CN102879234B - 一种用于小体积气体采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于小体积气体采样装置，包括：气路系统、电路系统；气路系统包括：样品采集容器、连接装置、抽气装置，抽气装置通过连接装置与样品采集容器连接；电路系统包括：用于测量气路系统中压强大小的压力传感器、数据采集装置、数据处理装置。本发明设置有电路系统可以实时监测采样装置中气体压强；气路系统以多种形式接口实现与各种气体分析技术的友好连接，采用采样罐作为气体样品的容器适用于正压或负压气体小体积采样，采得气体样品可用于气相色谱和固相微萃取、气相/质谱联用分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种采样装置，具体涉及一种用于采集气体的采样装置，尤其是采集量在20毫升以内的小体积气体采集装置。
背景技术
气体分析是分析在室温和常压下为气态物质的组成及含量的方法，在石化、气体制造、环境监测、医药卫生、军事方面等有着十分广泛的应用。气体采样装置在气体样品取样、保存、分析过程中均具有举足轻重的地位。目前，现有技术中用于气体采样的装置主要有各种商品化的采样袋和采样罐。采样袋可用于压力高于大气压的正压气体样品的采样，对于压力低于大气压的负压气体对象则无法实现采样。采样罐在预抽真空后可实现正压气体和负压气体的采样，但采样过程中无法对采得气体样品的状态进行观察。采样罐采得气体可直接用于气相色谱仪进样分析，但却不能直接用于固相微萃取—气相/质谱联用分析，当气体样品中有机组分的含量低于气相/质谱检出限，需要用固相微萃取富集浓缩进样分析时，这样的采样装置就不适用了。
因此，通过研究形成一套采样量小，适用于多种采样对象（正压/负压），可与多种气体分析技术友好连接的采样装置势在必行。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供解决一种用压力传感器实时监测采样装置中气体压强，以多种形式接口实现与各种气体分析技术的友好连接，适用于正压或负压气体小体积采样，采得气体样品可用于气相色谱和固相微萃取-气相/质谱联用分析的小体积气体采样装置。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于小体积气体采样装置，包括：气路系统、电路系统；气路系统包括：样品采集容器、连接装置、抽气装置，抽气装置通过连接装置与样品采集容器连接；电路系统包括：用于测量气路系统中压强大小的压力传感器、数据采集装置、数据处理装置；所述压力传感器一端与样品采集容器连接，所述压力传感器另一端与数据采集装置电连接；数据采集装置与数据处理装置电连接。
更进一步的技术方案是样品采集容器包括：一个本体，所述本体上设置有一个中央设有采样孔的螺母；所述螺母与本体之间设有硅橡胶密封垫；所述本体上还设置有至少两个螺纹双通，第一螺纹双通固定在本体侧部，第二螺纹双通固定在本体底部；所述第二螺纹双通另一端与压力传感器连接，所述第二螺纹双通与压力传感器之间设有聚四氟乙烯密封垫。
更进一步的技术方案是连接装置包括：至少三根连接管、一个三通接头、第一球阀、第二球阀、第三球阀；所述三通接头的第一个接头通过第一根连接管与样品采集容器连接，第一球阀设置在第一根连接管上；所述三通接头的第二个接头通过第二根连接管与用于提供气体样品源进行采样的实验舱连接，第二球阀设置在第二根连接管上；所述三通接头的第三个接头通过第三根连接管与抽气装置连接，第三球阀设置在第三根连接管上。
更进一步的技术方案是样品采集容器是适用于高压、常压和负压气体样品采集的采样罐。
更进一步的技术方案是样品采集容器的样品气体可供直接进样分析和固相微萃取进样分析。
更进一步的技术方案是样品采集容器的容量范围是5毫升至20毫升。
更进一步的技术方案是样品采集容器是2个。
更进一步的技术方案是螺母是六角螺母。
更进一步的技术方案是连接装置、样品容器采集器的材料均是物化性质稳定的材料。
