CN117191498A - 一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置 - Google Patents

Abstract

一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置。它包括可扩展式旋转取样系统、分流取样系统，所述可扩展式旋转取样系统包括样品腔、旋转进样臂、样品出口，所述样品腔为一圆柱形密封空腔，它包括一可扩展腔体、及连接于可扩展腔体两端的腔体出口盖和腔体排气口盖，所述可扩展腔体包括内外径相同且连接在同一轴心线上的第一腔体、第二腔体，所述第二腔体根据取样通道数量的需要进行添加且第二腔体的数量可以为多个，所述第一腔体的圆形外壁上分别等角度设置有多个进样口。该取样装置的可扩展式旋转取样系统能直接在轴向进行扩展，实现取样通道数的成倍增加，且操作方便，而无需对整个取样系统进行整体更换，大大的降低了用户后期的使用成本。

Description

一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置

技术领域

本发明涉及质谱检测技术领域,具体涉及一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置。

背景技术

对于工业在线流域，尤其是流程工业，比如石油化工、煤化工、冶金、医药等，其生产过程中通常伴随着一些气体成份的物理和化学变化，对于这些气体变化过程的在线监控，对于保证生产过程、改善工艺、提高产品质量都具有重要意义。

目前工业在线监测的手段主要包括一些低成本的传感器，如温湿度仪等物理参数传感器以及一些如氧传感器、二氧化碳传感器等单组分的化学传感器。此外，一些高精度的分析仪器，如光谱、色谱等在线分析仪器目前应用也相对较为广泛。

对于这些低成本的传感器，如物理参数传感器以及单组分化学传感器，这些传感器通常灵敏度低、准确度不高，还存在误报、漏报等问题。而光谱、色谱等在线分析仪器也存在一些技术缺陷。如光谱类仪器往往容易受基质干扰，后期的判别相对复杂，因此，通常适合成份相对单一的物质的检测，此外，其灵敏度也有限。而色谱类仪器因为需要对物质进行分离，因此，并不能做到实时检测，并且其无法准确定性。

同时，对于石化领域工业生产现场，通常需要对多个取样点进行采样分析，并且不同的采样点可能还具有完全不同的气体种类，而色谱等分析设备，对于不同类型的气体分析需要，往往需要配备不同的检测器，因此，就需要多台仪器来进行分析，这无疑增加了仪器采购的成本，申请号“202222209253.2”、名称“一种具有实时在线气体检测功能的气相色谱质谱联用仪”提供了一种气相色谱质谱联用仪，其能通过质谱仪完成在线检测功能，但无法完成多通道检测功能。

申请号“US07175847”的美国专利提供了一种多流流体取样阀，它包括一个固定板件，其中形成有多个入口，采样头安装在驱动轴上，驱动轴旋转以选择一个入口，流经选定入口的流体样本由窄孔管采集，并通过旋转轴密封装置传输到固定输出构件；该专利方案提供了一种多通道采样技术方案，但其采样通道数无法进行扩展，只能根据用户需要采用固定的通道数，而一旦用户因为需要新增采样点而进行扩展的时候，则只能将整个采样模块整体进行更换，而无法在原有基础上进行扩展，这无疑增加了用户的购置成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，该取样装置的可扩展式旋转取样系统能直接在轴向进行扩展，实现取样通道数的成倍增加，且操作方便，而无需对整个取样系统进行整体更换，大大的降低了用户后期的使用成本。

为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案如下:

本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，它包括可扩展式旋转取样系统、分流取样系统，所述可扩展式旋转取样系统包括样品腔、旋转进样臂、样品出口，所述样品腔为一圆柱形密封空腔，它包括一可扩展腔体、及连接于可扩展腔体两端的腔体出口盖和腔体排气口盖，所述可扩展腔体包括内外径相同且连接在同一轴心线上的第一腔体、第二腔体，所述第二腔体根据取样通道数量的需要进行添加且第二腔体的数量可以为多个，所述第一腔体的圆形外壁上分别等角度设置有多个进样口，第一腔体的所有进样口的轴心位于同一个径向截面上，同理所述第二腔体设置多个进样口；

