CN104162372A - 基于水-气置换技术的气体定量混配和控速输送方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静态配气法及其适用装置，具体为一种基于水-气置换技术的混合气体定量配制和控速输送方法和装置。其包括一个带密封顶盖1（附图的标示数字，下同）和下嘴5的刚性贮水容器3，顶盖上装有通气管2，位于贮水容器内的一个软容器4装在通气管2上，通气管2用于软容器的进气或输气，下嘴5用于容器的放水或注水。本发明利用在保持气压平衡和温度稳定的条件下，从刚性贮水容器内放出或注入一定体积的水6，则相等体积的气体进入或输出其中的软容器的原理，实现了混合气体的配制和输送。本发明保持了软容器静态体积配气法的优点，还具有组分气体浓度精确性高、更易获得较大的气体配制量以及能持续控速输送气体等优点。

Description

基于水-气置换技术的气体定量混配和控速输送方法和装置

技术领域

本发明涉及静态配气法及其适用装置，具体为一种基于水-气置换技术的混合气体定量配制和控速输送方法和装置。 

背景技术

混合气体配制方法分为静态法和动态法两类，每类又包括几种配气法。根据国家标准GB/T 10248-2005（等同ISO 1664: 2003），静态体积法可用于平衡气体中含有多于一种校准组分的混合气。许多实验室常需即配即用不同组分浓度的小量混合气体，有的实验还需配成的混合气以一定流速持续或间歇输送，例如细胞培养器皿或其放置容器内的供气。公认静态体积法适合于小量混合气体的配制，其中软容器用作混配室使这种配气方法具有混配室容易抽空、混配室体积随原料气注入量而定、原料气不需压缩、容易混匀气体及操作简便等多种优点。但是，目前用软容器进行气体混配，一般是用注射器将原料气注入容器内，存在注射器气密性、注入量精确性和一次注入量受限等问题。而且，对软容器内所配气体的持续或间歇输送及其速度控制，尚无解决的方法。因此，保持用软容器配制混合气的优点，弥补其不足之处，建立一种用软容器进行气体混配的新方法，相应地制作出性能优越的配气和输气装置，能更好地满足多个领域和学科实验室对混合气体配制和输送的需求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合气体定量配制和定速输送的方法和装置。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：其包括一个刚性容器，在容器顶壁上安装有两根硬质直管，用于通气。一根硬质直管的一端伸入容器内约2cm，连接一个塑料袋；另一端在容器外，连接一个三通开关，此三通的另两个端口分别与贮气袋和检压计连接，在气体配制后可用作塑料袋内气体输出的输气管。另一根硬质直管的容器内端管口与容器顶壁的内表面相平，容器外的一端伸出顶壁外表面4~6cm，与外界相通。在容器侧壁的紧靠底部处，安装有一根硬质直管，用于注水和放水。各硬质管上可装配三通开关；或连接软管，在软管上安装夹子。所有管道连接处应确保不漏气。所述刚性容器顶部可开放和关闭，可用带密封圈的顶盖，也可采用其它密封部件，但均应确保在关闭状态下不漏气。 

通常，实验室用本发明之配气和输气装置，所述刚性容器内腔的容积一般为5~10L，所述塑料袋的容量一般为2~8L，各管子内径可为3~5mm。 

所述刚性容器、管子、气袋和相关附件均用无毒材料制成，这些材料应是所接触气体的惰性物质，对气体分子的吸附作用也很弱。 

本发明主要是基于以下物理学原理：⑴ 在装满水的密闭刚性容器内，水中有空的软容器（比如塑料袋，内无气体，也无液体和固体物质），当此软容器与刚性容器外装有气体的软容器（贮气袋）相通时，从刚性容器内放出一定体积的水，停止放水后，在水中软容器与贮气袋内气压达到平衡和温度保持稳定的条件下，则进入水中软容器的气体与放出水在体积上相等，即实现了水-气等体积置换；⑵ 在贮气袋纳装高纯气体或已知组分含量气体的条件下，通过所述水-气置换方法分次向软容器内通入一定体积的各种气体，即可配制出所需组分浓度的混合气；⑶ 同样根据所述水-气置换原理，如以一定流速向刚性容器内注水，则水中软容器的气体以相等的流速输出。 

