CN111238884B - 滤膜固定结构、样品炉及ocec分析仪 - Google Patents

滤膜固定结构、样品炉及ocec分析仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种滤膜固定结构、样品炉及OCEC分析仪，滤膜固定结构用于更换OCEC分析仪中的滤膜，滤膜固定结构包括固定设置在OCEC分析仪中的外管，外管包括小管和固定套设在小管上的大管，大管中可拆卸安装有内管，小管和/或大管对内管进行定位，滤膜安装在内管上。更换滤膜时，先将内管从大管中取出，从内管上取出旧的滤膜，安装好新的滤膜，然后将安装好滤膜的内管伸入大管中与小管和/或大管配合进行定位，最后将内管与大管固定密封。由于滤膜安装在内管上，滤膜的安装可以在仪器外部完成，可视化程度高，可以很好地确定滤膜是否安装正确，且操作空间自由，操作方便。

Description

滤膜固定结构、样品炉及OCEC分析仪
技术领域
本发明涉及空气颗粒物碳组分分析技术领域，特别地，涉及一种滤膜固定结构。此外，本发明还涉及一种包括上述的滤膜固定结构的样品炉。此外，本发明还涉及一种包括上述的滤膜固定结构的OCEC分析仪。
背景技术
空气颗粒物碳组分分析仪采用热光法对环境空气中的颗粒物进行采样、处理、检测分析其有机碳和元素碳的浓度水平。采样是通过采样泵将颗粒物收集到滤膜上，滤膜在使用一段时间后需要进行更换。
现有的空气颗粒物碳组分分析仪在安装滤膜时，通过将滤膜放在玻璃管入口，通过推杆缓慢推到玻璃管的端部。由于玻璃管设置在仪器内部，空间狭窄不易操作，同时滤膜容易倾倒，难以观察到滤膜的状态，操作过程中容易损坏滤膜。现有的空气颗粒物碳组分分析仪在取出滤膜时，用带倒钩的长针伸入玻璃管中将滤膜戳穿后带出，难以观察到滤膜的状态，仅凭感觉取出，且滤膜被戳穿无法重复使用。另外，在进行外标时，需要将标准溶液滴加到灼烧干净的滤膜上，该灼烧过程一般在仪器内部进行，同时标准溶液的滴加要进行多次重复操作，无法在该滤膜上实现该过程。
发明内容
本发明提供了一种滤膜固定结构、样品炉及OCEC分析仪，以解决现有的空气颗粒物碳组分分析仪滤膜更换不方便，滤膜是否安装正确不好观察，滤膜损坏无法重复使用，无法在该滤膜上进行外标的问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种滤膜固定结构，用于更换OCEC分析仪中的滤膜，滤膜固定结构包括固定设置在OCEC分析仪中的外管，外管包括小管和固定套设在小管上的大管，大管中可拆卸安装有内管，小管和/或大管对内管进行定位，滤膜安装在内管上。
进一步地，内管靠近小管的一端设有限位部，限位部远离内管的一端的内径小于限位部靠近内管的一端的内径，以便对滤膜进行限位，小管伸入大管中，限位部远离内管的一端的内径大于小管的外径，内管的内径小于小管的外径，以便内管与小管配合将滤膜夹紧。
进一步地，内管靠近小管的一端设有限位部，内管中设有内套管，限位部的内径小于内管的内径，限位部的内径小于内套管的外径，以便内套管与限位部配合将滤膜夹紧，限位部的内径大于小管的内径，限位部的内径小于大管的外径，以便小管和/或大管对限位部进行定位。
本发明另一方面提供了一种样品炉，包括滤膜固定结构和设置在外管外并用于对滤膜进行加热的第一加热装置，滤膜固定结构采用上述的滤膜固定结构。
本发明另一方面提供了一种OCEC分析仪，包括采样管路、设置在采样管路上的样品炉以及设置在样品炉中并用于采集样气中的颗粒物的滤膜，样品炉的输入端分别连通有载气管路和氦氧管路，样品炉外设有激光器和探测装置，样品炉的输出端连通有氧化炉，氧化炉的输出端连通有二氧化碳传感器，样品炉采用上述的样品炉。
进一步地，采样管路上设有用于对样气中的颗粒物进行切割分类的颗粒物切割器、与颗粒物切割器的输出端连通并用于吸附样气中的气态有机物的溶蚀器以及与溶蚀器的输出端和样品炉的输入端分别连通的第一控制阀。
进一步地，载气管路的输出端连通有与外管与内管之间的间隙连通并用于利用载气管路输出的氦气将间隙中的空气吹扫干净的吹扫管路，吹扫管路上设有第二控制阀。
