CN218444675U

CN218444675U - 气体取样阱

Info

Publication number: CN218444675U
Application number: CN202221099935.6U
Authority: CN
Inventors: C·米勒
Original assignee: Entegris Inc
Current assignee: Entegris Inc
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2022-05-09
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: KR20240004912A; TW202309494A; WO2022235915A1; JP2024517870A; US20220357242A1; CN115307982A; EP4334698A1

Abstract

一种气体取样阱包含第一级和第二级。所述第一级包含与含硫物质反应以产生酸性气体的金属盐。所述第二级被配置成接收在所述第一级中产生的所述酸性气体。所述第二级中的吸附衬底吸附所述酸性气体。一种对气体进行取样的方法包含将气体引导到第一级内的金属级上以产生酸性气体、将所述酸性气体引导到所述第二级中以及用吸附衬底吸附所述第二级中的所述酸性气体。一种检测气体中含硫物质的浓度的方法包含用取样阱对气体进行取样、用溶剂从所述取样阱的吸附衬底将经吸附酸性气体解吸附以及用离子色谱法测试所述溶剂。

Description

气体取样阱

技术领域

本实用新型涉及用于污染物的气体取样。确切地说，本实用新型涉及用于取样气体中以检测含硫污染物的取样阱。

背景技术

气体取样可用于化学处理、半导体制造、气体分布等以检测气流中的污染物。确切地说，气体取样可用于检测气流中通过空气传播的微污染物。可取样的气流的实例可包含但不限于经过滤空气(例如，洁净干燥空气等)、环境空气、经纯化氮气和经纯化氢气。罐取样用气体的样本填充取样罐。气体取样阱可被配置成在取样阱内仅含有所关注的特定化合物。样本罐或气体取样阱的内含物可用于确定经取样气体中污染物的浓度。

实用新型内容

在实施例中，一种气体取样阱包含第一级和第二级。所述第一级包含用于接收气流的入口以及金属盐。所述金属盐被配置成与气体中所含的含硫物质反应以产生酸性气体。所述第二级以流体方式连接到所述第一级以使得在所述第一级中产生的所述酸性气体流动到所述第二级中。所述第二级包含被配置成吸附流动通过所述第二级的所述酸性气体的吸附衬底。

在实施例中，所述金属盐与所述含硫物质的所述反应产生所述酸性气体和金属硫化合物。

在实施例中，所述金属盐包含硝酸银、乙酸锌和乙酸铜中的一或多者。

在实施例中，所述含硫物质包含硫化氢、二甲硫、二硫二甲烷、甲硫醇和甲硫醚化合物中的一或多者。

在实施例中，所述酸性气体包含硝酸和乙酸中的一或多者。

在实施例中，所述吸附衬底吸附所述酸性气体以使得所述酸性气体在10天的周期之后保持稳定地吸附到所述吸附衬底。

在实施例中，所述吸附衬底为多孔聚合物膜，所述多孔聚合物膜吸附所述酸性气体以使得所述酸性气体被截留在所述多孔聚合物膜内。

在实施例中，所述气体含有小于十亿分之400的所述含硫物质。

在实施例中，所述气体为经过滤空气、环境空气、经纯化氮气和经纯化氢气中的一者。

在实施例中，所述气体取样阱针对所述含硫物质具有至少90％的捕获效率。

在实施例中，所述第一级和所述第二级设置在单个外壳内。

在实施例中，所述气体取样阱包含设置于所述第二级中的出口以及从所述入口延伸到所述出口的流动路径。所述流动路径被配置成引导气流通过串联的所述第一级和所述第二级并且将所述第一级中产生的所述酸性气体引导到所述第二级中。

在实施例中，所述气体取样阱包含第一外壳、第二外壳以及将所述第一外壳以流体方式连接到所述第二外壳的通道。所述第一外壳含有所述第一级且包含中间出口。所述第二外壳含有所述第二级且包含中间入口。所述通道从所述中间出口延伸到所述中间入口。

