CN103983799A - 用于气体的脉冲进样装置、脉冲进样方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于气体的脉冲进样装置、利用该装置的脉冲进样方法及其用途。更具体地，用于气体的脉冲进样装置包括载气气源和至少一个反应气气源，所述载气气源和所述至少一个反应气气源分别经由减压阀和质量流量控制器连接至具有采样环的六通阀的不同进口，并且所述六通阀流体联通地连接至样品池，其中通过切换所述六通阀的旋钮，使截留在所述采样环中的反应气被载气带入至所述样品池中，从而形成所述反应气的脉冲进样。采用本发明的脉冲进样装置及方法，能够精确控制反应气体的暴露量，从而减弱甚至消除反应物气相成分对原位谱学测量的干扰；并且能够在不暴露空气的情况下实现不同处理气氛和不同反应物质之间的自由切换。
Description
技术领域
本发明涉及用于气体的脉冲进样装置、利用该装置的脉冲进样方法及其用途。
背景技术
催化技术在国民经济和日常生活中占据着重要的地位，是化工行业的核心技术。目前，超过80％的化学工业过程涉及催化技术，在发达国家由催化技术直接和间接的贡献达到20-30％GDP。在多相催化反应中，无论反应过程遵循Langmuir-Hinshelwood机理还是Eley-Rideal机理，反应物都要经历在催化剂表面吸附的分子活化步骤，并且表面物种的化学吸附状态决定了后续催化反应的活性和选择性，因此反应物分子的化学吸附就显得尤为重要。在实际催化反应体系中，发展了一系列原位谱学技术来表征多相催化反应过程中的化学吸附状态和表面化学反应(参见2010年Chemical Society Reviews第12期专刊，其综述了这些原位谱学表征技术；2012年Physical Chemistry Chemical Physics第7期，其集中发表了这些原位谱学技术的最新研究成果；2013年Catalysis Today第205卷专刊，其发表了第四届国际原位谱学研究大会的报告)，深入理解催化反应机理和反应条件下的构效关系，为提高多相催化反应的催化性能提供科学的实验思路和理论指导。在以前的科学研究中，通常采用的实验方法是待反应物/探针分子在催化剂表面上吸附饱和后，再从吸附腔体中抽出剩余的反应物/探针分子，或者用惰性气体将剩余的反应物/探针分子吹扫出吸附腔体。这样虽然不会存在强大的气相光谱信号干扰，但得到的只是静态化学吸附信息，各种谱学方法检测到的只是催化剂表面上不可逆吸附的表面物种。
然而，只要化学吸附过程是热力学许可的，则反应物分子在催化剂表面上发生碰撞就可能形成化学吸附，形成化学吸附的可能性取决于反应物分子与催化剂表面的碰撞几率，而反应物分子在各种表面位点上的化学吸附能只决定化学吸附的强弱程度；随着吸附物种在表面上的迁移扩散，表面物种将会从弱吸附位点向强吸附位点转移，当达到平衡态时表面物种在各个吸附位点上的分布状态与反应物分子在该位点的化学吸附能有关。因此催化剂表面上的化学吸附是一个动态的过程，包括气相分子与表面的碰撞、表面吸附物种与气相分子之间的动态平衡、吸附物种在表面上的迁移扩散等。另外表面上吸附物种的状态还与反应物分子的气相浓度(即反应物气氛压力)密切相关，尤其弱吸附表面物种随着气相浓度的改变而处在不断的动态变化之中。甚至一些反应物分子在室温下并不能在催化剂表面形成化学吸附，只有在反应条件下(即一定温度和反应物压力条件)才能有效地吸附在催化剂表面。多相催化剂上表面物种的化学吸附状态决定了后续化学反应的活跃程度和转化方向，即决定了催化反应的活性和选择性，因此调控表面吸附物种的动态变化(合适的吸附位点、吸附构型和吸附强度)，就有可能获得优异的催化反应性能。
综上所述，化学吸附是一个动态的过程，表面物种的化学吸附状态与反应物分子的气相浓度密切相关，且决定了后续催化反应的活性和选择性。然而，静态化学吸附检测方法得到的实验结果并没有反映化学吸附的动态本质。当反应物以一定浓度源源不断地流过催化剂表面时，此时反应物分子自身会产生非常强的吸收信号，在这种情况下就无法有效地检测到催化剂表面的吸附物种和反应中间体，也就无法进行负载催化剂上催化反应的原位实时检测。气相反应物强的谱学信号干扰问题已经成为催化剂表面上化学吸附和催化反应的原位谱学科学研究中的一个巨大挑战。一种解决方案是测量气相反应物分子的谱学信号，以此信号为基准，从实验数据中将气相成分对谱学信号的贡献扣除掉。但这种解决方案的实验误差较大，因为气相成分的谱学信号强度要远远大于表面吸附物种的谱学信号强度，特别是对于具有较大分子量的反应物来说，其振动谱峰结构更加复杂，进一步增添了实验数据的不确定性。
为了解决气体反应物分子自身对表面吸附物种和反应中间体信号的检测干扰问题，需要新的进样装置和进样方法。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有状况，提供一种新的进样装置和进样方法，这样的装置和方法可以应用到实际催化剂体系的原位谱学研究中，既可以维持局部的较高反应物浓度，能够在催化剂表面生成一些弱吸附物种；又可以控制体系中气体分子的引入量，减小甚至消除气相成分对原位谱学测量的干扰；同时还能够实现在不同反应气氛之间的自由切换。这样就能够真正实现原位动态地检测反应物分子在催化剂表面的吸附和化学反应情况，而不是以前研究中的静态化学吸附信息，通过这样的装置或方法得到的实验结果能够反映化学吸附的动态本质。
为此，在一方面，本发明提供一种用于气体的脉冲进样装置，所述脉冲进样装置包括载气气源和至少一个反应气气源，所述载气气源和所述至少一个反应气气源分别经由减压阀和质量流量控制器流体联通地连接至具有采样环的六通阀的不同进口，并且所述六通阀的一个出口流体联通地连接至样品池，其中通过切换所述六通阀的旋钮，使截留在所述采样环中的反应气被载气带入至所述样品池中。
在一个优选实施方式中，所述六通阀通过所述六通阀上的载气出口流体联通地连接于所述样品池，并且所述反应气由不同于所述载气出口的另一出口进入放空装置或回收装置。
在一个优选实施方式中，所述样品池耦接有表征测试仪器。
在一个优选实施方式中，所述表征测试仪器是红外光谱仪、拉曼光谱仪和质谱仪。
