CN114295464B - 一种捕集阱加热系统及捕集加热方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及捕集阱加热领域，尤其是涉及一种捕集阱加热系统及捕集加热方法，其技术方案要点是：捕集阱加热系统包括输气管以及用于对输气管进行电加热的铝块，输气管外部套设有加热管，加热管与输气管之间形成供热气流通过的空隙；达到了在保证捕集阱内部杂质能够被有效去除的前提下，使得捕集阱具有较高的升温速度目的。
Description
技术领域
本申请涉及捕集阱加热领域，尤其是涉及一种捕集阱加热系统及捕集加热方法。
背景技术
在对环境空气中挥发性有机物进行检测时，由于空气中挥发性有机物的浓度含量极低，其浓度含量通常是ppb或亚ppb级别，且氮气、氧气和水分等干扰物质的浓度很高，因此需要热脱附技术和浓缩仪的捕集阱对被测物质即挥发性有机物进行浓缩捕集，同时去除空气中的干扰物质。
相关技术中记载的一种捕集阱，包括内部填装有固态吸附材料的输气管以及用于对输气管进行加热烘烤的铝块，输气管的出气端与气相色谱系统相连；当输气管温度较低时，其内部的固态吸附填料可对挥发性有机物进行吸附，同时去除空气中的干扰物质，实现对被测物质的捕集浓缩；当铝块对捕集阱进行加热升温时，挥发性有机物从固态吸附材料中释放出来，随后续通入输气管中的载气进入至气相色谱系统中进行成分的分析测定。
此种电加热的升温方式通常能够使得输气管升高至300℃或甚至更高的温度，足够高的温度能够使得固态吸附材料中的被测物质彻底地气化，进而使得被测物质的分析测定结果更为准确；但这种加热方式的加热速度较低，通常为100℃/min，此升温速度无法满足对被测物质迅速从捕集阱内气化解析的需求，进而导致色谱峰和质谱峰的缝宽较宽，一般能够达到20秒或更宽，这无疑对气相色谱系统灵敏度的提高造成负面影响。
为此，相关技术中记载的另一种捕集阱加热方式为气体加热，即采用温度较高的热气流对输气管进行加热升温，其升温速度往往能够达到2000℃/min或甚至更高的速度，但其最高的加热温度难以达到100℃，这就导致在被测物质解析释放后，固态吸附材料中未被释放的沸点较高的杂质残留在捕集阱中，而这些杂质的残留累积将对后续的被测物质进行吸附，这无疑对被测物质的分析测定结果造成负面影响。
发明内容
为了在保证捕集阱内部杂质能够被有效去除的前提下，使得捕集阱具有较高的升温速度，本申请提供一种捕集阱加热系统及捕集加热方法。
本申请提供的一种捕集阱加热系统采用如下的技术方案：
一种捕集阱加热系统，包括输气管以及用于对输气管进行电加热的铝块，输气管外部套设有加热管，加热管与输气管之间形成供热气流通过的空隙。
通过采用上述技术方案，当需要对被测物质进行解析释放时，去除铝块对输气管的加热作用，通过向加热管与输气管之间输送热气流，以实现输气管瞬间升温至几十或一百摄氏度，输气管中吸附的被测物质进而能够被快速解析释放，这样有利于相色谱系统灵敏度的提高；但对于空气中我们常常忽略的沸点较高的杂质，在被测物质解析释放后对铝块进行加热，在热传导的作用下实现对输气管的加热，输气管的内壁温度升高至几百摄氏度，进而使得输气管内部的杂质能够在进样后从输气管内部解析去除，大大减少了输气管内部残余杂质的积累；综上，在保证捕集阱内部杂质能够被有效去除的前提下，使得捕集阱具有较高的升温速度。
可选的，加热管的一端设置有用于对加热管进行加热的加热板，加热板上开设有与加热管的输入端口连通的加热口。
通过采用上述技术方案，当需要向加热管与输气管之间输送热气流时，使得待升温的气流通过加热口进入到加热板内部，在热传导的作用下，待升温的气流吸收热量并快速升温，进而实现热气流在加热管内部的产生。
