CN201548505U - 一种差热-气相色谱联用分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种差热-气相色谱联用分析装置，属于分析仪器领域，涉及差热分析仪和气相色谱分析仪的间歇联用装置。本实用新型包括差热分析仪(1)和气相色谱仪(2)，并在差热分析仪(1)气体出口处安装气体采样部件(3)及温度传感器，气体采样部件(3)的输出经自动进气控制机构接到气相色谱仪(2)的采样口。本实用新型装置是在传统差热-气相色谱间歇联用分析装置的基础上，加装气体采样部件(3)和自动进气控制机构，实时采集差热分析仪(1)的差热信号、炉温信号以及尾气出口处的温度信号，通过对这些信号的时间序列曲线进行预测判别，来控制尾气导入气相色谱仪(2)中进行成分分离和检测。这套联用分析装置可实现自动化操作，适合无人看护环境下的操作。

Description

一种差热-气相色谱联用分析装置

技术领域

本实用新型是一种差热—气相色谱联用分析装置，属于分析仪器领域，涉及差热分析仪和气相色谱分析仪的间歇联用装置。

背景技术

差热—气相色谱间歇联用分析装置出现于1970年代，用于分析物质热解过程中逸出气的成分，其关键技术是检测逸出气的发生时刻。传统的差热—气相色谱联用分析装置通过将差热仪尾气直接导入热导检测室，通过与通入的保护气的热导值进行比较，判断热解过程逸出气的释放时刻，并手工将差热仪尾气通过六通阀切换至气体定量管内，定量管充满后将该定量尾气导入气相色谱仪中进行成分分离和检测。上述方法和装置并不适合仪器联用的自动化操作。事实上，差热仪输出的差热信号反映了物质热分解过程中吸热、放热、分解、结晶等物理化学反应，已经可以间接得出是否有逸出气的发生。因此利用差热信号并附以差热仪尾气的温度变化，是可以判断出逸出气的发生状态的，从而可引导尾气流向气相色谱仪进行成分的分离和检测。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种分析物质热解产物的差热—气相色谱间歇联用的自动化操作分析装置，利用差热信号并附以差热仪尾气的温度变化，判断逸出气的发生状态，从而引导尾气流向气相色谱仪进行成分的分离和检测。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：在传统差热—气相色谱间歇联用分析装置的基础上，即在差热分析仪和气相色谱仪之间安装气体采样部件和自动进气控制机构，在所述差热分析仪气体出口处安装气体采样部件及温度传感器，气体采样部件的输出经自动进气控制机构接到气相色谱仪的采样口，且差热分析仪和气相色谱仪分别放置在不同的平台或支撑平台上。其中，气体采样部件可以是一个手动密封调节阀，温度传感器设置在该调节阀出口处。该手动密封调节阀采用十字形的四通流量调节腔，其四个口分别为：与差热分析仪气体出口套接的进气口，与进气口相对的安装有手动阀芯的口，安装温度传感器的作为测温点的孔，与测温点相对的受手动阀芯控制流量的出气孔。其中，手动阀芯为一个可在阀腔内移动的手动螺杆，该螺杆上设有两道环形凹槽，其上分别套有与阀腔腔壁契合的O型密封圈，螺杆位于腔内的一端设有端部的O型密封圈，位于腔外的一端设有手动旋柄。并且，安装有手动阀芯的口设有防止手动螺杆旋出的端盖。

在手动密封调节阀测温点的孔处安装的温度传感器采用微细铠装热电偶。

在四通流量调节腔中的测温点的孔和出气孔分别设有双卡套密封部件，实现径向的密封。

本方案中的自动进气控制机构由耐高温三通电磁阀和顶空进样器及控制三通电磁阀的控制器构成；该三通电磁阀进口接气体采样部件出口，两个受控出口，一个作为排空口，另一个通过保温毛细管接顶空进样器入口；该顶空进样器出口通过保温毛细管接气相色谱仪的采样口；该控制器可采集差热分析仪和气体采样部件的测温点的温度，经计算、判断，控制三通电磁阀两出口的选择。其中的控制器可以采用计算机。