使用本装置的基本步骤如下：⑴ 先在所述刚性容器内注满水，将装配在容器顶盖或其它可密封部件上的塑料袋排净气体，然后将塑料袋塞入贮水容器内，安装好容器顶盖或可密封部件；⑵ 如贮水容器内有残留气体，从容器侧壁下部的直管向容器内注水，使残留气体经顶部直管排出，然后将注水管和排气管关闭；⑶ 用注射器吸出容器内塑料袋连接管内的气体，再通过三通开关的连通作用，使贮气袋和检压计与塑料袋内相通，⑷ 从贮水容器侧壁下部的管子放水，当放出水的体积达到塑料袋内所需某种气体的进气体积时，关闭放水管，同时观察检压计，在贮气袋和塑料袋内气压平衡的状态下，关闭贮气袋通气管，取下贮气袋；⑸ 接上装有另一种气体的贮气袋，按步骤⑷同法操作，如此类推，将各种组分气体和平衡气体通入塑料袋中；⑹ 从容器内放出一定体积的水，使空气从经顶部通于外界的直管进入容器内（塑料袋外），适度摇晃容器，通过水的振荡作用，使塑料袋内气体充分混匀；然后重复步骤⑵的操作，使进入的空气全部排出；⑺ 输出塑料袋内配备的混合气时，先让塑料袋通气管与外界相通，向容器注入少量水，将通气管内原有气体排出，由配成的混合气替代；⑻ 将塑料袋通气管与贮水容器外需气容器连接，通过向贮水容器内注水而输送配制的混合气。 

本发明的优点和特色在于：⑴ 设计简单，而可靠性高；⑵ 适用原料气的来源广泛，除了市售气体，也可用软容器现场采集气体，采集场地可为室内、矿井、隧道、有害气体事故现场等各种环境，也可采集物质的挥发气体、燃烧产生的气体和实验室自制气体，不受气体量少的限制；⑶ 装置的使用方便、操作简易，在非高压条件下操作，安全性高；⑷ 利用水振荡作用的气体混匀方法；⑸ 控速注水的气体输送方法；⑹ 装置结构简单，构件和配件数量少，制造成本小；且使用耗费低。 

附图说明

图1为本发明核心结构示意图，图2为本发明一实施例的结构示意图。 

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。 

参照图2，本实施例包括下嘴玻璃瓶14，用作贮水容器。在玻璃瓶14的瓶口，安装有橡胶塞11，其上钻通两个孔，一个孔内紧插硬质直管10，另一个孔内紧插硬质直管9。直管10的一端伸入瓶内约2cm，连接塑料袋15；其瓶外端与三通开关8连接，此三通开关的另两个端口分别与通气管3和通气管4连接。通气管3的另一端与贮气袋1连接，管子上装有夹子2；通气管4的另一端装有三通开关5，此三通开关的另两个端口分别连接检压计12和通气管13。直管9的瓶内端管口与橡胶塞11的下表面相平，瓶外的一端伸出橡胶塞11上表面4~6cm，并连接硅胶管，其上装有夹子7。在玻璃瓶14的下嘴，安装有橡胶塞20，其上钻通一孔，紧插硬质直管21，通过硅胶管与三通开关19连接。三通开关19的另两个端口分别连接两根硅胶管，其中一根与蠕动泵18连接。通气管13的一端装有三通开关16，此三通开关的另两个端口也分别连接两根硅胶管，其中一根与气体除菌滤器17连接。滤器17的另一端连接不锈钢管22，此不锈钢管贯插在橡胶塞23上，橡胶塞23上还贯插有不锈钢管24，橡胶塞装在湿化瓶25的瓶口中。湿化瓶25内盛有大半瓶无菌水，不锈钢管22的瓶内管口约在水平面下3cm处，不锈钢管24的瓶内管口约在水平面之上3cm处。不锈钢管24通过连接的不锈钢注射针头而与细胞培养瓶26内相通。 

 橡胶塞11与瓶口、橡胶塞20与下嘴口、橡胶塞23与瓶口及所有管道连接处都应确保不漏气。下嘴玻璃瓶14容量为10L，塑料袋15的容量为6L，湿化瓶25的容量为0.1L，所有管子的内径为3mm。 

使用时，应按以下步骤进行操作。 

⑴ 先在下嘴玻璃瓶14内注满水，用手挤压装在橡胶塞11上的塑料袋15，使袋内气体排出，然后将塑料袋塞入玻璃瓶内，并将橡胶塞紧塞瓶口。 

⑵ 通过直管21，向玻璃瓶内注水，使瓶内水面上方的气体经直管9排出，然后将直管9关闭；继续通过直管21向玻璃瓶内注水，使塑料袋15内的残留气体经通气管3排出，将直管21和三通开关8关闭。 