在一个优选实施方式中，所述反应气气源的数量为2～4个。
在一个优选实施方式中，所述脉冲进样装置还包括设置在所述反应气和/或所述载气流路上的一个或多个选自由以下各项组成的组中的元件：二通截止阀、三通阀、四通阀和真空泵。
在一个优选实施方式中，所述反应气气源的数量为2个以上，并且所述反应气气源之间和/或各个所述反应气气源和所述载气源之间通过一个或多个选自三通阀、四通阀或其组合的元件连接，然后再连接至所述六通阀。
在一个优选实施方式中，所述真空泵位于所述六通阀和所述样品池之间。
在一个优选实施方式中，所述六通阀和所述真空泵之间还设置带有放空装置或回收装置的三通阀。
在一个优选实施方式中，所述表征测试仪器之后还设置有放空装置或回收装置。
在另一方面，本发明提供一种利用上述脉冲进样装置的脉冲进样方法，其中当使所述六通阀的旋钮处于第一位置时，所述反应气流经所述采样环并在所述采样环中被截留一段容量的反应气，而所述载气不流经所述采样环；当通过切换使所述六通阀的旋钮处于第二位置时，所述反应气不再流经所述采样环，而所述载气流经所述采样环，并且所述载气将所述采样环中的反应气带入至所述样品池中，从而形成所述反应气的一次脉冲进样。
在一个优选实施方式中，通过不断地重复所述切换操作来形成所述反应气的多次脉冲进样。
在一个优选实施方式中，在所述切换操作期间，所述反应气是连续流动的或间歇流动的。
在一个优选实施方式中，当所述反应气气源的数量为2个以上时，通过组合操作各个反应气流路上的一个或多个选自二通截止阀、三通阀、四通阀或其组合的元件来实现各种反应气之间的切换并形成它们各自的脉冲进样。
在一个优选实施方式中，当从一种反应气切换至另一种反应气并进行脉冲进样时，所述样品池预先通过载气进行吹扫。
在一个优选实施方式中，所述样品池中预先装有吸附剂或催化剂。
在另一方面，本发明提供上述脉冲进样装置或上述脉冲进样方法用于化学吸附和催化反应原位研究的用途。
本发明通过上述脉冲进样装置的诸如各种气体截止阀和管路流通阀的组合操作，实现原位的催化剂反应气氛、在不暴露空气的情况下实现不同反应气氛之间的自由切换，同时还能实现反应气体进样量的精确控制，从而能够以化学计量的配比比例来进行催化反应。此外，这样的进样装置与各种表征仪器(如各种光谱、质谱和微型反应器等)结合使用，还可以提供一种用于化学吸附和催化反应原位研究的脉冲进样方法。通过利用本发明的脉冲进样装置和方法，能够在化学吸附和催化反应的原位研究过程中精确地控制进样量以及在不同进样物质之间自由切换；并且能够有效地减弱甚至消除反应物气相成分对原位谱学测量的干扰，从而能够真正在线监测催化反应的进行情况。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施方式的用于气体的脉冲进样装置，其中所述装置耦接有表征测试仪器和计算机系统，并且其中为了更清楚而单独地显示了六通阀中的气体流路。
图2示出了根据本发明另一个实施方式的用于气体的脉冲进样装置，其中所述装置耦接有表征测试仪器和计算机系统，并且其中为了更清楚单独地显示了三通阀中的气体流路。
图3示出了根据本发明另一个实施方式的用于气体的脉冲进样装置，其中所述装置耦接有表征测试仪器和计算机系统，并且其中为了更清楚单独地显示了四通阀和六通阀中的气体流路。
图4示出了作为比较的根据现有技术的连续进样装置，其中所述装置耦接有表征测试仪器和计算机系统。
图5示出了根据本发明另一个实施方式的脉冲进样和作为对比的连续进样的红外光谱图。
图6示出了根据本发明另一个实施方式的单次脉冲气体流经原位样品池的质谱监控谱图。
图7示出了根据本发明另一个实施方式的不同载气流速条件下单次脉冲气体流经原位样品池的质谱监控谱图。
图8示出了根据本发明另一个实施方式的在230℃温度下反应物在催化剂表面的化学吸附物种随吹扫时间变化的红外光谱图。
图9示出了根据本发明另一个实施方式的室温下催化剂表面上化学吸附物种随吹扫时间变化的红外光谱图以及表面吸附物种强度随吹扫时间的变化趋势图。
图10示出了根据本发明另一个实施方式的在60℃温度下催化剂表面上化学吸附物种随吹扫时间变化的红外光谱图。
图11示出了根据本发明另一个实施方式的在-10℃温度下催化剂表面上化学吸附物种随吹扫时间变化的红外光谱图以及表面吸附物种强度随吹扫时间的变化趋势图。
图12示出了根据本发明另一个实施方式的室温下催化剂表面上化学吸附物种随脉冲次数增加的红外光谱图。
图13示出了根据本发明另一个实施方式的在50℃温度下催化剂表面上化学吸附物种随脉冲次数增加的红外光谱图。
图14示出了根据本发明另一个实施方式的室温下催化剂表面上化学吸附物种随吹扫时间变化的红外光谱图以及表面吸附CO物种强度随吹扫时间的变化趋势图。
图15示出了根据本发明另一个实施方式的在60℃温度下催化剂表面上化学吸附物种随吹扫时间变化的红外光谱图。
附图标号列表：
1、1-1、1-2、1-3和1-4：反应气或载气气源；
2、2-1、2-2、2-3和2-4：气体减压阀；
3、3-1、3-2、3-3和3-4：质量流量控制器；
4、4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6和4-7：二通截止阀；
5、5-1、5-2和5-3：三通阀；
6：四通阀；7：六通阀；8：样品池；9：红外光谱仪；10：质谱仪；
11、11-1、11-2和11-3：放空装置或回收装置；
12：真空计；13：真空泵；
14-1和14-2：计算机系统。
具体实施方式
在本发明中，提供了用于气体的脉冲进样装置，所述脉冲进样装置包括载气气源和至少一个反应气气源，所述载气气源和所述至少一个反应气气源分别经由减压阀和质量流量控制器流体联通地连接至具有采样环的六通阀的不同进口，并且所述六通阀的一个出口流体联通地连接至样品池，其中通过切换所述六通阀的旋钮，使截留在所述采样环中的反应气被载气带入至所述样品池中。
