CN109507169A - 气体分析系统及气体分析辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体分析系统及气体分析辅助装置，气体分析系统包括气体分析辅助装置、拉曼探头、第一发光器及拉曼光谱仪，气体分析辅助装置包括容气筒及探头架。容气筒用于盛装被分析气体，容气筒设有通气口，容气筒具有透光部。探头架包括安装座，安装座用于安装拉曼探头，以使拉曼探头与透光部相对设置。第一发光器与拉曼探头连接，第一发光器用于发出检测光，拉曼光谱仪与拉曼探头连接。该气体分析系统及气体分析辅助装置能够使拉曼探头较容易地接收到发生拉曼散射的散射光，以利于对被分析气体进行分析。

Description

气体分析系统及气体分析辅助装置

技术领域

本发明涉及气体分析技术领域，特别是涉及一种气体分析系统及气体分析辅助装置。

背景技术

基于拉曼原理的气体分析技术具有分析速度快、对水汽干扰不敏感、无需复杂分离预处理及可同时分析多种气体等优点，被广泛地应用于气体组成分析及气体分子结构分析等气体分析实验中。在基于拉曼原理的气体分析中，部分检测光照射到被分析气体上会发生拉曼散射，形成发生拉曼散射的散射光，拉曼探头接收发生拉曼散射的散射光，以对被分析气体进行分析。在传统技术中，拉曼探头不容易接收到发生拉曼散射的散射光，不利于对被分析气体进行分析。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种气体分析系统及气体分析辅助装置，能够使拉曼探头较容易地接收到发生拉曼散射的散射光，以利于对被分析气体进行分析。

一种气体分析辅助装置，包括：

用于盛装被分析气体的容气筒，设有通气口，所述容气筒具有透光部；及

探头架，包括安装座，所述安装座用于安装拉曼探头，以使所述拉曼探头与所述透光部相对设置。

上述气体分析辅助装置至少具有以下优点：

使用时，将被分析气体经由通气口导入容气筒内，将拉曼探头安装于安装座上，使拉曼探头与透光部相对设置。检测光照射容气筒内的被分析气体，部分检测光照射到被分析气体后发生拉曼散射，形成发生拉曼散射的散射光，发生拉曼散射的散射光经由透光部穿出。由于拉曼探头与透光部相对设置，故发生拉曼散射的散射光能够较容易地被拉曼探头接收，以利于对被分析气体进行分析，可将拉曼探头接收到的发生拉曼散射的散射光导出以进行被分析气体的分析。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，所述容气筒包括筒身及设置于所述筒身上的透光片，所述透光片形成所述透光部。

在其中一个实施例中，所述气体分析辅助装置还包括密封圈，所述筒身上设有环形槽，所述密封圈位于所述环形槽内，所述透光片挤压所述密封圈。

在其中一个实施例中，所述容气筒还包括筒盖，所述筒盖将所述透光片抵压于所述筒身上，所述筒盖上设有用于暴露所述透光片的光孔。

在其中一个实施例中，所述气体分析辅助装置还包括紧固件，所述筒身的端面上开设有第一紧固孔，所述筒盖上开设有与所述第一紧固孔相对应的第二紧固孔，所述紧固件穿设于所述第一紧固孔与所述第二紧固孔中。

在其中一个实施例中，所述探头架还包括立柱及调节件，所述安装座套设于所述立柱上，所述安装座能够沿所述立柱的长度方向移动，所述安装座上开设有调节孔，所述调节件的一端穿过所述调节孔与所述立柱相抵。

在其中一个实施例中，所述气体分析辅助装置还包括针阀，所述针阀的一端与所述通气口相连通，所述针阀的另一端用于与气源相连通；或者

还包括三通阀，所述三通阀具有第一阀口、第二阀口及第三阀口，所述第一阀口与所述通气口相连通，所述第二阀口用于与气源相连通，所述第三阀口用于与抽吸装置相连通。

在其中一个实施例中，所述气体分析辅助装置还包括底座，所述容气筒及所述探头架均设置于所述底座上，所述底座包括座体及设置于所述座体上的筒套，所述容气筒可拆卸地设置于所述筒套内。

