CN108693242B - 一种质谱在线水气分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水体监测术领域，具体涉及一种质谱在线水气分离装置。一种质谱在线水气分离装置，是由水体进样模块、水气分离模块及质谱保护模块三部分构成；所述的水体进样模块与水气分离模块连接；水气分离模块与质谱保护模块连接；质谱保护模块由不锈钢球、密封圈、弹簧及不锈钢管组成；不锈钢管的一端连接水气分离模块，另一端连接质谱仪；不锈钢球设置在不锈钢管内，其质谱端通过弹簧固定于不锈钢管内壁，不锈钢管靠近质谱端设有密封圈。本发明的质谱水气分离装置，主要适用于水体中气体在线监测，在质谱仪真空负压下实现在线水气分离，通过质谱保护模块后进入质谱仪实现在线监测。本发明的质谱水气分离装置适用于地表水及海水的在线水气预处理。
Description
技术领域
本发明属于水体监测术领域，具体涉及一种质谱在线水气分离装置，适用于水体中气体在线分离富集监测。
背景技术
水体中气体含量是衡量和评价水质的重要指标。例如：通过检测地表水中的气体含量可以判断有机污染程度。在海洋调查、资源勘探、海水养殖业等领域中也需要监测可溶气体含量，它是评价大洋环流、海洋资源、海洋生物重要参数。目前水体中气体含量在线监测最理想的分析仪器之一为原位质谱仪，其中水气在线分离装置是必不可少的。目前常用的双层膜或单层膜作为水气分离装置。但是无论哪一种进样分离装置，对于质谱真空系统的保护极为重要。
现有的水气分离装置结构上存在一些缺陷，没有针对质谱真空系统的保护措施，一旦透气膜破裂，将损坏质谱仪的真空系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种适用于质谱仪的在线水气分离装置，该装置既可以实现水气的在线分离，同时可保护质谱仪的真空系统，减少外界干扰。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种质谱在线水气分离装置，是由水体进样模块、水气分离模块及质谱保护模块三部分构成；所述的水体进样模块与水气分离模块连接；水气分离模块与质谱保护模块连接；质谱保护模块由不锈钢球、密封圈、弹簧及不锈钢管组成；不锈钢管的一端连接水气分离模块，另一端连接质谱仪；不锈钢球设置在不锈钢管内，其质谱端通过弹簧固定于不锈钢管内壁，不锈钢管靠近质谱端设有密封圈。
所述的水气分离模块包括水气分离膜和不锈钢透气板，不锈钢透气板位于水气分离膜的下方，对水气分离膜起支撑作用。
所述的水气分离模块包括分离富集膜和不锈钢透气板，不锈钢透气板位于分离富集膜的下方，对分离富集膜起支撑作用。
所述的不锈钢透气板的孔径为60-80um。
所述的水体进样模块是由蠕动泵和泵管组成，泵管与水气分离模块的水气分离膜连接。
本发明的质谱水气分离装置，主要适用于水体中气体在线监测，在质谱仪真空负压下实现在线水气分离，通过质谱保护模块后进入质谱仪实现在线监测。本发明的质谱水气分离装置适用于地表水及海水的在线水气预处理。
附图说明
图1、本发明的基于单层膜质谱在线水气分离装置平面剖视图；
图2、本发明的基于双层膜质谱在线水气分离装置平面剖视图；
其中：1、水体；2、蠕动泵泵管；3、蠕动泵；4、水气分离膜；5、第一不锈钢透气板；6、透气板支撑台；7、不锈钢球；8、密封圈；9、弹簧；10、待测气体；11、不锈钢管；12、气体分离富集膜；13、第二不锈钢透气板；14、分流气体。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图来对本发明的质谱在线水气分离装置进一步阐述，但并不限于本发明的发明构思。
实施例1
图1为本发明的一种基于单层膜质谱在线水气分离装置平面剖视图，包括外置水体进样模块、水气分离模块及质谱保护模块三部分，外置水体进样模块是由蠕动泵3和蠕动泵泵管2组成。水气分离模块是由水气分离膜4、第一不锈钢透气板5构成；水气分离膜4为厚度0.05mm的硅树脂膜，可以实现水体中的CO2、O2、N2、CH4等多种气体的在线分离。第一不锈钢透气板5位于水气分离膜4下方，对水气分离膜4起支撑作用，第一不锈钢透气板5厚度为2.0mm，孔径为60-80um。质谱保护模块是由不锈钢球7、密封圈8、弹簧9及不锈钢管11组成。不锈钢管11的一端连接水气分离模块中的第一不锈钢透气板5，另一端连接质谱仪；第一不锈钢透气板5通过透气板支撑台6设置在不锈钢管前端。不锈钢球7设置在不锈钢管11内，不锈钢球7的质谱端通过弹簧9固定于不锈钢管11内壁，不锈钢管11靠近质谱端设有密封圈8。不锈钢球7直径为5mm，不锈钢管11直径为6mm。不锈钢球7与密封圈8距离为10mm，弹簧9的弹性系数k为10N/m＜k＜1000N/m。
