CN206353126U - 一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪，包括液路模块、气路模块、光路模块和控制模块，所述控制模块用于向所述液路模块、气路模块和光路模块发送控制信号，同时也可以接受来自液路模块、气路模块和光路模块反馈的数据信号，在所述气路模块的气液分离系统和吸光管之间设置渗水吸收干燥装置，所述渗水吸收干燥装置为Nafion管。本实用新型可以有效的去除干扰检测的水、醇类；Nafion材料的驱动力来自管内外的水汽压力梯度，而非压力差或温度差，因此所能达到的除湿效果远好于现有的冷凝除湿方案；且水汽的吸收过程不存在相变因素，除湿过程对气体输送环境不产生额外的影响，不会导致气体再溶解于凝露或发生管道堵塞的情况。
Description
技术领域
本实用新型属于仪器分析领域，具体涉及一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪。
背景技术
气相分子吸收光谱法是20世纪70年代兴起的一种简便、快速的分析手段。 1976年Toyin A.Arowolo、Malcolm S.Cresser等人首先提出该法(Gas-PhaseMolecularAbsorption Spectrometry，简称GPMAS)，Syty最先应用该法测定了 SO2，并设计了吹气反应装置。此后分析家们成功地测定了腐蚀性、挥发性的气体，如I2和Br2、H2S、NOCl、HCN、NO2和NO，Rechikov等人测定了用于半导体工艺的惰性气体混合的氢化物气体中的B、N、P、As、Sb、Si、Ge、Sn的氢化物。Syty采用GPMAS测定了硫化物，并设计了气液分离装置，将测定溶液酸化后产生的H2S用氮气载入测量系统测定硫化物。
气相分子吸收光谱法是利用基态的气体分子能吸收特定紫外光谱的一种测量方法，利用气体的分子振动吸收原理，气体浓度与吸光度呈现一定的线性关系：当光强度为I0的光速通过被测样品浓度为C的气体时，光强度减弱至I，它遵循朗伯-比尔定律。
首先通过化学反应，将水溶液中的离子或者分子转化为某种气体。气体分子在不受外界影响的情况下，通常处于相对稳定的状态，称之为基态气体分子。但是，一旦这些气体分子接受到特定波长的光辐射时，很容易产生相应的分子振动。发生分子振动所需能量是一定的，这种特定的能量称为分子特征谱线。在气相分子吸收光谱法中，选特定波长的光源，气态分子对该光源发出的特征波长光产生分子振动吸收，根据光的被吸收程度计算出分子浓度。
由于特征气体是自反应溶液中吹扫出，因此反应溶液中所含的水汽也跟随特征气体进入吸光管，由于水汽对光存在宽带吸收，会严重干扰检测结果。
为了除去待检测气体中所含的水汽，可采用化学除湿或低温凝结除湿法，现有气相分子吸收光谱仪一般采用低温凝结除湿法。低温凝结除湿法采用降低温度的方式，使得气体的温度降到远低于当前湿度的露点之下，气体中的水汽凝结为水滴，使得待测气体中的含水量大幅降低。但是：
某些待测气体可能被低温导致的水汽凝露再次吸收、导致检测结果偏低；
低温可能使得水汽凝露结冰，导致冷凝管路堵塞，使得检测无法进行；
由于材料的热传导效率、低温发生器工作效率、环境中其他影响因素等原因，凝露除湿管道内部的温度难以精确控制，导致流经除湿管道的含水汽气体的目标露点存在不一致，易导致除湿后的气体含水量存在差距，在进行高精度检测时易导致结果偏差。
实用新型内容
实用新型目的：为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪，可以有效的去除干扰检测的水、醇类。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型提出了一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪，其特征在于，包括进样系统、样品和试剂混合系统、反应和催化反应系统、气源、气液分离系统、渗水吸收干燥装置、吸光管、光源、分光器、光探测器以及控制模块和信号处理系统，其中，
所述的进样系统、样品和试剂混合系统、反应和催化反应系统、气液分离系统依次相连构成液路模块；
