，当测量池的一端连接填充柱时，通过流路切换，从而使得参比通道与外界相通，进入参比通道内的辅助气全部通往外界；

当测量池的一端连接毛细柱时，通过流路切换，从而使得参比通道与所述第二流量控制模块连通，进入参比通道内的辅助气有部分通过所述第二流量控制模块排出。

优选地，所述流路切换模块采用三通阀。

根据本发明实施例1达到的益处在于：上述检测器仅占用一个进样口，且可同时适用于填充柱和毛细柱；参考气和测量气的流量均相同，提高了检测精度；测量气是连续通过测量池内的热敏元件，适用于快速分析。

实施例2：

根据本发明实施例1的TCD检测装置在气体检测中的应用例。

图4示意性地给出了本发明实施例的TCD检测装置的结构示意图。如图4所示，在该应用例中，第一流量控制模块和第二流量控制模块都采用比例电磁阀，分别设置在参比池的两侧。第一流量计设置在参比池和第一流量控制模块之间，连通通道的一端连通所述参比池和第二控制模块之间的参比通道，另一端连通测量池上游一侧的测量通道，第二流量计设置在所述测量池另一侧的测量通道上。捕集阱设置在所述测量池和第二流量计之间的测量通道上，预热模块设置在所述参比池和第一流量计之间的参比通道上。阻流器采用阻尼器。

上述TCD检测装置的运行方式为：

当所述测量通道连接填充柱时，通过调节所述第一流量控制模块和第二流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量值相同，也即通过所述参比池和测量池的气体流量完全相同；

当所述测量通道连接毛细柱时，通过调节第一流量控制模块和第二流量控制模块，从所述参比池流出的一部分气体通过第二流量控制模块排出，另一部分通过连通通道进入所述测量池，从而使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量值相同，也即通过所述参比池和测量池的气体流量完全相同。

实施例3：

根据本发明实施例1的TCD检测装置在气体检测中的应用例。

图5示意性地给出了本发明实施例的TCD检测装置的结构示意图。如图5所示，在该应用例中，第一流量控制模块和流路切换模块分别采用比例电磁阀、三通电磁阀，分别设置在参比池的两侧，所述三通电磁阀的排出端分别连通外界、第二流量控制模块(采用比例电磁阀)。第一流量计设置在参比池和流路切换模块之间，连通通道的一端连通所述第一流量计和流路切换模块之间的参比通道，另一端连通测量池上游一侧的测量通道，在该连通处和测量池之间设置第二流量计。捕集阱设置在所述测量池的下游，预热模块设置在所述参比池和第一流量控制模块之间的参比通道上。阻流器采用阻尼器。

上述TCD检测装置的运行方式为：

当所述测量通道连接填充柱时，通过流路切换模块的切换，辅助气通过流路切换模块后排空，通过调节所述第一流量控制模块和第二流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量值相同，也即通过所述参比池和测量池的气体流量完全相同；

当所述测量通道连接毛细柱时，通过流路切换模块的切换，辅助气通过流路切换模块后从第二流量控制模块排出；通过调节第一流量控制模块和第二流量控制模块，从所述第一流量计流出的一部分气体通过流路切换模块、第二流量控制模块排出，另一部分通过连通通道、第二流量计进入所述测量池，从而使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量值相同，也即通过所述参比池和测量池的气体流量完全相同。

实施例4：

根据本发明实施例1的TCD检测装置在气体检测中的应用例。

图6示意性地给出了本发明实施例的TCD检测装置的结构示意图。如图6所示，在该应用例中，第一流量控制模块和流路切换模块分别采用比例电磁阀、三通电磁阀，分别设置在参比池的两侧，所述三通电磁阀的排出端分别连通外界、第二流量控制模块(采用比例电磁阀)。第一流量计设置在参比池和第一流量控制模块之间，连通通道的一端连通所述第一流量计和第一流量控制模块之间的参比通道，另一端连通测量池上游一侧的测量通道，第二流量计设置在所述测量池下游的测量通道上。捕集阱设置在所述测量池和第二流量计之间的测量通道上，预热模块设置在所述参比池和第一流量计之间的参比通道上。阻流器采用阻尼器。

上述TCD检测装置的运行方式为：

当所述测量通道连接填充柱时，通过流路切换模块的切换，辅助气通过流路切换模块后排空，通过调节所述第一流量控制模块和第二流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量值相同，也即通过所述参比池和测量池的气体流量完全相同；

当所述测量通道连接毛细柱时，通过流路切换模块的切换，辅助气通过流路切换模块后从第二流量控制模块排出；通过调节第一流量控制模块和第二流量控制模块，从所述第一流量控制模块流出的一部分气体通过流路切换模块、第二流量控制模块排出，另一部分通过连通通道进入所述测量池，从而使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量值相同，也即通过所述参比池和测量池的气体流量完全相同。

Claims (3)

1.TCD检测装置的运行方法，所述检测装置包括测量池、参比池及热敏元件，所述热敏元件设置在所述测量池和参比池内；所述检测装置进一步包括：

参比通道，所述参比通道的一端连接辅助气，且设置所述参比池；在所述参比通道内气流方向上，在参比池的上游和下游分别设置第一流量控制模块、第二流量控制模块，第一流量计设置在所述参比池与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间；

测量通道，所述测量通道上设置所述测量池，在所述测量通道内的气流方向上，第二流量计设置在所述测量池的下游或上游；

连通通道，所述连通通道的一端连通所述测量池及第二流量计的上游的测量通道，另一端连通所述第一流量计与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间，所述连通通道上设置阻流器；

所述运行方法包括：

当测量池的一端连接填充柱时，通过流路切换，从而使得参比通道与外界相通，进入参比通道内的辅助气全部通往外界；辅助气通过第一流量控制模块、参比池、第一流量计排出；测量气通过所述第二流量计、测量池后排出；调节所述第一流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量相同，此时，所述测量池和参比池内的流量相同；

当测量池的一端连接毛细柱时，通过流路切换，从而使得参比通道与所述第二流量控制模块连通，进入参比通道内的辅助气有部分通过所述第二流量控制模块排出；辅助气进入参比通道，在所述第一流量计与第一流量控制模块或第二流量控制模块之间有部分辅助气通过所述连通通道进入所述第二流量计和测量池的上游的测量通道中，与通过测量通道的测量气汇合后通过所述测量池，另一部分辅助气通过第二流量控制模块排出；调节所述第一流量控制模块、第二流量控制模块，使得所述第一流量计和第二流量计测得的流量相同，此时，所述测量池和参比池内的流量相同；

检测所述参比池和测量池内热敏元件的信号的差值，经分析后获知测量气的浓度。

2.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于：所述第一流量控制模块和/或第二流量控制模块采用比例阀。

3.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于：所述运行方法进一步包括预热步骤：

通过所述第一流量控制模块后的辅助气被预热。