CN114112774A - 一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置及方法，属于污染物吸附领域。解决了吸附材料在不同真空度和宽温域条件下，对分子污染物进行分析测试的问题。装置包括冷辐射系统、热辐射系统、真空系统、天平传感器、吸附材料置物台、分子污染物加热台和真空罐。所述冷辐射和热辐射系统位置相对的设置在真空罐内，分别对真空罐进行制冷和制热，其可作为真空罐的热沉装置，以保证真空罐内温度均匀；天平传感器与吸附材料置物台相连，吸附材料置物台设置在冷辐射系统和热辐射系统之间，以达到任何位置都可收集污染物的目的；分子污染物加热台设置在真空罐底部，对真空罐进行加热。它主要用于分子污染物的分析和测试。
Description
技术领域
本发明属于污染物吸附领域，特别是涉及一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置及方法。
背景技术
对于空间光学遥感探测来说，在部件的组装、集成、测试、发射、运输及在轨运行过程中会产生分子污染，污染物会对航天器上的光学元器件的信号探测产生影响。空间材料在高真空环境下放气产生分子污染，如果污染物沉积在光学元器件表面，就会改变光学部件的光学特性(吸收率、反射率、透射率)，从而降低到达探测器的目标信号，导致信号衰减。因此有效的防污措施可以提高空间探测器的工作性能并能延长寿命。吸附材料对污染分子的具有优异的吸附能力，可以去除或减少分子污染。因此，为了研究空间环境下吸附材料对分子污染物的吸附性能，除了在空间开展飞行试验研究外，还采用了地面模拟试验的方法，研究在空间环境下吸附材料对分子污染物的吸附作用，对如何有效地使吸附材料控制分子污染效应提供指导。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，它包括冷辐射系统、热辐射系统、真空系统、天平传感器、吸附材料置物台、分子污染物加热台和真空罐。所述冷辐射系统和热辐射系统位置相对的设置在真空罐内，所述冷辐射系统对真空罐内进行制冷，热辐射系统对真空罐内进行制热，其可作为真空罐的热沉装置，以保证真空罐内温度均匀；所述天平传感器与吸附材料置物台相连，吸附材料置物台设置在冷辐射系统和热辐射系统之间，以达到任何位置都可收集污染物的目的；所述分子污染物加热台设置在真空罐底部，对真空罐进行加热。
更进一步的，所述冷辐射系统包括液氮入口、液氮出口和制冷辐射板，所述液氮入口和液氮出口均与制冷辐射板相连。
更进一步的，所述热辐射系统包括加热辐射板和加热机构，所述加热机构与加热辐射板相连。
更进一步的，所述真空系统包括机械泵，所述机械泵通过机械泵阀门与真空罐相连。
更进一步的，所述真空系统还包括分子泵，所述分子泵通过分子泵阀门与真空罐相连。
更进一步的，所述吸附材料置物台内部与温控仪相连，所述吸附材料置物台为300-800目，由铜丝制成。
更进一步的，所述真空罐与真空计相连，所述真空罐上开设有放气阀门，所述真空罐侧面开设有仓门。
更进一步的，所述吸附材料包括分子筛、活性炭、氧化铝和/或硅酸盐。
更进一步的，所述分子污染物材料包括烃类、棕榈酸盐类、酯类、聚硅酮、邻苯二甲酸酯、正十八烷醇、四甲基四苯基三聚硅氧烷、硅油和/或泵油。
本发明还包括一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的方法，它包括以下步骤：
步骤1：将仓门打开，将吸附材料放入吸附材料置物台中，将分子污染物材料放置在分子污染物加热台上，关闭仓门；
步骤2：打开机械泵阀门，使用机械泵对真空罐进行抽真空，直至真空计显示真空度为1×10-1Pa；
步骤3：关闭机械泵阀门和机械泵，打开分子泵阀门，使用分子泵对真空罐进行抽真空，直至真空计显示真空度达到1×10-5Pa；
步骤4：将加热辐射板加热升温，通过温控仪控制吸附材料置物台内吸附材料的温度达到室温至300℃；
步骤5：将液氮通入液氮入口，通过温控仪控制吸附材料置物台内吸附材料的温度达到室温至-196℃；