在实施例中，一种方法涉及利用气体取样阱对气体进行取样，所述气体取样阱包含第一级和具有吸附衬底的第二级。所述方法包含引导气流通过串联的所述第一级和所述第二级。对所述气流的此引导包含将所述气体引导到所述第一级内的金属盐上以使所述金属盐与所述气体中的含硫物质反应以产生酸性气体。对所述气流的所述引导还包含将所述酸性气体从所述第一级引导到所述第二级中，以及用所述吸附衬底吸附流动通过所述第二级的所述酸性气体。

在实施例中，所述吸附衬底为多孔聚合物膜。对流动通过所述第二级的所述酸性气体的所述吸附包含将所述酸性气体截留在所述多孔聚合物膜内。

在实施例中，一种方法涉及检测气体中含硫物质的浓度。所述方法包含利用气体取样阱对所述气体进行取样、将所述气体取样阱与取样歧管断开连接以及引导溶剂通过第二级以将经吸附酸性气体从吸附衬底解吸附到所述溶剂中。所述方法还包含用离子色谱法测试含有经解吸附酸性气体的所述溶剂以确定所述气体中所述含硫物质的所述浓度。

附图说明

图1为气体取样系统的实施例的俯视图。

图2为根据实施例的图1中的气体取样系统的气体取样阱的俯视图。

图3为根据实施例的图2中的气体取样阱的纵向横截面视图。

图4为气体取样阱的实施例的纵向横截面视图。

图5为检测气体中含硫物质的浓度的方法的框流程图。

相同数字表示相同特征。

具体实施方式

本实用新型涉及用于污染物的气体取样。确切地说，本实用新型涉及用于取样气体中以检测污染物的气体阱。举例来说，本文中的气体取样阱被配置成对气体中通过空气传播的微污染物进行取样。

图1为气体取样系统1的俯视图。气体取样系统1包含取样歧管和多个气体取样阱20、22、24、30。气体取样系统1可对气流中的一或多个污染物进行取样。取样歧管具有歧管入口12和歧管出口14，且气体从歧管入口12流动通过取样歧管到达歧管出口14。待取样的气体F₁被供应到歧管入口12。气体F₁流动通过气体取样系统1且从出口14排出。在图式中提供虚线箭头以示出气流。举例来说，图1包含虚线箭头以示出气体F₁流动通过气体取样系统1。气体取样阱20、22、24、30在取样歧管内并联连接。当气体F₁从歧管入口12流动通过取样歧管到达歧管出口14时，所述气体流动通过并联的气体取样阱20、22、24、30。举例来说，气体F₁的相应部分被引导流动通过每一气体取样阱20、22、24、30。

气体取样阱20、22、24、30可对气体F₁中的各个组分进行取样。气体取样阱30被配置成对气体F₁中的含硫物质进行取样，如下文更详细地论述。气体取样阱20、22、24、30被配置成从取样歧管无损地断开连接(例如，拧开等)。举例来说，这允许容易地去除气体取样阱以供测试其内含物。在所示出的实施例中，气体取样系统1包含四个气体取样阱20、22、24、30。然而，应了解，在其它实施例中，气体取样系统1可具有一或多个气体取样阱。在一些实施例中，可在无取样歧管的情况下采用气体取样阱30。举例来说，气体取样阱30可在无取样歧管的情况下直接连接到气体源(未展示)。

图2为根据实施例的样本阱30的俯视图。取样阱30包含入口32和出口34。气体通过从入口32进入且从出口34离开而流动通过取样阱30。待通过取样阱30取样的气体F₁的气流(其可被称为“样本气体”)被供应到取样阱30的入口32。举例来说，取样歧管将样本气体F₁的气流提供到取样阱30的入口32。