进一步地，载气管路的输入端连通有用于提供载气的载气瓶，氦氧管路的输入端连通有用于提供氦气与氧气的混合气体的氦氧瓶，载气管路上设有阀组，氦氧管路的输出端与阀组的输入端连通；阀组的输出端连通有用于测量载气或混合气体的流量的流量控制器。
进一步地，激光器的输出光路上设有分光片，探测装置包括用于接收透过滤膜的激光并检测激光的光强的第一探测器以及用于接收由滤膜和分光片反射的激光并检测激光的光强的第二探测器。
进一步地，氧化炉的输出端与二氧化碳传感器的输入端之间设有第五控制阀，以便通过关闭第五控制阀以及其他阀门，检查OCEC分析仪的气密性。
本发明具有以下有益效果：
本发明的滤膜固定结构，用于更换OCEC分析仪中的滤膜。更换滤膜时，先将内管从大管中取出，从内管上取出旧的滤膜，安装好新的滤膜，然后将安装好滤膜的内管伸入大管中与小管和/或大管配合进行定位，最后将内管与大管固定密封。由于滤膜安装在内管上，滤膜的安装可以在仪器外部完成，可视化程度高，可以很好地确定滤膜是否安装正确，且操作空间自由，操作方便。在进行外标时，可以将内管从大管中取出，滤膜跟随内管被带出，然后直接将标准溶液滴加在该滤膜上进行测试，由于外标与检测为同一滤膜且位置相同，保证了外标与检测的一致性。滤膜安装和取出过程中不需要借助其他工具，不会带入干扰，且滤膜不会破损，可以重复使用。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的滤膜固定结构的示意图；
图2是本发明优选实施例的滤膜固定结构用于安装滤膜的示意图；
图3是本发明优选实施例一的内管的示意图；
图4是本发明优选实施例二的内管的示意图；
图5是本发明优选实施例三的内管的示意图；
图6是本发明优选实施例的OCEC分析仪的示意图。
附图标记说明：
1、滤膜；2、外管；3、小管；4、大管；5、内管；6、限位部；7、内套管；8、第一加热装置；9、采样管路；10、载气管路；11、氦氧管路；12、激光器；13、氧化炉；14、二氧化碳传感器；15、颗粒物切割器；16、溶蚀器；17、第一控制阀；18、吹扫管路；19、第二控制阀；20、载气瓶；21、氦氧瓶；22、阀组；23、流量控制器；24、分光片；25、第一探测器；26、第二探测器；27、第三控制阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明优选实施例的滤膜固定结构的示意图；图2是本发明优选实施例的滤膜固定结构用于安装滤膜的示意图；图3是本发明优选实施例一的内管的示意图；图4是本发明优选实施例二的内管的示意图；图5是本发明优选实施例三的内管的示意图；图6是本发明优选实施例的OCEC分析仪的示意图。
如图1所示，本发明的滤膜固定结构，用于更换OCEC分析仪中的滤膜1，滤膜固定结构包括固定设置在OCEC分析仪中的外管2，外管2包括小管3和固定套设在小管3上的大管4，大管4中可拆卸安装有内管5，小管3和/或大管4对内管5进行定位，滤膜1安装在内管5上。
本发明的滤膜固定结构，用于更换OCEC分析仪中的滤膜1。更换滤膜1时，先将内管5从大管4中取出，从内管5上取出旧的滤膜1，安装好新的滤膜1，然后将安装好滤膜1的内管5伸入大管4中与小管3和/或大管4配合进行定位，最后将内管5与大管4固定密封。由于滤膜1安装在内管5上，滤膜1安装在仪器外部完成，可视化程度高，可以很好地确定滤膜1是否安装正确，且操作空间自由，操作方便。在进行外标时，可以将内管5从大管4中取出，滤膜1跟随内管5被带出，然后直接将标准溶液滴加在该滤膜1上进行测试，由于外标与检测为同一滤膜1且位置相同，保证了外标与检测的一致性。滤膜安装和取出过程中不需要借助其他工具，不会带入干扰，且滤膜1不会破损，可以重复使用。可选地，内管5与大管4通过接头固定密封。