CN111044651A - 一种气体同位素光谱仪自动进样器 - Google Patents

Abstract

一种气体同位素光谱仪自动进样器，包括：控制系统、气路系统、定位系统以及底板；其中，所述控制系统包括控制面板和单片机，所述控制面板与所述单片机通过排线相连接；所述定位系统包括样品盘、齿轮盘、电机、气缸、气缸臂、中轴杆、旁轴杆；所述气路系统包括三通进针阀、三通退针阀、空气稳压阀、二通真空阀、三通进气阀、三通选择阀、真空泵、采气泵、样气袋、二通充气阀、电子气压控制表、稀释缓冲袋、氮气调压阀。本发明可以与同位素光谱仪联用实现气体同位素样品的制备和全自动进样分析。

Description

一种气体同位素光谱仪自动进样器

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，更具体的说是涉及一种气体同位素光谱仪自动进样器。

背景技术

同位素示踪技术是利用元素的同位素本身或用同位素置换该物质成分某元素来标记化合物，按不同目的，关于同位素可利用放射同位素或稳定同位素，都以同位素的辐射能或质量的差异为目标。一般由于稳定性同位素没有核辐射，同位素原子或分子的性质并不会影响物质的物理化学性质，不会影响动植物的生理生化过程，被广泛用于科学研究中的作用机理研究，可以研究物质的来源、去向。

传统的稳定同位素的检测都是由同位素质谱仪来实现，其主要原理是利用不同同位素分子的质量数不同，在磁场中的偏转不同来区分。同位素质谱仪价格昂贵，体积庞大，稳定时间长，分析时间长。近年来稳定同位素的光谱分析仪有了较大的发展，最典型的以美国Piccaro公司的气体同位素光谱仪为代表，它的主要分析原理是采用了光腔衰荡技术，即通过在光腔中利用镜面反射增加检测光程，使用激光照射待测气体后关闭激光，记录不同的同位素导致断源激光在光腔中衰荡时间的不同来检测。相对于传统的质谱法有极大的优势，其精度比质谱更高，检测速度快了成百上千倍，仪器体积小，维护方便，是新一代的同位素检测仪器。但气体同位素光谱仪光腔体积较大，需要的进样量要比质谱仪大的多，达到了几十至几百毫升，而且同位素光谱仪需要在常压或微压下才能进样。

气体同位素光谱仪进样量需求较大，样品一般使用样气袋来存贮，但样气袋由于其形体不固定，占用体积大，并不适合大批量的自动分析，而且气体同位素光谱仪进样压力范围较窄，直接使用顶空瓶进样会使得随着进样的进程导致内部压力过低而无法满足进样要求。

因此，如何提供一种能实现同位素气体样品的自动制备及在常压下配合气体同位素光谱仪的自动进样分析是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种气体同位素光谱仪自动进样器，本发明采用控制系统、气路系统以及定位系统可以实现气体同位素样品的制备以及自动进样功能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种气体同位素光谱仪自动进样器，包括控制系统、气路系统、定位系统以及底板；所述定位系统与所述控制系统电性连接；所述定位系统固定于所述底板上；

其中，所述气路系统包括气缸、注射装置、气缸驱动装置、二通真空阀、三通进气阀、三通选择阀、真空泵、采气泵、样气袋、二通充气阀、电子气压控制表、稀释缓冲袋、氮气调压阀；

所述三通进气阀通过所述二通真空阀与所述真空泵连通，所述三通进气阀通过所述采气泵与所述样气袋连通，所述三通进气阀与同位素光谱仪相连通，所述三通进气阀通过所述三通选择阀与注射装置连通；所述注射装置、所述电子气压控制表、所述稀释缓冲袋、所述二通充气阀通过四通接头相连通；所述二通充气阀与所述氮气调压阀相连通，所述二通充气阀与所述电子气压控制表电连接；

所述气缸固定于所述定位系统上；并与气缸驱动装置连接；

所述注射系统与所述气缸连接；

所述二通真空阀、三通进气阀、三通选择阀、真空泵、采气泵、二通充气阀、电子气压控制表、氮气调压阀、气缸驱动装置分别与所述控制系统电性连接。

优选地，所述气缸驱动装置包括：三通进针阀、三通退针阀和空气稳压阀；所述三通进针阀出气口、所述三通退针阀出气口分别与所述气缸连通；所述三通进针阀进气口、所述三通退针阀进气口通过三通接头分别与所述空气稳压阀出气口连通；所述空气稳压阀进气口与压缩空气连通；所述三通进针阀、三通退针阀和空气稳压阀分别与所述控制系统电性连接；

所述气缸包括：缸筒、活塞、气缸轴；所述活塞将气缸分为上气室和下气室；

所述上气室与所述三通进针阀出气口连通，所述下气室与所述三通退针阀出气口连通；

所述气缸轴一端与所述活塞连接，另一端与所述注射系统连接。

所述缸筒顶部安装有行程调节姆；

所述注射系统包括：针座和双孔进样针，所述针座一端与所述气缸轴连通，另一端与所述双孔进样针连接，且所述针座内部与所述三通选择阀连通；所述双孔进样针与所述四通接头连通。