图3为根据实施例的样本阱30的纵向横截面视图。图3中的横截面视图是沿着图2中所指示的线III-III。取样阱30为多级样本阱。如图3中所展示，取样阱30包含第一级50和第二级70。第一级50和第二级70以流体方式串联连接。取样阱30具有从入口32延伸到出口34的流动路径36。样本气体F₁通过从其入口32穿过流动路径36流动到其出口34而流动通过取样阱30。流动路径36引导样本气体F₁从入口32流动通过第一级50、从第一级50流动到第二级70且流动通过第二级70到达出口34。

在所示出的实施例中，取样阱30包含含有第一级50的第一外壳52以及含有第二级70的第二外壳72。外壳52、72可由例如聚醚醚酮(PEEK)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等刚性化学惰性聚合物制成。

如图3中所展示，第一级50包含第一外壳52，且第二级70包含第二外壳72。取样阱30包含安置于流动路径36中的入口32与出口34之间的中间出口38和中间入口40。第一级50包含入口32和中间出口38(例如，第一外壳52包含入口32和中间出口38)。第二级70包含中间入口40和出口34(例如，第二外壳72包含中间入口40和出口34)。取样阱30包含将第一外壳52连接到第二外壳72的通道42。通道42从中间出口38延伸到中间入口40(例如，将中间出口38直接附接到中间出口40)。通道42可为与第一外壳52和第二外壳72分离的零件，或与第一外壳52和第二外壳72中的一者或两者成一体。

第一级50含有金属盐。第一级50包含具有金属盐的衬底54。样本气体F₁在其流动通过第一级50时接触金属盐。金属盐被配置成与样本气体F₁中的含硫物质反应以产生酸性气体。在实施例中，酸性气体为水溶性有机酸。由金属盐与含硫物质的反应产生的酸性气体可包含例如硝酸和乙酸中的一或多者。术语“含硫物质”可指单个含硫化合物或多个含硫化合物。样本气体F₁中的含硫物质为气态。

确切地说，金属盐被配置成与存在于样本气体F₁中的反应性含硫物质反应。举例来说，此类含硫物质可包含硫化氢(H₂S)、二甲硫((CH₃)₂S)、二硫二甲烷(CH₃SSCH₃)、甲硫醇(CH₃SH)和甲硫醚化合物(RSCH₃)中的一或多者。在实施例中，甲硫醚化合物为气态甲硫醚化合物。气态甲硫醚化合物包含其中R基团为烷基的化合物。在实施例中，含硫物质包含硫化氢、二甲硫、二硫二甲烷和甲硫醇中的一或多者。反应性含硫物质不包含所属领域中一般视为化学惰性的稳定含硫物质。稳定气态含硫物质(即，不为反应性含硫物质的气态含硫物质)的实例包含二氧化硫(SO₂)、六氟化硫(SF₆)等。

金属盐被配置成与存在于样本气体F₁中的含硫物质反应以产生酸性气体和金属硫化合物。金属盐可包含例如硝酸银、乙酸锌和乙酸铜中的一或多者。金属硫化合物为产生酸性气体的副产物。在实施例中，金属化合物为形成于衬底54上的固态金属化合物。以下等式(I)为酸性气体产生反应的一个实施例的实例。

(I) 2 AgNO₃(s)+H₂S(g)→Ag₂S(s)+2 HNO₃(g)

在所示出的实施例中，衬底54为经涂布多孔聚合物膜。聚合物膜可由例如烧结高密度聚乙烯(HDPE)、烧结聚四氟乙烯(PTFE)等刚性聚合物材料制成。金属盐设置于多孔膜的表面(例如，多孔膜的孔的表面)上。在实施例中，将金属盐和溶剂(例如，非极性溶剂、水等)的溶液应用于聚合物膜材料并加以干燥。溶剂蒸发，从而在聚合物膜材料的表面(例如，膜的外部表面、膜的内部孔表面)上形成金属盐的涂层。如图3中所展示，样本气体F₁在其流动通过第一级50时流动通过多孔衬底54。举例来说，样本气体F₁在其流动通过多孔涂布膜的孔时接触金属盐。在另一实施例中，衬底54可呈经涂布粉末或经涂布颗粒的形式。举例来说，经涂布粉末/经涂布颗粒可由涂有金属盐的惰性粒子/颗粒(例如，HDPE粉末/颗粒、PTFE粉末/颗粒、硅胶等)形成。

