CN112697733A - 光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置及方法，它包括气体检测回路、气体循环回路和衰荡光腔，通过气体检测回路和气体循环回路与光腔衰荡光谱仪的衰荡光腔连接，通过真空泵对衰荡光腔抽取真空后，循环气泵驱动高压气瓶排出的气体在气体循环回路中循环，通过待检测气体进入六通阀后，高压气瓶排出的气体载入待检测气体进入衰荡光腔内，光谱仪自动计算光腔衰荡时间，得出待检测气体的浓度，缩短了光腔衰荡光谱仪气体采样时间、降低了待测气体消耗量，提高了测量精度和效率。

Description

光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置及方法
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，涉及一种光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置及方法。
背景技术
腔衰荡光谱(Cavity Ringdown Spectroscopy，CRDS)技术是一种通过测量光学腔内由样品散射和吸收引起的光损耗而实现高灵敏度光谱检测的吸收光谱技术。它除了传统光谱技术所具有的分析、检测能力外，还具有独特的优势：由于激光在光学腔内往返次数多，吸收光程长度很长，所以CRDS技术能够获得很高的灵敏度；另外，CRDS技术的直接测量参数不是激光通过待测物质后的光强绝对强度变化，而是光强指数衰减速率，因此，CRDS技术对光源强度起伏不敏感。
传统的光腔衰荡光谱仪样气和载气直接同时通入衰荡光腔，在一次检测结束后，为避免残留样气对下一次检测的干扰，需要长时间通入载气带走残留的微量样气。这种装置及方法对样气消耗量大，并且测量耗时长，精度低，效率低。此外，这种方式中循环气路需要大量样气注入检测回路和循环回路，大量样气的参与也势必引起更显著的废气污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置及方法，结构简单，采用气体检测回路和气体循环回路与光腔衰荡光谱仪的衰荡光腔连接，真空泵对衰荡光腔抽取真空后，循环气泵驱动高压气瓶排出的气体在气体循环回路中循环，待检测气体进入六通阀后，高压气瓶排出的气体载入待检测气体进入衰荡光腔内，光谱仪自动计算光腔衰荡时间，得出待检测气体的浓度，缩短了光腔衰荡光谱仪气体采样时间、降低了待测气体消耗量，提高了测量精度和效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置，它包括气体检测回路、气体循环回路和衰荡光腔；所述衰荡光腔与气体检测回路的真空泵和气体循环回路的循环气泵连接；气体检测回路包括与真空泵连接的真空进气管和真空排气管，真空进气管和真空排气管分别与衰荡光腔的一端连接；气体循环回路包括与循环气泵连接的循环进气管和循环排气管、与循环排气管连接的六通阀，以及位于六通阀和循环气泵之间与循环排气管连接的减压阀、与减压阀连接的高压气瓶，循环进气管和循环排气管与衰荡光腔的另一端连接。
所述气体循环回路的流量为1～20 ml/min。
所述六通阀为电动、手动或气动。
所述高压气瓶的气体包含氮气、氩气。
所述衰荡光腔的压力为10~100Pa。
所述所述六通阀用于管路之间的气体切换，完成光腔衰荡光谱仪体积定量控制。
如上所述的光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置的采样方法，它包括如下步骤：
S1，开启气体检测回路的真空泵，将衰荡光腔内残留的气体从真空排气管排空；此时，衰荡光腔的压力为10~100Pa；
S2，打开气体循环回路的减压阀，将高压气瓶中的气体冲入衰荡光腔内；此时，高压气瓶的压力降低；
S3，开启气体循环回路的循环气泵；维持高压气瓶内排出的气体在气体循环回路中流动；此时六通阀处于开启状态；
S4，切换六通阀，待检测气体通入六通阀，高压气瓶内排出的气体将待检测气体载入衰荡光腔内；
S5，光谱仪自动计算光腔衰荡时间，得出待检测气体的浓度。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
待检测的微量气体采样仅需开启六通阀，高压气瓶内排出的流动气体将待检测气体载入衰荡光腔，通过光谱仪计算激光衰荡时间，得出待检测气体浓度，缩短了光腔衰荡光谱仪气体采样时间，提高了测量精度和效率。
本发明通过衰荡光腔抽真空的方法以及六通阀的应用，避免了样气和载气的直通，降低了待检测气体消耗量，同时减少了废气的产生。
一种光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置及方法，它包括气体检测回路、气体循环回路和衰荡光腔，通过气体检测回路和气体循环回路与光腔衰荡光谱仪的衰荡光腔连接，通过真空泵对衰荡光腔抽取真空后，循环气泵驱动高压气瓶排出的气体在气体循环回路中循环，通过待检测气体进入六通阀后，高压气瓶排出的气体载入待检测气体进入衰荡光腔内，光谱仪自动计算光腔衰荡时间，得出待检测气体的浓度，缩短了光腔衰荡光谱仪气体采样时间、降低了待测气体消耗量，提高了测量精度和效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中：气体检测回路1，真空泵11，真空进气管12，真空排气管13，气体循环回路2，循环气泵21，循环进气管22，循环排气管23，六通阀24，减压阀25，高压气瓶26，衰荡光腔3。
具体实施方式