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，内管5靠近小管3的一端设有限位部6，限位部6远离内管5的一端的内径小于限位部6靠近内管5的一端的内径，以便对滤膜1进行限位，小管3伸入大管4中，限位部6远离内管5的一端的内径大于小管3的外径，内管5的内径小于小管3的外径，以便内管5与小管3配合将滤膜1夹紧。滤膜1的直径大于限位部6远离内管5的一端的内径，滤膜1的直径小于限位部6靠近内管5的一端的内径。安装滤膜1时，先将滤膜1放入限位部6的内腔中，然后将放好滤膜1的内管5伸入大管4中，小管3伸入限位部6的内腔中与内管5配合将滤膜1夹紧，最后将内管5与大管4固定密封。限位部6和内管5可以对滤膜1起到良好的限位作用，滤膜1在内管5移动的过程中不会掉出。取出滤膜1时，从大管4中取出内管5，限位部6通过限位可以将滤膜1带出。可选地，限位部6的内壁面为斜面或台阶面。
如图5所示，本实施例中，内管5靠近小管3的一端设有限位部6，内管5中设有内套管7，限位部6的内径小于内管5的内径，限位部6的内径小于内套管7的外径，以便内套管7与限位部6配合将滤膜1夹紧，限位部6的内径大于小管3的内径，限位部6的内径小于大管4的外径，以便小管3和/或大管4对限位部6进行定位。安装滤膜1时，先将滤膜1放入内管5中，通过内套管7与限位部6配合将滤膜1夹紧，然后将内管5放入大管4中，直至小管3和/或大管4对限位部6进行定位，最后将内管5与大管4固定密封。取出滤膜1时，从大管4中取出内管5，限位部6通过限位可以将滤膜1带出。可选地，小管3、大管4、内管5、限位部6以及内套管7均为石英玻璃管。
如图6所示，本发明的优选实施例还提供了一种样品炉，包括滤膜固定结构和设置在外管2外并用于对滤膜1进行加热的第一加热装置8，滤膜固定结构采用上述的滤膜固定结构。样气和载气等气体流入内管5中后再穿过滤膜1，第一加热装置8可以对滤膜1进行加热。可选地，第一加热装置8采用加热丝。可选地，第一加热装置8外设有风扇，以便对第一加热装置8进行散热。
如图6所示，本发明的优选实施例还提供了一种OCEC分析仪，包括采样管路9、设置在采样管路9上的样品炉以及设置在样品炉中并用于采集样气中的颗粒物的滤膜1，样品炉的输入端分别连通有载气管路10和氦氧管路11，样品炉外设有激光器12和探测装置，样品炉的输出端连通有氧化炉13，氧化炉13的输出端连通有二氧化碳传感器14，样品炉采用上述的样品炉。
本发明的OCEC分析仪，在空气中的样气通过采样管路9流入样品炉中后，通过滤膜1采集样气中的颗粒物。然后通过载气管路10向样品炉中输入氦气对样品炉进行吹扫使样品炉中形成无氧环境，通过样品炉对滤膜1进行加热，使滤膜1上的颗粒物中的有机碳转化为气体。由于样品炉中形成无氧环境，滤膜1上的颗粒物中的元素碳不会转化为气体。再通过氦氧管路11向样品炉中输入氦气与氧气的混合气体使样品炉中形成有氧环境，通过样品炉对滤膜1进行加热，使滤膜1上的颗粒物中的元素碳转化为气体。在有机碳和元素碳转化为气体的过程中，通过激光器12持续发出激光并使激光照射在滤膜1上，通过探测装置接收激光并检测激光的光强。在有机碳转化为气体的过程中，一部分有机碳会碳化为元素碳，探测装置接收的激光的光强逐渐减弱。在元素碳转化为气体的过程中，探测装置接收的激光的光强逐渐增强。当探测装置接收的激光的光强恢复至初始光强时，作为有机碳和元素碳的区分点，即在此之前视为由有机碳转化为气体，在此之后视为由元素碳转化为气体。最后通过氧化炉13将气体氧化为二氧化碳，通过二氧化碳传感器14检测二氧化碳的量，根据二氧化碳的量折算出滤膜1上的颗粒物中有机碳和元素碳的量，根据采样流量折算出采样体积，根据滤膜1上的颗粒物中有机碳和元素碳的量以及采样体积折算出空气颗粒物中有机碳和元素碳的浓度。可选地，在进行外标时，通过对定量的标准溶液进行正常检测过程获得对应浓度的标准溶液的峰面积，通过对定量的不同浓度的标准溶液进行正常检测过程得到标准曲线，可以保证有机碳和元素碳的检测的准确性。可选地，标准溶液采用蔗糖溶液。可选地，载气管路10可以根据需要输出氦气、氮气或氩气等载气。