优选地，所述样品池通过所述六通阀上的载气出口流体联通地连接于所述六通阀，并且所述反应气由不同于所述载体出口的另一出口从所述六通阀进入反应气放空装置或反应气回收装置。优选地，所述样品池耦接有表征测试仪器如红外光谱仪和/或拉曼光谱仪和/或质谱仪。优选地，所述脉冲进样装置还包括设置在所述反应气和/或所述载气流路上的一个或多个选自由以下各项组成的组中的元件：二通截止阀、三通阀、四通阀和真空泵。优选地，所述反应气气源的数量为2个以上，例如2～4个，并且所述反应气气源之间和/或所述反应气气源和所述载气源之间通过一个或多个选自三通阀、四通阀或其组合中的元件连接，然后再连接至所述六通阀。优选地，所述真空泵位于所述六通阀和所述样品池之间。优选地，所述六通阀和所述真空泵之间还设置带有放空装置或回收装置的三通阀。优选地，所述表征测试仪器之后还设置有放空装置或回收装置。
本发明的脉冲进样装置中的各种元件如气源、质量流量控制器、六通阀、二通截止阀、三通阀、四通阀和真空泵均可商购获得。例如，气源可以是化学领域常见的高压气瓶，其中使用的反应气例如是CO、CO2、NO、氢气、氧气、甲烷、乙烯、丙烯等，使用的载气可以是例如N2、Ar、He等。在本发明中，所使用的六通阀的采样环的容积通常为0.2～2mL，但这并不限局限于此，根据需要，可以使用或设计具有其他取样容积的六通阀采样环。用于反应气或载气流动的流路可以是本领域常用于流动气体的金属管道或塑料管道。本发明装置中涉及的样品池可以是化学领域中常见的原位漫反射样品池(漫反射采集方式是红外光谱的一种测量模式，对红外样品的制样要求不是很高，也不需要添加各种稀释剂来进行混合，实验操作简单易行，保证了实验数据的重复可靠，特别适合于测量固体粉末样品表面上吸附质的振动信息)、微型反应器、红外光谱仪和拉曼光谱仪中的常用样品池等，根据需要，这样的样品池可以加载固体催化剂如负载型金属催化剂，并且在该样品池中可以发生反应气体的化学吸附和催化反应。在使用本发明的装置进行脉冲进样时，反应气体可以通过组合地操作本发明装置的各元件，实现连续流动或间歇地流动，并且过量的反应气气体可以通过放空装置放空或通过回收装置回收；而为了反应气体脉冲进样的稳定性和重复性，载气气体通常在进样期间是连续流动的，经过样品池后的尾气也可以通过放空装置放空或回收装置回收。在本发明中，使用的表征测试仪器如红外光谱仪、拉曼光谱仪和/或质谱仪等均是本领域常规使用的那些仪器，根据需要，本领域技术人员也可以在本发明的装置中添加其他所需的仪器例如压力计、真空泵等。
利用上述装置，通过其各元件之间的切换组合操作，能够便利地实现反应物气体分子(有些情况下称为探针分子)的脉冲进样。而且，装配有原位样品池的表征测试仪器与脉冲模式进样装置耦合起来使用，可以用来研究反应物分子/探针分子在负载型催化剂表面上的化学吸附(包括静态吸附和动态吸附)，能够有效地减小甚至消除反应物气相成分对检测信号的干扰，实现化学吸附和化学反应的原位动态检测。
在本发明的装置中，进样管路可以连有真空泵，进样压力由管路中的真空规读取。而且，单次脉冲进样量取决于六通阀的采样环，由此通过采用或设计不同的六通阀采样环，可以自行决定采样环的容量大小。另外，使用本发明的装置，能够在线对负载型催化剂进行预处理。具体地，将催化剂预处理气氛接在载气气源的位置，沿载气流动的方向，预处理气氛可以持续地流过装填有负载型催化剂的原位样品池，从而实现对负载型催化剂的原位预处理操作。
以下通过实施例进一步描述，但应理解，这些实施例仅用于举例说明的目的，而不意图限制本发明的范围。
实施例1
图1示出了根据本发明一个实施方式的脉冲进样装置。如图1所示，该脉冲进样装置包括一个反应气气源1-1和一个载气气源1-2、气体减压阀2-1和2-2、质量流量控制器3-1和3-2、六通阀7和后接的样品池8，以及任选的表征测试仪器(图1中所示为红外光谱仪9和质谱仪10)、计算机系统14-1和14-2，其中质量流量控制器用来控制反应气和载气气体在管路中的流速，使得气流能够稳定且可重复；带有采样环的六通阀用来进行脉冲进样，其中将固体粉末催化剂(图中未显示)填充在样品反应池(例如原位漫反射红外样品池)中。
更具体地，当六通阀的旋钮处于一个位置(即图1中的7-A所示流路位置)时，来自反应气气源1-1的反应气气体经过减压阀2-1和质量流量控制器3-1沿长虚线所示的流路从一个进口进入六通阀7，然后在六通阀7中沿粗黑色实线所示流路流经六通阀的采样环，然后再由长虚线所示的出口进入放空装置或回收装置11-1，此时六通阀的采样环中充满了反应气；在此期间，来自载气气源1-2的载气气体将沿圆点间隔虚线所示的流路从另一个进口进入六通阀，然后沿粗黑色实线所示流路由另一个圆点间隔虚线指示的出口流出，进入后接的原位漫反射样品池8中，即此时的载气不流经采样环。之后，当将六通阀的旋钮扳到另一个位置(即图1中的7-B所示流路位置)时，反应气体1-1将沿长虚线指示的流路到达六通阀，然后沿粗黑色实线所示流路直接经由长虚线指示的出口进入放空装置或回收装置11-1；而载气气体1-2在进入六通阀后，沿粗黑色实线所示流路流经六通阀的采样环，然后由另一个圆点间隔虚线指示的出口流出，这样载气气体就将截留在六通阀的采样环中一段容量的反应气体1-1带入到原位漫反射样品池8中，形成反应气体1-1的一次脉冲进样。不断地重复以上步骤，就实现了反应气体1-1的多次脉冲进样。
如图1所示，经过样品池的尾气可以经由圆点间隔虚线指示的流路进入放空装置或回收装置11-2。如图1所示，本发明的装置可以耦接有红外光谱仪9和质谱仪10用于表征和监测样品池中发生的吸附和催化反应，这些表征仪器可以分别通过计算机系统14-1和14-2来实时地采集数据。
实施例2
图2示出了根据本发明另一个实施方式的脉冲进样装置。如图2所示，用于切换反应气的脉冲进样装置包括两个反应气气源1-1和1-2以及一个载气气源1-3、气体减压阀2-1～2-3、质量流量控制器3-1～3-3、三通阀5、六通阀7和后接的样品池8，以及任选的表征测试仪器(图2中所示为红外光谱仪9和质谱仪10)、计算机系统14-1和14-2，其中质量流量控制器用来控制气体在管路中的流速，使得气流能够稳定且可重复；三通阀用来进行两种反应气体之间的切换；六通阀用来进行脉冲进样，其中将固体粉末催化剂如SiO2负载的Au、Pd金属催化剂等填充在样品池中。