酸性气体F₂与剩余样本气体F₃的混合物(例如，样本气体F₁减去消耗的含硫物质)流出第一级50。酸性气体F₂和样本气体F₃从第一级50流动到第二级70。如图3中所展示，第二级70以流体方式连接到第一级50以使得在第一级50中产生的酸性气体F₂流动到第二级70中。酸性气体F₂和样本气体F₃从第一外壳52流动通过通道42到达第二外壳72中。

第二级70含有吸附衬底74。酸性气体F₂与样本气体F₃的混合物在混合物流动通过第二级时接触吸附衬底74。吸附衬底74被配置成吸附酸性气体F₂。酸性气体F₂在其流动通过第二级70时吸附到吸附衬底74。当混合物流动通过第二级70时，通过吸附衬底74从酸性气体F₂与样本气体F₃的混合物吸附酸性气体F₂。

吸附衬底74为吸附在第一级50中产生的酸性气体的衬底。在实施例中，吸附衬底74为经涂布多孔聚合物膜。聚合物膜由聚合物材料制成。聚合物膜可由例如烧结高密度聚乙烯(HDPE)、烧结聚四氟乙烯(PTFE)等刚性聚合物材料制成。吸附衬底74的聚合物材料可为疏水性聚合物材料或亲水性聚合物材料。

涂层可包含在酸性气体流动通过第二级70时吸引并吸附所述酸性气体的金属盐。金属盐在酸性气体F₂流动通过吸附衬底74的孔时吸引并吸附所述酸性气体。金属盐可包含碳酸盐、碳酸氢盐和/或氢氧化物的一或多种碱土金属盐。金属盐可包含例如氢氧化钠(NaOH)、碳酸氢钠(NaHCO₃)、碳酸钠(Na₂CO₃)、氢氧化钾(KOH)等中的一或多者。

在实施例中，将金属盐和溶剂(例如，非极性溶剂)的溶液应用于聚合物膜材料并接着加以干燥。溶剂蒸发，从而在聚合物膜材料的表面(例如，聚合物膜的外部表面、聚合物膜的内部孔表面)上形成金属盐的涂层。在另一实施例中，吸附衬底74可呈经涂布粉末或经涂布颗粒的形式。举例来说，经涂布粉末/经涂布颗粒可由涂有吸附涂层(例如，金属盐涂层等)的惰性粒子/颗粒(例如，HDPE粉末/颗粒、PTFE粉末/颗粒、硅胶等)形成。

在所示出的实施例中，吸附衬底74为多孔膜。酸性气体F₂与样本气体F₃的混合物被引导通过多孔吸附衬底74。样本气体F₃穿过吸附衬底74，而酸性气体F₂吸附在吸附衬底74内。酸性气体F₂变为被截留在多孔膜内。样本气体F₃流动通过多孔吸附衬底74并接着流出第二级70(例如，样本气体F₃从吸附衬底74流出第二外壳72并且通过出口34流出取样阱30)。

吸附衬底74被配置成以稳定方式吸附酸性气体F₂。经吸附酸性气体F₂与含有反应性含硫物质的常规取样(例如，罐取样)相比在显著更长周期内保持稳定。举例来说，在常规罐取样中，气体样本保持在密封罐/器皿内，且含硫物质由于其与微量水分和容器/器皿的材料的反应性而反应/分解。酸性气体F₂在至少10天的周期之后保持稳定地吸附到吸附衬底74。在实施例中，酸性气体F₂在至少14天的周期之后保持稳定地吸附到吸附衬底74。在实施例中，酸性气体F₂在21天的周期之后保持稳定地吸附到吸附衬底74。在多级阱30的实施例的实验中，金属盐吸附衬底74与酸性气体F₂之间的化学吸附已使酸性气体F₂在被吸附之后保持稳定地吸附21天。在此情形下，“稳定地吸附”意指在环境温度下将密封的第二级存储指定时段之后，至少90％的经吸附酸性气体保持吸附。