其中，针座两端均为外螺纹，中间为六角棱柱，上部外螺纹连接气缸轴，气缸轴与活塞为一体结构，下部外螺纹连接内部带螺纹的双孔进样针。在针座内部连接针头外螺纹内部中心与六角棱柱的其中一个面中心有一个呈90度的气体通道孔，此气体通道位于针座内部的一端与双侧孔进样针中心的进气管采用密封圈连接，另一端的进气通道在棱柱面上。双侧孔进气针方头内部加工有螺纹，在针座下方与双侧孔进气针端面放置有一个橡胶垫圈，通过这个螺纹连接在针座上的同时将针座与针头进行密封，在双侧孔进气针内部有一根不锈钢毛细管，毛细管上端通过密封圈与针座密封，下端也有一个密封圈与针管内壁密封，将双侧孔针头的两个侧孔分隔开来，使得密封圈下部的侧孔与中间毛细管相通，双侧孔针头方头侧面有一个出气孔，而密封圈上部的侧孔与针头侧面的出气孔相通。所述侧孔是在针管侧壁上加工有一个长方形的小孔，防止针头刺破橡胶密封垫时产生碎沫堵塞针管。

具体地说，三通进气阀、三通选择阀、三通进针阀、三通退针阀的类型均为常闭二位三通电磁阀，这种阀有三个接口，分别是进气口、出气口和排气口，排气口位于阀的顶部，在阀不通电的关闭状态下进气口由密封垫密封，气体不能通过，而出气口和排气口气路连通；在阀通电的状态下进气口与出气口相通，而排气口不通；二通真空阀、二通进气阀为常闭二位二通电磁阀，其只有进气口和出气口，阀不通电关闭时进气口与排气口不通气，阀通电打开时进气口与出气口连通。

进一步地，二通真空阀的出气口与真空泵相连，进气口连接三通进气阀的排气口，三通选择阀的出气口与针座相连，三通选择阀的进气口与三通进气阀的出气口相连，三通选择阀的排气口与光谱仪相连，三通进气阀的进气口与采气泵相连；三通进针阀的出气口与方形气缸的上气室相连，其进气口与三通接头相连，排气口与大气相通；三通退针阀的出气口与方形气缸的下气室相连，其进气口与三通接头另一接口相连，排气口与大气相通；二通充气阀的出气口与四通接头相连，二通充气阀的进气口与氮气调压阀相连。

优选地，所述定位系统包括：样品盘、齿轮盘、气缸臂、中轴装置、旁轴装置、滑臂、齿轮和动力装置；

所述样品盘和所述齿轮盘均固定安装在所述中轴装置上，且所述样品盘位于所述齿轮盘的顶部；所述样品盘设有渐开线式排列的瓶位孔；所述齿轮盘盘面上设置有与所述瓶位孔相对应的滑槽；

所述中轴装置和所述旁轴装置均垂直安装在所述底板上；

所述滑臂与所述气缸臂一端均安装在所述旁轴装置上，且所述滑臂与所述气缸臂平行；所述滑臂上还固定设置有导向头，所述导向头在所述滑槽内滑动；所述气缸固定于所述气缸臂上；

所述齿轮与所述动力装置连接，且所述齿轮与所述齿轮盘相适配。

优选地，所述滑臂包括：上滑片和下滑片，所述上滑片和所述下滑片固定安装于所述旁轴装置上，所述上滑片和下滑片是焊有元器件的PCB电路板，所述导向头设置在所述上滑片上；

所述上滑片和下滑片分别以导电线与控制系统电性连接；

所述滑槽的起始位置和结束位置分别设置有始位磁铁和终位磁铁；所述上滑片设置有始位探头和终位探头；所述始位探头和终位探头均与控制装置电性连接。

优选地，所述上滑片焊有容栅位移传感器，所述容栅位移传感器头部位于所述导向头内，在滑槽的内部粘贴有容栅电路；所述容栅位移传感器由所述上滑片供电。

优选地，所述中轴装置包括：中轴轴承部、中轴杆；所述中轴杆下部配装于所述中轴轴承部内；且所述样品盘和所述齿轮盘均固定套装在所述中轴杆上；

所述旁轴装置包括：旁轴轴承部和旁轴杆；所述旁轴杆配装于所述旁轴轴承部内；且所述上滑片和下滑片均固定套装在所述旁轴杆上；

且，所述中轴轴承部和所述旁轴轴承部均垂直安装在所述底板上。

其中，所述气缸臂一端中心设有穿轴孔，可以使气缸轴及相连的针座顺畅穿过。所述方形气缸上部有一行程调节姆，为一可螺纹调节的圆柱形行程调节杆及锁姆，可以调节气缸的出轴行程。在气缸臂的另一端的中心设有锁定孔，以及在锁定孔远离穿轴孔的一侧设有锁定螺纹孔，通过锁定孔可以将气缸臂恰好套设于旁轴杆上，气缸臂可在旁轴杆上下滑动，当滑动到合适的高度位置时，可以使用长螺钉旋入锁定螺纹孔将气缸臂夹紧锁定在旁轴杆上，在对应锁定孔的另一边还有一个锁定孔缺口，可以使锁定的夹持形变力量分配均匀，更易于夹持拧紧。

