CN212301293U - 一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，包括无需氢气危险气源，无需氢气危险气源一端连接光声光谱负压测量单元的输入端，光声光谱负压测量单元的输出端连接气路切换单元的输入端，气路切换单元一侧的输出端连接光声光谱原理检测单元的输入端。本基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，无需氢气危险气源，不使用氢气作为辅助气体，保证实验室设备的安全性，光声池的负压状态可以使得有限质量的气体吸收光谱变窄，吸收强度变大，可以有效提高检测灵敏度，色谱，气敏原件和温控器，对气体分离的色谱柱进行有效的温度控制，降温装置可以使整个装置操作完之后进行降温。

Description

一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备

技术领域

本实用新型涉及实验室设备技术领域，具体为一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备。

背景技术

传统的实验室气相色谱仪，是利用色谱柱容纳于内部的恒温箱，再利用高纯氮气作为载体，将需要分析的气体样品通过高纯氮气进入色谱柱内进行气体组分分离，以及配置于设备内部的检测器来检测一段段分离出来的气体组分；而常规的检测器的原理为FID(氢火焰离子化检测器)，这样就需要氢气作为能源燃烧，还需要空气作为助燃剂，作为实验室设备相对复杂，而且在氢气作为能源燃烧存在明火在实验室相对有一定危险性，对与较高的实验室管理无法允许存在这样的危险源，而且在实验室气相色谱仪的使用过程当中每次测量前都需要进行涉笔校准，操作较为复杂，分析时间周期较长，当校准的标准气体重新更换之后需要设定相应的参数设置，对于刚进入实验室的操作人员容易误操作，氢气燃烧炉的位置的温度较高，操作人员维护时难免会被烫伤；而且在设备检测结束之后需要用载气来降低温度处理来延长使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，具有无需氢气危险气源，不使用氢气作为辅助气体，保证实验室设备的安全性，光声池的负压状态可以使得有限质量的气体吸收光谱变窄，吸收强度变大，可以有效提高检测灵敏度，色谱，气敏原件和温控器，对气体分离的色谱柱进行有效的温度控制，降温装置可以使整个装置操作完之后进行降温的优点，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，包括无需氢气危险气源，无需氢气危险气源一端连接光声光谱负压测量单元的输入端，光声光谱负压测量单元的输出端连接气路切换单元的输入端，气路切换单元一侧的输出端连接光声光谱原理检测单元的输入端，气路切换单元另一侧的输出端连接气相色谱法载气单元的输入端，气相色谱法载气单元的输出端连接气相色谱法检测单元的输入端，气相色谱法检测单元的输出端连接数据处理单元，设备检测结束之后通入降温装置；

所述气路切换单元包括气压表、光声池、电磁三通阀、电磁两通阀、真空泵和气管，气压表连接光声池，光声池与电磁三通阀相连通，电磁三通阀相连通的端部连接电磁两通阀，电磁两通阀远离电磁三通阀的一端安装气管，气管的端部设有真空泵；

所述光声光谱原理检测单元包括进气口、信号发生器、激光器、光前准直器、谐振器、微音器、锁相放大器、信号采集卡和出气口，进气口连接谐振器，谐振器连接光前准直器，光前准直器的输出端连接激光器，激光器的光源连接信号发生器，信号发生器与锁相放大器连接，锁相放大器的输出端连接信号采集卡，信号采集卡连接微音器，微音器安装在谐振器上，谐振器的一侧设置出气口；

所述气相色谱法检测单元包括温控器、色谱柱进气口、色谱柱、气敏元件、电桥检测器和色谱柱出气口，温控器上设置色谱柱进气口，色谱柱进气口连接色谱柱的端头，色谱柱的端尾安装气敏元件，气敏元件连接电桥检测器，温控器的底部设有色谱柱出气口；

所述降温装置包括平衡支架、车轮、装载板、载气储存罐、冷却剂连接管、温度感应装置、把手、显示器和控制设备支架，平衡支架固定车轮，平衡支架上安装装载板，装载板的一侧设有载气储存罐，载气储存罐的上方设置冷却剂连接管，冷却剂连接管的上方设有温度感应装置，装载板的端部安装把手，装载板的上表面连接控制设备支架，控制设备支架的端部固定显示器。

优选的，所述气路切换单元与光声光谱原理检测单元之间互相连通。

优选的，所述微音器与光声池连接。

优选的，所述冷却剂连接管与温度感应装置均安装在装载板上，且处于平行位置。

优选的，所述载气储存罐与冷却剂连接管通过管路连接，且管路为一种强化低温的构件。

优选的，所述气相色谱法检测单元通过降温装置与冷却剂连接管连接。

优选的，所述气敏元件与色谱柱出气口连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，无需氢气危险气源，不使用氢气作为辅助气体，保证实验室设备的安全性，光声池的负压状态可以使得有限质量的气体吸收光谱变窄，吸收强度变大，可以有效提高检测灵敏度，色谱，气敏原件和温控器，对气体分离的色谱柱进行有效的温度控制，降温装置可以使整个装置操作完之后进行降温。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构流程图；