更进一步的技术方案是数据处理装置是计算机，用于处理数据和可视化实时监控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的整个小体积气体采样装置操作简便、占用空间小、维修方便、运行成本低，本发明样品气路系统的管路均采用物化稳定的材料，如不锈钢部件和管路，可以有效减少样品气体中组分在气路上的吸附。设置有电路系统可以实时监测采样装置中气体压强；气路系统以多种形式接口实现与各种气体分析技术的友好连接，采用采样罐作为气体样品的容器适用于正压或负压气体小体积采样，采得气体样品可用于气相色谱和固相微萃取、气相/质谱联用分析，提高了采得气体的样品的利用率。
附图说明
图1为本发明一个实施例的整体结构示意图。
图2为本发明另一个实施例气路系统结构示意图。
图3为本发明再一个实施例样品采集容器结构示意图。
图4为本发明第四个实施例气路系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，图1示出了本发明一个实施例的整体结构示意图。如图1所示，本实施例一种用于小体积气体采集装置，包括气路系统和电路系统；气路系统包括样品采集容器1，样品采集容器可以是采样袋或是采样罐，作为优选的实施方案，本实施例的样品采集容器1是采样罐。采样罐可用于采集高压、常压和负压气体样品的采集。采样罐的容量范围是5毫升至20毫升，其中采样罐的容量是5毫升或10毫升，又或者是15毫升，再或者是20毫升时为优选。作为更优选的实施方案，本实施中采样罐的容量是10毫升。气路系统还包括：抽气装置8,本实施例中，抽气装置是真空泵。采样罐通过连接装置与真空泵连接。本实施例中的连接装置，包括：一个三通接头4，三通接头的第一个接口通过第一根导气管与样品采集容器1连接，第一根导气管上设置有第一球阀3，第一球阀3用于控制第一根导气管的通路和断路。三通接头4的第二个接口通过第二根导气管与用于提供气体样品源进行采样的实验舱7连接，第二根导气管上设置有第二球阀5，第二球阀5用于控制第二根导气管的通路和断路。三通接头的第三个接口通过第三根导气管与抽气装置8连接，第三根导气管上设置有第三球阀6，第三球阀6用于控制第三根导气管的通路和断路。本实施例中，连接装置的材料采用物化性质稳定的材料制成，物化稳定的材料有多种，如陶瓷、不锈钢等，作为优选的实施方案，本实施例中的连接装置的材料采用不锈钢制成。连接装置采用物化性质稳定的不锈钢材料，可以有效减少样品气体中组分在气路上的吸附。本实施例一种用于小体积气体采集装置的电路系统包括：用于测量气路系统中压强大小的压力传感器2，压力传感器2设置在采样罐的底部；还包括一个用于收集数据的数据采集装置10，本实施例中的数据采集装置是一个数据采集盒；还包括一个可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控的数据处理装置11，压力传感器2的另一端与数据采集装置10电连接，数据采集装置10通过数据线与数据处理装置11电连接。数据处理装置可以是PLC或集成电路块，作为优选实施方案，本实施中数据处理装置11是带有显示器的计算机，可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控，对于保证采得气体样品的可靠性和代表性有重要意义。采样时，用于提供气体样品源的实验舱7通过连接装置与样品采集容器1和抽气装置8连接。打开实验舱7的出气阀门，就可以提供气体样品。
如图2所示，图2示出了本发明另一个实施例中的气路系统结构示意图。作为优选的实施方案，本发明的另一个实施例在实施例1的基础上实施，包括：气路系统和电路系统。本发明的另一个实施例中的气路系统如图2所示，包括样品采集容器1和抽气装置8。本实施例中的抽气装置8为一个真空泵。样品采集容器1、提供气体样品源的实验舱7和抽气装置8通过连接装置连接。样品采集容器1包括一个中央带有开孔的螺母A，开孔在直接用于固相微萃取—气相/质谱联用分析时提供气体样品。螺母A可以是五角螺母、六角螺母或八角螺母，作为优选，本实施例中螺母A为六角螺母。样品采集容器1的底部设有用于测量气路系统压强大小的压力传感器2。样品采集容器1的侧部设有一个螺纹双通D,螺纹双通D焊接在样品采集容器1的侧部。样品采集容器1的底部设有另一个螺纹双通E,螺纹双通E焊接在样品采集容器1底部，螺纹双通E与用于测量气路系统压强大小的压力传感器2连接。