CN105021838A - 一种光谱分析用油液在线混合进样装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光谱分析用油液在线混合进样装置，包括：第一进样支路，用于引入基体溶剂；第二进样支路，用于引入基体溶剂和待测样品；流速控制部件，用于控制第一进样支路和第二进样支路的进样速度比；混合通路，用于对第一进样支路和第二进样支路内的油液均匀混合，并引入光谱仪进行分析。本发明的光谱分析用油液在线混合进样装置可以用于润滑油、汽油、柴油和食用油等油液的进样检测。本发明解决油液分析中样品前处理过程复杂的问题，减少操作步骤，实现即时取样即时分析，同时可以精确控制油液进样量以及与基体溶剂的混合比例，而且样品的加入不会改变有机试剂的总体进样速度，使背景信号保持相对稳定。

Description

一种光谱分析用油液在线混合进样装置及应用

技术领域

本发明专利涉及分析化学领域的光谱分析用辅助装置，具体地指一种光谱分析中的油液在线混合进样装置及应用。

背景技术

润滑油等油液的性能直接影响到相应机械器件的使用寿命。使用过的润滑油中磨损和污染物元素(Fe、Cu、Mg、Zn等)的含量是监控润滑油性能和预测各种机械故障的重要参考依据。例如公开号为CN101614656B的专利文献提供了一种用在润滑油中铁颗粒和有机铁的定量分析方法，首先利用油料光谱分析仪测定出油样中铁元素的总浓度，并用离心机将油样中的固体颗粒分离出来，再通过0.45微米孔径的滤膜实施过滤，最后利用油料光谱分析仪测定油样中有机铁元素浓度，油样中铁元素的总浓度与有机铁元素浓度的差值则为油样中铁颗粒浓度；使用该方法可定量区分在用润滑油中铁颗粒和有机铁的浓度，并依据润滑油中铁颗粒浓度提出针对性的处理措施，确保机械设备的正常运行。

等离子体原子发射光谱法是应用最普遍的元素分析方法之一，可以用来检测润滑油中的磨损/污染物元素含量。等离子体原子发射光谱分析法的进样方式通常是直接雾化，有机物进样也可以采用这种方式，但由于润滑油的粘度较大，无法直接进行雾化进样，因此一般用粘度小的溶剂进行稀释之后再雾化进样，比如可以采用航空煤油稀释润滑油后再雾化进样，稀释方式是按照一定的重量比进行稀释，需要用到精密的电子天平。

在现有的检测装置中，由于操作步骤较多，而且需要使用电子天平进行精密称量，这不仅要求平稳良好的实验室环境，操作上也要格外小心，以保证检测结果的准确性和精密度。另外，有机物通常对等离子体有明显的影响，非连续进样方式可能导致基体背景不一致，进而影响测定结果。

发明内容

本发明设计了一种简单、精确的光谱分析用油液在线混合进样装置，可以实现基体溶剂的连续引入以及油液样品的在线加入，只需简单地将样品注入进样装置即可自动完成样品的定量、稀释、混合与进样过程，具有操作步骤简单，进样量精确，对使用环境要求低，能够提高分析速度等优点。

本发明的具体技术方案如下：

一种光谱分析用油液在线混合进样装置，包括两条进样支路和一条混合通路；所述进样支路中的一条用于引入基体溶剂，另一条用于引入基体溶剂和待测样品；两条支路内的液体在混合通路内混合均匀之后直接引入光谱仪进行分析。

所述进样支路均配备有进样泵，分别控制两条支路的进样速度，从而控制基体溶剂和待测样品进入混合通路的速度比，实现对混合溶液中基体溶剂和待测样品混合比例的控制。

作为优选，所述两个支路的进样泵为蠕动泵，以实现连续稳定进样，其中一条支路用来引入基体溶剂，仅包含蠕动泵和连接管路，另一支路用来引入基体溶剂和待测样品，包含蠕动泵、多通道阀和连接管路。所述待测样品为润滑油等油液，一般粘度比较大，需要用粘度小的基体溶剂，如煤油、甲苯等，进行稀释。所述蠕动泵的进样速度决定了两个支路的溶液进样速度。待测样品的稀释需要按照一定的稀释比例进行，通过控制两个支路的进样速度即可以控制基体溶剂和待测样品进入混合通路的速度比，实现对混合溶液中待测样品与基体溶剂比例的控制。所述蠕动泵需要根据待测样品和基体溶剂的速度要求进行选择。