气态取样阱30用于检测气体F₁中的含硫物质污染物。在实施例中，在气体取样系统1中采用气态取样阱30对经过滤空气、环境空气、经纯化氮气或经纯化氢气进行取样。举例来说，经纯化氮气含有至少99％的氮气且适合作为惰性气体以供用于半导体制造中。举例来说，经纯化氢气含有至少99％的氢且适合用于氢燃料电池中。举例来说，经过滤空气经过空气过滤以减少对数据中心和控制室中电子设备的腐蚀(例如，洁净干燥空气等)。

气体取样阱30被配置成对含有小于百万分之1的含硫物质的气体F₁进行取样。在一些实施例中，气体取样阱30被配置成对含有小于十亿分之400，例如小于十亿分之100，的含硫物质的气体F₁进行取样。在实施例中，气体取样阱30被配置成对含有小于十亿分之10的含硫物质的气体F₁进行取样。在实施例中，气体取样阱30被配置成对含有小于十亿分之10的含硫物质的气体F₁进行取样。在测试期间，气体取样阱30的实施例在检测到含硫物质降至万亿分之100时有效。如本文中所论述的百万分之几/十亿分之几/万亿分之几是体积比体积(例如，每体积经取样气体的含硫体积)。在一些实施例中，气体取样阱30可被配置成适应更高浓度的含硫物质(例如，通过相应地调整取样时间、金属盐的浓度等)。

图4为取样阱的另一实施例的横截面。取样阱130的所示横截面为类似于取样阱30的图3中所示横截面的取样阱的纵向二等分。取样阱130为用于含硫物质的多级取样阱。类似于图1至3中的取样阱30，取样阱130用于测量样本气体中反应性含硫物质的浓度。在实施例中，在气体取样系统(例如，气体取样系统1)中采用取样阱130。取样阱130可连接到气体取样系统(例如，取样歧管)的取样歧管中。在实施例中，取样阱130可代替图1的气体取样系统1中的取样阱30而使用。

如图4中所展示，取样阱130包含入口132、出口134、第一级150和第二级170。取样阱130通常以与图3中的取样阱30类似的方式起作用。举例来说，样本气体F₁的气流被供应到取样阱130的入口132，通过流动通过串联的第一级150和第二级170而流动通过取样阱132，并且接着通过出口134流出取样阱130。取样阱130的第一级150和第二级170以类似于上文针对图3中的取样阱30的第一级50和第二级70所描述的方式起作用。第一级150含有与样本气体F₁中的含硫物质反应以产生酸性气体F₂的金属盐(例如，包含于第一级150的衬底154中)。所产生的酸性气体F₂与样本气体F₃的混合物(例如，样本气体F₁减去消耗的含硫物质)流动到第二级170中，且酸性气体在第二级170中由吸附衬底174吸附。取样阱130中的金属盐、衬底154和吸附衬底174可具有与上文所论述的取样阱30的金属盐、衬底54和吸附衬底74类似的特征。

如图4中所展示，取样阱130包含单个外壳136。第一级150和第二级170设置于单个外壳136内。金属盐(例如，具有金属盐的衬底154)和吸附衬底174包含于相同外壳136内。在外壳136内，金属盐衬底154安置于外壳136的入口132与吸附衬底174之间，并且吸附衬底154安置于金属盐(例如，具有金属盐的衬底154)与外壳136的出口134之间。在取样阱130的流动路径中，金属盐(例如，具有金属盐的衬底154)和吸附衬底174在入口132的下游，并且吸附衬底174在金属盐的下游以使得在第一级150中产生的酸性气体流动到第二级170中。举例来说，样本气体F₁、F₃流动通过取样阱130会使金属盐衬底154处产生的酸性气体F₂在第二级170中流动到吸附衬底174。

