CN112180020A - 一种基于两位三通阀的色谱分离系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及色谱分离技术领域，具体公开了一种基于两位三通阀的色谱分离系统，包括色谱分析柱、检测传感器；其特征在于，还包括定量管、样品进样阀、色谱柱切换阀；样品进样阀和色谱柱切换阀均采用三通阀；样品进样阀包括A1端、B1端和C1端；色谱柱切换阀包括A2端、B2端和C2端；样品进样阀的C1端与定量管的输入端连接；定量管的输出端与色谱柱切换阀的C2端连接，色谱柱切换阀的A2端与色谱分析柱的输入端连接，色谱分析柱的输出端与检测传感器的输入端连接。采用本发明的技术方案能解决现有技术中气相色谱仪成本过高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及色谱分离技术领域，特别涉及一种基于两位三通阀的色谱分离系统。
背景技术
气相色谱仪广泛应用于石油化工分析、环境分析、药物和临床分析等领域。气相色谱仪的种类繁多，功能各异，但其基本结构相似。气相色谱仪一般由气路系统、进样系统、分离系统(色谱柱系统)、检测及温控系统、记录系统组成。
在进样系统中，气体样品的进样常用色谱仪本身配置的六通阀、十通阀等平面结构阀。由于六通阀、十通阀等采用平面结构，加工要求高，结构复杂而且成本高昂，目前由少数国外公司垄断该产品；由于六通阀、十通阀等平面结构阀是气相色谱仪的核心部件，导致使用该阀体的仪器价格昂贵，同时六通阀、十通阀等平面结构阀的体积较大，也限制了其被广泛推广的可能。
为此，需要一种不依赖六通阀和十通阀的色谱分离系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于两位三通阀的色谱分离系统，以解决现有技术中气相色谱仪成本过高的问题。
为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：
一种基于两位三通阀的色谱分离系统，包括色谱分析柱、检测传感器；还包括定量管、样品进样阀、色谱柱切换阀；
样品进样阀和色谱柱切换阀均采用三通阀；样品进样阀包括A1端、B1端和C1端；色谱柱切换阀包括A2端、B2端和C2端；样品进样阀的C1端与定量管的输入端连接；定量管的输出端与色谱柱切换阀的C2端连接，色谱柱切换阀的A2端与色谱分析柱的输入端连接，色谱分析柱的输出端与检测传感器的输入端连接。
基础方案原理及有益效果如下：
采用普通二位三通阀替代传统的六通阀和十通阀，通过简单的双阀切控原理达到与六通阀和十通阀相同的分析效果，实现了色谱分析时样品气体的自动定量及分析。具有气路简单、控制容易、加工要求低，成本低廉的优点。还能避免六通阀和十通阀等平面结构阀切换过程中容易出现短暂相互泄露的问题。
进一步，还包括载气阀，载气阀与色谱分析柱的输入端连接。
载气通过载气阀进入色谱分析柱，能避免色谱分析柱在进样时出现载气断气的情况。
进一步，还包括：进气管、色谱柱进样管、载气进样管和出气管；进气管的输出端与样品进样阀的A1端连接；色谱柱切换阀的A2端与色谱柱进样管的输入端连接，色谱柱进样管的输出端与色谱分析柱的输入端连接，载气进样管的输出端与样品进样阀的B1端连接，载气进样管的输出端还与载气阀的输入端连接，色谱切换阀的B2端与出气管的输入端连接。
设置进气管、色谱柱进样管、载气进样管和出气管能方便样气的导入或排出。
进一步，基于控制样品进样阀、色谱柱切换阀和载气阀的切换；该色谱分离系统包括进样模式和分析模式。
通过进样模式和分析模式两个模式完成色谱的分离，使用简单。
进一步，所述进样模式中，样品进样阀的A1端至C1端连通，B1端至C1端关闭；色谱柱切换阀的C2端至B2端连通，C2端至A2端关闭；载气阀打开。
样气通过进气管，再经过样品进样阀的A1端与C1端进入定量管，再通过色谱柱切换阀的C2端与B2端，经出气管与外界空气保持气压平衡，完成定量管上的定量要求。
进一步，所述分析模式中，样品进样阀的A1端至C1端关闭，B1端至C1端连通；色谱柱切换阀的C2端至B2端关闭，C2端至A2端连通；载气阀关闭。