所述样品出口穿设于腔体出口盖中心，所述旋转进样臂包括穿过腔体排气口盖中心设置的旋转轴、及设置于旋转轴后端且用于与进样口连通的进样臂、及与旋转轴同一轴心设置且与样品腔的样品出口相连通的进样臂出口，所述进样臂出口与样品出口之间采用可伸缩连接，所述旋转轴与腔体排气口盖之间设置有密封圈，所述旋转进样臂的旋转轴的外侧端连接旋转步进电机，通过旋转步进电机带动旋转进样臂进行360°旋转，并使得进样臂与样品腔的一个进样口连通，样品气体依次通过进样口、进样臂、进样臂出口、样品出口进入分流取样系统，所述旋转轴还连接一平移机构，由平移机构带动旋转进样臂沿旋转进样臂轴线前后移动，使得进样臂分别与第一腔体或第二腔体的进样口相连通，

可扩展式旋转取样系统通过由步进电机控制的取样臂，旋转并与其中一个取样口连通，然后通过取样臂中的管路，将气体引入分流取样系统，可扩展式旋转取样系统可以直接在轴向进行扩展，实现取样通道数的成倍增加，分流取样系统中通过多级压力衰减，将气体最后引入质谱系统，然后由质谱检测器进行检测。

本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置,其有益效果有：

1、该取样装置具有可扩展的技术优势，可以非常方便的实现取样道道数的成倍扩展，而无需对整个取样系统进行整体更换，大大的降低了用户后期的使用成本；

2、该采样模块具有小型化的特点，可以大大节省用户的场地空间，使得仪器的安装和维护都更加的方便；

3、提供一种可以对石油化工领域生产线上的生产过程中各个不同取样点的气体进行实时在线监测的一种质谱探测系统，通过配备一台自动取样装置，就能根据取样点数量灵活增加或减少通道数，将不同取样点的气体样品快速采样到质谱系统，完成快速准确的质谱分析。

附图说明

图1，为本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置的框架图；

图2，为本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置的可扩展式旋转取样系统设置第一腔体和第二腔体的立体图；

图3，为图2所示实施例的剖面图；

图4，为本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置的平移机构与旋转轴相连接的结构图；

图5，为本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置的可扩展式旋转取样系统设置第一腔体的立体图；

图6，为图5所示实施例的剖面图；

图7，为本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置的分流取样系统的剖面图；

图8，为本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置的质谱系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例：

如图1～8，本发明一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，它包括可扩展式旋转取样系统、分流取样系统，所述可扩展式旋转取样系统包括样品腔1、旋转进样臂2、样品出口3，所述样品腔为一圆柱形密封空腔，它包括一可扩展腔体、及连接于可扩展腔体两端的腔体出口盖11和腔体排气口盖12，所述可扩展腔体包括内外径相同且连接在同一轴心线上的第一腔体13、第二腔体14，所述第二腔体根据取样通道数量的需要进行添加且第二腔体的数量可以为多个，所述第一腔体的圆形外壁上分别等角度设置有多个进样口4，第一腔体的所有进样口的轴心位于同一个径向截面上，同理所述第二腔体设置多个进样口；

所述样品出口3穿设于腔体出口盖11中心，所述旋转进样臂2包括穿过腔体排气口盖中心设置的旋转轴21、及设置于旋转轴后端且用于与进样口连通的进样臂22、及与旋转轴同一轴心设置且与样品腔的样品出口相连通的进样臂出口23，所述进样臂出口与样品出口之间采用可伸缩连接，所述旋转轴与腔体排气口盖之间设置有密封圈24，所述旋转进样臂的旋转轴的外侧端连接旋转步进电机25，通过旋转步进电机带动旋转进样臂进行360°旋转，并使得进样臂与样品腔的一个进样口连通，样品气体依次通过进样口、进样臂、进样臂出口、样品出口进入分流取样系统，所述旋转轴还连接一平移机构，由平移机构带动旋转进样臂沿旋转进样臂轴线前后移动，使得进样臂分别与第一腔体或第二腔体的进样口相连通。