进一步的，所述注射系统还包括调节杆和挡瓶片，所述挡瓶片为设有一个中心和两个侧孔的金属片；所述气缸通过调节杆固定于所述气缸臂上；所述调节杆至少为两个，且对称设置，所述调节杆包括：螺杆、螺母和螺钉，所述螺杆一端为外螺纹，一端外部为六角棱柱内部为内螺纹；所述螺杆的外螺纹一端穿过所述气缸臂与所述气缸连接，并用螺母锁紧；所述螺钉穿过所述挡瓶片的侧孔旋入所述螺杆的内螺纹中。

具体地说，所述调节杆呈一长杆状，一端为外螺纹，一端外部为六角棱柱内部为内螺纹；挡瓶片外形为一长方体金属片，片中心有一个能让侧孔针头顺畅通过的小圆孔，此小孔还有扶正针头的作用；挡瓶片的左右两端中间均有一个螺钉孔，螺钉穿过挡瓶片旋入调节杆的内螺纹，调节杆的外螺纹上先旋入一个六角螺帽作为锁姆，然后再将调节杆的外螺纹穿过气缸臂上的固定孔旋入方形气缸上的螺纹固定孔内。

当需要调节挡瓶片的高度时，先松开固定的螺钉和锁姆，再旋转调节杆上的六角棱柱，顺时针旋转时调节杆外螺纹旋进气缸螺纹孔，调节片位置升高，逆时针旋转时调节杆外螺纹旋出气缸螺纹孔，调节片位置降低，调节到当针头处于最上位置时针尖刚好隐藏在挡瓶片的小孔中为位，并且两边的调节杆位置一样高，再依次旋紧锁姆和螺钉即可。

优选地，所述中轴轴承部件和所述旁轴轴承部件相同，均包括：轴承座、轴承和轴筒；所述轴承座上部开口，呈圆柱状，中空，底部有外螺纹接口，通过外螺纹接口拧到底板上；轴承套底部连接底板内部有一个环状凹陷；所述轴承为两个，分别位于轴承座内部上下两端，轴筒为中空的圆柱状位，且内径大于轴承的内径，位于两个轴承中间，且轴筒的两端面与上下轴承的内圈端面紧密接触；所述中轴杆和旁轴杆穿过轴承和轴筒内孔。

优选地，所述样品盘和所述齿轮盘通过盘座套装于所述中轴杆上，所述盘座包括：位于中心的锁定孔、位于四角的螺钉孔和位于一侧的锁钉孔，所述锁定孔的一侧设有锁定孔缺口，与锁定孔缺口相对应的另一侧设有贯穿的锁定孔通槽，所述锁钉孔与所述锁定孔通槽垂直；所述齿轮盘与所述样品盘上设有与所述螺钉孔相一致的螺钉孔。

具体地说，两个轴的轴承座结构相同，上部开口，呈圆柱状，中空，底部有外螺纹接口，通过外螺纹接口可以拧到底板上。轴承套底部连接底板内部有一个环状凹陷，便于轴承座外圈减小轴与底板的接触面，保持轴承座与底板紧密接触并与底板垂直；在轴承座的中部侧壁上有两个小圆孔，便于使用杆状工具(如螺丝刀)伸入孔中助力将轴承座螺纹拧紧或拧松拆下来。

将中轴杆底端依次配合穿设一个轴承、轴筒及另一个轴承，轴承内圈与中轴杆紧密接触配合，而轴筒为中空的圆柱状，轴筒的两端面与轴承的内圈端面接触，但不与中轴杆接触，支撑上下两个轴承，保持中轴杆的垂直，并且使中轴杆与轴承内圈及轴筒可同时顺畅转动。然后再将穿设有轴承及轴筒的中轴杆压入轴承座内，使上下两轴承的外圈与轴承座内壁紧密接触，使中轴杆能在轴承座内顺畅转动。旁轴的装配方式与中轴装配一样。

进一步地，在中轴杆上还有一长条形圆角凹槽，里面可以放置标准的圆角平键，圆角平键放置在里面后，有一半高度突出轴杆表面，可以在将样品盘的盘轴套套设于中轴上时，使突出的圆角平键卡住盘轴套上的缺口，并在盘轴套顶部旋入手拧锁钉，使样品盘精准定位于中轴杆上。