待定量管内气体与外界空气保持平衡且稳定后，让载气由载气进样管，经样品进样阀、定量管、色谱柱切换阀、色谱柱进样管进入色谱分析柱完成色谱分析。
进一步，所述样品进样阀C1端直径与定量管的直径相匹配，色谱柱切换阀A2端的直径与色谱柱进样管的直径相匹配。
样品进样阀C1端直径与定量管的直径相匹配便于样气充满定量管。
进一步，所述定量管中的气压为1个标准大气压。
定量管中的气压为1个标准大气压，使定量管中的样气与外部大气保持平衡，从而达到定量管中含有一定样气量的要求。
进一步，还包括气泵、控制器和气压传感器；出气管的输出端与气泵连接；气压传感器与控制器信号连接，控制器基于气压传感器采集的气压信号控制气泵；其中当气压信号为负压时，控制器启动气泵。
通过气泵可以便于定量管内样气的压力保持稳定。当样气为负压时，难以自主进入定量管内，通过气泵抽气，使出气管保持更低的负压，使得定量管内有足够的样气进入。
进一步，所述检测传感器为FID传感器、PID传感器或热传导传感器。
方便根据实际情况选用检测传感器。
附图说明
图1为一种基于两位三通阀的色谱分离系统实施例一的连接示意图；
图2为一种基于两位三通阀的色谱分离系统实施例二的连接示意图；
图3为一种基于两位三通阀的色谱分离系统实施例三的连接示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：
进气管1、色谱柱进样管 2、载气进样管 3、出气管 4、定量管 5、色谱分析柱 6、FID传感器 7、样品进样阀 8、色谱柱切换阀 9、载气阀 10、气泵11。
实施例一
如图1所示，一种基于两位三通阀的色谱分离系统，包括色谱分析柱6、检测传感器、定量管5、样品进样阀8和色谱柱切换阀9；本实施例中检测传感器采用FID传感器7。
样品进样阀8和色谱柱切换阀9均采用三通阀；样品进样阀8包括A1端、B1端和C1端；色谱柱切换阀9包括A2端、B2端和C2端；样品进样阀8的C1端与定量管5的输入端连接；定量管5的输出端与色谱柱切换阀9的C2端连接，色谱柱切换阀9的A2端与色谱分析柱6的输入端连接，色谱分析柱6的输出端与FID传感器7的输入端连接。
在进样过程中，样品进样阀8的A1端至C1端连通，B1端至C1端关闭；色谱柱切换阀9的C2端至B2端连通，C2端至A2端关闭；
在分析过程中，样品进样阀8的A1端至C1端关闭，B1端至C1端连通；色谱柱切换阀9的C2端至B2端关闭，C2端至A2端连通。
在进样过程中，样品进样阀8的A1端至C1端连通，B1端至C1端关闭；色谱柱切换阀9的C2端至B2端连通，C2端至A2端关闭；
在分析过程中，样品进样阀8的A1端至C1端关闭，B1端至C1端连通；色谱柱切换阀9的C2端至B2端关闭，C2端至A2端连通。
具体过程如下：
进样过程：样气通过样品进样阀8的A1端与C1端进入定量管5，再通过色谱柱切换阀9的C2端与B2端与外界空气保持气压平衡，完成定量管5上的样气定量要求。
分析过程：待定量管5内气体与外界空气保持平衡且稳定后，延时α时间，使样品进样阀8的A1端至C1端关闭，B1端至C1端连通；色谱柱切换阀9的C2端至B2端关闭，C2端至A2端连通；让载气由样品进样阀8的B1端至C1端经过定量管5、色谱柱进样管2进入色谱分析柱6完成色谱柱分析。色谱分析柱6其作用就是把样品中的各个组分分离开来，分离出来的气体经由FID传感器7转换为电信号，电信号经放大后记录和显示，绘出色谱图，完成整个色谱分离过程。本实施例中，α的范围为50-200ms。
实施例二
如图2所示，一种基于两位三通阀的色谱分离系统，包括进气管1、色谱柱进样管2、载气进样管3、出气管4、定量管5、色谱分析柱6、FID传感器7、样品进样阀8、色谱柱切换阀9和载气阀10。其中，样品进样阀8和色谱柱切换阀9均采用三通阀。检测传感器采用FID传感器7。样品进样阀8包括A1端、B1端和C1端；色谱柱切换阀9包括A2端、B2端和C2端。