一种气体分析系统，包括：

如上述所述的气体分析辅助装置；

拉曼探头，安装于所述安装座上，所述拉曼探头与所述透光部相对设置；

第一发光器，与所述拉曼探头连接，所述第一发光器用于发出检测光；及

拉曼光谱仪，与所述拉曼探头连接。

上述气体分析系统至少具有以下优点：

分析时，将被分析气体经由通气口导入容气筒内，第一发光器发出检测光，检测光传播至拉曼探头后射出，经由透光部进入容气筒内。由于拉曼探头与透光部相对设置，故从拉曼探头射出的检测光能够较容易地传播至透光部。进入容气筒的检测光照射被分析气体，部分检测光照射到被分析气体上后发生拉曼散射，形成发生拉曼散射的散射光，发生拉曼散射的散射光穿出透光部后被拉曼探头接收。由于拉曼探头与透光部相对设置，故发生拉曼散射的散射光能够较容易地被拉曼探头接收以利于对被分析气体进行分析。被拉曼探头接收的发生拉曼散射的散射光传播至拉曼光谱仪，以便于通过拉曼光谱仪进行被分析气体的分析。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，所述气体分析系统还包括第二发光器，所述第二发光器与所述拉曼探头连接，所述第二发光器用于发出催化化学反应的光线。

附图说明

图1为一实施例中气体分析辅助装置的结构示意图；

图2为图1中筒盖的俯视图；

图3为图1中筒身的俯视图。

附图标记说明：

10、气体分析辅助装置，100、容气筒，110、通气口，120、筒身，121、第一紧固孔，122、内端面，123、外端面，130、透光片，140、筒盖，141、光孔，142、第二紧固孔，150、密封圈，200、探头架，210、安装座，211、安装孔，212、调节孔，220、立柱，300、底座，310、座体，320、筒套。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

一实施例中的气体分析系统，可用于被分析气体的气体组成分析和/或气体分子结构分析等，气体分析系统包括气体分析辅助装置(见图1)、拉曼探头、第一发光器及拉曼光谱仪。使用该气体分析系统对被分析气体进行分析，可产生较多的发生拉曼散射的散射光，以利于对被分析气体进行分析。

第一发光器与拉曼探头连接，第一发光器用于发出检测光，拉曼光谱仪与拉曼探头连接，使得拉曼探头既能射出检测光，又能接收发生拉曼散射的散射光，以提高气体分析的操作便利性。在本实施例中，第一发光器与拉曼探头通过光纤连接，拉曼光谱仪与拉曼探头也通过光纤连接。当然，在其他实施例中，第一发光器可无需与拉曼探头连接，第一发光器发出的检测光直接照射到被分析气体上，拉曼探头仅用于接收发生拉曼散射的散射光。

请参阅图1，一实施例中的气体分析辅助装置10，一方面可用于安装拉曼探头，另一方面可用于盛装被分析气体。气体分析辅助装置10能够使拉曼探头较容易地接收到的发生拉曼散射的散射光，以利于对被分析气体进行分析。具体地，气体分析辅助装置10包括容气筒100及探头架200。

气体分析辅助装置10还包括底座300，容气筒100及探头架200均设置于底座300上。底座300能够将容气筒100与探头架200连接成一个整体，以便于统一移动容气筒100与探头架200。当然，在其他实施例中，可省去底座300，容气筒100与探头架200相互分离。

进一步地，底座300包括座体310及设置于座体310上的筒套320，容气筒100可拆卸地设置于筒套320内，从而便于根据实际情况选取不同规格的容气筒100。其中，容气筒100的规格可以指容气筒100的高低或容气筒100的筒腔的大小等。