更具体地，当三通阀的旋钮处于一个位置(即图2中的5-A所示流路位置)时，作为反应气的气体1-1将沿长虚线指示的方向到达三通阀5，然后沿长虚线指示的方向流到六通阀7处；作为反应气的气体1-2被截止，没有气体流出。当三通阀的旋钮被扳到另一个位置(即图2中的5-B所示流路位置)时，气体1-1将被截止，没有气体流出；气体1-2将沿点状虚线指示的方向到达三通阀5，然后沿长虚线指示的方向流到六通阀7处。作为载气的气体1-3将沿圆点间隔虚线所示的流路进入六通阀7，然后由另一个圆点间隔虚线指示的出口流出，进入后接的原位漫反射样品池8中。其他关于六通阀处的操作过程与实施例1中所述相同，即通过扳动六通阀的旋钮，来自载气气源1-3的载气气体将会把截留在六通阀的采样环中一段容量的反应气(具体是气体1-1还是气体1-2由三通阀旋钮所处的流路位置决定)带入到原位漫反射样品池8中。这样通过三通阀的切换操作，就可以将不同的气体导入到六通阀处，从而实现在不同反应气氛的脉冲进样之间进行切换。
如图2所示，经过样品池的尾气可以经由圆点间隔虚线指示的流路进入放空装置或回收装置11-2。如图2所示，本发明的装置可以耦接有红外光谱仪9和质谱仪10用于表征和监测样品池中发生的吸附和催化反应，这些表征仪器可以分别通过计算机系统14-1和14-2来实时地采集数据。
这里要说明的是，只要能实现气体间的切换，在本实施例中使用的三通阀等可以被其他元件如四通阀等替代，而且使用四通阀有可能能够更好地进行气体切换，因为使用四通阀的情况下两种反应气能够更加稳定地流动，更有利于气流的稳定性。
实施例3
图3示出了根据本发明另一个实施方式的脉冲进样装置。如图3所示，使用的脉冲进样装置包括三个反应气气源1-1～1-3和一个载气气源1-4、气体减压阀2-1～2-4、质量流量控制器3-1～3-4、六通阀7和后接的样品池8，以及任选的表征测试仪器(图3中所示为红外光谱仪9和质谱仪10)、计算机系统14-1和14-2，其中该进样装置还包括二通截止阀4-1～4-7、三通阀5-1～5-3、四通阀6和真空泵13及真空计12。其中质量流量控制器用来控制气体在管路中的流速，使得气流能够稳定重复；六通阀用来进行脉冲进样；二通截止阀用来接通或切断气体的流动；三通阀和四通阀用来改变气体在装置中的流向；真空泵通过抽空原有气体而用来定量进入样品池的气体的量，其中将固体粉末催化剂如SiO2负载的Au、Pd金属催化剂等填充在样品池中。
通过二通截止阀、三通阀、四通阀的组合操作，图3所示的脉冲进样装置能够实现更多种反应气氛的脉冲进样，并且在不暴露空气的情况下能够在这些反应气氛之间自由地进行切换。更具体地，当四通阀的旋钮处于一个位置(即图3中的6-A所示流路位置)时，作为反应气的气体1-1将沿长虚线指示的方向到达四通阀6，然后沿长虚线指示的方向流到六通阀7处；作为反应气的气体1-2将沿点状虚线指示的方向到达四通阀6，然后沿黑实线指示的方向流至三通阀5-2处，被三通阀5-2所截止，没有气体流出。当四通阀的旋钮被扳到另一个位置(即图3中的6-B所示流路位置)时，气体1-1将沿长虚线指示的方向到达四通阀6，然后沿黑实线指示的方向流至三通阀5-2处，被三通阀5-2所截止，没有气体流出；气体1-2将沿点状虚线指示的方向到达四通阀6，然后沿长虚线指示的方向流到六通阀7处。作为载气的气体1-4将沿圆点间隔虚线所示的流路进入六通阀7，然后由另一个圆点间隔虚线指示的出口流出，进入后接的原位漫反射样品池8中。其他关于六通阀处的操作过程与实施例1中所述相同，即通过扳动六通阀的旋钮，来自载气气源1-4的载气气体将会把截留在六通阀的采样环中一段容量的反应气(具体是气体1-1还是气体1-2由四通阀旋钮所处的流路位置决定)带入到原位漫反射样品池8中。这样通过四通阀的切换操作，就可以将不同的气体导入到六通阀处，从而实现在不同反应气氛的脉冲进样之间进行切换。
尽管图3示出了三个反应气气源和一个载气源，但通过组合控制阀门操作，图3所示进样装置同样可以实现图1所示装置的操作。以气体1-1是处理气氛/反应物、气体1-4是载气为例，具体来说是这样实现的：通过质量流量控制器3-1来调节气体1-1的流量；扳动二通截止阀4-1、四通阀6(即图3中的6-A所示流路位置)，使得气体1-1沿长虚线指示的方向流动。通过质量流量控制器3-4来调节气体1-4的流量；扳动二通截止阀4-4、三通阀5-1、六通阀7(即图3中的7-A所示流路位置)、三通阀5-2、三通阀5-3、二通截止阀4-5、二通截止阀4-6、二通截止阀4-7，使得气体1-4沿圆点间隔虚线指示的方向流动。待气体1-4将原位红外样品池中的残余空气吹扫干净后，扳动六通阀7(即图3中的7-B所示流路位置)，载气气体1-4将六通阀采样环中储存的气体1-1带入到原位红外样品池中。带入气体1-1的量由六通阀的采样环容积决定。这样就能够将一次脉冲剂量的气体1-1导入至原位红外样品池中，从而实现气体1-1的单次脉冲进样。不断地重复以上步骤，就实现了气体1-1的多次脉冲进样。
同样，通过组合控制阀门操作，图3所示进样装置也可以实现图2所示的切换操作。以气体1-1和气体1-2是处理气氛/反应物、气体1-4是载气为例，具体来说是这样实现的：通过质量流量控制器3-1来调节气体1-1的流量；扳动二通截止阀4-1、四通阀6(即图3中的6-A所示流路位置)，使得气体1-1沿长虚线指示的方向流动。通过质量流量控制器3-4来调节气体1-4的流量；扳动二通截止阀4-4、三通阀5-1、三通阀5-2、六通阀7(即图3中的7-A所示流路位置)、三通阀5-3、二通截止阀4-5、二通截止阀4-6、二通截止阀4-7，使得气体1-4沿圆点间隔虚线指示的方向流动。待气体1-4将原位红外样品池中的残余空气吹扫干净后，扳动六通阀7的旋钮(即使六通阀处于图3中的7-B所示流路位置)，载气气体1-4将六通阀采样环中储存的气体1-1带入到原位红外样品池中。待气体1-1达到预设的实验数值或者气体1-1在固体催化剂上已经吸附饱和后，将脉冲进样的气体切换成气体1-2。通过质量流量控制器3-2来调节气体1-2的流量；扳动二通截止阀4-2、四通阀6(即图3中的6-B所示流路位置)，使得气体1-2沿点状虚线指示的方向到达四通阀，然后沿长虚线指示的方向流到六通阀处(此时六通阀处于图3中的7-A所示流路位置)。待气体1-2在六通阀采样环内的流动达到平衡后，再次扳动六通阀7的旋钮(即使六通阀处于图3中的7-B所示流路位置)，载气气体1-4又将六通阀采样环中储存的气体1-2带入到原位红外样品池中。这样就先后将气体1-1和气体1-2导入至原位红外样品池中，实现了在不同处理气氛/反应物之间进行切换的进样模式。