如图6所示，本实施例中，采样管路9上设有用于对样气中的颗粒物进行切割分类的颗粒物切割器15、与颗粒物切割器15的输出端连通并用于吸附样气中的气态有机物的溶蚀器16以及与溶蚀器16的输出端和样品炉的输入端分别连通的第一控制阀17。样气经颗粒物切割器15进入采样管路9中，颗粒物切割器15可以对样气中的颗粒物进行切割分类，得到所需粒径范围的颗粒物。通过溶蚀器16对样气中的气态有机物进行吸附，可以去除样气中的气态有机物，避免气态有机物对颗粒物中的有机碳的检测造成干扰。采样完成后，关闭第一控制阀17，可以防止空气进入样品炉中，避免对颗粒物中的有机碳和元素碳的检测造成干扰。
本实施例中，颗粒物切割器15的输出端与溶蚀器16的输入端之间设有控制阀，控制阀的输入端连通有用于过滤空气中的颗粒物以得到空白样气的颗粒物过滤器。控制控制阀，使溶蚀器16的输入端与颗粒物过滤器的输出端连通，通过颗粒物过滤器过滤空气中的颗粒物，得到空白样气，随后的检测过程与正常检测过程一致，从而进行全流程空白，以检查OCEC分析仪运行的可靠性。
本实施例中，载气管路10的输出端与第一控制阀17的输入端连通，溶蚀器16外设有用于对溶蚀器16进行加热以当载气管路10中的载气通过第一控制阀17流入溶蚀器16中时将溶蚀器16吸附的气态有机物释放出来的第二加热装置。溶蚀器16使用一段时间后效率会降低，溶蚀器16为活性炭结构，采用的是物理吸附。在溶蚀器16外安装第二加热装置，需要对溶蚀器16进行再生时，控制第一控制阀17，使载气管路10的输出端与溶蚀器16连通，载气通过载气管路10流入溶蚀器16中，对溶蚀器16进行反向吹扫，将第二加热装置的温度控制为某一适当温度(如260℃)使溶蚀器16中吸附的气态有机物从溶蚀器16中释放出来，从而实现在不拆卸溶蚀器16的情况下对溶蚀器16进行再生，保证溶蚀器16的吸附效率。可选地，第二加热装置采用加热丝或PTC加热器。
如图6所示，本实施例中，载气管路10的输出端连通有与外管2与内管5之间的间隙连通并用于利用载气管路10输出的氦气将间隙中的空气吹扫干净的吹扫管路18，吹扫管路18上设有第二控制阀19。外管2与内管5之间存在间隙，该间隙中的空气无法通过载气管路10吹扫干净，形成吹扫死体积。该间隙中的空气一旦流入内管5中，会对有机碳和元素碳的检测造成影响。通过第二控制阀19控制，使载气管路10输出的氦气通过吹扫管路18将该间隙中的空气吹扫干净，达到清除残余氧的目的。
如图6所示，本实施例中，载气管路10的输入端连通有用于提供载气的载气瓶20，氦氧管路11的输入端连通有用于提供氦气与氧气的混合气体的氦氧瓶21，载气管路10上设有阀组22，氦氧管路11的输出端与阀组22的输入端连通。氦氧瓶21输出的氦气与氧气的混合气体流入氦氧管路11后，通过阀组22和载气管路10与样品炉的输入端连通，可以简化流路设计。可选地，阀组22的输出端连通有用于测量载气或混合气体的流量的流量控制器23。通过流量控制器23测量载气或混合气体的流量，以便控制输出的载气或混合气体的流量。
如图6所示，本实施例中，激光器12的输出光路上设有分光片24，探测装置包括用于接收透过滤膜1的激光并检测激光的光强的第一探测器25以及用于接收由滤膜1和分光片24反射的激光并检测激光的光强的第二探测器26。激光器12发出激光，激光透过分光片24照射在滤膜1上，一部分激光透过滤膜1后由第一探测器25接收并检测激光的光强，另一部分激光由滤膜1和分光片24反射后由第二探测器26接收并检测激光的光强。通过透射光强和反射光强判断有机碳和元素碳的区分点，区分点判断更准确。
如图6所示，本实施例中，氧化炉13的输出端与二氧化碳传感器14的输入端之间设有第三控制阀27，以便通过关闭第三控制阀27以及其他阀门，检查OCEC分析仪的气密性。如果OCEC分析仪的气密性不好，环境空气流入样品炉中，会对有机碳和元素碳的检测造成影响。通过关闭第三控制阀27以及其他阀门(例如阀组22等)，使OCEC分析仪的整个流路处于密封状态，对流路加压后通过流路中的压力传感器的读数观察流路中压力的变化情况，从而实现整个流路的气密性检查。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滤膜固定结构，用于更换OCEC分析仪中的滤膜(1)，其特征在于，