在本实施例中，容气筒100通过插设的方式设置于筒套320内，一方面便于容气筒100可拆卸地设置于筒套320内，另一方面具有较高的拆装便利性。当然，在其他实施例中，容气筒100也可通过螺纹连接等方式可拆卸地设置于筒套320内。或者，省去筒套320，直接将容气筒100固定在底座300上。

容气筒100用于盛装被分析气体，容气筒100上设有通气口110，以便于导入被分析气体。在本实施例中，通气口110的高度高于筒套320的高度，以便于将通气口110暴露于筒套320外。当然，在其他实施例中，通气口110的高度可低于筒套320的高度，在筒套320上开设一与通气口110相连通的暴露口即可。需要说明的是，容气筒100也可以作为反应容器，可将反应物放置于容气筒100内，被分析气体由反应物的化学反应产生，此时，通气口110可作拿取反应物之用。

容气筒100具有透光部，以便于容气筒100外的光线能够经由透光部射进容气筒100内，或容气筒100内的光线能够经由透光部射到容气筒100外。在本实施例中，透光部的数量为一个，既能使检测光射进容气筒100内，又能使发生拉曼散射的散射光射到容气筒100外。当然，在其他实施例中，透光部的数量还可以调整为至少两个。

具体地，容气筒包括筒身120及设置于筒身120上的透光片130，透光片130形成透光部。透光片130的设置位置可灵活选取，如筒身120的一端或筒身120的侧部等。透光片130的设置方式也可灵活选取，如嵌设或盖设等。在本实施例中，透光片130盖设于筒身120的一端。当然，在其他实施例中，筒身120的材质可为透光材质，以省去透光片130。此时，可为了避免干扰，可在筒身120外设置遮光罩。

请一并参阅图2，容气筒100还包括筒盖140，筒盖140将透光片130抵压于筒身120上，筒盖140上设有用于暴露透光片130的光孔141，以便于光线通过。组装时，先将透光片130放置于筒身120上，再将筒盖140设置于筒身120上，以使筒盖140将透光片130抵压于筒身120上，从而保证容气筒100的气密性。可以理解地，在本实施例中，部分或全部透光片130形成透光部。通气孔110开设于筒身120上。当然，在其他实施例中，筒盖140可省去。

具体到本实施例中，筒身120呈一面敞口的圆柱筒状，透光片130呈圆片状，筒盖140呈圆环状。筒身120的材质可为不锈钢等，透光片130的材质可为石英等，筒盖140的材质可为不锈钢等。当然，在其他实施例中，筒身120、透光片130及筒盖140的形状均可灵活设计，筒身120、透光片130及筒盖140的材质也均可灵活选取。透光片130可以固定在筒盖140上，以使透光片130与筒盖140连接成一个统一的整体。

请一并参阅图3，气体分析辅助装置10还包括紧固件，筒身120的端面上开设有第一紧固孔121，筒盖140上开设有与第一紧固孔121相对应的第二紧固孔142，紧固件穿设于第一紧固孔121与第二紧固孔142中。利用紧固件连接筒盖140与筒身120的连接方式，便于实现筒盖140与筒身120的可拆卸连接，其中，紧固件可以为螺丝等。当然，在其他实施例中，筒盖140与筒身120可通过螺纹连接等方式实现可拆卸连接。或者筒盖140与筒身120可不拆卸连接，以使容气筒100具有良好的气密性。

进一步地，筒身120的端面包括内端面122及包围并凸出内端面122的外端面123，第一紧固孔121开设于内端面122上，透光片130抵压于内端面122上。筒身120具有连接内端面122与外端面123的连接面，可使筒盖140的外周缘与连接面相抵，以增加容气筒100的气密性。在本实施例中，筒盖140的外径接近或等于连接面的内径。