所述多通道阀用于本发明中作为溶液流路切换装置，可在基体溶剂和待测样品流路之间进行切换，以使不同流路的液体按需求进入混合通路，用于在线加入待测样品。

作为优选，所述多通道阀为带有定量环的六通阀，包含二种进样状态，状态一是基体溶剂经过六通阀但不经过定量环直接进入混合通路，此时可以将待测样品注入定量环，定量环充满后多余待测样品从废液孔排出；转动六通阀手柄可以切换至状态二，使基体溶剂流经定量环，从而推动待测样品进入混合通路。

所述混合通路包含三通接头或混合芯片作为混料部件，用以辅助待测样品和基体溶剂的混合，使其混合均匀。

所述混合芯片具有Y型或T型通道以及回转通道结构，两条进样支路的液体在Y型或T型通道里相遇，并在回转通道内混合均匀之后直接引入光谱仪进行分析。

作为优选，所述混料部件为混合芯片，具有Y型或T型通道，用以辅助待测样品和基体溶剂的混合，所述待测样品和基体溶剂需要进行充分混合之后再引入光谱仪进行分析。

进一步地，所述Y型或T型通道的下游为回转结构，能够改变液体在直线通道中的层流结构，使得两种溶液能够混合均匀。

所述混合芯片的材料耐有机溶剂材料，包括玻璃、石英、PDMS。作为优选，芯片材料为PDMS。

所述连接管路起到输送待测样品和基体溶剂的作用，需要具备良好的耐有机溶剂能力。

本发明的光谱分析用油液在线混合进样装置可以用于润滑油、汽油、柴油和食用油等油液的进样检测。

本发明的工作原理为：基体溶剂通过二条进样支路进入混合通路形成连续、稳定的流动，其中一条支路(支路一)直接与混料部件相连，另一条支路(支路二)经过多通道阀与混料部件相连；当多通道阀处于状态一(上样状态)时，支路二中的基体溶剂流经多通道阀，但不经过定量环；此时，可将待测样品充满多通道阀的定量环，多余样品从废液口流出；然后，转动多通道阀至状态二(进样状态)，使支路二中的基体溶剂流经定量环，从而推动待测样品进入混合通路，并与支路一的基体溶剂混合均匀，然后引入光谱仪进行分析。两条支路均由进样泵驱动，分别控制两条支路的进样速度，从而控制基体溶剂和待测样品进入混合通路的速度比，实现对混合溶液中基体溶剂和待测样品混合比例的控制。再将多通道阀切换至状态一，又可以继续引入新的待测样品，即实现了多个样品的在线加入，这将大大简化操作步骤，提高分析速度，同时由于进入光谱仪的液体流速不受多通道阀切换以及样品引入的影响，因而背景信号基本保持不变。

本发明能够实现油液样品的在线加入，而无需进行复杂的样品前处理操作。在传统的方法中，样品稀释处理需要用到电子天平、烧杯、定容装置等，操作比较复杂，而且高精度天平对使用场合也有一定限制，要求台面水平稳定，无较大气流等，操作上也要格外小心，才能保证称量准确。相比较而言，本发明只需要将获取的样品注入到多通道阀的进样孔即可，操作简单，进样量精确，速度快、对使用环境要求低，能够适应更多的测试场合。

本发明中，样品的在线加入对有机试剂的总进样速度几乎没有影响，这是因为多通道阀具有流路切换作用，使得由进样泵控制的液体引入过程可以连续不断，保证了待测样品加入前后的总进样速度恒定，因而不会对基体信号造成很大干扰。

本发明中，可以实现待测样品与基体溶剂的混合比例的自定义设定，待测样品与基体溶剂通过二条独立支路进入混合通路进行混合，因此可以通过设定两个支路蠕动泵的泵速比来设定混合比例，两个支路的流速相互独立不会相互影响。

