CN203359976U - 连续进样h-3和c-14集成化分离浓集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续进样的H-3和C-14集成化分离浓集装置。它包括机箱；压力容器内设有燃烧室，燃烧室与压力容器的外壁之间设有环腔；燃烧室的顶部与储样桶相连接；燃烧室的侧壁上设有氧气入口和燃烧产物出口；催化反应室内设有催化柱；冷凝器包括冷凝管和设于所述冷凝管上的气体入口、气体出口和冷凝水出口；催化产物出口与气体入口相连通；气体出口与设于半导体制冷器上的管路相连通，管路的另一端为二氧化碳出口；冷凝水出口延伸至机箱外形成冷凝水收集口。本实用新型能对同一样品中的H-3和C-14同时进行分离和浓集，样品量不受限制、集成化和自动化程度高、操作简便、使用安全、回收率高、可靠性强，大大提高了生物样品中H-3和C-14分离和浓集的效率和质量。

Description

连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置

技术领域

本实用新型涉及一种连续进样的H-3和C-14集成化分离浓集装置，属于放射性H-3和C-14定量分析技术领域。

背景技术

随着经济发展，核能发展与核技术应用在世界范围内突飞猛进，与此同时，国际核安全局势也在近年来也出现动荡因素，放射性污染风险呈现较快增涨趋势，特别是2011年日本核泄漏事故更是给世界各国在防范和应对放射性污染敲响了警钟，各国政府和公众对食品和农产品放射性安全表现出空前的关注和焦虑，这给出入境检验检疫、环境保护等部门提出了严峻挑战。随着公众对食品放射性安全和环境放射性安全的逐步认识和重视，食品和环境介质放射性监测中与生物样品相关的放射性污染物质分析技术成为近年来引起高度关注的技术领域，H-3和C-14是其中重要的分析对象之一。H-3和C-14是核动力厂在正常运行和事故工况下均可能排放到环境中的放射性核素，同时这两种核素又是在工业、农业、科研中被大量使用的同位素物质，进入环境或食物链的风险很高，危害较持久。为了预防和限制H-3和C-14在任何情况下、以任何途径进入食物链，目前，IAEA、CAC、FAO、WHO等权威国际组织对食品和农产品中H-3和C-14的浓度有明确限制。我国国家标准GB14882-1994也对食品中的H-3浓度有明确的限制标准。但目前H-3和C-14浓度分析的各领域实验室绝大多数采用纯手工化学器皿操作分别提取、浓缩这两种核素，效率低、工作强度高、不可控因素多、核素回收率较低且变动较大、测量不确定度大，成为制约和影响H-3和C-14分析的主要障碍。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种连续进样的H-3和C-14集成化分离浓集装置，本实用新型可对生物样品中放射性同位素H-3和C-14进行分离和浓集，解决或改善了现有技术中的诸多缺陷，如分离收集装置器具繁多、使用步骤复杂、耗时耗能、对操作者要求高、回收率低且不稳定等问题。

本实用新型所提供的连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置，它包括一机箱；

所述机箱内设有压力容器、催化反应室、冷凝器和半导体制冷器；

所述压力容器内设有一燃烧室，所述燃烧室与所述压力容器的外壁之间设有环腔；所述燃烧室的顶部与储样桶相连接；所述燃烧室的侧壁上设有氧气入口和燃烧产物出口；

所述催化反应室内设有一催化柱；所述燃烧产物出口与所述催化反应室的底部相连通，所述催化反应室的侧壁上设有催化产物出口，所述催化产物出口设于所述催化柱的上部；

所述冷凝器包括冷凝管和设于所述冷凝管上的气体入口、气体出口和冷凝水出口；所述催化产物出口与所述气体入口相连通；所述气体出口与设于所述半导体制冷器上的管路相连通，所述管路的另一端为二氧化碳出口；

所述冷凝水出口延伸至所述机箱外形成冷凝水收集口，所述二氧化碳出口延伸至所述机箱外形成二氧化碳收集口。

所述的连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中，所述储样桶依次与螺杆进样器和散热器相连接，所述散热器与所述燃烧室相连通，且所述螺杆进样器与减速机相连接，以将经粉碎后的样品进行缓慢、连续、均匀地输送。