图2为本实用新型气路切换单元的流程图；

图3为本实用新型光声光谱原理检测单元的流程图；

图4为本实用新型气相色谱法检测单元的结构图；

图5为本实用新型降温装置的正视图；

图6为本实用新型降温装置的侧视图。

图中：1、无需氢气危险气源；2、光声光谱负压测量单元；3、气路切换单元；31、气压表；32、光声池；33、电磁三通阀；34、电磁两通阀；35、真空泵；36、气管；4、光声光谱原理检测单元；41、进气口；42、信号发生器；43、激光器；44、光前准直器；45、谐振器；46、微音器；47、锁相放大器；48、信号采集卡；49、出气口；5、气相色谱法载气单元；6、气相色谱法检测单元；61、温控器；62、色谱柱进气口；63、色谱柱；64、气敏元件；65、电桥检测器；66、色谱柱出气口；7、数据处理单元；8、降温装置；81、平衡支架；82、车轮；83、装载板；84、载气储存罐；85、冷却剂连接管；86、温度感应装置；87、把手；88、显示器；89、控制设备支架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，包括无需氢气危险气源1，不使用氢气作为辅助气体，保证实验室设备的安全性，无需氢气危险气源1一端连接光声光谱负压测量单元2的输入端，光声光谱负压测量单元2的输出端连接气路切换单元3的输入端，气路切换单元3的输出端一侧连接光声光谱原理检测单元4的输入端，气路切换单元3另一侧的输出端连接气相色谱法载气单元5的输入端，气相色谱法载气单元5的输出端连接气相色谱法检测单元6的输入端，采用分时测量，首先通过测量过程不损耗被测气体的光声光谱原理检测单元4，检测过程中被测气体浓度不变，之后被测气样通过气路切换单元3转移至气相色谱法检测单元6进行测量，气相色谱法检测单元6的输出端连接数据处理单元7，设备检测结束之后通入降温装置8。

请参阅图2，气路切换单元3包括气压表31、光声池32、电磁三通阀33、电磁两通阀34、真空泵35和气管36，被测样本气体通过气路切换单元3进行切换，气压表31连接光声池32，样本气体首先进入光声池32，通过光声光谱原理检测单元4测量完成之后，然后转移至气相色谱模块测量，光声池32与电磁三通阀33相连通，电磁三通阀33相连通的端部连接电磁两通阀34，电磁两通阀34远离电磁三通阀33的一端安装气管36，气管36的端部设有真空泵35。

请参阅图3，光声光谱原理检测单元4包括进气口41、信号发生器42、激光器43、光前准直器44、谐振器45、微音器46、锁相放大器47、信号采集卡48和出气口49，进气口41连接谐振器45，谐振器45连接光前准直器44，光前准直器44的输出端连接激光器43，激光器43用于发射近红外对应被测气体吸波长的激光，利用光声技术检测微量气体浓度，要求使用单色光源且功率足够大，单色光源是波长和被测气体相同的窄线宽的DFB激光器43，激光器43的光源连接信号发生器42，信号发生器42与锁相放大器47连接，锁相放大器47的输出端连接信号采集卡48，信号采集卡48连接微音器46，微音器46与光声池32连接，用于提取微音器46输出电信号中和信号发生器42调制信号完全相同频率和相位的频率信号，并滤除其他信号，微音器46安装在谐振器45上，谐振器45具有制作简单、实用、灵敏度高等特点，谐振器45的一侧设置出气口49，光声光谱原理检测单元4检测近红外波长存在明显光谱吸收的气体，使用光声光谱原理，气路切换单元3与光声光谱原理检测单元4之间互相连通，形成循环效果，气体进入光声池32之前，对光声池32抽气形成负压真空，当被测气样进入光声池32中，光声池32仍然是负压状态，这样可以使得有限质量的气体吸收光谱变窄，吸收强度变大，可以有效提高检测灵敏度。

请参阅图4，气相色谱法检测单元6包括温控器61、色谱柱进气口62、色谱柱63、气敏元件64、电桥检测器65和色谱柱出气口66，温控器61同时对色谱柱63和气敏元件64的温度进行恒温控制，保持固65℃的工作温度，这个温度为色谱柱63工作的最佳温度，温控器61上设置色谱柱进气口62，色谱柱进气口62连接色谱柱63的端头，色谱柱63的端尾安装气敏元件64，色谱柱63内填充有固体吸附剂或液体溶剂，测样本气体在色谱柱进气口62注入，载气在分析过程中是连续地以一定流速流过色谱柱63的，载气为纯净氮气，样气在载气的带动下，以固定的柱前压力进入进入色谱柱进气口62，从色谱柱出气口66排出，色谱柱出气口66压力为正常大气压，柱前压力在设定为0.04-0.06Mpa，气敏元件64连接电桥检测器65，温控器61的底部设有色谱柱出气口66，气敏元件64与色谱柱出气口66连接，被测气体浓度由气敏元件64转换为气敏元件64电阻值信号，气相色谱法检测单元6检测近红外波长不存在明显光谱吸收的气体，例如氢气、氮气，内部包含色谱柱63，气敏元件64和温控器61，对气体分离的色谱柱63进行有效的温度控制，无需氢气做能源燃料。