如图1中，一种光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置，它包括气体检测回路1、气体循环回路2和衰荡光腔3；所述衰荡光腔3与气体检测回路1的真空泵11和气体循环回路2的循环气泵21连接；气体检测回路1包括与真空泵11连接的真空进气管12和真空排气管13，真空进气管12和真空排气管13分别与衰荡光腔3的一端连接；气体循环回路2包括与循环气泵21连接的循环进气管22和循环排气管23、与循环排气管23连接的六通阀24，以及位于六通阀24和循环气泵21之间与循环排气管23连接的减压阀25、与减压阀25连接的高压气瓶26，循环进气管22和循环排气管23与衰荡光腔3的另一端连接。
优选的方案中，所述气体循环回路2的流量为1～20 ml/min。
优选的方案中，所述六通阀24为电动、手动或气动。
优选的方案中，所述高压气瓶26的气体包含氮气、氩气。
优选的方案中，所述衰荡光腔3的压力为10~100Pa。
优选的方案中，所述所述六通阀24用于管路之间的气体切换，完成光腔衰荡光谱仪体积定量控制。
如上所述的光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置的采样方法，它包括如下步骤：
S1，开启气体检测回路1的真空泵11，将衰荡光腔3内残留的气体从真空排气管13排空；此时，衰荡光腔3的压力为10~100Pa；
S2，打开气体循环回路2的减压阀25，将高压气瓶26中的气体冲入衰荡光腔3内；此时，高压气瓶26的压力降低；
S3，开启气体循环回路2的循环气泵21；维持高压气瓶26内排出的气体在气体循环回路2中流动；此时六通阀24处于开启状态；
S4，切换六通阀24，待检测气体通入六通阀24，高压气瓶26内排出的气体将待检测气体载入衰荡光腔3内；
S5，光谱仪自动计算光腔衰荡时间，得出待检测气体的浓度。
实施例：以测量微量气体H2S的浓度为例。
开始采样之前，启气体检测回路1的真空泵11，将衰荡光腔3内残留的气体从真空排气管13排空；此时，衰荡光腔3的压力为10~100Pa；
打开气体循环回路2的减压阀25，将高压气瓶26中的氩气冲入衰荡光腔3内；氩气的密度大于H2S的密度；此时，高压气瓶26中的氩气压力为11~101Pa；
开启气体循环回路2的循环气泵21；维持高压气瓶26内排出的氩气在气体循环回路2中流动；此时六通阀24处于开启状态；
切换六通阀24，H2S气体通入六通阀24，高压气瓶26内排出的氩气将H2S气体载入衰荡光腔3内；
光谱仪开启后自动计算光腔衰荡时间，得出H2S气体的浓度。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置，其特征是：它包括气体检测回路（1）、气体循环回路（2）和衰荡光腔（3）；所述衰荡光腔（3）与气体检测回路（1）的真空泵（11）和气体循环回路（2）的循环气泵（21）连接；气体检测回路（1）包括与真空泵（11）连接的真空进气管（12）和真空排气管（13），真空进气管（12）和真空排气管（13）分别与衰荡光腔（3）的一端连接；气体循环回路（2）包括与循环气泵（21）连接的循环进气管（22）和循环排气管（23）、与循环排气管（23）连接的六通阀（24），以及位于六通阀（24）和循环气泵（21）之间与循环排气管（23）连接的减压阀（25）、与减压阀（25）连接的高压气瓶（26），循环进气管（22）和循环排气管（23）与衰荡光腔（3）的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置，其特征是：所述气体循环回路（2）的流量为1～20 ml/min。
3.根据权利要求1所述的光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置，其特征是：所述六通阀（24）为电动、手动或气动。
4.根据权利要求1所述的光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置，其特征是：所述高压气瓶（26）的气体包含氮气、氩气。
5.根据权利要求1所述的光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置，其特征是：所述衰荡光腔（3）的压力为10~100Pa。
6.根据权利要求1所述的光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置，其特征是：所述所述六通阀（24）用于管路之间的气体切换，完成光腔衰荡光谱仪体积定量控制。
7.根据权利要求1~6任一项所述的光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置的采样方法，其特征是，它包括如下步骤：
S1，开启气体检测回路（1）的真空泵（11），将衰荡光腔（3）内残留的气体从真空排气管（13）排空；此时，衰荡光腔（3）的压力为10~100Pa；
S2，打开气体循环回路（2）的减压阀（25），将高压气瓶（26）中的气体冲入衰荡光腔（3）内；此时，高压气瓶（26）的压力降低；
S3，开启气体循环回路（2）的循环气泵（21）；维持高压气瓶（26）内排出的气体在气体循环回路（2）中流动；此时六通阀（24）处于开启状态；
S4，切换六通阀（24），待检测气体通入六通阀（24），高压气瓶（26）内排出的气体将待检测气体载入衰荡光腔（3）内；
S5，光谱仪自动计算光腔衰荡时间，得出待检测气体的浓度。
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臧昆鹏: "《渤海季节性耗氧海域甲烷浓度和海-气 交换通量的季节演变特征及调控过程》", 博士学位论文, 31 December 2018 (2018-12-31), pages 1 - 122 *

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