⑶ 取装有某种气体的贮气袋1，将其通气管用夹子2夹闭，并与通气管3连接。 

⑷ 转动该三通开关8、三通开关5和三通开关16，使塑料袋15通气管、通气管3、通气管4与通气管13相通，但与贮气袋1、检压计12及滤器17不通。在三通开关16的一个端口上连接注射器，用注射器将这些相通管子内的气体抽出，立即关闭注射器连接的三通开关端口，取下注射器；此时，将夹子2松开，让贮气袋1内的气体进入被抽出气体的管子；可重复抽气2次，使这些管子内原有的气体被贮气袋1内的气体完全替代。 

⑸ 将检压计12连接管上的夹子6松开，从直管21放水，贮气袋1内的气体进入塑料袋15，当放出水的体积达到塑料袋内所需这种气体的进气体积时，关闭直管21，同时观察检压计，在贮气袋1和塑料袋15内气压平衡的状态下，用夹子2将贮气袋通气管夹闭，并将三通开关8与贮气袋通气管连接的端口关闭，取下贮气袋1。 

⑹ 在上述取下贮气袋1的三通开关端口上，连接装有另一种气体的贮气袋1’，打开该端口，再松开贮气袋通气管上的夹子2；转动三通开关8，使其与塑料袋15相通的端口关闭，而通气管3与通气管4相通；转动三通开关5，使其与检压计12的端口关闭，而通气管4与通气管13相通；从上述三通开关16的一个端口，用注射器将通气管3、通气管4及通气管13相通管段内的气体抽出，立即关闭注射器连接的三通开关端口，取下注射器；此时，将夹子2松开，让贮气袋1’内的气体进入被抽出气体的管子；亦可重复抽气2次，使这些管子内原有的气体被贮气袋1’内的气体完全替代。转动三通开关5，使其与检压计12的端口打开，按步骤⑸同法操作，使贮气袋1’内气体按所需体积通入塑料袋15。 

⑺ 重复第⑹步的操作，将各种组分气体和平衡气体通入塑料袋15中；将三通开关8、三通开关5和三通开关16的所有端口关闭。 

⑻ 从直管21放水，让空气从经直管9进入玻璃瓶14内，至塑料袋15的上半部外为空气，下半部外为水，停止放水。然后，将玻璃瓶放在振荡器上振摇，或用手适度摇晃玻璃瓶，通过水的振荡作用，使塑料袋内气体充分混匀。 

⑼ 通过直管21向玻璃瓶14内注水，使瓶内水面上方的空气经顶部直管9排出，再将直管21和直管9均关闭。 

⑽ 向细胞培养瓶26输出塑料袋15内的混合气前，转动三通开关8、三通开关5及三通开关16，让塑料袋经通气管4、通气管13与外界相通；从向直管21容器注入少量水，将通气管内原有气体排出，由配成的混合气替代，然后关闭三通开关16通向外界的端口，让通气管13与滤器17相通。 

⑾ 转动三通开关19，使蠕动泵18与直管21相通；开动蠕动泵，以一定流速向玻璃瓶14内注水，从而将塑料袋15内的混合气输送到培养瓶26内。 

Claims (6)

1.一种基于水-气置换技术的混合气体定量配制和控速输送方法和装置，其特征在于包括一刚性贮水容器，其内有一密封软容器；在贮水容器顶盖上有两根硬质通气管，一根通气管的一端伸入贮水容器并在其上连接密封软容器，贮水容器外的一端连接三通开关，由此分出两个支管，在配制气体时分别与贮气袋和检压计连接，在输送气体时与需气之处和和检压计相通；另一根通气管用于贮水容器的排气；在贮水容器侧壁的紧靠底部处，安装有一根硬质管，用于注水和放水。

2.根据权利求书1所述装置，其特征在于：利用水-气等体积置换技术，在保持气压平衡和温度稳定的条件下，往装满水的密闭刚性容器内放出或注入一定体积的水，使得水中软容器进入或输出相等体积的气体。

3.根据权利求书1所述装置，其特征在于：在实现混合气体的配制集装以及控速输送过程中，可由所连接检压计实时监测软容器内压力。

4.根据权利求书1所述装置，其特征在于：通过一系列预先的连接管内抽气和充气步骤，使得配气浓度更精确。

5.根据权利求书1所述装置，其特征在于：配制气体过程中可放出贮水容器的部分水，适度晃动或振荡容器，利用水对其内软容器的振荡作用，使软容器内气体充分混匀。

6.根据权利求书1所述装置，其特征在于：以一定流速向贮水容器内注水，则可以相等流速向外输送软容器内的混合气体。