请参阅图5-6，降温装置8包括平衡支架81、车轮82、装载板83、载气储存罐84、冷却剂连接管85、温度感应装置86、把手87、显示器88和控制设备支架89，平衡支架81固定车轮82，平衡支架81上安装装载板83，装载板83的一侧设有载气储存罐84，载气储存罐84的上方设置冷却剂连接管85，冷却剂连接管85与温度感应装置86均安装在装载板83上，且处于平行位置，冷却剂连接管85的上方设有温度感应装置86，装载板83的端部安装把手87，装载板83的上表面连接控制设备支架89，控制设备支架89的端部固定显示器88，气相色谱法检测单元6通过降温装置8与冷却剂连接管85连接，降温装置8内产生纯净氮气或者类似惰性气体，无须氢气。

综上所述，本基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，无需氢气危险气源1，不使用氢气作为辅助气体，保证实验室设备的安全性，光声池32的负压状态可以使得有限质量的气体吸收光谱变窄，吸收强度变大，可以有效提高检测灵敏度，色谱柱63，气敏元件64和温控器61，对气体分离的色谱柱63进行有效的温度控制，降温装置8可以使整个装置操作完之后进行降温。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，包括无需氢气危险气源(1)，其特征在于：所述无需氢气危险气源(1)一端连接光声光谱负压测量单元(2)的输入端，光声光谱负压测量单元(2)的输出端连接气路切换单元(3)的输入端，气路切换单元(3)一侧的输出端连接光声光谱原理检测单元(4)的输入端，气路切换单元(3)另一侧的输出端连接气相色谱法载气单元(5)的输入端，气相色谱法载气单元(5)的输出端连接气相色谱法检测单元(6)的输入端，气相色谱法检测单元(6)的输出端连接数据处理单元(7)，设备检测结束之后通入降温装置(8)；

所述气路切换单元(3)包括气压表(31)、光声池(32)、电磁三通阀(33)、电磁两通阀(34)、真空泵(35)和气管(36)，气压表(31)连接光声池(32)，光声池(32)与电磁三通阀(33)相连通，电磁三通阀(33)相连通的端部连接电磁两通阀(34)，电磁两通阀(34)远离电磁三通阀(33)的一端安装气管(36)，气管(36)的端部设有真空泵(35)；

所述光声光谱原理检测单元(4)包括进气口(41)、信号发生器(42)、激光器(43)、光前准直器(44)、谐振器(45)、微音器(46)、锁相放大器(47)、信号采集卡(48)和出气口(49)，进气口(41)连接谐振器(45)，谐振器(45)连接光前准直器(44)，光前准直器(44)的输出端连接激光器(43)，激光器(43)的光源连接信号发生器(42)，信号发生器(42)与锁相放大器(47)连接，锁相放大器(47)的输出端连接信号采集卡(48)，信号采集卡(48)连接微音器(46)，微音器(46)安装在谐振器(45)上，谐振器(45)的一侧设置出气口(49)；

所述气相色谱法检测单元(6)包括温控器(61)、色谱柱进气口(62)、色谱柱(63)、气敏元件(64)、电桥检测器(65)和色谱柱出气口(66)，温控器(61)上设置色谱柱进气口(62)，色谱柱进气口(62)连接色谱柱(63)的端头，色谱柱(63)的端尾安装气敏元件(64)，气敏元件(64)连接电桥检测器(65)，温控器(61)的底部设有色谱柱出气口(66)；

所述降温装置(8)包括平衡支架(81)、车轮(82)、装载板(83)、载气储存罐(84)、冷却剂连接管(85)、温度感应装置(86)、把手(87)、显示器(88)和控制设备支架(89)，平衡支架(81)固定车轮(82)，平衡支架(81)上安装装载板(83)，装载板(83)的一侧设有载气储存罐(84)，载气储存罐(84)的上方设置冷却剂连接管(85)，冷却剂连接管(85)的上方设有温度感应装置(86)，装载板(83)的端部安装把手(87)，装载板(83)的上表面连接控制设备支架(89)，控制设备支架(89)的端部固定显示器(88)。

2.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，其特征在于：所述气路切换单元(3)与光声光谱原理检测单元(4)之间互相连通。

3.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，其特征在于：所述微音器(46)与光声池(32)连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，其特征在于：所述冷却剂连接管(85)与温度感应装置(86)均安装在装载板(83)上，且处于平行位置。

5.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，其特征在于：所述载气储存罐(84)与冷却剂连接管(85)通过管路连接，且管路为一种强化低温的构件。

6.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，其特征在于：所述气相色谱法检测单元(6)通过降温装置(8)与冷却剂连接管(85)连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理检测微量气体的模块化实验室设备，其特征在于：所述气敏元件(64)与色谱柱出气口(66)连接。

Images