附图说明

图1本发明的总体结构示意图(以蠕动泵作为进样泵、六通阀作为多通道阀、混合芯片作为混料部件为例)；

图2多通道阀的二种进样状态示意图(以六通阀为例)；

图3混合芯片的结构示意图；

图4实施例2中待测样品连续进样时213.856nm处的发射强度随时间变化曲；

图5实施例3中基体溶剂在线进样时213.856nm处的发射强度随时间变化曲线；

图6实施例4中梯度浓度待测样品溶液在线进样时213.856nm处的发射强度随时间变化曲线。

具体实施方式

实施例1

参见图1，为一个原子发射光谱分析用油液在线混合进样装置总体结构图(以蠕动泵作为进样泵、六通阀作为多通道阀、混合芯片作为混料部件为例)。

参见图2，为多通道阀的二种进样状态示意图(以六通阀为例)。

参见图3，为混合芯片结构示意图。

本实施例中的在线混合进样装置包括两条进样支路，其中的溶剂汇入混合芯片17并混合均匀之后进入雾化器18进行雾化进样。两条支路中的一条用于引入基体溶剂15，仅配备有蠕动泵13，另一条用于引入基体溶剂14和待测样品26，配有蠕动泵12和六通阀16。

蠕动泵13和蠕动泵12的进样速度决定了两个支路的溶液进样速度。待测样品26需要按照一定的稀释比例进行稀释，可通过控制蠕动泵13和蠕动泵12的进样速度达到控制基体溶剂15和待测样品(26)进入混合芯片的速度比，实现对混合溶液中待测样品26和基体溶剂15比例的控制。

待测样品的在线加入通过六通阀实现。如图2a和图2b所示，六通阀的孔1和孔2分别与蠕动泵12以及混合芯片进样口21相连。当六通阀处于状态一(上样状态，如图2b所示)时，孔1与孔2连通，基体溶剂由溶剂入口7进入六通阀，经由孔1、孔2但不经过定量环11直接进入混合芯片，此时可以将待测样品通过进样口10经孔5、孔6注入定量环11，定量环充满后多余待测样品经由孔3、孔4从废液口9排出；当六通阀切换至状态二(进样状态，如图2a所示)，孔1与孔6连通，基体溶剂流经孔1、孔6及定量环11，从而推动待测样品经由3、孔2进入混合芯片17。在混合芯片17上，待测样品26会与基体溶剂15混合，然后进入雾化器18。

在待测样品26注入的时候是先储存在定量环11中，并不会干扰混合通路总体的流量，切换状态之后进入进样状态，此时整个流路的流速也没有发生改变，因此待测样品26的注入不会影响测试基体。蠕动泵12和蠕动泵13的泵速决定了待测样品26和基体溶剂15进入在混合芯片17上汇合时候的体积比，因此稀释比例的控制可以通过蠕动泵12和蠕动泵13的泵速比确定。

混合芯片的结构示意图如图3所示。混合芯片19包含2个进样口，进样口21和进样口22，通道20和通道23，回转通道24和出样口(25)。进样口(21)和进样口(22)连接需要混合的进样支路，通道20和通道23一端连接在一起构成Y型通道，以便溶液混合。混合芯片19的制作所采用的材料为PDMS浇筑成型或者采用玻璃刻蚀的方法制作。进样口21、进样口22以及出样口25的连接采用聚四氟乙烯管。在直线型的小通道中，液体流动为层流结构，无法很好地混合，回转通道24可以让溶液在里面不断转向，从而改变液体在直线通道中的层流结构，使得两种溶液能够混合均匀。回转通道24的长度可以根据实际需要进行设计，通道越长混合效果越好，但是带来的记忆效应越严重，回转形结构的顶角可以根据需要进行设计或者采用圆弧过渡的形式。

实施例2

本实施例中油液进样装置如图1所示，具体实验步骤如下：

1)设定二条进样支路的流量均为200μL/min，连续不间断地引入航空煤油(基体溶剂)，六通阀置于进样状态(如图2a所示)；

2)液流稳定后，应用实验室研制的微波等离子体炬(MPT)光谱仪实时测定Zn元素发射谱线(213.856nm)的强度；

3)将六通阀切换至上样状态(如图2b所示)，然后用注射器将含有Zn元素的样品(Conostan标样)从进样口10注入定量环，再将六通阀切换回进样状态；

4)待样品信号出现、再完全消失后，重复步骤3)以引入下一个样品。

实验结果如图4所示，依次加入浓度为50ppm、50ppm、200ppm、200ppm的Zn溶液后，可以观察到4组明显的信号峰26、信号峰27、信号峰28和信号峰29，且相同浓度样品的峰高基本一致，低浓度样品的峰高明显低于高浓度样品。该实施例表明，应用本发明装置能够实现样品的在线加入、混合与进样，通过光谱仪检测到的信号峰与实际样品相符。