所述的连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中，所述环腔内设有隔热层，以起到保温的作用，减少热量散失，以使所述燃烧室能保持高温的条件，使样品在所述燃烧室内进行燃烧。

所述的连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中，所述燃烧室的外壁上设有电加热层，以对所述燃烧室进行加热。

所述的连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中，所述氧气入口设于所述燃烧室的底部，所述燃烧产物出口设于所述燃烧室侧壁的上部。

所述的连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中，所述冷凝器设于冷凝水箱中，采取用冷凝水进行冷凝的方式。

所述的连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中，所述冷凝管可为螺旋形冷凝管。

本实用新型连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置进行H-3和C-14收集的原理为：生物样品中有机结合态H-3和C-14在有机物燃烧过程中，与稳定氢和稳定碳一同转化为水蒸气和二氧化碳，没有完全燃烧的有机物在催化剂的作用下，在高温条件下被催化转化为水蒸汽和二氧化碳，燃烧产生的水蒸气和二氧化碳最后依次通过冷凝器和半导体制冷器完成收集，对水蒸气和二氧化碳进行收集即实现了H-3和碳-14的分离与浓集。

本实用新型的连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置能对同一样品中的H-3和C-14同时进行分离和浓集，样品量不受限制、集成化和自动化程度高、操作简便、使用安全、回收率高、可靠性强，大大提高了生物样品中H-3和C-14分离和浓集的效率和质量，大大降低了该工作的能耗和劳动强度，打破了传统工艺中器具繁多、步骤复杂、耗时耗能、对操作者要求高、回收率低、难以推广的制约；本实用新型能够有力地促进检验检疫、环境保护、核能与核技术、医疗卫生、生物医药研究等行业涉及生物样品中放射性H-3和C-14分析技术的发展。

附图说明

图1为本实用新型连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置的主视图。

图2为本实用新型连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中压力容器的结构示意图。

图3为本实用新型连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中催化反应室的结构示意图。

图4为本实用新型连续进样H-3和C-14集成化分离浓集装置中冷凝器的结构示意图。

图5为图4的侧视图。

图中各标记如下：1机箱、2压力容器、3催化反应室、4冷凝器、5储样桶、6螺杆进样器、7散热器、8减速机、9燃烧室、10环腔、11氧气入口、12燃烧产物出口、13催化柱、14催化产物出口、15电加热层、16螺旋冷凝管、17气体入口、18气体出口、19冷凝水出口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

本实用新型提供的连续进样的H-3和C-14集成化分离浓集装置包括一个机箱1，在该机箱1内设有压力容器2、催化反应室3、冷凝器4和半导体制冷器（图中未标）；如图1所示，在机箱1的顶部上设有储样桶5，该储样桶5依次与螺杆进样器6和散热器7相连接，且个螺杆进样器6与一个减速机8相连接，用于将样品均匀地输送。

如图2所示，在压力容器2内设有一燃烧室9，待分析的样品即在该燃烧室9内进行燃烧；该燃烧室9与压力容器2的外壁之间设有环腔10，在环腔10内设有隔热层，以起到保温的作用，减少热量散失，以使燃烧室9能保持高温的条件，使样品在燃烧室9内进行充分燃烧。燃烧室9的外壁上设有电加热层15，以对燃烧室9进行电加热。该燃烧室9的顶部与储样桶5相连接；在燃烧室9的底部上设有氧气入口11，在燃烧室9侧壁的上部设有燃烧产物出口12。样品在燃烧室9内的富氧、高温条件下，有机物绝大部分被氧化成水和二氧化碳。

如图3所示，催化反应室3内设有一催化柱13，其中燃烧产物出口12与催化反应室3的底部相连通，且催化反应室3的侧壁上设有催化产物出口14，该催化产物出口设于催化柱13的上部。由于在燃烧室9内的富氧、高温条件下，仍有部分有机物可能出现不完全燃烧或不充分氧化，本实用新型设置的催化反应室3可使残余的不完全氧化的一氧化碳和碳氢化合物全部转化为水蒸气和二氧化碳。