步骤6：开启分子污染物加热台，使分子污染物释放，吸附材料开始吸附污染物；
步骤7：记录天平传感器的数据变化量，并记录吸附时间，结合气质联用仪器检测并分析分子污染物的成分及含量；
步骤8：关闭加热辐射板并停止通入液氮，关闭分子污染物加热台，待温控仪显示的温度达到室温后，关闭机械泵阀门和机械泵，关闭分子泵阀门和分子泵，打开放气阀门直至真空计显示真空度为常压，关闭放气阀门，开启仓门，取出试验样品，操作结束。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：现有技术都是对分子污染物进行收集并对其定量测试，且无法提供高真空度和宽温域条件，影响实验效果和准确度。本发明解决了吸附材料在不同真空度和宽温域条件下，对分子污染物进行分析测试的问题。提供了一种模拟不同真空度和宽温域的空间环境，吸附材料对分子污染物的吸附性能的分析测试装置及方法，真空度可达常压至1×10-5Pa，温度可达-196℃至300℃，满足不同实验条件，提高实验效果和准确度，充分验证产品的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置结构示意图。
1-液氮入口，2-液氮出口，3-制冷辐射板，4-机械泵阀门，5-分子泵阀门，6-机械泵，7-分子泵，8-天平传感器，9-温控仪，10-真空计，11-放气阀门，12-吸附材料置物台，13-加热辐射板，14-分子污染物加热台，15-真空罐，16-仓门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1说明本实施方式，一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，它包括冷辐射系统、热辐射系统、真空系统、天平传感器8、吸附材料置物台12、分子污染物加热台14和真空罐15，冷辐射系统和热辐射系统位置相对的设置在真空罐15内，冷辐射系统对真空罐15内进行制冷，热辐射系统对真空罐15内进行制热，吸附材料置物台12与天平传感器8相连，吸附材料置物台12设置在冷辐射系统和热辐射系统之间，吸附材料置物台12内放置吸附材料，分子污染物加热台14设置在真空罐15底部，并位于吸附材料置物台12的下方。
本实施例中冷辐射系统包括液氮入口1、液氮出口2和制冷辐射板3，液氮入口1和液氮出口2均与制冷辐射板3相连，通过液氮对真空罐15内进行制冷。热辐射系统包括加热辐射板13和加热机构，加热机构与加热辐射板13相连，通过加热辐射板13对真空罐15内进行制热。真空系统包括机械泵6，机械泵6通过机械泵阀门4与真空罐15相连，通过机械泵6使真空度达到1×10-1Pa。真空系统还包括分子泵7，分子泵7通过分子泵阀门5与真空罐15相连，通过分子泵7使真空度达到1×10-5Pa。吸附材料置物台12内部与温控仪9相连，通过温控仪9控制吸附材料置物台12内吸附材料的温度，吸附材料置物台12为300-800目，由铜丝制成。真空罐15与真空计10相连，真空计10用于显示真空罐15内的真空度，真空罐15上开设有放气阀门11，用于对真空罐15进行放气，真空罐15侧面开设有仓门16，便于进行真空罐15内的操作。吸附材料包括但不限于分子筛、活性炭、氧化铝和/或硅酸盐。分子污染物材料包括但不限于烃类、棕榈酸盐类、酯类、聚硅酮、邻苯二甲酸酯、正十八烷醇、四甲基四苯基三聚硅氧烷、硅油和/或泵油。
本实施例为一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的方法，它包括以下步骤：
步骤1：将仓门16打开，将吸附材料放入吸附材料置物台12中，将分子污染物材料放置在分子污染物加热台14上，关闭仓门16；
步骤2：打开机械泵阀门4，使用机械泵6对真空罐15进行抽真空，直至真空计10显示真空度为1×10-1Pa；