可选的，加热管在加热板上呈螺旋形或蛇形盘布。
通过采用上述技术方案，增长了待升温气流在加热板内部的加热行程，使得在加热板有线面积的情况下，待升温的气流获得尽可能大的加热行程。
可选的，加热管的一端设置有用于对加热管进行加热的加热柱，加热管在加热柱上缠绕多圈。
通过采用上述技术方案，当需要向加热管与输气管之间输送热气流时，使得待升温的气流通过加热管的进气端进入到加热管内部，在热传导的作用下，待升温的气流吸收加热柱的热量并快速升温，进而实现热气流在加热管内部的产生。
可选的，输气管的进气端和出气端均贯穿加热管的管壁并向加热管外部延伸。
通过采用上述技术方案，当热气流流经输气管与加热管的过渡位置处时，热气流进入到输气管与加热管之间，以实现对输气管的有效加热；在另一端，热气流从加热管排出。
可选的，输气管的进气端位置处和出气端位置处均设置有三通接头，三通接头包括第一接口、第二接口和第三接口，输气管穿设在第一接口和第二接口之间，加热管穿设在第一接口和第三接口之间。
通过采用上述技术方案，使得输气管和加热管之间形成可靠的连接关系，并减少热气流从输气管与加热管之间的溢出。
可选的，输气管内部的空气流向与输气管和加热管之间的热气流流向相反。
通过采用上述技术方案，使得输出的热气流率先接触到被测物质堆积较多的输气管管段，进而提高输气管内部被测物质同步解析释放的效率和效果；而随着热气流的输送，热气流的温度存在下降的趋势，但此时的热气流仍能够满足输气管靠近进气端管段内较少被测物质的解析释放。
本申请提供的一种捕集加热方法采用如下的技术方案：
一种捕集加热方法,包括如下步骤：S1、样品捕集：输气管制冷，向输气管中输送待测空气，输气管捕集待测空气中的挥发性有机物；S2、样品进样：向加热管内部输入被加热板加热的气流，输气管被加热升温，被测物质被解析释放；S3、去除杂志：对铝块进行加热以对输气管进行烘烤，输气管内部的杂质气化并被排出。
通过采用上述技术方案，当需要对被测物质进行解析释放时，去除铝块对输气管的加热作用，通过向加热管与输气管之间输送热气流，以实现输气管瞬间升温至几十或一百摄氏度，输气管中吸附的被测物质进而能够被快速解析释放，这样有利于相色谱系统灵敏度的提高；但对于空气中我们常常忽略的沸点较高的杂质，在被测物质解析释放后对铝块进行加热，在热传导的作用下实现对输气管的加热，输气管的内壁温度升高至几百摄氏度，进而使得输气管内部的杂质能够在进样后从输气管内部解析去除，大大减少了输气管内部残余杂质的积累；综上，在保证捕集阱内部杂质能够被有效去除的前提下，使得捕集阱具有较高的升温速度。
可选的，步骤S1中，对加热管外部进行液氮制冷以实现输气管的制冷。
综上所述，本申请具有以下技术效果：
1.通过设置了输气管、铝块以及加热管，在保证捕集阱内部杂质能够被有效去除的前提下，使得捕集阱具有较高的升温速度；
2.通过设置了加热板，当需要向加热管与输气管之间输送热气流时，使得待升温的气流通过加热口进入到加热板内部，在热传导的作用下，待升温的气流吸收热量并快速升温，进而实现热气流在加热管内部的产生。
附图说明
图1是实施例一中的捕集阱加热系统的整体结构示意图，图中的实心直线箭头指向为输气管内部的空气流向，空心直线箭头指向为加热管与输气管之间热气流的流向；
图2是实施例二中的捕集阱加热系统的整体结构示意图，图中的实心直线箭头指向为输气管内部的空气流向，空心直线箭头指向为加热管与输气管之间热气流的流向。
图中，1、输气管；2、加热管；3、加热板；31、加热口；4、三通接头；41、第一接口；42、第二接口；43、第三接口；5、加热柱。
具体实施方式