所述的气源、气液分离系统、渗水吸收干燥装置和吸光管依次相连构成气路模块，所述的渗水吸收干燥装置为Nafion管；
所述的光源、吸光管、分光器、光探测器依次相连构成光路模块；
所述控制模块包括信息处理系统，所述控制模块用于向所述液路模块、气路模块和光路模块发送控制信号，同时也可以接受来自液路模块、气路模块和光路模块反馈的数据信号并进行处理。
具体地，所述控制模块操作所述液路模块，样品和反应所需的各类试剂被进样系统引入液路模块，由样品和试剂混合系统将其按检测反应所需混合，送入反应和催化反应系统，试剂在反应和催化反应系统中根据目标物质的检测需求使经过充分混合的样品和试剂进行化学反应；其中，催化反应的方式包括但不限于使用催化剂、加热、光催化等方式。反应后的样品和试剂混合物被送入气液分离系统。
控制模块控制气路模块，气源将检测用载气压入气液分离系统，可用于检测样品中目标物质含量的特征气体被载气带出气液分离系统，混合气体通过渗水吸收干燥装置，其中易干扰测试的水汽、醇类等物质被除去，被净化后的混合气体进入吸光管中。
控制模块控制光路模块，光源发出的光照射吸光管中被载气带入的特征气体，一部分光被吸光管中的气体所吸收，剩余的光经过分光器，即滤光系统，选择待测物质吸收效应强的特征光束，其光强度被光探测器转化为对应的电信号，信号的变化可用于确定待测物质的含量。
优选地，所述液路模块和气路模块分别与废液、废气排放收集处理系统相连，检测过程中生成的废液、废气被送入到所述废液、废气排放收集处理系统中。
优选地，所述Nafion管外配备循环干燥风装置，所述循环干燥风装置所供给的气流应干燥且不含Nafion管内待吸收物质，所供给的气流流速应至少为 Nafion管内气流流速的2～3倍以上。
使用Nafion管进行待测气体的干燥，可以有效的去除待测气体中干扰检测的水汽和醇类。是聚四氟乙烯和全氟-3，6-二环氧-4-甲基-7- 癸烯-硫酸的共聚物。简单的Nafion是Teflon结构伴有另一氟碳临时侧链，侧链的终点是一个磺酸基(-SO3H)，由于磺酸基具有很高的亲水性，所以Nafion管壁吸收的水份，会从一个磺酸基向另一个磺酸基传递，直到最终到达另外一侧的管壁，而水份全部蒸发到干燥的反吹气中被带走。这一现象称为过蒸发 (Pervapormion)。Nafion管除湿的驱动力是管内外的水汽压力梯度(即湿度差)，而非压力差或温度差。因为即使Nafion管内压力低于其周围的压力，Nafion照样能对气体进行干燥。只要管内外湿度差存在，水蒸气的迁移就始终进行，因此需要干燥、洁净、连续的反吹气(空气或氮气)在Nafion管的另一侧反吹。Nafion管在连续的除湿过程中，完全保留烟气中SO2、SO3、NO、NO2、HCl、HF、O2、CO、 CO2等待测气体，即只选择性的去除烟气中的水份。同时，Nafion管类似于Teflon，具有极强的耐酸性腐蚀能力。
按Nafion管的特性，将其置于吸光管前，可以有效的去除待测气体中对检测有较大干扰的的水、醇类。
优选地，所述Nafion管入气端应有加热装置，使得Nafion管入气口温度高于Nafion管外的环境温度、出气口温度等于或低于Nafion管外的环境温度。
优选地，所述光路模块中的分光器为短通滤光器，如紫外滤光器。
所述光路模块中的光探测器为光半导体探测器或电子管探测器，所述光半导体探测器为硅光电二极管、图像传感器、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、 NMOS图像传感器中的任意一种；所述电子管探测器为光电倍增管、光电管、电子倍增器、MCP中的任意一种。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型通过在气液分离系统和吸光管之间设置渗水吸收干燥装置(Nafion管)，可以有效的去除干扰检测的水、醇类；由于Nafion材料的工作原理为“渗水吸收”，其驱动力来自管内外的水汽压力梯度 (即湿度差)，而非压力差或温度差，因此所能达到的除湿效果(以“露点”作为等效指标判断)远好于现有的冷凝除湿方案；由于水汽的吸收过程不存在相变因素，除湿过程对气体输送环境不产生额外的影响，不会导致气体再溶解于凝露或发生管道堵塞的情况。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型专利作更进一步的说明。