另外，为保证检测的精确，本方案中的电气装置采用接普通市电的净化电源作为电源。

本实用新型装置是在传统差热—气相色谱间歇联用分析装置的基础上，加装气体采样部件和自动进气控制机构，实时采集差热分析仪的差热信号、温度信号以及差热仪尾气出口处的温度信号，通过对这些信号的时间序列曲线进行预测判别，来判断差热仪尾气中是否存在逸出气，发现有逸出气后自动开启顶空进样装置，将定量尾气导入气相色谱仪中进行成分分离和检测。这套联用分析装置可实现自动化操作，适合无人看护环境下的操作。

附图说明

图1为本实用新型工作流程示意图；

图2为本实用新型气体采样部件结构示意图。

图中：1、差热分析仪，2、气相色谱仪，3、气体采样部件，4、三通电磁阀，5、顶空进样器，6、参比物托盘，7、测试样托盘，8、尾气出口测温点，9、手动螺杆，10、保温毛细管，11、色谱柱，12、热导检测器，13、紧固螺钉，14、端盖，15、腰部O形密封圈，16、端部O形密封圈，17、双卡套密封部件，18四通流量调节腔。

具体实施方式

本事实例是在传统差热—气相色谱间歇联用分析装置的基础上，加装气体采样部件3、自动进气控制机构，利用计算机实时采集差热分析仪1的差热信号、炉温信号以及差热分析仪1尾气出口点8处的温度信号，通过对这些信号的时间序列曲线进行预测判别，来判断差热分析仪1尾气中是否存在逸出气，发现有逸出气后自动开启顶空进样装置，将定量尾气导入气相色谱仪2中进行成分分离和检测。这套联用分析装置可实现自动化操作，适合无人看护环境下的操作。

下面结合图1、图2对本实用新型进行详细说明：

高纯保护气(如氮气或者氩气)从高压贮气瓶中经减压、稳压处理后，经转子流量计调整流量后通入差热分析仪1中，对差热分析样品的热分解起惰性气体保护作用，即在保护气氛下进行样品的热解反应。

差热分析仪1加热炉内的参比物托盘6中放置盛有微量参比物(如α-Al₂O₃粉末)的耐热坩锅，测试样托盘7上放置盛有等量测试样品的等量耐热坩锅，托盘底部之间有差热热电偶相连，用于测量差热势。炉内温度以及样品与参比物的差温信号均以模拟量形式输出，本联用装置需要两套输出信号内容相同的输出信号装置，一套供差热分析仪1控制使用，一套供判断信号时间序列监测使用。

在差热分析仪1加热炉的出气管部分安装有一个可控制出气量的气体采样部件3，该部件为四通流量调节腔，安装在出气管上方，与差热分析仪1连接处采用耐高温的O形密封圈密封，以防止尾气泄露。在气体采样部件3上方有一个控制尾气流量的手动螺杆9，手动螺杆9的底部嵌有一个耐高温的端部O形密封圈15。当手动螺杆9完全旋入气体采样部件3时，手动螺杆9底部端面将完全把差热分析仪1工作尾气的出口封住，端部O形密封圈15起底部密封作用；当手动螺杆9向气体采样部件3外拧开时，尾气可流出出气口(如图2所示)，旋转手动螺杆9可控制差热分析仪1工作尾气流出截面的大小。依靠手动螺杆9上的两个环形凹槽内嵌的腰部O形密封圈15对差热分析仪1工作尾气可能沿轴向泄露起密封作用。当差热分析仪1工作尾气流出截面最大时，手动螺杆9停止向外延伸，而阻止这种延伸依靠的是气体采样部件3顶部端面的端盖14和固定端盖14的三个紧固螺钉13。在出气口处设置一个尾气出口测温点8，测量差热分析仪1工作尾气的出口端温度，采用微细铠装热电偶来检测该处气体的温度，采用双卡套密封部件17实现测温点和出气孔的密封。