步骤3：关闭机械泵阀门4和机械泵6，打开分子泵阀门5，使用分子泵7对真空罐15进行抽真空，直至真空计10显示真空度达到1×10-5Pa；(如果试验真空度设定值为常压至1×10-1Pa，此步骤可省略)
步骤4：将加热辐射板13加热升温，通过温控仪9控制吸附材料置物台12内吸附材料的温度达到室温至300℃；(如果试验温度设定值为室温至-196℃，此步骤可省略)
步骤5：将液氮通入液氮入口1，通过温控仪9控制吸附材料置物台12内吸附材料的温度达到室温至-196℃；(如果试验温度设定值为室温至300℃，此步骤可省略)
步骤6：开启分子污染物加热台14，使分子污染物释放，吸附材料开始吸附污染物；
步骤7：记录天平传感器8的数据变化量，并记录吸附时间，结合气质联用仪器检测并分析分子污染物的成分及含量；(吸附试验操作结束)
步骤8：关闭加热辐射板13并停止通入液氮，关闭分子污染物加热台14，待温控仪9显示的温度达到室温后，关闭机械泵阀门4和机械泵6，关闭分子泵阀门5和分子泵7，打开放气阀门11直至真空计10显示真空度为常压，关闭放气阀门11，开启仓门16，取出试验样品，操作结束。
本实施例模拟真空度为1×10-5Pa和温度为250℃条件下，分子筛对污染物正十八烷醇的吸附性能。实验步骤为：
步骤1：将仓门16打开，将分子筛放入吸附材料置物台12中，将正十八烷醇放置在分子污染物加热台14上，关闭仓门16；
步骤2：打开机械泵阀门4，使用机械泵6对真空罐15进行抽真空，直至真空计10显示真空度为1×10-1Pa；
步骤3：关闭机械泵阀门4和机械泵6，打开分子泵阀门5，使用分子泵7对真空罐15进行抽真空，直至真空计10显示真空度达到1×10-5Pa；
步骤4：将加热辐射板13加热升温，通过温控仪9控制吸附材料置物台12内的分子筛吸附材料的温度达到室温至250℃；
步骤5：开启分子污染物加热台14，使分子污染物释放，分子筛材料开始吸附污染物；
步骤6：记录天平传感器8的数据变化量，并记录吸附时间，结合气质联用仪器检测并分析分子污染物的成分及含量；
步骤8：关闭加热辐射板13，关闭分子污染物加热台14，待温控仪9显示的温度接近室温后，关闭分子泵阀门5和分子泵7，打开放气阀门11直至真空计10显示真空度为常压，关闭放气阀门11，开启仓门16，取出试验样品，操作结束。
本实施例模拟真空度为1×10-1Pa和温度为-190℃条件下，活性炭对污染物四甲基四苯基三聚硅氧烷的吸附性能。实验步骤为：
步骤1：将仓门16打开，将活性炭放入吸附材料置物台12中，将甲基四苯基三聚硅氧烷材料放置在分子污染物加热台14上，关闭仓门16；
步骤2：打开机械泵阀门4，使用机械泵6对真空罐15进行抽真空，直至真空计10显示真空度为1×10-1Pa；
步骤3：将液氮缓慢通入液氮入口1，通过温控仪9控制吸附材料置物台12内活性炭的温度达到室温至-190℃；
步骤4：开启分子污染物加热台14，使分子污染物释放，活性炭开始吸附污染物；
步骤5：记录天平传感器8的数据变化量，并记录吸附时间，结合气质联用仪器检测并分析分子污染物的成分及含量；
步骤6：停止通入液氮，关闭分子污染物加热台14，待温控仪9显示的温度接近室温后，关闭机械泵阀门4和机械泵6，打开放气阀门11直至真空计10显示真空度为常压，关闭放气阀门11，开启仓门16，取出试验样品，操作结束。
以上对本发明所提供的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置及方法，进行了详细介绍，本文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：它包括冷辐射系统、热辐射系统、真空系统、天平传感器(8)、吸附材料置物台(12)、分子污染物加热台(14)和真空罐(15)，所述冷辐射系统和热辐射系统位置相对的设置在真空罐(15)内，所述冷辐射系统对真空罐(15)内进行制冷，所述热辐射系统对真空罐(15)内进行制热，所述吸附材料置物台(12)与天平传感器(8)相连，所述吸附材料置物台(12)设置在冷辐射系统和热辐射系统之间，所述吸附材料置物台(12)内放置吸附材料，所述分子污染物加热台(14)设置在真空罐(15)底部，并位于吸附材料置物台(12)的下方。