另外，通过组合控制阀门操作，图3所示进样装置也可用来实现连续进样。以连续进样的反应气体是气源1-1为例，具体来说是这样实现的：通过各个控制阀门的组合操作，使得气体1-1沿着减压阀2-1、质量流量控制器3-1、二通截止阀4-1、四通阀6、三通阀5-2、六通阀7、三通阀5-3、二通截止阀4-5、二通截止阀4-6所组成的路径流动至原位漫反射样品池8处，从而实现了气体1-1的连续进样。
比较例1：
图4示出了目前使用的传统的连续进样装置。如图4所示，该连续进样装置包括一个气体源1(即反应气气源)、气体减压阀2、质量流量控制器3、二通截止阀4和后接的样品池8，以及任选的检测仪器9和10及计算机系统14-1和14-2，经过样品池的尾气可以进入放空装置或回收装置11。
更具体地，当二通截止阀4处于开启状态时，来自气体源1的反应气气体将沿着管路的方向到达样品池8，并持续地流过装填在原位样品池中的固体粉末催化剂(图中未显示)，使得固体粉末催化剂一直维持在该反应气气体的气氛之中。
脉冲进样方式的优越性评价
将2％Au/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。室温条件下，利用上述实施例1～3中的脉冲进样装置将单次脉冲的CO气体导入到原位漫反射红外样品池中(单次CO脉冲进样量为0.28mL)。同时使用比较例1的连续进样装置，将CO气体以连续流动的方式通过原位漫反射红外样品池，以进行对比。记录脉冲模式和连续流动模式的红外光谱，如图5所示。
在连续流动的条件下，红外光谱在2170和2117cm-1处表现出强而宽的振动吸收。在2170cm-1处的振动峰归属为气相CO振转光谱的R支，清晰地表明气相成分对谱学测量存在着较强的干扰；气相CO振转光谱的P支位于2117cm-1处；与2170cm-1处R支的吸收强度相比较，2117em-1处的谱峰强度远远超过了相应的P支吸收强度。这说明Au纳米粒子上吸附的CO物种对2117cm-1处的振动谱峰也有贡献。从而，在连续流动的条件下，采用原位漫反射红外光谱得到了化学吸附CO物种的振动信号，但被气相CO的振动信号严重干扰。
相反，在脉冲模式的条件下，红外光谱只在2117cm-1处表现出一个振动峰，这对应着催化剂上吸附CO物种的振动吸收，并且没有气相CO成分的干扰。这是因为在脉冲进样的模式下，气相成分的浓度非常小，不能够在漫反射红外光谱测量中表现出来。
从以上的对比实验可以看出，如果采用连续进样的方式，气相反应物的振动信号将会对催化剂表面吸附物种的振动信号测量产生很强的干扰，严重影响催化剂表面吸附物种的检测；而采用脉冲模式进样方法，可以有效地消除气相反应物的振动干扰，能够清晰准确地得到催化剂表面吸附物种的振动信息。反应气体的脉冲进样比连续进样在催化剂表面上吸附物种和反应中间体的检测方面具有很大的优越性。
样品池装填不同样品时进样组分的监控
采用本发明的脉冲进样装置，利用后接的质谱仪可以监控脉冲气体的进样量和到达样品池的时间，这两个参数能够通过六通阀的采样环和气路载气流速来进行调节。图6示出了单次脉冲CO气体流经原位样品池的质谱监控谱图(单次CO脉冲进样量为0.28mL)。当样品池中不装填Pd/SiO2催化剂和装填SiO2粉末时，两者的CO质谱强度基本保持不变，说明CO基本上不在SiO2粉末表面形成化学吸附；当样品池中装填Pd/SiO2催化剂时，CO质谱强度明显降低，说明在流经Pd/SiO2催化剂时一部分CO在催化剂表面形成化学吸附物种而使得到达质谱的CO强度减弱。另外，这三种条件下，CO在质谱中的起峰时间一致，表明在相同的载气流速下CO到达样品池的时间是一样的。
采用脉冲模式的进样方式引入探针分子CO气体，通过质谱检测技术来实时监控脉冲气流的行进情况和脉冲波峰的变化。在实验进程中，整个气流中只有一小段包含有CO气体分子，因此能够原位在线地检测该探针分子的流动速度及其在整个气流中的扩散情况；而采用连续进样模式的方法则不能得到这些信息。
在不同载气流速条件下进样组分的监控
将Pd/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。室温条件下，通过脉冲进样装置将单次脉冲的CO气体导入到原位漫反射红外样品池中(单次CO脉冲进样量为0.28mL)，随后Ar持续吹扫。图7示出了不同载气流速的情况下单次脉冲气体流经原位样品池的质谱监控谱图。载气流速越大，CO的质谱谱峰越窄，其起峰的时间也越早。当流速为30mL/min时，CO的起峰时间为37s；当流速为60mL/min时，CO的起峰时间为22s；当流速为100mL/min时，CO的起峰时间为17s。
采用脉冲模式的进样方式引入探针分子CO气体，通过质谱检测技术来实时监控脉冲气流的行进情况和脉冲波峰的变化。在实验进程中，整个气流中只有一小段包含有CO气体分子，因此能够原位在线地检测该探针分子的流动速度及其在整个气流中的扩散情况；而采用连续进样模式的方法则不能得到这些信息。
在230℃温度下反应物在催化剂表面的化学吸附
将八面体Cu2O纳米晶催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。在230℃温度下，通过脉冲进样装置将单次脉冲的丙烯反应气导入到原位漫反射红外样品池中，随后Ar持续吹扫。通过具有一定时间分辨能力的傅立叶变换红外光谱记录下进样和吹扫的整个过程中催化剂表面吸附物种的变化情况，如图8所示。在1541cm-1处的吸收峰对应着吸附在Cu+位上丙烯的C＝C伸缩振动；在2345和2208cm-1处的吸收峰归属为吸附CO2物种的O＝C＝O不对称伸缩振动；在1959和1915cm-1处的吸收峰归属为吸附丙二烯物种的C＝C＝C不对称伸缩振动。随着惰性气体的吹扫，这些表面吸附物种的振动吸收强度都降低，直至消失。