本实施例中的连接装置，包括：一个三通接头4，三通接头4的第一个接口通过第一根导气管与样品采集容器1上的螺纹双通D的另一端连接，第一根导气管上设置有第一球阀3，第一球阀3用于控制第一根导气管的通路和断路。三通接头4的第二个接口通过第二根导气管与用于提供气体样品源进行采样的实验舱7连接，第二根导气管上设置有第二球阀5，第二球阀5用于控制第二根导气管的通路和断路。三通接头的第三个接口通过第三根导气管与抽气装置8连接，第三根导气管上设置有第三球阀6，第三球阀6用于控制第三根导气管的通路和断路。本实施例中，连接装置的材料采用物化性质稳定的材料制成，物化稳定的材料有多种，如陶瓷、不锈钢等，作为优选的实施方案，本实施例中的连接装置的材料采用不锈钢制成。连接装置采用物化性质稳定的不锈钢材料，可以有效减少样品气体中组分在气路上的吸附。本发明的另一个实施例一种用于小体积气体采集装置的电路系统包括：用于测量气路系统中压强大小的压力传感器，压力传感器设置在样品采集容器1的底部；还包括一个用于收集数据的数据采集装置，本实施例中的数据采集装置是一个数据采集盒；还包括一个可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控的数据处理装置，压力传感器的另一端与数据采集装置电连接，数据采集装置通过数据线与数据处理装置电连接。数据处理装置可以是PLC或集成电路块，作为优选实施方案，本实施中数据处理装置是带有显示器的计算机，可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控，对于保证采得气体样品的可靠性和代表性有重要意义。本发明的另一个实施例一种用于小体积气体采集装置，其使用方法包括以下步骤：
第一步，设置一个用于小体积气体采样的装置，其包括气路系统和电路系统。第二步，预抽真空；所述第一球阀、第三球阀打开，所述第二球阀关闭，启动真空泵，直至气路系统内气体压强抽至最低。确认实验舱阀门处于关闭的状态，打开第二球阀，直至所述气路系统内气体压强抽至最低。第三步，导入气体样品；关闭所述第三球阀，打开所述实验舱阀门，所述实验舱中气体样品进入所述气路系统。所述气路系统中压强稳定后，所述第一球阀、第二球阀关闭。第四步，固相微萃取进样分析；将固相微萃取的萃取头通过所述样品采集容器的六角螺帽中间的采样孔插入，富集样品气体中组分。富集结束后拔出固相微萃取的萃取头，插入气相色谱仪汽化室进行后续分析。第五步，直接进样操作；将所述第二球阀与气相色谱仪进样系统相连接，即可进行后续分析。本实施例中的使用方法，第四步与第五步没有固定顺序关系，两个步骤可以调换顺序进行。
如图3所示，图3示出了本发明再一个实施例中的样品采集容器结构示意图。作为优选的实施方案，本发明的再一个实施例在本发明的另一个实施例的基础上实施。本发明的再一个实施例一种用于小体积气体采集装置包括气路系统和电路系统。气路系统包括：样品采集容器1，如图3所示，本实施例中的样品采集容器为一个采样罐，包括本体C,本体C顶部设有一个中央设有采样孔的六角螺母A,六角螺母A与本体C之间设有一个硅橡胶密封垫B，可以保持采样罐具有较好的气密性。本体C的右侧部设有一个螺纹双通接头D，用于连接导气管。本体C底部设有另一个螺纹双通接头E，螺纹双通接头E与压力传感器2连接，螺纹双通接头与压力传感器2之间设有聚四氟乙烯密封垫F，密封垫F可以保持采样罐具有较好的气密性。作为优选的实施方案，本实施中的六角螺母A、本体C、螺纹双通D和E都采用物化性质稳定的材料，如不锈钢材料，便于加工、运输和保存。本实施例中样品采集容器通过连接装置与抽空装置和实验舱连接，抽气装置为一个真空泵；本实施例中的连接装置，包括：一个三通接头，三通接头的第一个接口通过第一根导气管与样品采集容器上的螺纹双通D的另一端连接，第一根导气管上设置有第一球阀，第一球阀用于控制第一根导气管的通路和断路。三通接头的第二个接口通过第二根导气管与用于提供气体样品源进行采样的实验舱连接，第二根导气管上设置有第二球阀，第二球阀用于控制第二根导气管的通路和断路。三通接头的第三个接口通过第三根导气管与抽气装置连接，第三根导气管上设置有第三球阀，第三球阀用于控制第三根导气管的通路和断路。本实施例中，连接装置的材料采用物化性质稳定的材料制成，物化稳定的材料有多种，如陶瓷、不锈钢等，作为优选的实施方案，本实施例中的连接装置的材料采用不锈钢制成。