实施例3

本实施例中油液进样装置如图1所示，具体实验步骤如下：

1)设定二条进样支路的流量均为200μL/min，连续不间断地引入航空煤油(基体溶剂)，六通阀置于进样状态(如图2a所示)；

2)液流稳定后，应用实验室研制的微波等离子体炬(MPT)光谱仪实时测定Zn元素发射谱线(213.856nm)的强度；

3)将六通阀切换至上样状态(如图2b所示)，然后用注射器将含有Zn元素的样品(Conostan标样，200ppm)从进样口10注入定量环，再将六通阀切换回进样状态；

4)待样品信号出现、再完全消失后，每间隔1分钟重复步骤3)的六通阀切换操作，并将航空煤油(基体溶剂)作为样品加入，共加入5次。

实验结果如图5所示，待信号峰34消失且背景信号稳定之后，每间隔1分钟将航空煤油作为样品进样时，信号强度基本保持不变(方框35框出的时间内注入了5个样品)，说明在切换六通阀、线加入样品对背景信号的基本无影响，有利于背景信号扣除以及测定结果的准确。

实施例4

本实施例中油液进样装置如图1所示，具体实验步骤如下：

1)设定二条进样支路的流量均为200μL/min，连续不间断地引入航空煤油(基体溶剂)，六通阀置于进样状态(如图2a所示)；

2)液流稳定后，应用实验室研制的微波等离子体炬(MPT)光谱仪实时测定Zn元素发射谱线(213.856nm)的强度；

3)将六通阀切换至上样状态(如图2b所示)，然后用注射器将含有20ppm Zn元素的样品(Conostan标样)从进样口10注入定量环，再将六通阀切换回进样状态；

4)待样品信号出现、再完全消失后，重复步骤3)以继续加入50ppm、100ppm和200ppm浓度的样品。

实验结果如图6所示，20ppm，50ppm，100ppm，200ppm样品对应的信号峰分别为信号峰30、信号峰31、信号峰32和信号峰33。从图中可以看出，对于梯度浓度的样品进样，系统表现出了良好的信号强度梯度，不同浓度的样品取其最高发射强度与浓度作线性曲线，其R方值为0.9995，显示了良好的线性，表明本进样装置适用于定量分析。

综合以上实施例，说明本发明装置可以实现油液样品的在线加入、混合与进样，样品加入时能够保持背景信号的相对稳定，并且对不同浓度的样品测试结果显示了良好的线性，具有方便、快速、准确、对使用环境要求低等优点，可以用于润滑油等油液的在线分析。

Claims (10)

1.一种光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，包括：

第一进样支路，用于引入基体溶剂；

第二进样支路，用于引入基体溶剂和待测样品；

流速控制部件，用于控制第一进样支路和第二进样支路的进样速度比；

混合通路，用于对第一进样支路和第二进样支路内的溶剂均匀混合，并引入光谱仪进行分析。

2.如权利要求1所述的光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，所述的流速控制部件包括布置在第一进样支路中的第一进样泵和第二进样支路中的第二进样泵。

3.如权利要求2所述的光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，所述的第一进样泵和第二进样泵为蠕动泵或注射泵，所述的蠕动泵或注射泵用于输送对应进样支路中的基体溶剂。

4.如权利要求1或3所述的光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，所述第二进样支路的下游安装有定量引入待测样品的进样部件。

5.如权利要求4所述的光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，所述的进样部件为带有定量环的六通阀，所述的六通阀具有两种工作位；

第一工作位，第一进样口与第二进样口组成通入基体溶剂的通路并接入所述的混合通路，第五进样口、第六进样口、定量环、第三进样口和第四进样口依次连通形成待测样品的定量通路；

第二工作位，第一进样口、第六进样口、定量环、第三进样口和第二进样口依次连通形成通入基体溶剂的通路并接入所述的混合通路。

6.如权利要求1所述的光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，所述的混合通路上依次布置有混料部件和雾化器；

所述的混料部件具有分别连接第一进样支路和第二进样支路的第一接口和第二接口，以及与所述雾化器连通的出口。

7.如权利要求6所述的光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，所述的混料部件具有用于混料且弯曲布置的回转通道。

8.如权利要求7所述的光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，所述的混料部件采用耐有机溶剂材料。

9.如权利要求8所述的光谱分析用油液在线混合进样装置，其特征在于，所述的混料部件采用玻璃、石英或PDMS材料。

10.一种光谱分析用油液在线混合进样装置的应用，其特征在于，所述权利要求1～9任一项的光谱分析用油液在线混合进样装置用于润滑油、汽油、柴油或食用油等油液的检测分析。