采用脉冲模式的进样方式引入反应物丙烯气体，在八面体Cu2O纳米晶催化剂上形成了具有很强振动信号的表面吸附物种，并且这些吸附物种的振动信号随着吹扫时间在发生变化；而在整个测量过程中，都没有观察到任何关于气相丙烯反应物的振动信号。该实验清晰地表明脉冲模式进样方法能够非常有效地抑制反应物分子气相成分对吸附红外光谱的检测干扰。
在室温下化学吸附物种在催化剂表面的扩散迁移
将Pd/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。室温条件下，通过脉冲进样装置将单次脉冲的CO气体导入到原位漫反射红外样品池中(单次CO脉冲进样量为0.28mL)，随后Ar持续吹扫。通过具有一定时间分辨能力的傅立叶变换红外光谱记录下进样和吹扫的整个过程中CO吸附物种的变化情况，如图9所示。在CO吸附的初始阶段，在Pd/SiO2催化剂表面上同时出现线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种。随着惰性气体的吹扫，线式吸附CO物种的强度逐渐减小，而桥式吸附CO物种的强度反而增加。这说明线式吸附CO物种在惰性气体的吹扫下发生了两种变化，一种是直接从催化剂表面脱附出去；另一种是线式吸附CO物种转变成了桥式吸附CO物种，从而使得催化剂表面观察到的桥式吸附CO物种的振动峰强度进一步增加。吹扫时间进一步延长，线式和桥式吸附CO物种的强度都降低，直至消失。
采用脉冲模式的进样方式引入探针分子CO气体，在Pd/SiO2催化剂上形成了具有很强振动信号的表面吸附物种，即催化剂表面形成了线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种，并且这些吸附物种的振动信号随着吹扫时间在发生变化；而在整个测量过程中，都没有观察到任何关于气相CO的振动信号。该实验清晰地表明脉冲模式进样方法能够非常有效地抑制反应物分子气相成分对吸附红外光谱的检测干扰。
在60℃温度下化学吸附物种在催化剂表面的扩散迁移
将Pd/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。在60℃温度下，通过脉冲进样装置将单次脉冲的CO气体导入到原位漫反射红外样品池中(单次CO脉冲进样量为0.28mL)，随后Ar持续吹扫。通过具有一定时间分辨能力的傅立叶变换红外光谱记录下进样和吹扫的整个过程中CO吸附物种的变化情况，如图10所示。在CO吸附的初始阶段，在Pd/SiO2催化剂表面上同时出现线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种。随着惰性气体的吹扫，线式吸附CO物种的强度逐渐减小，而桥式吸附CO物种的强度反而增加。这说明线式吸附CO物种在惰性气体的吹扫下发生了两种变化，一种是直接从催化剂表面脱附出去；另一种是线式吸附CO物种转变成了桥式吸附CO物种，从而使得催化剂表面观察到的桥式吸附CO物种的振动峰强度进一步增加。吹扫时间进一步延长，线式和桥式吸附CO物种的强度都降低，直至消失。
采用脉冲模式的进样方式引入探针分子CO气体，在Pd/SiO2催化剂上形成了具有很强振动信号的表面吸附物种，即催化剂表面形成了线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种，并且这些吸附物种的振动信号随着吹扫时间在发生变化；而在整个测量过程中，都没有观察到任何关于气相CO的振动信号。该实验清晰地表明脉冲模式进样方法能够非常有效地抑制反应物分子气相成分对吸附红外光谱的检测干扰。
在-10℃温度下化学吸附物种在催化剂表面的扩散迁移
将Pd/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。在-10℃温度下，通过脉冲进样装置将单次脉冲的CO气体导入到原位漫反射红外样品池中(单次CO脉冲进样量为0.28mL)，随后Ar持续吹扫。通过具有一定时间分辨能力的傅立叶变换红外光谱记录下进样和吹扫的整个过程中CO吸附物种的变化情况，如图11所示。在CO吸附的初始阶段，在Pd/SiO2催化剂表面上同时出现线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种。随着惰性气体的吹扫，线式吸附CO物种的强度逐渐减小，而桥式吸附CO物种的强度反而增加。这说明线式吸附CO物种在惰性气体的吹扫下发生了两种变化，一种是直接从催化剂表面脱附出去；另一种是线式吸附CO物种转变成了桥式吸附CO物种，从而使得催化剂表面观察到的桥式吸附CO物种的振动峰强度进一步增加。吹扫时间进一步延长，线式和桥式吸附CO物种的强度都降低，直至消失。
采用脉冲模式的进样方式引入探针分子CO气体，在Pd/SiO2催化剂上形成了具有很强振动信号的表面吸附物种，即催化剂表面形成了线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种，并且这些吸附物种的振动信号随着吹扫时间在发生变化；而在整个测量过程中，都没有观察到任何关于气相CO的振动信号。该实验清晰地表明脉冲模式进样方法能够非常有效地抑制反应物分子气相成分对吸附红外光谱的检测干扰。
对比分析图9、图10和图11的实验结果，不同温度下Pd/SiO2催化剂表面CO吸附物种的变化规律是一致的。与室温条件下的变化情况相比，低温下线式和桥式吸附CO物种的变化趋势明显放慢，表明低温下CO吸附物种在催化剂表面的扩散迁移速度变慢；而高温下线式和桥式吸附CO物种的变化趋势明显加快，表明高温下CO吸附物种在催化剂表面的扩散迁移速度变快。以前的超高真空表面科学研究结果表明，随着覆盖度的增加，CO按照热力学稳定性的顺序来依次占据表面吸附，先三重谷位，然后桥式吸附，最后线式吸附。但我们的原位时间分辨谱学结果显示，这些具有不同结合能的CO表面吸附物种同时出现，随后再按照热力学稳定性的顺序在催化剂表面发生迁移和扩散，进行表面吸附物种之间的转化。采用脉冲模式进样方法的原位红外谱学实验结果清晰地观察到了Pd/SiO2催化剂表面线式吸附CO物种向桥式吸附CO物种的转变；而采用连续模式进样方法则观察不到表面物种的转变，因为存在一个较强的气相CO振动信号的干扰。
催化剂表面上化学吸附物种随脉冲次数增加的变化