水体1在蠕动泵3的驱动下在蠕动泵泵管2内以10mL/min速度匀速通过水气分离模块，水气分离膜4分离的气体经过质谱保护模块进入质谱仪进行检测。在正常工作状态下，质谱保护模块中待测气体10经由不锈钢球7和不锈钢管11管壁及密封圈8之间的缝隙进入质谱仪，由于不锈钢球7处于平衡体系中，固定不锈钢球7的弹簧9处于自由伸展状态。一旦水气分离膜4破裂，不锈钢球7内外气压失去平衡，在负压作用下迅速压缩弹簧9，不锈钢球7压紧在密封圈8上，从而密封质谱仪进样口。
实施例2
在质谱分析过程中，通常需要对分离的气体进行富集或分离，通常采用双层膜分离。图2为本发明的一种基于双层膜质谱在线水气分离装置平面剖视图，包括外置水体进样模块、水气分离模块及质谱保护模块三部分，外置水体进样模块是由蠕动泵3和蠕动泵泵管2组成。与实施例一的区别是，水气分离模块是由水气分离膜4、第一不锈钢透气板5、分离富集膜12和第二不锈钢透气板13构成；水气分离膜4为厚度0.05mm的硅树脂膜，可以实现水体中的CO2、O2、N2、CH4等多种气体的在线分离。第一不锈钢透气膜5位于水气分离膜4下面，对水气分离膜4起支撑作用，第一不锈钢透气板5为厚度2.0mm，孔径为60-80um。分离的气体一部分经分离富集膜12通过不锈钢管11进入质谱仪进行检测，另一部分分流气体14经抽气泵抽走。第二不锈钢透气板13位于分离富集膜12下面，对水气分离富集膜12起支撑作用。分离富集膜12为厚度0.05mm的聚二甲基硅氧烷膜，实现对有机气体的富集作用。质谱保护模块是由不锈钢球7、密封圈8、弹簧9及不锈钢管11组成。不锈钢管11的一端连接水气分离模块中的第一不锈钢透气板5，另一端连接质谱仪；第一不锈钢透气板5通过透气板支撑台6设置在不锈钢管前端。不锈钢球7设置在不锈钢管11内，不锈钢球7的质谱端通过弹簧9固定于不锈钢管11内壁，不锈钢管11靠近质谱端设有密封圈8。不锈钢球7直径为5mm，不锈钢管11直径为6mm。不锈钢球7与密封圈8距离为10mm，弹簧9的弹性系数k为10N/m＜k＜1000N/m。
水体1在蠕动泵3的驱动下在蠕动泵泵管2内以10mL/min速度匀速通过水气分离模块，水气分离膜4分离的气体经过质谱保护模块进入质谱仪进行检测。在正常工作状态下，质谱保护模块中待测气体10经由不锈钢球7和不锈钢管11管壁及密封圈8之间的缝隙进入质谱仪，由于不锈钢球7处于平衡体系中，固定不锈钢球7的弹簧9处于自由伸展状态。一旦水气分离膜4破裂，不锈钢球7内外气压失去平衡，在负压作用下迅速压缩弹簧9，不锈钢球7压紧在密封圈8上，从而密封质谱仪进样口。
Claims (4)
1.一种质谱在线水气分离装置，由水体进样模块、水气分离模块及质谱保护模块三部分构成；所述的水体进样模块与水气分离模块连接；水气分离模块与质谱保护模块连接；其特征在于：质谱保护模块由不锈钢球、密封圈、弹簧及不锈钢管组成；不锈钢管的一端连接水气分离模块，另一端连接质谱仪；不锈钢球设置在不锈钢管内，其质谱端通过弹簧固定于不锈钢管内壁，不锈钢管靠近质谱端设有密封圈；所述的水气分离模块包括水气分离膜和不锈钢透气板，不锈钢透气板位于水气分离膜的下方，对水气分离膜起支撑作用；水气分离膜为厚度 0.05mm的硅树脂膜；一旦水气分离膜破裂，不锈钢球内外气压失去平衡，在负压作用下迅速压缩弹簧，不锈钢球压紧在密封圈上，从而密封质谱仪进样口。
2.根据权利要求1所述的质谱在线水气分离装置，其特征在于：所述的水气分离模块包括分离富集膜和不锈钢透气板，不锈钢透气板位于分离富集膜的下方，对分离富集膜起支撑作用。
3.根据权利要求1或2所述的质谱在线水气分离装置，其特征在于：不锈钢透气板的孔径为60-80um。
4.根据权利要求1或2所述的质谱在线水气分离装置，其特征在于：所述的水体进样模块是由蠕动泵和泵管组成，泵管与水气分离模块的水气分离膜连接。
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