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“进气端”、“出气端”等均为基于附图所示的相对关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的工艺或模块必须具有特定的方位、状态和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一：
参照图1，本申请提供了一种捕集阱加热系统，包括内部填装有固态吸附材料的输气管1以及用于对输气管1进行加热烘烤的铝块（图中未示出），输气管1嵌设固定在铝块内部，输气管1的出气端与气相色谱系统相连；通过对铝块进行加热，如在铝块内部嵌设电加热棒，即可通过热传导作用实现对输气管1的电加热升温效果。
为了实现输气管1的快速升温，捕集阱加热系统还包括具有导热性能良好的加热板3，以及同轴套设在输气管1外部的加热管2，加热管2位于加热板3内部的管段在加热板3内部呈蛇形或螺旋形盘布，这样在加热板3面积一定的情况下尽可能提高了加热管2或待升温的气流在加热板3内部的行程；加热板3可以是铜或铝等材质的加热板3，加热管2的内管壁与输气管1的外管壁之间形成可供热气流流通的空隙，加热管2的进气端向加热板3内部延伸，加热板3温度的升高可同样采用内嵌加热棒的方式进行；加热板3上开设有与加热管2管口对应且连通的加热口31，加热口31同时与待升温的气流源相连通；加热管2套设在输气管1的管段嵌设固定在铝块上，铝块的热量可通过热传导间接传递至输气管1上。
当需要对被测物质进行解析释放时，通过加热口31向加热管2内部输送待升温的气流，当待升温的气流在加热板3内部输送时，加热板3的热量在热传导作用下对气流进行加热并形成能够进入到加热管2与输气管1之间空隙内的热气流，热气流能够对输气管1内部进行加热且升温速度能达到高于2000℃/min，这对于能够满足被测物质解析释放的几十或一百摄氏度温度来说，输气管1的内部温度能够瞬间达到解析需求，这样有利于减小色谱峰和质谱峰的缝宽，进而利于气相色谱系统灵敏度的提高。
而在被测物质解析释放完全后，停止向加热管2内部输送热气流，使用铝块电加热的方式实现对输气管1的高温加热，输气管1温度在电加热的作用下能够达到大于200℃，而此温度是热气流加热难以达到的，这样空气中容易被忽视的沸点较高的杂质在几百摄氏度高温的作用下被解析释放，并从输气管1内部及时清理，大大减少了输气管1内部杂质的累积；综上在保证捕集阱内部杂质能够被有效去除的前提下，使得捕集阱具有较高的升温速度。
对于加热管2与输气管1之间的连接方式，进一步设置为，在靠近输气管1进气端的一端，输气管1与加热管2之间设置有三通接头4，三通接头4具有三个接口，分别为第一接口41、第二接口42和第三接口43，其中输气管1穿设在第一接口41与第二接口42之间，加热管2在三通接头4内部折弯并穿设在第一接口41与第三接口43之间，第一接口41与加热管2的管壁密封连接，第二接口42与输气管1之间密封连接，第三接口43与街热管的管壁密封连接；其中，输气管1在三通接头4内部贯穿加热管2的管壁；在靠近输气管1出气端的一端，加热管2与输气管1之间的连接方式相同，这里不再赘述。
此外，空气中的被测物质在输气管1内部的冷却是需要时间的，因此在输气管1靠近出气端的位置处被吸附的被测物质较多，靠近出气端的输气管1管段内部的被测物质需要更高的温度以实现有效快速的解析释放；为此，输气管1内部的空气流向与加热管2内部的热气流方向相反，进而实现输气管1内部被测物质的同步解析，在输入热气流温度一定的情况下，提高了输气管1内部被测物质解析的效率。
本申请还提供了一种利用上述捕集阱加热系统的捕集加热方法，包括如下步骤：