将Pd/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。室温条件下，通过脉冲进样装置向原位漫反射红外样品池中导入多次脉冲CO气体(单次CO脉冲进样量为0.28mL，两次相邻脉冲进样的时间间隔是2min)，通过具有一定时间分辨能力的傅立叶变换红外光谱记录下进样的整个过程中CO吸附物种的变化情况，如图12所示。在CO吸附的初始阶段，在Pd/SiO2催化剂表面上同时出现线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种；随着CO脉冲次数的增加，线式和桥式吸附CO物种的强度都增大，其中线式吸附CO物种的强度明显比桥式吸附CO物种的强度增加得快。
采用脉冲模式的进样方式引入探针分子CO气体，在Pd/SiO2催化剂上形成了具有很强振动信号的表面吸附物种，即催化剂表面形成了线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种，并且这些吸附物种的振动信号随着脉冲次数的增加发生了明显的变化，其中线式吸附CO物种的强度明显比桥式吸附CO物种的强度增加得快；而在整个测量过程中，都没有观察到任何关于气相CO的振动信号。该实验清晰地表明脉冲模式进样方法能够非常有效地抑制反应物分子气相成分对吸附红外光谱的检测干扰。
催化剂表面上化学吸附物种随脉冲次数增加的变化
将Pd/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。在50℃温度下，通过脉冲进样装置向原位漫反射红外样品池中导入多次脉冲CO气体(单次CO脉冲进样量0.28mL，两次相邻脉冲进样的时间间隔是2min)，通过具有一定时间分辨能力的傅立叶变换红外光谱记录下进样的整个过程中CO吸附物种的变化情况，如图13所示。在CO吸附的初始阶段，在Pd/SiO2催化剂表面上同时出现线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种；随着CO脉冲次数的增加，线式和桥式吸附CO物种的强度都增大，其中线式吸附CO物种的强度明显比桥式吸附CO物种的强度增加得快。
采用脉冲模式的进样方式引入探针分子CO气体，在Pd/SiO2催化剂上形成了具有很强振动信号的表面吸附物种，即催化剂表面形成了线式吸附CO物种和桥式吸附CO物种，并且这些吸附物种的振动信号随着脉冲次数的增加发生了明显的变化，其中线式吸附CO物种的强度明显比桥式吸附CO物种的强度增加得快；而在整个测量过程中，都没有观察到任何关于气相CO的振动信号。该实验清晰地表明脉冲模式进样方法能够非常有效地抑制反应物分子气相成分对吸附红外光谱的检测干扰。
催化剂表面上化学吸附物种随吹扫时间的变化
将Pd/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。室温条件下，通过多次脉冲模式进样，在Pd/SiO2催化剂表面上的CO吸附物种已经达到饱和，随后以惰性气体吹扫，通过具有一定时间分辨能力的傅立叶变换红外光谱记录下惰性气体吹扫的整个过程中CO吸附物种的变化情况，如图14所示。在惰性气体吹扫的初始阶段，线式吸附CO物种的强度急剧减小，桥式吸附CO物种的强度基本维持不变；当线式吸附CO物种已经消耗殆尽时，桥式吸附CO物种的强度才开始急剧减小。这种强度衰减的滞后现象表明，在惰性气体吹扫的初始阶段，桥式吸附CO物种在吹扫的状态下发生脱附现象，从催化剂表面脱附出去；线式吸附CO物种一方面从表面脱附出去，另一方面也转化为桥式吸附CO物种，相应地补充了因脱附而导致的桥式吸附CO物种的强度减小。这样就出现了线式吸附CO物种的强度急剧减小、而桥式吸附CO物种的强度基本维持不变的实验现象。当线式吸附CO物种已经消耗殆尽时，线式吸附CO物种向桥式吸附CO物种的转化已经不能弥补脱附带来的桥式吸附CO物种强度减小，在实验中观察到桥式吸附CO物种也开始急剧地减小吸收强度。
采用脉冲模式的进样方式，在Pd/SiO2催化剂上形成饱和的表面吸附CO物种，随后的惰性气氛吹扫实验清晰地表现了这些表面吸附物种的变化情况。在整个测量过程中，都没有任何气相CO振动信号对实验谱图造成干扰。
催化剂表面上化学吸附物种随吹扫时间的变化
将Pd/SiO2催化剂填充在原位漫反射红外样品池中。在60℃温度下，通过多次脉冲模式进样，在Pd/SiO2催化剂表面上的CO吸附物种已经达到饱和，随后以惰性气体吹扫，通过具有一定时间分辨能力的傅立叶变换红外光谱记录下惰性气体吹扫的整个过程中CO吸附物种的变化情况，如图15所示。与室温条件下的实验结果相似，在惰性气体吹扫的初始阶段，线式吸附CO物种的强度急剧减小，桥式吸附CO物种的强度基本维持不变；当线式吸附CO物种已经消耗殆尽时，桥式吸附CO物种的强度才开始急剧减小。与室温条件下的实验结果比较，60℃温度下的吸附物种强度衰减得更快，说明60℃温度下吸附物种从固体催化剂表面的脱附速度要大于室温条件下的脱附速度。
采用脉冲模式的进样方式，在Pd/SiO2催化剂上形成饱和的表面吸附CO物种，随后的惰性气氛吹扫实验清晰地表现了这些表面吸附物种的变化情况。在整个测量过程中，都没有任何气相CO振动信号对实验谱图造成干扰。
以上各实施例中所用催化剂的制备原材料，如氯化钯(分析纯)、氯金酸(分析纯)、氯化铜(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、乙醇(分析纯)、抗坏血酸(分析纯)、聚乙烯吡咯烷酮(分析纯)、二氧化硅(化学纯)、盐酸溶液(化学纯)、氨水溶液(化学纯)，各种处理气氛以及化学吸附和催化反应的气体和反应气体(一氧化碳、丙烯、氢气、氧气和氩气)由市场购得。
八面体Cu2O纳米晶催化剂的制备：