优选地，所述样品盘包括上盘片、中盘片、下盘片、单通铜柱、双通铜柱和固定螺钉；所述中盘片设置于所述上盘片和所述下盘片的中间，通过单通铜柱、双通铜柱和固定螺钉相连接；所述上盘片和所述中盘片的结构相同，其中心位置设置有一中轴孔，盘面上设置有渐开线式排列的瓶位孔；所述下盘片除未设置瓶位孔外，其它结构与所述上盘片相同。

优选地，所述控制系统包括控制面板和单片机，所述控制面板以排线与单片机相连；所述定位系统、二通真空阀、三通进气阀、三通选择阀、真空泵、采气泵、二通充气阀、电子气压控制表、氮气调压阀、气缸驱动装置分别以导电线与单片机相连，受单片机中的程序控制。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：

本发明可以实现气体同位素样品的制备以及与同位素光谱仪联用自动进样分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的整体结构示意图；

图2附图为本发明的气路系统结构示意图；

图3附图为本发明的气缸臂结构示意图；

图4附图为本发明的齿轮盘结构示意图；

图5附图为本发明的样品盘上盘片的结构示意图；

图6附图为本发明的盘座结构示意图。

其中，图中，

1-控制面板；2-单片机；3-三通进针阀；4-三通退针阀；5-空气稳压阀；6-二通真空阀；7-三通进气阀；8-三通选择阀；9-真空泵；10-采气泵；11-样气袋；12-进气管道；13-二通充气阀；14-电子气压控制表；15-氮气调压阀；16-稀释缓冲袋；17-光谱仪；18-样品盘；181-上盘片；182-中盘片；183-下盘片；184-轴套孔；185-瓶位孔；19-齿轮盘；191-滑槽；192-始位磁铁；193-终位磁铁；194-容栅电路；20-气缸；201-活塞；202-上气室；203-下气室；21-气缸臂；22-中轴杆；23-旁轴杆；24-针座；25-双孔进样针；26-调节杆；27-挡瓶片；28-盘座；29-轴承座；30-轴承；31-轴筒；32-底板；33-导向头；34-滑臂；341-上滑片；342-下滑片；35-电机；36-齿轮；37-行程调节姆。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-6所示，本发明的装置主要组成部分：

1)控制系统：主要包含控制面板1和单片机2(宏晶STC12C5A系列芯片)；而控制面板1、电机35(行星减速电机)、采气泵10、真空泵9、三通进气阀7、三通选择阀8、二通真空阀6、三通进针阀3、三通退针阀4、二通充气阀13、电子气压控制表15、上滑片341及下滑片342分别以导电线与单片机2相连，受单片机2中的程序控制。控制面板1以排线与单片机2相连，上面有液晶屏显示信息，有按键输入参数或命令。终位探头、始位探头均是可通过磁感应获取位置信息的霍尔传感器；上滑片341和下滑片342是焊有元器件的长矩形PCB电路板，终位探头、始位探头及容栅位移传感器焊接于上滑片341上，均由上滑片341供电，容栅位移传感器头部位于导向头23内。容栅电路144以背胶粘贴于齿轮盘19滑槽191内。

2)气路系统(如图2所示)：

三通进气阀7、三通选择阀8、三通进针阀3、三通退针阀4的类型均为常闭二位三通电磁阀，这种阀有三个接口，分别是进气口、出气口和排气口，排气口位于阀的顶部，在阀不通电的关闭状态下进气口由密封垫密封，气体不能通过，而出气口和排气口气路连通；在阀通电的状态下进气口与出气口相通，而排气口不通；二通真空阀6、二通进气阀13为常闭二位二通电磁阀，其只有进气口和出气口，阀不通电关闭时进气口与排气口不通气，阀通电打开时进气口与出气口连通。气路连接如图2所示，二通真空阀6的出气口与真空泵9相连，进气口连接三通选择阀8的排气口，三通选择阀8的出气口与针座24相连，三通选择阀8的进气口与三通进气阀7的出气口相连，三通进气阀7的排气口与光谱仪17的出口相连，三通进气阀7的进口与采气泵10相连；三通进针阀3的出气口与方形气缸20的上气室202相连，其进气口与三通接头相连，排气口与大气相通；三通退针阀4的出气口与方形气缸20的下气室203相连，其进气口与三通接头另一接口相连，排气口与大气相通；