进气管1的输出端与样品进样阀8的A1端连接；样品进样阀8的C1端与定量管5的输入端连接；定量管5的输出端与色谱柱切换阀9的C2端连接，色谱柱切换阀9的A2端与色谱柱进样管2的输入端连接，色谱柱进样管2的输出端与色谱分析柱6的输入端连接，色谱分析柱6的输出端与FID传感器7的输入端连接。
载气进样管3的输出端与样品进样阀8的B1端连接，载气进样管3的输出端还与载气阀10的输入端连接，载气阀10的输出端与色谱分析柱6的输入端连接。
色谱切换阀的B2端与出气管4的输入端连接。
其中，样品进样阀8C1端直径与定量管5的直径相匹配，色谱柱切换阀9A2端的直径与色谱柱进样管2的直径相匹配，本实施例中，直径相匹配是指直径相同。
在进样过程中，样品进样阀8的A1端至C1端连通，B1端至C1端关闭；色谱柱切换阀9的C2端至B2端连通，C2端至A2端关闭；载气阀10打开。
在分析过程中，样品进样阀8的A1端至C1端关闭，B1端至C1端连通；色谱柱切换阀9的C2端至B2端关闭，C2端至A2端连通；载气阀10关闭。
本实施例中，具体连接方式采用法兰连接。
具体过程如下：
进样过程：样气通过进气管1，再经过样品进样阀8的A1端与C1端进入定量管5，再通过色谱柱切换阀9的C2端与B2端，经出气管4与外界空气保持气压平衡，完成定量管5上的样气定量要求。
同时载气通过载气进样管3和载气阀10进入色谱分析柱6，避免色谱分析柱6在进样时出现载气断气的情况。本实施例中，定量管5中的气压为1个标准大气压。载气一般纯度要求99％以上，化学惰性好，不与有关物质反应，载气有氢气、氮气和氩气等，本实施例中载气采用氮气。
分析过程：待定量管5内气体与外界空气保持平衡且稳定后，延时α时间，使样品进样阀8的A1端至C1端关闭，B1端至C1端连通；色谱柱切换阀9的C2端至B2端关闭，C2端至A2端连通；载气阀10关闭。让载气由载气进样管3，经样品进样阀8、定量管5、色谱柱切换阀9、色谱柱进样管2进入色谱分析柱6完成色谱柱分析。色谱分析柱6其作用就是把样品中的各个组分分离开来，分离出来的气体经由FID传感器7转换为电信号，电信号经放大后记录和显示，绘出色谱图，完成整个色谱分离过程。本实施例中，α的范围为50-200ms。
本实施例的技术方案与传统的色谱分析大多采用六通阀、十通阀等平面结构阀相比，成本更低，体积更小，易于推广。而且，本技术方案还能避免平面结构阀切换过程中容易出现短暂相互泄露的问题。
实施例三
如图3所示，一种基于两位三通阀的色谱分离系统，与实施例二的区别之处在于：还包括气泵11、控制器、继电器和气压传感器。
出气管4的输出端与气泵11连接。气压传感器与控制器的输入端信号连接，控制器的输出端与继电器的控制端信号连接，继电器的输出端与气泵11供电连接。气压传感器用于采集样气的气压，将气压信号发送至控制器；控制器基于气压信号通过继电器控制气泵11的启闭。气压信号包括正压和负压；当样气为负压时，气泵11启动，开始抽气，使出气管4保持比外界更低的负压，外界样气进入定量管5内，使得定量管5内样气充足且压力稳定。本实施例中控制器采用stm32型芯片。
实施例四
一种基于两位三通阀的色谱分离系统，与实施例一的区别之处在于：检测传感器采用PID传感器。PID传感器是采用紫外灯来离子化样品气体，从而检测其浓度；由于电离的只是小部分VOC(挥发性有机)分子，因此在电离后它们还能结合成完整的分子，与FID传感器相比，不破坏样品，便于对样品做进一步分析。
实施例五
一种基于两位三通阀的色谱分离系统，与实施例一的区别之处在于：检测传感器采用热传导传感器。
实施例六
一种基于两位三通阀的色谱分离系统，与实施例三的区别之处在于：气压传感器的数量为二，为描述方便，本实施例中定义为第一气压传感器和第二气压传感器，第一气压传感器和第二气压传感器分别设置在进气管1和出气管4处；还包括气体流量传感器，气体流量传感器设置在进气管1处，用于检测进入进气管1的样气的流量，并将流量信号发送至控制器。
进样过程时，控制器基于第一气压传感器和第二气压传感器的气压信号，判断进气管1和出气管4的气压差，当进气管1的气压低于出气管4的气压时，控制器控制气泵11启动。控制器基于流量信号调整气泵11的功率。当流量信号低于阈值f时，控制器控制气泵11提高功率，当流量信号高于阈值g时，控制器控制气泵11降低功率。其中，f<g。