连接装置采用物化性质稳定的不锈钢材料，可以有效减少样品气体中组分在气路上的吸附。本发明的再一个实施例一种用于小体积气体采集装置的电路系统包括：用于测量气路系统中压强大小的压力传感器2，压力传感器设置在采样罐的底部；还包括一个用于收集数据的数据采集装置，本实施例中的数据采集装置是一个数据采集盒；还包括一个可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控的数据处理装置，压力传感器的另一端与数据采集装置电连接，数据采集装置通过数据线与数据处理装置电连接。数据处理装置可以是PLC或集成电路块，作为优选实施方案，本实施中数据处理装置是带有显示器的计算机，可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控。本实施例的工作过程包括：在采样之前，由真空泵将气体管路中的压强降至最低，开启实验舱阀门，实验舱中的气体就可以进入到采样罐中。将固相微萃取的萃取头通过采样罐六角螺帽中间的采样孔插入，富集样品气体中组分后，就可以插入气相色谱仪汽化室解析分析。将本发明的第二球阀与气相色谱仪进样系统相连接，可进行直接进样分析。
如图4所示，图4示出了本发明第四个实施例气路系统结构示意图，本实施例在前三个实施例的基础上实施，包括：气路系统和电路系统。本发明的第四个实施例中的气路系统如图4所示，包括第一样品采集容器1、第二样品采集容器22和抽气装置8。第一样品采集容器1与第二样品采集容器22可以是相同的容器。本实施例中的抽气装置8为一个真空泵。第一样品采集容器1、第二样品采集容器22、提供气体样品源的实验舱7和抽气装置8通过连接装置连接。第一样品采集容器1包括一个中央带有开孔的螺母A，开孔在直接用于固相微萃取、气相/质谱联用分析时提供气体样品。螺母A可以是五角螺母、六角螺母或八角螺母，作为优选，本实施例中螺母A为六角螺母。第一样品采集容器1的底部设有用于测量气路系统压强大小的压力传感器2。第一样品采集容器1的侧部设有一个螺纹双通D,螺纹双通D焊接在第一样品采集容器1的侧部。第一样品采集容器1的底部设有另一个螺纹双通E,螺纹双通E焊接在第一样品采集器1的底部，螺纹双通E与用于测量气路系统压强大小的压力传感器2连接。本实施中第二样品采集容器22的结构与第一样品采集容器1相同，第二样品采集容器22底部的压力传感器通过数据线与电路系统连接。本实施例中的连接装置，包括：一个三通接头4，三通接头4的第一个接口通过第一根导气管与第一样品采集容器1上的螺纹双通D的另一端连接，第一根导气管上设置有第一球阀3，第一球阀3用于控制第一根导气管的通路和断路。第二样品采集容器22通过连接管与第一根导气管相通连接，连接管上设置有第四球阀21用于控制连接管的通路和断路。三通接头4的第二个接口通过第二根导气管与用于提供气体样品源进行采样的实验舱7连接，第二根导气管上设置有第二球阀5，第二球阀5用于控制第二根导气管的通路和断路。三通接头的第三个接口通过第三根导气管与抽气装置8连接，第三根导气管上设置有第三球阀6，第三球阀6用于控制第三根导气管的通路和断路。本实施例中，连接装置的材料采用物化性质稳定的材料制成，物化稳定的材料有多种，如陶瓷、不锈钢等，作为优选的实施方案，本实施例中的连接装置的材料采用不锈钢制成。连接装置采用物化性质稳定的不锈钢材料，可以有效减少样品气体中组分在气路上的吸附。本实施例一种用于小体积气体采集装置的电路系统包括：用于测量气路系统中压强大小的压力传感器，压力传感器设置在采样罐的底部；还包括一个用于收集数据的数据采集装置，本实施例中的数据采集装置是一个数据采集盒；还包括一个可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控的数据处理装置，两个样品采集容器下的压力传感器的另一端与数据采集装置电连接，数据采集装置通过数据线与数据处理装置电连接。数据处理装置可以是PLC或集成电路块，作为优选实施方案，本实施中数据处理装置是带有显示器的计算机，可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控，对于保证采得气体样品的可靠性和代表性有重要意义。本发明的第四个实施例一种用于小体积气体采集装置，其使用方法包括以下步骤：