图5展示检测气体内含硫物质的浓度的方法1000的框流程图。所述方法开始于1100。在1100处，用气体取样阱对气体(例如，样本气体F₁)进行取样。举例来说，在1100处的气体取样可利用图1至3中的气体取样阱30或图4中的气体取样阱130。在1110处的气体取样可采用气体取样阱来对取样歧管(例如，取样歧管10)中的气体进行取样。在1110处通过气体取样阱对气体进行取样一段时间(例如，一次移位、6小时、8小时等)。气体取样阱包含第一级(例如，第一级50、第一级150)和第二级(例如，第二级70、170)。

在1100处的气体取样可包含引导气流通过串联的第一级和第二级1110。在1110处对气流的引导包含1112、1114和1116。对气流的引导1110开始于1112处。在1112处，将气体引导到第一级内的金属盐上以使金属盐与气体中所含的含硫物质反应以产生酸性气体(例如，酸性气体F₂)。在实施例中，第二级可包含具有金属盐的衬底(例如，衬底54、衬底154)，并且将气体引导到金属盐上1112可包含引导气体通过衬底(例如，通过金属盐涂布的聚合物膜)。方法1000接着前进到1114。

在1114处，将第一级中产生的酸性气体引导到第二级。方法1000接着前进到1116。

在1116处，流动通过第二级的酸性气体由第二级中所含的吸附衬底(例如，吸附衬底74、吸附衬底174)吸附。在实施例中，吸附衬底为多孔聚合物膜，且在1116处对酸性气体的吸附可包含将酸性气体截留在聚合物膜内。方法1100前进到1200。

在1200处，将取样阱断开连接。在实施例中，将取样阱断开连接1200包含将取样阱与取样歧管(例如，取样歧管)断开连接。在另一实施例中，将取样阱断开连接1200包含将取样歧管1200与气体源断开连接(例如，将歧管入口12和歧管出口14与气体源断开连接)。在另一实施例中，将取样阱断开连接1200包含将取样阱与气体源断开连接(例如，将取样阱的入口32和出口34与气体源断开连接)。断开连接的取样阱或断开连接的取样歧管(其包含取样阱)可接着被运输到场外测试设施，例如测试实验室。将取样阱断开连接1200可包含密封断开连接的取样阱或断开连接的取样歧管的入口和出口(例如，将入口32和出口34封盖、将歧管入口12和歧管出口14封盖)。举例来说，这可防止在运输期间对取样阱产生污染。在实施例中，从发生取样1100的位置处场外执行1200之后的步骤。方法1000接着前进到1300。

在1300处，将溶剂引导通过第二级。举例来说，溶剂穿过安置于第二级中的多孔吸附衬底。吸附衬底被配置成以允许溶剂将经吸附酸性气体解吸附的方式来吸附酸性气体。溶剂可包含使经吸附酸性气体从吸附衬底解吸附的液体极性溶剂(例如，水、甲醇等)。举例来说，溶剂破坏经吸附酸性酸与吸附衬底之间的吸附/吸引力。在被引导通过第二级之后，溶剂含有经解吸附酸性气体。举例来说，经解吸附酸性气体为液体(例如，液体乙酸、液体硝酸等)且通过与溶剂混合而含于溶剂中。方法1000接着前进到1400。

在1400处，用离子色谱法测试含有经解吸附酸性气体的溶剂以确定经取样气体中含硫物质的浓度。在1400处用离子色谱法测试含有经解吸附酸性酸的溶剂包含用离子色谱法测试溶剂以确定溶剂中所含的经解吸附酸性气体的量(例如，溶剂中经解吸附酸性酸的浓度×溶剂总量)。溶剂中经解吸附酸性气体的量与在1116处由吸附衬底吸附的酸性气体的量一致(例如，经解吸附酸性气体的量＝由吸附衬底吸附的酸性酸的量)。经吸附酸性气体的量可用于计算从经取样气体消耗的含硫物质的总量(例如，1摩尔的含硫物质产生1摩尔的酸性气体等)。经取样气体中含硫物质的浓度可基于所消耗含硫物质的总量和1100处所取样的气体的已知体积来计算(例如，所消耗含硫物质的量/所取样的气体的量、所消耗含硫物质的体积/所取样的气体的体积)。举例来说，基于被记录、具有标准化取样条件(例如，标准取样时间、流动速率、压力等)或取样条件被记录，在1100处所取样的气体的体积是已知的。