如图4和图5所示，本实用新型中的冷凝器4为一个冷凝水箱，在该冷凝水箱中设有螺旋形冷凝管16，该螺旋形冷凝管16上设有气体入口17、气体出口18和冷凝水出口19，其中，催化产物出口12与气体入口17相连通，气体出口18与设于半导体制冷器上的管路相连通，且该管路的另一端为二氧化碳出口。冷凝水出口延伸至机箱1外形成冷凝水收集口，即可收集冷凝水，二氧化碳出口延伸至机箱1外形成二氧化碳收集口，即可收集二氧化碳。

使用本实用新型的装置进行H-3和C-14分离和浓集时，可按照如下步骤进行：

样品经充分粉碎后，由螺杆进样器6缓慢、连续、均匀地输送到燃烧室9的上方，并被高压氧气吹散，均匀分散在燃烧室9内并与氧气充分接触。从燃烧室9引出的高温混合气体中，除二氧化碳、水蒸气、氧气和氮气外，还含有大量不完全氧化产物一氧化碳和碳氢化合物。高温混合气体进入催化反应室3后，流经催化柱13时，在催化剂的作用下进一步发生氧化反应，使混合气体中的一氧化碳和碳氢化合物含量大幅度降低，绝大部分转化为二氧化碳和水蒸气。催化柱13以三氧化二铝作为基体材料制成微孔柱塞状，微孔内壁涂覆铂铑合金，使铂铑合金与气体的接触面积尽可能增大，以便增加有效催化剂质量。同时，燃烧室9引出的混合气体自身的高温使催化反应柱的催化效率大大提高。

从催化反应室3引出的混合气体进入冷凝器的铜制螺旋冷凝管中，热量逐步被螺旋冷凝管外的循环自来水带走，其中的水蒸气逐渐变成液体水，并汇集在螺旋冷凝管下端的收集管中，即使样品中的H-3得到浓缩。

剩余的尚未得到充分冷凝的水蒸气随混合气体一道进入半导体制冷器，半导体制冷器进一步将剩余水蒸气全部冷凝成液体水。此时从半导体制冷器中引出的混合气体中仅以氧气、二氧化碳、氮气为主，接入外部二氧化碳吸收装置，即使样品中的C-14得到浓缩。

Claims (7)

1.一种连续进样的H-3和C-14集成化分离浓集装置，其特征在于：

所述分离浓集装置包括一机箱；

所述机箱内设有压力容器、催化反应室、冷凝器和半导体制冷器；

所述压力容器内设有一燃烧室，所述燃烧室与所述压力容器的外壁之间设有环腔；所述燃烧室的顶部与储样桶相连接；所述燃烧室的侧壁上设有氧气入口和燃烧产物出口；

所述催化反应室内设有一催化柱；所述燃烧产物出口与所述催化反应室的底部相连通，所述催化反应室的侧壁上设有催化产物出口，所述催化产物出口设于所述催化柱的上部；

所述冷凝器包括冷凝管和设于所述冷凝管上的气体入口、气体出口和冷凝水出口；所述催化产物出口与所述气体入口相连通；所述气体出口与设于所述半导体制冷器上的管路相连通，所述管路的另一端为二氧化碳出口；

所述冷凝水出口延伸至所述机箱外形成冷凝水收集口，所述二氧化碳出口延伸至所述机箱外形成二氧化碳收集口。

2.根据权利要求1所述的分离浓集装置，其特征在于：所述储样桶依次与螺杆进样器和散热器相连接，所述散热器与所述燃烧室相连通。

3.根据权利要求1或2所述的分离浓集装置，其特征在于：所述环腔内设有隔热层。

4.根据权利要求3所述的分离浓集装置，其特征在于：所述燃烧室的外壁上设有电加热层。

5.根据权利要求4所述的分离浓集装置，其特征在于：所述氧气入口设于所述燃烧室的底部，所述燃烧产物出口设于所述燃烧室侧壁的上部。

6.根据权利要求5所述的分离浓集装置，其特征在于：所述冷凝器设于冷凝水箱中。

7.根据权利要求6所述的分离浓集装置，其特征在于：所述冷凝管为螺旋形冷凝管。

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