第一步，设置一个用于小体积气体采样的装置，其包括气路系统和电路系统。第二步，预抽真空；所述第一球阀、第三球阀、第四球阀打开，所述第二球阀关闭，启动真空泵，直至气路系统内气体压强抽至最低。确认实验舱阀门处于关闭的状态，打开第二球阀，直至所述气路系统内气体压强抽至最低。第三步，导入气体样品；关闭所述第三球阀6，打开所述实验舱阀门，所述实验舱中气体样品进入所述气路系统。所述气路系统中压强稳定后，所述第一球阀、第二球阀、第四球阀关闭。第四步，固相微萃取进样分析；将固相微萃取的萃取头通过所述样品采集容器的六角螺帽中间的采样孔插入，富集样品气体中组分。富集结束后拔出固相微萃取的萃取头，插入气相色谱仪汽化室进行后续分析。第五步，直接进样操作；将所述第二球阀与气相色谱仪进样系统相连接，即可进行后续分析。本实施例中的使用方法，第四步与第五步没有固定顺序关系，两个步骤可以调换顺序进行。
采用上述设计，本实施例的整个小体积气体采样装置操作简便、占用空间小、维修方便、运行成本低，具有广阔的市场前景。本实施例可用于高压常压和负压气体样品的采集，采集的样品可用多种气体分析仪器分析，以获得丰富的样品信息。本实施例的压力实时监控技术，可实现采样装置检漏过程、气体样品采集过程、保存过程以及分析过程的可视化监控，对于保证采得气体样品的可靠性和代表性有重要意义。本实施例可广泛用于高压、常压和负压气体样品的采集，采集的样品可用多种气体分析仪器分析，以获得丰富的样品信息。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (9)
1.一种用于小体积气体采样装置，其特征在于：包括：气路系统、电路系统；所述气路系统包括：至少一个样品采集容器、连接装置、抽气装置(8)，抽气装置(8)通过连接装置与样品采集容器连接；所述电路系统包括：用于测量气路系统中压强大小的压力传感器(2)、数据采集装置(10)、数据处理装置(11)；所述压力传感器(2)一端与样品采集容器连接，所述压力传感器(2)另一端与数据采集装置(10)电连接；数据采集装置(10)与数据处理装置(11)电连接，所述的连接装置包括：至少三根连接管、一个三通接头(4)、第一球阀(3)、第二球阀(5)、第三球阀(6)；所述三通接头(4)的第一个接头通过第一根连接管与样品采集容器连接，第一球阀(3)设置在第一根连接管上；所述三通接头(4)的第二个接头通过第二根连接管与用于提供气体样品源进行采样的实验舱(7)连接，第二球阀(5)设置在第二根连接管上；所述三通接头(4)的第三个接头通过第三根连接管与抽气装置(8)连接，第三球阀(6)设置在第三根连接管上。
2.根据权利要求1所述的一种用于小体积气体采集装置，其特征在于所述的样品采集容器包括：一个本体，所述本体上设置有一个中央设有采样孔的螺母；所述螺母与本体之间设有硅橡胶密封垫；所述本体上还设置有至少两个螺纹双通，第一螺纹双通固定在本体侧部，第二螺纹双通固定在本体底部；所述第二螺纹双通另一端与压力传感器(2)连接，所述第二螺纹双通与压力传感器(2)之间设有聚四氟乙烯密封垫。
3.根据权利要求2所述的一种用于小体积气体采集装置，其特征在于所述的样品采集容器是适用于高压、常压和负压气体样品采集的采样罐。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的一种用于小体积气体采集装置，其特征在于所述的样品采集容器的样品气体可供直接进样分析和固相微萃取进样分析。
5.根据权利要求1所述的一种用于小体积气体采集装置，其特征在于所述的样品采集容器的容量范围是5毫升至20毫升。
6.根据权利要求1所述的一种用于小体积气体采集装置，其特征在于所述的样品采集容器是2个。
7.根据权利要求2所述的一种用于小体积气体采集装置，其特征在于所述的螺母是六角螺母。
8.根据权利要求1所述的一种用于小体积气体采集装置，其特征在于所述的连接装置、样品采集容器的材料均是物化性质稳定的材料。
9.根据权利要求1所述的一种用于小体积气体采集装置，其特征在于所述的数据处理装置(11)是计算机，用于处理数据和可视化实时监控。
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