请再次参阅图1，气体分析辅助装置10还包括密封圈150，筒身120上设有环形槽，密封圈150位于环形槽内，环形槽可对密封圈150起到定位作用。透光片130挤压密封圈150，以进一步保证容气筒100的气密性。在本实施例中，环形槽开设于筒身120的端面上，透光片130沿筒身120的轴向方向挤压密封圈150。环形槽为圆环形槽，密封圈150为圆环形密封圈150。当然，在其他实施例中，环形槽及密封圈150的形状均可灵活改变。

在另一实施例中，环形槽可开设于筒身120的侧壁上，组装时，先将密封圈150放置于环形槽内，然后在将透光片130放置于密封圈150内，使透光片130沿筒身120的径向方向挤压密封圈150。可以理解地，在另一实施例中，可省去筒盖140。

可选地，气体分析辅助装置10还包括针阀，针阀的一端与通气口110相连通，针阀的另一端用于与气源相连通。通气时，打开针阀，可使气源处的被分析气体依次通过针阀的另一端、针阀的一端及通气口110进入到容气筒100内。可通过反复通放气排出容气筒100内原有的空气，以避免原有容气筒100内原有的空气对被分析气体造成干扰。分析时，关闭针阀，以防止容气筒100内的被分析气体外泄。

可选地，气体分析辅助装置10还包括三通阀，以替代针阀。三通阀具有第一阀口、第二阀口及第三阀口，第一阀口与通气口110相连通，第二阀口用于与气源相连通，第三阀口用于与抽吸装置相连通。其中，抽吸装置可以为负压风机或真空泵等具有抽吸功能的装置。

通气前，连通第一阀口与第三阀口，并使第三阀口外接抽吸装置，利用抽吸装置将容气筒100内原有的空气排出。通气时，连通第一阀口与第二阀口，以将被分析气体导入至容气筒100内。分析时，关闭第一阀口，以防止容气筒100内的被分析气体外泄。分析后，可再次连通第一阀口与第三阀口，利用抽吸装置将容气筒100内的被分析气体排出。当被分析气体为有毒气体时，可进一步对被排出的被分析气体进行处理。当被分析气体为无毒气体时，可无需利用抽吸装置将容气筒100内的被分析气体排出。

气体分析辅助装置10还包括压力表，压力表用于检测容气筒100内被分析气体的压力，以便于控制容气筒100内被分析气体的浓度。可选地，当气体分析辅助装置10包括针阀时，压力表可设置于针阀的一端。当气体分析辅助装置10包括三通阀时，压力表可设置于第一阀口处。

探头架200包括用于安装拉曼探头的安装座210，安装座210与透光部相对设置，一方面便于从拉曼探头射出的检测光较容易地传播至透光部，另一方面便于从透光部穿出的发生拉曼散射的散射光较容易地被拉曼探头接收。安装座210可通过夹持或吸合等方式实现拉曼探头的安装。在本实施例中，安装座210上设有安装孔211，安装孔211用于安装拉曼探头。安装时，将拉曼探头插设于安装孔211即可，简单方便。

进一步地，气体分析辅助装置10还包括固定件，安装座210上设有固定孔，固定孔与安装孔211相连通，固定件的一端用于穿过固定孔与拉曼探头相抵。在本实施例中，固定孔为螺纹孔，固定件为螺丝等。安装时，先将拉曼探头插设于安装孔211内，然后拧动固定件的另一端，使固定件的一端与拉曼探头相抵，以实现拉曼探头的安装。固定件及固定孔的存在，可便于同一个安装座210与至少两个不同的拉曼探头配合。

探头架200还包括立柱220，安装座210设置于立柱220上。立柱220可将安装座210支撑至一定的高度，便于拉曼探头与透光部相对设置。安装座210的设置方式可以灵活选取，如焊接、胶粘或螺纹连接等。