差热分析仪1工作尾气沿气体采样部件3出气孔流出后通入一段保温毛细管10中，该保温毛细管10连接耐高温的三通电磁阀4的进口。三通电磁阀4的两个受控出口，一个作为排空口，另一个通过保温毛细管10接顶空进样器5入口。三通电磁阀4两出口的选择由计算机控制，炉内温度以及样品与参比物的差温信号以及差热分析仪1尾气出口处的温度信号接到该计算机，供判断信号时间序列监测使用。以上的三通电磁阀4、顶空进样器5、计算机构成了本联用装置的自动进气控制机构，本机构的出口即顶空进样器5的出口接气相色谱仪2。下面介绍自动进气控制机构的工作过程：

在计算机识别判断尾气中未出现逸出气的情况下，电磁阀将工作尾气由排气口直接排空；当计算机识别判断出尾气中出现逸出气时，电磁阀将工作尾气接入另一个连接顶空进样设备的排气口。判断尾气中是否存在逸出气依靠下面的规则进行。首先计算机实时接收差热分析仪1发送的加热温度和样品差温信号，并对一定加热温度范围内(温度窗口)的样品差温信号进行信号处理，这种信号处理的时间间隔可以根据不同的加热方式预先调整，一般在每隔1秒到15秒之间进行一次。具体的做法是对某一温度区间的差温信号时间序列与特定的高斯二阶导函数做卷积处理，卷积结果进行过零判断，这样不仅消除了信号在不同尺度下对峰谷变化的干扰，也比较容易找出该温度区间内差温信号时间序列中峰与谷对应的温度点。将这一差温时间序列在这些温度点附近做序列的递增递减运算处理，从而确定每个温度点对应的差温信号具体代表的峰和谷的特性。此外将这次处理最后所处温度的差温信号发展趋势标识出来，即根据差温信号时间序列在最后温度点处的数值做下一次处理时刻差温信号数值的预测设置，当下一次信号处理时对比实际数值与上次预测数值的关系，即可判定在这样的时间间隔内差温信号时间序列的发展趋势以及可能出现的峰谷状态。一般情况下差温信号时间序列中的差温峰值代表放热，谷底代表吸热，伴随这种物理化学反应会出现逸出气，这时还需要配合工作尾气在气体采样部件3出口处监测的温度信号变化来判断其中是否有逸出气存在。当工作尾气中出现逸出气时，混合物的温度会发生明显的波动。计算机就是结合上述算法来识别判断工作尾气中逸出气是否存在的。

当计算机识别判断出工作尾气中存在逸出气时，仪器联用装置的监控计算机程序将首先记录下此时的差热分析仪1加热温度，其次将发送一个控制信号从而触发顶空进样装置启动程序切换至自动运行状态，然后再随后的一秒钟内发送另一个控制信号将毛细管连接的电磁阀工作状态由常通排空口切换至另一排气口。在顶空进样装置启动程序切换到自动运行状态后，顶空进样装置的控制信号将自动触发气相色谱仪2的记录程序运行。在仪器联用装置的监控计算机程序发出两个控制信号后一两秒钟后，顶空进样装置就可以完成预先设定的准备动作，随后将自动把吸气泵打开，从电磁阀另一排气口吸入工作尾气，并由其本身的1mL定标管决定吸入定量工作尾气，此后通过顶空进样装置内部的六通阀和控制系统将定量的工作尾气注入气相色谱仪2的汽化室，在柱箱内的色谱柱11中实现混合气的分离，并通过TCD(即热导检测器12)检测工作尾气中各种永久气体的成分，并通过事先配好的标准混合气体标定出每种永久气体成分的浓度。顶空进样装置完成一次自动采样注入需要十秒时间，这之后仪器联用装置的监控计算机程序将再次发送一个控制信号将毛细管连接的电磁阀工作状态由另一排气口切换至常通排空口，而顶空进样装置会自动由自动状态恢复为人工状态。