图2也显示了针头注射系统的结构。针座24两端均为外螺纹，中间为六角棱柱，上部外螺纹连接气缸轴，下部外螺纹连接内部带螺纹的双孔进样针25(侧孔针头)，在针座24内部连接针头外螺纹内部中心与六角棱柱的其中一个面中心有一个呈90度的气体通道孔，在棱柱面上还有一个气管接头(进气管道12)。调节杆26呈一长杆状，一端为外螺纹，一端外部为六角棱柱内部为内螺纹；挡瓶片27外形为一长方体金属片，片中心有一个能让侧孔针头顺畅通过的小圆孔，此小孔还有扶正针头的作用；挡瓶片27的左右两端中间均有一个螺钉孔，螺钉穿过挡瓶片27旋入调节杆26的内螺纹，调节杆26的外螺纹上先旋入一个六角螺帽作为锁姆，然后再将调节杆26的外螺纹穿过气缸臂21上的固定孔旋入方形气缸20上的螺纹固定孔内。图3显示了气缸臂21的结构。当需要调节挡瓶片27的高度时，先松开固定的螺钉和锁姆，再旋转调节杆26上的六角棱柱，顺时针旋转时调节杆26外螺纹旋进气缸螺纹孔，调节片位置升高，逆时针旋转时调节杆26外螺纹旋出气缸螺纹孔，调节片位置降低，调节到当针头处于最上位置时针尖刚好隐藏在挡瓶片27的小孔中为准，并且两边的调节杆26位置一样高，再依次旋紧锁姆和螺钉即可。

压缩空气通过空气稳压阀5及三通接头后，给三通进针阀3和三通退针阀4供气，如图2所示，当需要进针时，打开三通进针阀3，压缩气体通过方形气缸20上部进气口进入上气室202，而下气室203为常压，压缩气体推动气缸内部的活塞201及缸轴向下运动，并带动针座24及侧孔针头一起向下运动，针头刺破下方的顶空瓶的橡胶密封圈，伸入顶空瓶内，此时关闭三通进针阀3，使上气室202中的压缩气体通过三通进针阀3的排气口排出，保持上气室202内为常压状态，完成进针动作。当需要退针时，打开三通退针阀4，压缩气体进入方形气缸20的下气室203，推动活塞201及气缸轴向上运动，并带动针座24、侧孔针头向上运动，此时侧孔针头处于顶空瓶中，由于顶空瓶盖中的橡胶密封垫与针头之间的摩擦力，带动顶空瓶也向上运动，当顶空瓶盖接触到挡瓶片27后，挡瓶片27阻止顶空瓶进一步向上运动，使侧孔针头克服摩擦阻力从橡胶密封垫中拔出并将针尖藏于挡瓶片27内。

图3显示的是气缸臂21的剖面图，方形气缸固定孔用来固定方形气缸，中间的大圆孔可以使气缸轴及相连的针座24顺畅穿过。在气缸臂21的左端有一气缸臂21锁定孔，通过这个孔可以将气缸臂21恰好套设于旁轴杆23上，气缸臂21可在旁轴杆23上下滑动，当滑动到合适的高度位置时，可以使用长螺钉旋入锁定螺纹孔将气缸臂21夹紧锁定在旁轴杆23上，在对应锁定孔的另一边还有一个锁定孔缺口，可以使锁定的夹持形变力量分配均匀，更易于夹持拧紧。

3)定位系统

图4列出了齿轮盘19的结构图，图5列出了样品盘18上盘片181的结构图。如图4所示，齿轮盘19呈圆盘状，中心有一个大圆孔和4个底盘固定孔，通过螺钉可将齿轮盘19锁定于盘座28上，再通过长螺钉将盘座28锁固于中轴上。在齿轮盘19的外圈均匀分布有一圈齿。在齿轮盘19正面按渐开线形状加工有滑槽191，在滑槽191外圈的起始位置和滑槽191里圈的结束位置分别埋设有圆柱状的始位磁铁192和终位磁铁193，用来指示滑槽191的起始位置和终止位置。在滑槽191的内部中间粘贴有带背胶的容栅电路194，可以用来指示滑块在滑槽191中的位移量。

图5是样品盘18上盘片181的结构图。在上盘片181的中间有一个大圆(轴套孔184)和四个螺钉固定孔，可以使用螺钉将盘片固定到盘座28上，然后再将盘座28通过长螺钉锁固于轴套上。中盘片182的结构与上盘片181一样，而底盘片上除了没有瓶位孔185外，其余的部分与上盘片181一样。

图6是盘座28剖面结构示意图。通过螺钉可以将上盘片181或底盘片固定于盘座28上，轴套从锁定孔中穿过，而使用锁钉旋入锁钉孔，可将样品盘18的轴套夹持锁紧在盘座28上。

样品盘18的结构如图1所示，样品盘18主要组成为上盘片181、中盘片182、下盘片183、盘轴套、盘座28、单通铜柱、双通铜柱和固定螺钉组成。如图5所示，在上盘片181的外圈分别有四个螺钉孔，上盘片181上部用螺钉与单通铜柱联接，将上盘片181夹持在螺钉与单通铜柱中间，中盘片182由单通铜柱的螺纹单与双通铜柱夹持，底盘片由螺钉与双通铜柱夹持，四根单通铜柱与双通铜柱及锁定螺钉将三块盘片的外圈联接起来，而在盘片的中心部位，上盘片181及底盘片均使用螺钉固定在盘座28上，然后将盘轴套穿设于上盘座28、中盘片182和下盘座28，并通过上盘座28及下盘座28的螺钉锁固于盘轴座上。