所述平移机构包括一底座261、及设置于底座上的平移电机262、及连接于平移电机上的丝杆263、及可移动设置于底座上的丝杆座264，所述旋转步进电机25设置于丝杆座264上，所述丝杆座还设置一竖向支撑板265，所述竖向支撑板上设置有一轴承266且旋转轴通过轴承穿过竖向支撑板设置，通过平移电机驱动丝杆转动，带动丝杆座左右移动，由丝杆座带动旋转进样臂与旋转步进电机一起沿旋转进样臂轴线前后移动，使得进样臂分别与第一腔体或第二腔体的进样口相连通，竖向支撑板用于移动时支撑旋转进样臂。

可扩展式旋转取样系统通过由步进电机控制的取样臂，旋转并与其中一个取样口连通，然后通过取样臂中的管路，将气体引入分流取样系统，可扩展式旋转取样系统可以直接在轴向进行扩展，实现取样通道数的成倍增加，分流取样系统中通过多级压力衰减，将气体最后引入质谱系统，然后由质谱检测器进行检测。

进一步，所述腔体排气口盖偏离中心位置设置有与样品腔连通的公共排气口5，未与进样臂连通的样品气通过公共排气口排出，防止出现气体堆积，影响测量结果，所述样品出口连通分流取样系统；

进一步，所述公共排气口5包括依次连通的取样腔排气口51、取样腔排气管52、取样腔排气口接头53；

进一步，所述进样臂与样品腔内壁之间设置有密封圈27，保证旋转进样臂与其中一个进样口连通后，样品气体实现气密，防止与其他样品口的气体发生混合，所述取样腔出口盖上的样品出口3的导气管上设置有密封圈31，保证样品气体由进样臂出口直接进入样品出口3的导气管，气密的进入下一级真空系统；

进一步，所述进样臂、进样臂出口、样品出口成型为管状结构且通过管状结构相连通，所述样品出口的管状结构嵌置于进样臂出口的管状结构中且进样臂出口可转动与样品出口相连接；

进一步，所述进样臂出口与取样腔出口采用可自由伸缩的波纹管气密连通，或所述进样臂出口与取样腔出口采用柔性的四氟管气密连通；

进一步，所述腔体出口盖、第一腔体、第二腔体、腔体排气口盖分别采用内外螺纹相连接且连接处分别设置有密封圈15；

进一步，所述分流取样系统包括一级压力衰减机构、二级压力衰减机构，所述一级压力衰减机构包括分流三通61、及连接于分流三通的三个出口的第一分流进气口62、第一分流泵抽气口63、第一分流气阻64，所述二级压力衰减机构包括分流四通65，所述分流四通的一个出口采用导气管66与第一分流气阻的出口端连通，所述分流四通的另三个出口分别连接第二分流泵抽气口67、第二分流泵真空规连接口68、第二分流气阻69，第二分流气阻的出口端为第二分流样品流出口69a；

样品气从取样腔样品出气管流出后通过第一分流进气口直接进入分流三通，采样泵通过第一分流泵抽气口将大部分气体抽走排出，少量样品气体通过第一分流气阻进入连通管和分流四通，第一分流气阻限制进入分流四通的气体量，从而实现第一级压力衰减，第一分流气阻为微孔板或者石英毛细管，通过孔径大小和长度，以及第二级分流泵的抽速，将分流四通处的压力控制在数Torr的压力水平；分流四通的压力可以通过真空规在第二分流泵真空规连接口处连接并获取，第二级分流泵从第二分流泵抽气口处将多余样品气体抽走，并与第一分流气阻、第二分流气阻共同作用，来保证分流四通处的压力处于稳定状态，最终被分析的微量气体通过第二分流气阻和第二分流样品流出口进入质谱系统；

进一步，所述质谱系统包括依次设置的离子源71、质量分析器72、检测器73，所述离子源包括离子源进气口711，从第二分流样品流出口流出的样品气体通过离子源进气口进入离子源中的电离室，样品气体被电离成带电离子，然后在离子源中电子透镜作用下被送入质量分析器中，所述质量分析器为四极杆或离子阱或飞行时间，经过质量分析器分析分离的离子，被按照质荷比的大小依次送入检测器并被检测。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于：