气相色谱仪2分段记录的曲线数值和差热分析仪1全程记录的曲线数值在各自仪器运行结束前都会保存在仪器联用装置监控计算机的特定文件目录中，监控计算机程序可以通过手工将这两组记录数据取得后在监控计算机程序中进行数据融合并作图，制成DTA-GC的显示图表，供研究不同样品在差热反应不同温度下热解释放出逸出气的成分及其成分浓度的变化规律。

顶空进样装置的吸气管和送气管均采用毛细管制成，并通过伴管加热和保温处理，使毛细管内部的空间温度可控制在设定的温度及精度范围，这样可以避免进入的工作尾气不致因温度骤降使得其中的某些成分气体发生冷凝反应，在毛细管内部造成局部堵塞，形成传输的死体积。顶空进样装置的吸气管和送气管的温度设定与差热分析仪1气体采样管出口处监视的温度应该相一致。

差热—气相色谱联用分析装置的电气连接采用普通市电接净化电源后提供，这样可确保差热分析仪1、顶空进样装置、气相色谱仪2、直流电压驱动电源和监控计算机用电的电气隔离和电压电流的抗冲击、抗波动。差热分析仪1与气相色谱仪2采用不同的放置平台或支撑平台，从而形成良好的隔振，以避免气相色谱仪2柱箱通风加热形成的风扇震动对差热分析仪1内部托盘稳定性的影响，避免差热信号在小尺度上的持续波动。

Claims (10)

1.一种差热—气相色谱联用分析装置，包括差热分析仪和气相色谱仪，其特征在于：在所述差热分析仪气体出口处安装气体采样部件及温度传感器，气体采样部件的输出经自动进气控制机构接到气相色谱仪的采样口，且差热分析仪和气相色谱仪分别放置在不同的平台或支撑平台上。

2.根据权利要求1所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：所述气体采样部件为一个手动密封调节阀，该调节阀出口处设测温点。

3.根据权利要求2所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：所述手动密封调节阀采用十字形的四通流量调节腔(18)，其四个口分别为：与差热分析仪气体出口套接的进气口，与进气口相对的安装有手动阀芯的口，安装温度传感器的作为测温点的孔，与测温点相对的受手动阀芯控制流量的出气孔。

4.根据权利要求3所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：所述手动阀芯为一个可在阀腔内移动的手动螺杆(9)，该螺杆上设有两道环形凹槽，其上分别套有与阀腔腔壁契合的O型密封圈，螺杆位于腔内的一端设有端部的O型密封圈，位于腔外的一端设有手动旋柄。

5.根据权利要求4所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：所述安装有手动阀芯的口设有防止手动螺杆(9)旋出的端盖(14)。

6.根据权利要求3所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：所述测温点处安装有微细铠装热电偶。

7.根据权利要求3所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：所述四通流量调节腔(18)中的测温点的孔和出气孔分别设有双卡套密封部件(17)。

8.根据权利要求1所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：所述自动进气控制机构由耐高温三通电磁阀和顶空进样器及控制三通电磁阀的控制器构成；该三通电磁阀进口接气体采样部件出口，两个受控出口，一个作为排空口，另一个通过保温毛细管接顶空进样器入口；该顶空进样器出口通过保温毛细管接气相色谱仪的采样口；该控制器可采集差热分析仪和气体采样部件的测温点的温度，经计算、判断，控制三通电磁阀的输出。

9.根据权利要求8所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：所述控制器采用计算机。

10.根据权利要求1所述的一种差热—气相色谱联用分析装置，其特征在于：该装置的电气采用接普通市电的净化电源作为电源。

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