如图1所示，本实施例提供了一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪，包括进样系统、样品和试剂混合系统、反应和催化反应系统、气源、气液分离系统、渗水吸收干燥装置、吸光管、光源、分光器、光探测器以及控制模块和信号处理系统，其中，
进样系统、样品和试剂混合系统、反应和催化反应系统、气液分离系统依次相连构成液路模块；
气源、气液分离系统、渗水吸收干燥装置和吸光管依次相连构成气路模块；
光源、吸光管、分光器、光探测器依次相连构成光路模块；
控制模块包括信息处理系统，所述控制模块用于向所述液路模块、气路模块和光路模块发送控制信号，同时也可以接受来自液路模块、气路模块和光路模块反馈的数据信号并进行处理。
其中，采用的渗水吸收干燥装置为Nafion管，Nafion管外配备循环干燥风装置，循环干燥风装置所供给的气流应干燥且不含Nafion管内待吸收物质，所供给的气流流速应至少为Nafion管内气流流速的2～3倍以上。
使用Nafion管进行待测气体的干燥，可以有效的去除待测气体中干扰检测的水汽和醇类。是聚四氟乙烯和全氟-3，6-二环氧-4-甲基-7- 癸烯-硫酸的共聚物。简单的Nafion是Teflon结构伴有另一氟碳临时侧链，侧链的终点是一个磺酸基(-SO3H)，由于磺酸基具有很高的亲水性，所以Nafion管壁吸收的水份，会从一个磺酸基向另一个磺酸基传递，直到最终到达另外一侧的管壁，而水份全部蒸发到干燥的反吹气中被带走。这一现象称为过蒸发 (Pervaporation)。Nafion管除湿的驱动力是管内外的水汽压力梯度(即湿度差)，而非压力差或温度差。因为即使Nafion管内压力低于其周围的压力，Nafion照样能对气体进行干燥。只要管内外湿度差存在，水蒸气的迁移就始终进行，因此需要干燥、洁净、连续的反吹气(空气或氮气)在Nafion管的另一侧反吹。Nafion管在连续的除湿过程中，完全保留烟气中SO2、SO3、NO、NO2、HCl、HF、O2、CO、 CO2等待测气体，即只选择性的去除烟气中的水份。同时，Nafion管类似于Teflon，具有极强的耐酸性腐蚀能力。按Nafion管的特性，将其置于吸光管前，可以有效的去除待测气体中对检测有较大干扰的的水、醇类。
在Nafion管入气端应有加热装置，使得Nafion管入气口温度高于Nafion管外的环境温度、出气口温度等于或低于Nafion管外的环境温度。
光路模块中的分光器为短通滤光器，如采用紫外滤光器。光路模块中的光探测器为光半导体探测器或电子管探测器，光半导体探测器为硅光电二极管、图像传感器、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、NMOS图像传感器中的任意一种；电子管探测器为光电倍增管、光电管、电子倍增器、MCP中的任意一种。
本实用新型的工作过程如下：控制模块操作液路模块，样品和反应所需的各类试剂被进样系统引入液路模块，由样品和试剂混合系统将其按检测反应所需混合，送入反应和催化反应系统，试剂在反应和催化反应系统中根据目标物质的检测需求使经过充分混合的样品和试剂进行化学反应；其中，催化反应的方式包括但不限于使用催化剂、加热、光催化等方式。反应后的样品和试剂混合物被送入气液分离系统。
控制模块控制气路模块，气源将检测用载气压入气液分离系统，可用于检测样品中目标物质含量的特征气体被载气带出气液分离系统，混合气体通过渗水吸收干燥装置，其中易干扰测试的水汽、醇类等物质被除去，被净化后的混合气体进入吸光管中。
控制模块控制光路模块，光源发出的光照射吸光管中被载气带入的特征气体，一部分光被吸光管中的气体所吸收，剩余的光经过分光器，即滤光系统，选择待测物质吸收效应强的特征光束，其光强度被光探测器转化为对应的电信号，信号的变化可用于确定待测物质的含量。
其中，液路模块和气路模块分别与废液、废气排放收集处理系统相连，检测过程中生成的废液、废气被送入到废液、废气排放收集处理系统中，避免造成环境污染。