它包括可扩展式旋转取样系统、分流取样系统，所述可扩展式旋转取样系统包括样品腔、旋转进样臂、样品出口，所述样品腔为一圆柱形密封空腔，它包括一可扩展腔体、及连接于可扩展腔体两端的腔体出口盖和腔体排气口盖，所述可扩展腔体包括内外径相同且连接在同一轴心线上的第一腔体、第二腔体，所述第二腔体根据取样通道数量的需要进行添加且第二腔体的数量可以为多个，所述第一腔体的圆形外壁上分别等角度设置有多个进样口，第一腔体的所有进样口的轴心位于同一个径向截面上，同理所述第二腔体设置多个进样口；

所述样品出口穿设于腔体出口盖中心，所述旋转进样臂包括穿过腔体排气口盖中心设置的旋转轴、及设置于旋转轴后端且用于与进样口连通的进样臂、及与旋转轴同一轴心设置且与样品腔的样品出口相连通的进样臂出口，所述进样臂出口与样品出口之间采用可伸缩连接，所述旋转轴与腔体排气口盖之间设置有密封圈，所述旋转进样臂的旋转轴的外侧端连接旋转步进电机，通过旋转步进电机带动旋转进样臂进行360°旋转，并使得进样臂与样品腔的一个进样口连通，样品气体依次通过进样口、进样臂、进样臂出口、样品出口进入分流取样系统，所述旋转轴还连接一平移机构，由平移机构带动旋转进样臂沿旋转进样臂轴线前后移动，使得进样臂分别与第一腔体或第二腔体的进样口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述腔体排气口盖偏离中心位置设置有与样品腔连通的公共排气口，所述样品出口连通分流取样系统。

3.根据权利要求2所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述公共排气口包括依次连通的取样腔排气口、取样腔排气管、取样腔排气口接头。

4.根据权利要求1所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述进样臂与样品腔内壁之间设置有密封圈，所述取样腔出口盖上的样品出口的导气管上设置有密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述进样臂、进样臂出口、样品出口成型为管状结构且通过管状结构相连通，所述样品出口的管状结构嵌置于进样臂出口的管状结构中且进样臂出口可转动与样品出口相连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述进样臂出口与取样腔出口采用可自由伸缩的波纹管气密连通，或所述进样臂出口303与取样腔出口采用柔性的四氟管气密连通。

7.根据权利要求1所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述腔体出口盖、第一腔体、第二腔体、腔体排气口盖分别采用内外螺纹相连接且连接处分别设置有密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述平移机构包括一底座、及设置于底座上的平移电机、及连接于平移电机上的丝杆、及可移动设置于底座上的丝杆座，所述旋转步进电机设置于丝杆座上，所述丝杆座还设置一竖向支撑板，所述竖向支撑板上设置有一轴承且旋转轴通过轴承穿过竖向支撑板设置，通过平移电机驱动丝杆转动，带动丝杆座左右移动，由丝杆座带动旋转进样臂与旋转步进电机一起沿旋转进样臂轴线前后移动，使得进样臂分别与第一腔体或第二腔体的进样口相连通，竖向支撑板用于移动时支撑旋转进样臂。

9.根据权利要求1所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述分流取样系统包括一级压力衰减机构、二级压力衰减机构，所述一级压力衰减机构包括分流三通、及连接于分流三通的三个出口的第一分流进气口、第一分流泵抽气口、第一分流气阻，所述二级压力衰减机构包括分流四通，所述分流四通的一个出口采用导气管与第一分流气阻的出口端连通，所述分流四通的另三个出口分别连接第二分流泵抽气口、第二分流泵真空规连接口、第二分流气阻，第二分流气阻的出口端为第二分流样品流出口，所述第二分流样品流出口连接质谱系统。

10.根据权利要求9所述的一种用于质谱系统且可扩展的多通道实时在线取样装置，其特征在于，所述质谱系统包括依次设置的离子源、质量分析器、检测器，所述离子源包括离子源进气口，从第二分流样品流出口流出的样品气体通过离子源进气口进入离子源中的电离室，样品气体被电离成带电离子，然后在离子源中电子透镜作用下被送入质量分析器中，所述质量分析器为四极杆或离子阱或飞行时间，经过质量分析器分析分离的离子，被按照质荷比的大小依次送入检测器并被检测。