在55℃温度下，将5.0mL2.0mol/L的氢氧化钠水溶液逐滴滴加到50mL0.01mol/L的氯化铜水溶液中，该氯化铜水溶液中同时含有1.7g分子量为30000的PVP。充分搅拌0.5小时后，再逐滴加入5.0mL0.6mol/L的抗坏血酸水溶液，然后在55℃温度下充分搅拌3小时；然后离心分离，用蒸馏水和无水乙醇清洗，最后在室温下真空干燥12小时。由此制得外层包裹着PVP保护剂的八面体Cu2O纳米晶，标记为octa-Cu2O-PVP纳米晶。将一定量的octa-Cu2O-PVP纳米晶放置在U形管内，室温下以50mL/min的流速通入丙烯和氧气的混合气(C3H6∶O2∶N2＝2∶1∶22)吹扫30min，以5℃/min的升温速率加热到200℃，在200℃温度下保持30min；然后将处理气氛切换到30mL/min的纯氩气气氛，在此气氛下冷却到室温。由此制得没有PVP保护剂的八面体Cu2O纳米晶，标记为octa-Cu2O纳米晶。
Pd/SiO2催化剂的制备：
以PdCl2为前体，Pd/SiO2催化剂通过传统的沉淀沉积法制备得到。Pd的担载量为2.4wt％。通常地，PdCl2先溶解在HCl溶液中，形成H2PdCl4水溶液；随后H2PdCl4水溶液、SiO2和蒸馏水共同滴加在三颈烧瓶中，在60℃充分搅拌30min。加入适量的氨水溶液，将体系的pH值调至9～10之间；随后在60℃搅拌24小时；然后过滤、洗涤，并在60℃烘干12小时。最后在10％H2/Ar气氛下500℃焙烧4小时。
Au/SiO2催化剂的制备：
以氯金酸为前体，Au/SiO2催化剂通过传统的沉淀沉积法制备得到。Au的担载量为2wt％。通常地，0.9332g氯金酸溶解在50mL蒸馏水中，形成0.0453mol/L的氯金酸水溶液；随后8.97mL氯金酸水溶液、4.0g SiO2和50mL蒸馏水共同滴加在三颈烧瓶中，在60℃充分搅拌30min。加入适量的氨水溶液，将体系的pH值调至9～10之间；随后在60℃搅拌24小时；然后过滤、洗涤，并在60℃烘干12小时。最后在10％H2/Ar气氛下500℃焙烧4小时。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围内。此外，本发明的装置并不局限于所描述的脉冲进样用途，例如，尽管没有具体描述，但是利用本发明的脉冲进样装置，通过组合地控制其中的元件，也可以实现连续进样。
Claims (17)
1.一种用于气体的脉冲进样装置，所述脉冲进样装置包括载气气源和至少一个反应气气源，所述载气气源和所述至少一个反应气气源分别经由减压阀和质量流量控制器流体联通地连接至具有采样环的六通阀的不同进口，并且所述六通阀的一个出口流体联通地连接至样品池，其中通过切换所述六通阀的旋钮，使截留在所述采样环中的反应气被载气带入至所述样品池中。
2.根据权利要求1所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述六通阀通过所述六通阀上的载气出口流体联通地连接于所述样品池，并且所述反应气由不同于所述载气出口的另一出口进入放空装置或回收装置。
3.根据权利要求1所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述样品池耦接有表征测试仪器。
4.根据权利要求3所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述表征测试仪器是红外光谱仪、拉曼光谱仪和质谱仪。
5.根据权利要求1所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述反应气气源的数量为2～4个。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述脉冲进样装置还包括设置在所述反应气和/或所述载气流路上的一个或多个选自由以下各项组成的组中的元件：二通截止阀、三通阀、四通阀和真空泵。
7.根据权利要求6所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述反应气气源的数量为2个以上，并且所述反应气气源之间和/或各个所述反应气气源和所述载气源之间通过一个或多个选自三通阀、四通阀或其组合的元件连接，然后再连接至所述六通阀。
8.根据权利要求6所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述真空泵位于所述六通阀和所述样品池之间。
9.根据权利要求8所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述六通阀和所述真空泵之间还设置带有放空装置或回收装置的三通阀。
10.根据权利要求3所述的脉冲进样装置，其特征在于，所述表征测试仪器之后还设置有放空装置或回收装置。
11.一种利用根据权利要求1-10中任一项所述的脉冲进样装置的脉冲进样方法，其中，当使所述六通阀的旋钮处于第一位置时，所述反应气流经所述采样环并在所述采样环中被截留一段容量的反应气，而所述载气不流经所述采样环；当通过切换使所述六通阀的旋钮处于第二位置时，所述反应气不再流经所述采样环，而所述载气流经所述采样环，并且所述载气将所述采样环中的反应气带入所述样品池中，从而形成所述反应气的一次脉冲进样。
12.根据权利要求11所述的脉冲进样方法，其特征在于，通过不断地重复所述切换操作来形成所述反应气的多次脉冲进样。
13.根据权利要求11所述的脉冲进样方法，其特征在于，在所述切换操作期间，所述反应气是连续流动的或间歇流动的。
14.根据权利要求11所述的脉冲进样方法，其特征在于，当所述反应气气源的数量为2个以上时，通过组合操作各个反应气流路上的一个或多个选自二通截止阀、三通阀、四通阀或其组合中的元件来实现各种反应气之间的切换并形成它们各自的脉冲进样。
15.根据权利要求14所述的脉冲进样方法，其特征在于，当从一种反应气切换至另一种反应气并进行脉冲进样时，所述样品池预先通过载气进行吹扫。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的脉冲进样方法，其特征在于，所述样品池中预先装有吸附剂或催化剂。
17.根据权利要求1-10中任一项所述的脉冲进样装置或根据权利要求11-16中任一项所述的脉冲进样方法用于化学吸附和催化反应原位研究的用途。
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