中轴杆22及旁轴杆23的结构如图1中所示。中轴的组成包括轴承座29、轴承30、轴筒31、轴座孔、中轴杆22、键槽及手拧锁钉。旁轴承的组成包括轴承座29、轴承30、轴筒31、轴座孔、旁轴杆23；两个轴的轴承座29结构相同，上部开口，呈圆柱状，中空，底部有外螺纹接口，通过外螺纹接口可以拧到底板32上。轴承套底部连接底板32内部有一个环状凹陷，便于轴承座29外圈减小轴与底板32的接触面，保持轴承座29与底板32紧密接触并与底板32垂直；在轴承座29的中部侧壁上有两个小圆孔，便于使用杆状工具(如螺丝刀)伸入孔中助力将轴承座29螺纹拧紧或拧松拆下来。中轴及旁轴的装配结构也如图1所示，将中轴杆22底端依次配合穿设一个轴承、轴筒31及另一个轴承，轴承内圈与中轴杆22紧密接触配合，而轴筒31为中空的圆柱状，轴筒31的两端面与轴承的内圈端面接触，但不与中轴杆22接触，支撑上下两个轴承，保持中轴杆22的垂直，并且使中轴杆22与轴承内圈及轴筒31可同时顺暢转动。然后再将穿设有轴承及轴筒31的中轴杆22压入轴承座29内，使上下两轴承的外圈与轴承座29内壁紧密接触，使中轴杆22能在轴承座29内顺畅转动。旁轴的装配方式与中轴装配一样。在中轴杆22上还有一长条形圆角凹槽，里面可以放置标准的圆角平键，圆角平键放置在里面后，有一半高度突出轴杆表面，可以在将样品盘18的盘轴套套设于中轴上时，使突出的圆角平键卡住盘轴套上的缺口，并在盘轴套顶部旋入手拧锁钉，使样品盘18精准定位于中轴杆22上。

定位原理：装配时气缸臂21与滑臂34同轴固定于旁轴杆23上，针头的重直位置与导向头33的垂直位置一致，而样品盘18与齿轮盘19也同轴固定于中轴杆22上。在需要定位时单片机2依据滑臂34上的始位探头检测导向头33所处的滑臂34内的位置，当位置不满足特定的位置时，单片机2驱动行星减速电机35旋转，电机35上的齿36带动齿轮盘19旋转，固定于中轴上的样品盘18同轴旋转，并且由于滑臂34上的导向头33处于齿轮盘19的滑槽191内，以渐开线分布的滑槽191会推动导向头33，导向头33推动滑臂34，滑臂34推动旁轴杆23旋转，旁轴杆23带动同轴固定的气缸臂21旋转，气缸臂21带动针头移动到相应滑槽191的上方，当导向头33在滑槽191中滑动时，导向头33内的容栅位移传感器记录其位移距离，当达到移动的距离时，停止移动，使针位停在样品盘18上相应的孔位，完成针位的定位。

而且由于齿轮盘19的槽呈渐开线分布，齿轮传动时导向头33在滑槽191外圈和里圈的速度会相差很大，单片机2系统会依渐开线函数记录盘子的位置，调整电机35的转速，控制导向头33在滑槽191内的移动速度，在离目标瓶位很远时高速运转，而快要接近目标瓶孔位时，降低速度，防止转动惯性过大而影响定位精度。采用容栅定位后移动最高速度可达1.8米/秒，而位移分辨率可达0.02毫米，可以变速快速精确定位样品瓶的位置。