所述滤膜固定结构包括固定设置在所述OCEC分析仪中的外管(2)，所述外管(2)包括小管(3)和固定套设在所述小管(3)上的大管(4)，
所述大管(4)中可拆卸安装有内管(5)，所述小管(3)和/或所述大管(4)对所述内管(5)进行定位，所述滤膜(1)安装在所述内管(5)上，所述内管(5)靠近所述小管(3)的一端设有限位部(6)以便于对滤膜(1)进行限位。
2.根据权利要求1所述的滤膜固定结构，其特征在于，
所述限位部(6)远离所述内管(5)的一端的内径小于所述限位部(6)靠近所述内管(5)的一端的内径，以便对所述滤膜(1)进行限位，
所述小管(3)伸入所述大管(4)中，所述限位部(6)远离所述内管(5)的一端的内径大于所述小管(3)的外径，所述内管(5)的内径小于所述小管(3)的外径，以便所述内管(5)与所述小管(3)配合将所述滤膜(1)夹紧。
3.根据权利要求1所述的滤膜固定结构，其特征在于，
所述内管(5)中设有内套管(7)，所述限位部(6)的内径小于所述内管(5)的内径，所述限位部(6)的内径小于所述内套管(7)的外径，以便所述内套管(7)与所述限位部(6)配合将所述滤膜(1)夹紧，
所述限位部(6)的内径大于所述小管(3)的内径，所述限位部(6)的内径小于所述大管(4)的外径，以便所述小管(3)和/或所述大管(4)对所述限位部(6)进行定位。
4.一种样品炉，其特征在于，
包括滤膜固定结构和设置在外管(2)外并用于对滤膜(1)进行加热的第一加热装置(8)，
所述滤膜固定结构采用权利要求1～3任一项所述的滤膜固定结构。
5.一种OCEC分析仪，其特征在于，
包括采样管路(9)、设置在所述采样管路(9)上的样品炉以及设置在所述样品炉中并用于采集样气中的颗粒物的滤膜(1)，
所述样品炉的输入端分别连通有载气管路(10)和氦氧管路(11)，所述样品炉外设有激光器(12)和探测装置，所述样品炉的输出端连通有氧化炉(13)，所述氧化炉(13)的输出端连通有二氧化碳传感器(14)，
所述样品炉采用权利要求4所述的样品炉。
6.根据权利要求5所述的OCEC分析仪，其特征在于，
所述采样管路(9)上设有用于对样气中的颗粒物进行切割分类的颗粒物切割器(15)、与所述颗粒物切割器(15)的输出端连通并用于吸附样气中的气态有机物的溶蚀器(16)以及与所述溶蚀器(16)的输出端和所述样品炉的输入端分别连通的第一控制阀(17)。
7.根据权利要求5所述的OCEC分析仪，其特征在于，
所述载气管路(10)的输出端连通有与外管(2)与内管(5)之间的间隙连通并用于利用所述载气管路(10)输出的氦气将所述间隙中的空气吹扫干净的吹扫管路(18)，所述吹扫管路(18)上设有第二控制阀(19)。
8.根据权利要求5所述的OCEC分析仪，其特征在于，
所述载气管路(10)的输入端连通有用于提供载气的载气瓶(20)，所述氦氧管路(11)的输入端连通有用于提供氦气与氧气的混合气体的氦氧瓶(21)，所述载气管路(10)上设有阀组(22)，所述氦氧管路(11)的输出端与所述阀组(22)的输入端连通；
所述阀组(22)的输出端连通有用于测量载气或混合气体的流量的流量控制器(23)。
9.根据权利要求5所述的OCEC分析仪，其特征在于，
所述激光器(12)的输出光路上设有分光片(24)，所述探测装置包括用于接收透过所述滤膜(1)的激光并检测激光的光强的第一探测器(25)以及用于接收由所述滤膜(1)和所述分光片(24)反射的激光并检测激光的光强的第二探测器(26)。
10.根据权利要求5所述的OCEC分析仪，其特征在于，
所述氧化炉(13)的输出端与所述二氧化碳传感器(14)的输入端之间设有第三控制阀(27)，以便通过关闭所述第三控制阀(27)以及其他阀门，检查所述OCEC分析仪的气密性。
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