通过设置两个气压传感器，能有效的检测进气管1和出气管4的气压差，便于通过形成负压，使样气顺利进入。通过气体流量传感器能有效检测样气的流量，再调整气泵11的功率，有助于让样气快速充满定量管5。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种基于两位三通阀的色谱分离系统，包括色谱分析柱、检测传感器；其特征在于，还包括定量管、样品进样阀、色谱柱切换阀；
样品进样阀和色谱柱切换阀均采用三通阀；样品进样阀包括A1端、B1端和C1端；色谱柱切换阀包括A2端、B2端和C2端；样品进样阀的C1端与定量管的输入端连接；定量管的输出端与色谱柱切换阀的C2端连接，色谱柱切换阀的A2端与色谱分析柱的输入端连接，色谱分析柱的输出端与检测传感器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：还包括：载气阀，载气阀与色谱分析柱的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：还包括：进气管、色谱柱进样管、载气进样管和出气管；
进气管的输出端与样品进样阀的A1端连接；色谱柱切换阀的A2端与色谱柱进样管的输入端连接，色谱柱进样管的输出端与色谱分析柱的输入端连接，载气进样管的输出端与样品进样阀的B1端连接，载气进样管的输出端还与载气阀的输入端连接，色谱切换阀的B2端与出气管的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：基于控制样品进样阀、色谱柱切换阀和载气阀的切换；该色谱分离系统包括进样模式和分析模式。
5.根据权利要求4所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：所述进样模式中，样品进样阀的A1端至C1端连通，B1端至C1端关闭；色谱柱切换阀的C2端至B2端连通，C2端至A2端关闭；载气阀打开。
6.根据权利要求5所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：所述分析模式中，样品进样阀的A1端至C1端关闭，B1端至C1端连通；色谱柱切换阀的C2端至B2端关闭，C2端至A2端连通；载气阀关闭。
7.根据权利要求6所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：所述样品进样阀C1端直径与定量管的直径相匹配，色谱柱切换阀A2端的直径与色谱柱进样管的直径相匹配。
8.根据权利要求1所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：所述定量管中的气压为1个标准大气压。
9.根据权利要求3所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：还包括气泵、控制器和气压传感器；出气管的输出端与气泵连接；气压传感器与控制器信号连接，控制器基于气压传感器采集的气压信号控制气泵；其中当气压信号为负压时，控制器启动气泵。
10.根据权利要求1所述的基于两位三通阀的色谱分离系统，其特征在于：所述检测传感器为FID传感器、PID传感器或热传导传感器。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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| 张旭: "基于微流控芯片的恶臭气体在线检测理论方法和实验研究" * |
| 张旭: "基于微流控芯片的恶臭气体在线检测理论方法和实验研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 工程科技Ⅰ辑》 * |
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