2.根据权利要求1所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：所述冷辐射系统包括液氮入口(1)、液氮出口(2)和制冷辐射板(3)，所述液氮入口(1)和液氮出口(2)均与制冷辐射板(3)相连。
3.根据权利要求1所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：所述热辐射系统包括加热辐射板(13)和加热机构，所述加热机构与加热辐射板(13)相连。
4.根据权利要求1所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：所述真空系统包括机械泵(6)，所述机械泵(6)通过机械泵阀门(4)与真空罐(15)相连。
5.根据权利要求4所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：所述真空系统还包括分子泵(7)，所述分子泵(7)通过分子泵阀门(5)与真空罐(15)相连。
6.根据权利要求1所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：所述吸附材料置物台(12)内部与温控仪(9)相连，所述吸附材料置物台(12)为300-800目，由铜丝制成。
7.根据权利要求1所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：所述真空罐(15)与真空计(10)相连，所述真空罐(15)上开设有放气阀门(11)，所述真空罐(15)侧面开设有仓门(16)。
8.根据权利要求1所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：所述吸附材料包括分子筛、活性炭、氧化铝和/或硅酸盐。
9.根据权利要求1所述的一种对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置，其特征在于：所述分子污染物材料包括烃类、棕榈酸盐类、酯类、聚硅酮、邻苯二甲酸酯、正十八烷醇、四甲基四苯基三聚硅氧烷、硅油和/或泵油。
10.一种如权利要求1所述的对分子污染物吸附脱附性能分析测试的装置的分析测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1：将仓门(16)打开，将吸附材料放入吸附材料置物台(12)中，将分子污染物材料放置在分子污染物加热台(14)上，关闭仓门(16)；
步骤2：打开机械泵阀门(4)，使用机械泵(6)对真空罐(15)进行抽真空，直至真空计(10)显示真空度为1×10-1Pa；
步骤3：关闭机械泵阀门(4)和机械泵(6)，打开分子泵阀门(5)，使用分子泵(7)对真空罐(15)进行抽真空，直至真空计(10)显示真空度达到1×10-5Pa；
步骤4：将加热辐射板(13)加热升温，通过温控仪(9)控制吸附材料置物台(12)内吸附材料的温度达到室温至300℃；
步骤5：将液氮通入液氮入口(1)，通过温控仪(9)控制吸附材料置物台(12)内吸附材料的温度达到室温至-196℃；
步骤6：开启分子污染物加热台(14)，使分子污染物释放，吸附材料开始吸附污染物；
步骤7：记录天平传感器(8)的数据变化量，并记录吸附时间，结合气质联用仪器检测并分析分子污染物的成分及含量；
步骤8：关闭加热辐射板(13)并停止通入液氮，关闭分子污染物加热台(14)，待温控仪(9)显示的温度达到室温后，关闭机械泵阀门(4)和机械泵(6)，关闭分子泵阀门(5)和分子泵(7)，打开放气阀门(11)直至真空计(10)显示真空度为常压，关闭放气阀门(11)，开启仓门(16)，取出试验样品，操作结束。
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