4)功能实现主要流程

当行星齿轮电机35转动定位到相应的样品瓶位后，

(1)批量同位素气体样品制备功能实现：手动顺时针向下旋转行程调节姆37和上面的锁姆，使得当方形气缸活塞201移动至最低位置，双孔进样针头25插入样品瓶中时只有下部的侧孔位于顶空瓶内，而针管上部侧孔不进入顶空瓶内时，逆时针旋转行程调节姆37的同时顺时针旋转锁姆，两姆相互较力锁定于方形气缸轴杆上，设定好方形气缸20及双侧孔进样针25的行程。打开真空泵9预热，打开三通进针阀3，空气稳压阀5将气体压缩进入方形气缸上气室202，驱动针头刺入真空瓶中，由于设定了行程，双孔进样针25上部的侧孔并不进入顶空瓶内，关闭三通进针阀3使上气室202压缩气体从三通进针阀3排气口排出，打开二通真空阀6和三通选择阀8，样品瓶内的气体在真空泵9吸力作用下被抽走，抽取一定的时间，达到要求的真空度后，关闭二通真空阀6，打开采气泵10、三通进气阀7，采气泵10将样气袋11中的同位素气体样品泵入到顶空瓶中，然后关闭采气泵10和三通进气阀7，可以循环抽真空和采气这两个动作几次，以便使用样品气体冲洗管道和顶空瓶，当循环清洗完成后，顶空瓶内已充满同位素样品气体，此时关闭三通进气阀8和二通真空阀6，打开三通退针阀4，压缩空气比下气室203进气，驱动气缸轴向上运动，针管与橡胶密封垫之间的摩擦力带动样品瓶向上运动，瓶品瓶盖被挡瓶片27阻挡，使针头从样品瓶中拔出，样品瓶在重力作用下回落归位，当气缸轴归位到顶部后，关闭三通退针阀4，下气室203内压缩气体从三通退针阀4排气口排出，完成此样品瓶气体的制备。然后在行星减速电机35作用下转动至下一瓶位开始将样气袋11中的气体转移制备至顶空瓶中。当一批次完成所有样品的制备后，所有的阀及泵处于关闭状态，并且双孔进样针25已从顶空瓶中拔出，此时需要打开二通真空阀6和三通选择阀8，此时大气中的空气从双孔进样针25中沿气体通道进入真空泵9中平衡压力，防止因真空泵9内的真空导致泵管返油，维持此状态半分钟左右再关闭二通真空阀6和三通选择阀8，完成样品的制备。

(2)同位素气体样品自动进样：设定好电子气压控制表14的参数，将其低值设定为略高于大气压的压力约0.1KPa，高值设定为约4KPa，氮气调压阀15的值设定为0.1MPa左右，设定好后可贮存长期使用。电子气压控制表14通过自动控制二通充气阀13的开闭，当稀释缓冲袋16内的压力低于设定的低值0.1KPa时打开二通充气阀13，高纯氮气经氮气调压阀14、二通充气阀13和四通接头进入稀释缓冲袋16并使其内部压力增加，当增加到设定的高值4KPa时，电子气压控制表14关闭二通充气阀13，使得稀释缓冲袋16内的压力始终维持在设定的低压值和高压值之间，然后向调节行程调节姆37和锁姆至最上部并锁定，使得进针时双孔进样针25的两个侧孔均可以位于顶空瓶内部。由于同位素光谱仪17内部有自吸泵提供进气动力，在针头未插入顶空瓶内部时，光谱仪17从双孔进样针25的下部侧孔中进气，当正式开始自动进样时，系统如前述的定位及进针后，同位素光谱仪17通过双孔进样针25的下部侧孔吸气进样，随着进样的持续，顶空瓶内的压力会下降，而双孔进样针25方头部侧面有管通过四通接头与稀释缓冲袋16相连，稀释缓冲袋16内是高纯的低压氮气，通过进气管道和双孔进样针25的上部侧孔进入顶空瓶内，逐步补充和稀释顶空瓶内的气体样品，由于补充的高纯氮气中不含有待检测的气体同位素成分，而且同位素光谱仪17测定的是气体样品内特定气体的不同同位素成分的比值，因而稀释将不影响其比值的测定，当测定达到设定的时间长度后，单片机2如前述的将针头从顶空瓶中拔出并移动定位至另一样品瓶，此过程中气体缓冲袋16中的低压氮气冲洗进气管道。当到达下次进样时间后，单片机2再次控制进针和进样，直至所有设定的样品进样完成。进样器通过时间间隔长短区分不同的气体样品，并通过进样的时间与同位素光谱仪17的分析结果进行匹配，因而不需要特别的软件控制就可以实现自动进样，并且可以和任何有准确时钟的同位素光谱仪联用进样，有广泛的适配性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，包括控制系统、气路系统、定位系统以及底板；所述定位系统与所述控制系统电性连接；所述定位系统固定于所述底板上；

其中，所述气路系统包括气缸、注射装置、气缸驱动装置、二通真空阀、三通进气阀、三通选择阀、真空泵、采气泵、样气袋、二通充气阀、电子气压控制表、稀释缓冲袋、氮气调压阀；

所述三通进气阀通过所述二通真空阀与所述真空泵连通，所述三通进气阀通过所述采气泵与所述样气袋连通，所述三通进气阀与同位素光谱仪相连通，所述三通进气阀通过所述三通选择阀与注射装置连通；所述注射装置、所述电子气压控制表、所述稀释缓冲袋、所述二通充气阀通过四通接头相连通；所述二通充气阀与所述氮气调压阀相连通，所述二通充气阀与所述电子气压控制表电连接；

所述气缸固定于所述定位系统上；并与气缸驱动装置连接；

所述注射系统与所述气缸连接；

所述二通真空阀、三通进气阀、三通选择阀、真空泵、采气泵、二通充气阀、电子气压控制表、氮气调压阀、气缸驱动装置分别与所述控制系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述气缸驱动装置包括：三通进针阀、三通退针阀和空气稳压阀；所述三通进针阀出气口、所述三通退针阀出气口分别与所述气缸连通；所述三通进针阀进气口、所述三通退针阀进气口通过三通接头分别与所述空气稳压阀出气口连通；所述空气稳压阀进气口与压缩空气连通；所述三通进针阀、三通退针阀和空气稳压阀分别与所述控制系统电性连接；