进一步地，探头架200还包括调节件，安装座210套设于立柱220上，安装座210能够沿立柱220的长度方向移动，安装座210上开设有调节孔212，调节件的一端穿过调节孔212与立柱220相抵。在本实施例中，调节件为螺丝等，调节孔212为螺纹孔。安装时，先拧松调节件，使安装座210沿立柱220的长度方向远离容气筒100，以便于安装拉曼探头。当拉曼探头安装后，使安装座210沿立柱220的长度方向靠近容气筒100，以便于拉曼探头接收发生拉曼散射的散射光。拧紧调节件，以防止拉曼探头在分析过程中沿立柱220的长度方向移动。

进一步地，气体分析辅助装置10还包括用于为拉曼探头遮光的遮光罩，所述遮光罩设置于安装座210或容气筒100上。分析时，拉曼探头靠近容气筒100的一端与容气筒100靠近拉曼探头的一端均位于遮光罩内，以避免外界光线对分析结果的干扰。

具体地，遮光罩包括用于与拉曼探头配合的第一遮光筒及用于与容气筒100配合的第二遮光筒，第一遮光筒与第二遮光筒相互连通。当遮光罩设置于安装座210上时，可先将拉曼探头靠近容气筒100的一端放入第一遮光筒内，然后使安装座210沿立柱220的长度方向靠近容气筒100，以便于第二遮光筒套设于容气筒100靠近拉曼探头的一端上。当遮光罩设置于容气筒100上时，可先将拉曼探头安装于安装座210上，然后使安装座210沿立柱220的长度方向靠近遮光罩，使拉曼探头靠近容气筒100的一端插入第一遮光筒中。

在气体分析系统中，拉曼探头安装于安装座210上，且拉曼探头与透光部相对设置，一方面便于从拉曼探头射出的检测光较容易地传播至透光部，另一方面便于从透光部穿出的发生拉曼散射的散射光较容易地被拉曼探头接收。

气体分析系统还包括第二发光器，第二发光器与拉曼探头连接，第二发光器用于发出催化化学反应的光线。当容气筒100作为反应容器时，第二发光器发出催化化学反应的光线，催化化学反应的光线传播至拉曼探头后射出，经由透光部进入容气筒100内，以便于容气筒100的反应物反应产生被分析气体。在本实施例中，第二发光器与拉曼探头通过光纤连接。当然，在其他实施例中，第二发光器可省去，被分析气体可采用导入的形式盛装于容气筒100内。

上述气体分析系统及气体分析辅助装置10的具体工作原理如下：

以被分析气体为一氧化碳为例，在本实施例中，组装气体分析辅助装置10时，将密封圈150放置于环形槽内，将透光片130放置于内端面122上，使筒盖140放置于筒身120与透光片130上。将紧固件穿设于第一紧固孔121与第二紧固孔142中，以使筒盖140将透光片130抵压于筒身120上，透光片130挤压密封圈150，从而保证容气筒100的气密性。将压力表设置于三通阀上，然后将设置有压力表的三通阀设置于通气孔处，将容气筒100插设于筒套320内，以形成气体分析辅助装置10。

安装拉曼探头时，先使安装座210沿立柱220的长度方向远离容气筒100。将拉曼探头插设于安装孔211中，拧动固定件的另一端，使固定件的一端穿过固定孔与拉曼探头相抵。再使安装座210沿立柱220的长度方向靠近容气筒100，拧动调节件的另一端，使调节件的一端穿过调节孔212与立柱220相抵。使第一发光器、拉曼光谱仪及第二发光器与拉曼探头相连接，以形成气体分析系统。

分析前，先连通第一阀口与第三阀口，并使第三阀口外接抽吸装置，抽吸装置抽真空至1pa，以将容气筒100内原有的空气排出。接着连通第一阀口与第二阀口，向导入容气筒100内导入10Mpa的一氧化碳。然后关闭第一阀口，以防止容气筒100内的一氧化碳外泄。可以理解地，在其他实施例中，容气筒100内抽真空后的压力及导入气体后的压力可根据实际情况灵活决定。