本实用新型通过在气液分离系统和吸光管之间设置渗水吸收干燥装置 (Nafion管)，可以有效的去除干扰检测的水、醇类；由于Nafion材料的工作原理为“渗水吸收”，其驱动力来自管内外的水汽压力梯度(即湿度差)，而非压力差或温度差，因此所能达到的除湿效果(以“露点”作为等效指标判断)远好于现有的冷凝除湿方案；由于水汽的吸收过程不存在相变因素，除湿过程对气体输送环境不产生额外的影响，不会导致气体再溶解于凝露或发生管道堵塞的情况。
以上所述仅是本实用新型专利的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型专利的保护范围。
Claims (6)
1.一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪，其特征在于，包括进样系统、样品和试剂混合系统、反应和催化反应系统、气源、气液分离系统、渗水吸收干燥装置、吸光管、光源、分光器、光探测器以及控制模块，其中，
所述的进样系统、样品和试剂混合系统、反应和催化反应系统、气液分离系统依次相连构成液路模块；
所述的气源、气液分离系统、渗水吸收干燥装置和吸光管依次相连构成气路模块，所述的渗水吸收干燥装置为Nafion管；
所述的光源、吸光管、分光器、光探测器依次相连构成光路模块；
所述控制模块用于向所述液路模块、气路模块和光路模块发送控制信号，同时也可以接受来自液路模块、气路模块和光路模块反馈的数据信号。
2.根据权利要求1所述的气相分子吸收光谱仪，其特征在于，所述液路模块和气路模块分别与废液、废气排放收集处理系统相连，检测过程中生成的废液、废气被送入到所述废液、废气排放收集处理系统中。
3.根据权利要求1所述的气相分子吸收光谱仪，其特征在于，所述Nafion管外配备循环干燥风装置，所述循环干燥风装置所供给的气流应干燥且不含Nafion管内待吸收物质，所供给的气流流速应至少为Nafion管内气流流速的2～3倍以上。
4.根据权利要求3所述的气相分子吸收光谱仪，其特征在于，所述Nafion管入气端应有加热装置，使得Nafion管入气口温度高于Nafion管外的环境温度、出气口温度等于或低于Nafion管外的环境温度。
5.根据权利要求1所述的气相分子吸收光谱仪，其特征在于，所述光路模块中的分光器为短通滤光器。
6.根据权利要求1所述的气相分子吸收光谱仪，其特征在于，所述光路模块中的光探测器为光半导体探测器或电子管探测器，所述光半导体探测器为硅光电二极管、图像传感器、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、NMOS图像传感器中的任意一种；所述电子管探测器为光电倍增管、光电管、电子倍增器、MCP中的任意一种。
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|---|---|---|---|---|
| CN106546546A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-03-29 | 北京东方安杰科技有限公司 | 一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪 |
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2016
- 2016-12-09 CN CN201621353661.3U patent/CN206353126U/zh active Active
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| CN106546546A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-03-29 | 北京东方安杰科技有限公司 | 一种使用渗水吸收干燥装置的气相分子吸收光谱仪 |
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