所述气缸包括：缸筒、活塞、气缸轴；所述活塞将气缸分为上气室和下气室；

所述上气室与所述三通进针阀出气口连通，所述下气室与所述三通退针阀出气口连通；

所述气缸轴一端与所述活塞连接，另一端与所述注射系统连接；

所述缸筒顶部安装有行程调节姆；

所述注射系统包括：针座和双孔进样针，所述针座一端与所述气缸轴连通，另一端与所述双孔进样针连接，且所述针座内部与所述三通选择阀连通；所述双孔进样针与所述四通接头连通。

3.根据权利要求1所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述定位系统包括：样品盘、齿轮盘、气缸臂、中轴装置、旁轴装置、滑臂、齿轮和动力装置；

所述样品盘和所述齿轮盘均固定安装在所述中轴装置上，且所述样品盘位于所述齿轮盘的顶部；所述样品盘设有渐开线排列的瓶位孔；所述齿轮盘盘面上设置有与所述瓶位孔相对应的滑槽；

所述中轴装置和所述旁轴装置均垂直安装在所述底板上；

所述滑臂与所述气缸臂一端均安装在所述旁轴装置上，且所述滑臂与所述气缸臂平行；所述滑臂上还固定设置有导向头，所述导向头在所述滑槽内滑动；所述气缸固定于所述气缸臂上；

所述齿轮与所述动力装置连接，且所述齿轮与所述齿轮盘相适配。

4.根据权利要求3所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述滑臂包括：上滑片和下滑片，所述上滑片和所述下滑片固定安装于所述旁轴装置上，所述上滑片和下滑片是焊有元器件的PCB电路板，所述导向头设置在所述上滑片上；

所述上滑片和下滑片分别以导电线与控制系统电性连接；

所述滑槽的起始位置和结束位置分别设置有始位磁铁和终位磁铁；所述上滑片设置有始位探头和终位探头；所述始位探头和终位探头均与控制装置电性连接。

5.根据权利要求3所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述上滑片焊有容栅位移传感器，所述容栅位移传感器头部位于所述导向头内，在滑槽的内部粘贴有容栅电路；所述容栅位移传感器由所述上滑片供电。

6.根据权利要求3所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述中轴装置包括：中轴轴承部、中轴杆；所述中轴杆配装于所述中轴轴承部内；且所述样品盘和所述齿轮盘均固定套装在所述中轴杆上；

所述旁轴装置包括：旁轴轴承部和旁轴杆；所述旁轴杆下部配装于所述旁轴轴承部内；且所述上滑片和下滑片均固定套装在所述旁轴杆上；

且，所述中轴轴承部和所述旁轴轴承部均垂直安装在所述底板上。

7.根据权利要求6所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述中轴轴承部件和所述旁轴轴承部件相同，均包括：轴承座、轴承和轴筒；所述轴承座上部开口，呈圆柱状，中空，底部有外螺纹接口，通过外螺纹接口拧到底板上；轴承套底部连接底板内部有一个环状凹陷；所述轴承为两个，分别位于轴承座内部上下两端，轴筒为中空的圆柱状，且内径大于轴承的内径，位于两个轴承中间，且轴筒的两端面与上下轴承的内圈端面紧密接触；所述中轴杆和旁轴杆穿过轴承和轴筒内孔。

8.根据权利要求6所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述样品盘和所述齿轮盘通过盘座套装于所述中轴杆上，所述盘座包括：位于中心的锁定孔、位于四角的螺钉孔和位于一侧的锁钉孔，所述锁定孔的一侧设有锁定孔缺口，与锁定孔缺口相对应的另一侧设有贯穿的锁定孔通槽，所述锁钉孔与所述锁定孔通槽垂直；所述齿轮盘与所述样品盘上设有与所述螺钉孔相一致的螺钉孔。

9.根据权利要求3所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述样品盘包括上盘片、中盘片、下盘片、单通铜柱、双通铜柱和固定螺钉；所述中盘片设置于所述上盘片和所述下盘片的中间，通过单通铜柱、双通铜柱和固定螺钉相连接；所述上盘片和所述中盘片的结构相同，其中心位置设置有一中轴孔，盘面上设置有渐开线式排列的瓶位孔；所述下盘片除未设置瓶位孔外，其它结构与所述上盘片相同。

10.根据权利要求任一项所述的一种气体同位素光谱仪自动进样器，其特征在于，所述控制系统包括控制面板和单片机，所述控制面板以排线与单片机相连；所述定位系统、二通真空阀、三通进气阀、三通选择阀、真空泵、采气泵、二通充气阀、电子气压控制表、氮气调压阀、气缸驱动装置分别以导电线与单片机相连，受单片机中的程序控制。

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