分析时，第一发光器发出检测光，检测光传播至拉曼探头后射出，经由透光部进入容气筒100内。进入容气筒100内的检测光照射一氧化碳，使得部分检测光发生拉曼散射，形成发生拉曼散射的散射光，发生拉曼散射的散射光穿出透光部后被拉曼探头接收。由于拉曼探头与透光部相对设置，故发生拉曼散射的散射光可较容易地被拉曼探头接收，以利于对被分析气体进行分析。被拉曼探头接收的发生拉曼散射的散射光传播至拉曼光谱仪，以便于通过拉曼光谱仪进行被分析气体的分析。

分析后，再次连通第一阀口与第三阀口，利用抽吸装置将容气筒100内的一氧化碳排出，以防止分析人员中毒。

与容气筒100内的一氧化碳的压力为常压相比，本实施例中的一氧化碳的压力为10Mpa，浓度接近达到常压下浓度的10倍，故产生的发生拉曼散射的散射光也接近常压下的10倍。由于可通过控制导入容气筒100内的被分析气体的量来控制产生发生拉曼散射的散射光的多少，故上述气体分析系统及气体分析辅助装置10能够使拉曼探头接收到的发生拉曼散射的散射光较多，以利于对被分析气体进行分析。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种气体分析辅助装置，其特征在于，包括：

用于盛装被分析气体的容气筒，设有通气口，所述容气筒具有透光部；及

探头架，包括安装座，所述安装座用于安装拉曼探头，以使所述拉曼探头与所述透光部相对设置。

2.根据权利要求1所述的气体分析辅助装置，其特征在于，所述容气筒包括筒身及设置于所述筒身上的透光片，所述透光片形成所述透光部。

3.根据权利要求2所述的气体分析辅助装置，其特征在于，还包括密封圈，所述筒身上设有环形槽，所述密封圈位于所述环形槽内，所述透光片挤压所述密封圈。

4.根据权利要求2所述的气体分析辅助装置，其特征在于，所述容气筒还包括筒盖，所述筒盖将所述透光片抵压于所述筒身上，所述筒盖上设有用于暴露所述透光片的光孔。

5.根据权利要求4所述的气体分析辅助装置，其特征在于，还包括紧固件，所述筒身的端面上开设有第一紧固孔，所述筒盖上开设有与所述第一紧固孔相对应的第二紧固孔，所述紧固件穿设于所述第一紧固孔与所述第二紧固孔中。

6.根据权利要求1至5任一项所述的气体分析辅助装置，其特征在于，所述探头架还包括立柱及调节件，所述安装座套设于所述立柱上，所述安装座能够沿所述立柱的长度方向移动，所述安装座上开设有调节孔，所述调节件的一端穿过所述调节孔与所述立柱相抵。

7.根据权利要求1至5任一项所述的气体分析辅助装置，其特征在于，还包括针阀，所述针阀的一端与所述通气口相连通，所述针阀的另一端用于与气源相连通；或者

还包括三通阀，所述三通阀具有第一阀口、第二阀口及第三阀口，所述第一阀口与所述通气口相连通，所述第二阀口用于与气源相连通，所述第三阀口用于与抽吸装置相连通。

8.根据权利要求1至5任一项所述的气体分析辅助装置，其特征在于，还包括底座，所述容气筒及所述探头架均设置于所述底座上，所述底座包括座体及设置于所述座体上的筒套，所述容气筒可拆卸地设置于所述筒套内。

9.一种气体分析系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至8任一项所述的气体分析辅助装置；

拉曼探头，安装于所述安装座上，所述拉曼探头与所述透光部相对设置；

第一发光器，与所述拉曼探头连接，所述第一发光器用于发出检测光；及

拉曼光谱仪，与所述拉曼探头连接。

10.根据权利要求9所述的气体分析系统，其特征在于，还包括第二发光器，所述第二发光器与所述拉曼探头连接，所述第二发光器用于发出催化化学反应的光线。