S1、样品捕集。
具体的，利用液氮直接对加热管2制冷，进而实现对输气管1的有效制冷并降温至-150℃；向输气管1的进气端输送待测空气，空气中的被测物质在低温环境下被固态吸附材料吸附，而空气中的干扰物质则通过输气管1的出气端向体积计量系统内排入。
在此之前，设定待测空气的预设体积，体积计量系统实时对未被捕集且从输气管1的出气端输出的干扰物质进行体积计量，当计量体积达到预设体积时，停止向输气管1中输送待测空气并进入步骤S2。
S2、样品进样。
向加热管2内部输入待升温的气流，待升温的气流间接吸收加热板3的热量并以热气流的形式输入至加热管2与输气管1之间，输气管1内部温度瞬间升至几十至一百摄氏度，以满足被测物质及时且快速被解析释放的需求，以利于减小色谱峰和质谱峰的缝宽，进而利于气相色谱系统灵敏度的提高。
S3、去除杂质。
停止向加热管2内部输送热气流，对铝块加热以实现对输气管1进行烘烤，直至输气管1的温度升高至150℃或其它温度，以能够使得输气管1内部沸点较高的杂质解析释放为准，输气管1内部气化的杂质进而从输气管1的出气端排出，大大减少了输气管1内部残余杂质的积累。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于，待升温的气流加热方式不同，在本实施例中，捕集阱加热系统还包括用于对加热管2进行加热的加热柱5，加热管2在加热柱5上呈螺旋状缠绕盘布；加热柱5启动后，加热柱5温度升高，进而实现对加热管2以及通入加热管2内部气流的加热升温。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种捕集阱加热系统，包括输气管(1)以及用于对输气管(1)进行电加热的铝块，输气管(1)嵌设固定在铝块内部，其特征在于：输气管(1)外部套设有加热管(2)，加热管(2)与输气管(1)之间形成供热气流通过的空隙，输气管(1)的进气端和出气端均贯穿加热管(2)的管壁并向加热管(2)外部延伸；
加热管(2)的一端设置有用于对加热管(2)进行加热的加热板(3)，加热板(3)上开设有与加热管(2)的输入端口连通的加热口(31)，加热管(2)在加热板(3)上呈螺旋形或蛇形盘布，或加热管(2)的一端设置有用于对加热管(2)进行加热的加热柱(5)，加热管(2)在加热柱(5)上缠绕多圈。
2.根据权利要求1所述的一种捕集阱加热系统，其特征在于：输气管(1)的进气端位置处和出气端位置处均设置有三通接头(4)，三通接头(4)包括第一接口(41)、第二接口(42)和第三接口(43)，输气管(1)穿设在第一接口(41)和第二接口(42)之间，加热管(2)穿设在第一接口(41)和第三接口(43)之间。
3.根据权利要求1所述的一种捕集阱加热系统，其特征在于：输气管(1)内部的空气流向与输气管(1)和加热管(2)之间的热气流流向相反。
4.一种采用权利要求1-3任一项所述捕集阱加热系统的捕集加热方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、样品捕集：输气管(1)制冷，向输气管(1)中输送待测空气，输气管(1)捕集待测空气中的挥发性有机物；
S2、样品进样：向加热管(2)内部输入加热后的气流，输气管(1)被加热升温，被测物质被解析释放；
S3、去除杂志：对铝块进行加热以对输气管(1)进行烘烤，输气管(1)内部的杂质气化并被排出。
5.根据权利要求4所述的一种捕集加热方法，其特征在于：步骤S1中，对加热管(2)外部进行液氮制冷以实现输气管(1)的制冷。
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