经吸附酸性气体的稳定性允许在1100处的取样与在1300和1400处的取样阱的测试之间的时间更长，而准确度无显著损耗。举例来说，所述稳定性允许以下情况：将取样阱从取样位置运输到测试设施(例如，国际装运、不加快装运、装运延迟等)要花费更长时间。对取样阱的国际装运可通常装载多于10天，且可在许多情况下花费长于14天。

可使用等式(II)确定取样阱的捕获效率(CE)：

(II)

举例来说，等式(II)中的“基于测量的经吸附酸性气体的预期含硫物质浓度”可为如通过具有化学发光的离子色谱法所测量的经吸附酸性气体的量。可用重量分析法测量式(II)中的“气体样本中含硫物质的已知浓度”。替代地，还可使用等式(III)来确定捕获效率：

捕获效率测量取样阱的性能，且比较由阱捕获的含硫物质的量相对于穿过阱的气流中的量。举例来说，已发现取样阱30具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％或至少95％的初始捕获效率。在测试中，多级取样阱30的实施例具有至少93.3％的初始捕获效率。多级取样阱30的测试实施例利用用于第一级50中的衬底54的硝酸银涂布的多孔膜或硝酸银涂布的硅胶以及用于吸附衬底74的氢氧化钠或氢氧化钾涂布的疏水性膜。

样本阱具有有限容量，其涉及样本阱能够取样多少小时，且捕获效率随着样本阱捕获污染物而随时间逐渐降低。出于此原因，通常在特定捕获效率下限定样本阱的容量，所述容量充当实际操作极限。更确切地说，容量被限定为样本阱可容纳的按重量计的污染物(即含硫物质)的绝对量，且典型单位为十亿分之几小时(ppb-hr)——时间和挑战浓度的乘积。容量可取决于例如浓度、气流、温度和相对湿度，且可进一步取决于污染物与样本阱介质之间的化学或物理相互作用，例如处理浓度。通常，在特定捕获效率下限定容量。举例来说，已发现本文所公开的样本阱在90％捕获效率下具有至少100ppb-hr的容量，例如在90％捕获效率下至少150ppb-hr、至少200ppb-hr或至少约250ppb-hr。

作为特定实例，将具有已知浓度硫化氢(H₂S)的气流引入到其中插入硝酸银处理的多孔玻璃料的样本阱的外壳的入口中。允许硫化氢气流从外壳的入口穿过处理的玻璃料，其中与硝酸银发生反应以产生硫化银流出物。所述流出物接着离开外壳的出口，并且每十五分钟记录出口硫浓度。接着使用等式(III)来计算容量。结果展示于下表1中。

表1

样本阱1	样本阱2	样本阱3
			0.1M AgNO<sub>3</sub>	0.1M AgNO<sub>3</sub>	0.5M AgNO<sub>3</sub>
<10％RH	45％RH	<10％RH
			100	100	250

在9-％捕获效率(ppb-hr)下记录容量值。如数据展示，发现样本阱的容量与气流的相对湿度无关(使用经校准比重计测量)。然而，硝酸银处理越高，样本阱容量越高。

还确定含硫气体浓度值相对于实际浓度值的准确度和精度。在此实例中，已知浓度的硫化氢产生且穿过包含硝酸银处理的多孔玻璃料的样本阱。接着用离子色谱法测量所得流出物。然后将平均计算的硫化氢值(ppb-体积)与已知值进行比较。结果展示于表2中。

表2

方面：

方面1至13中的任一者可与方面14至20中的任一者组合。

方面1.一种气体取样阱，其包括：第一级，其包含用于接收气流的入口，所述第一级含有被配置成与气体中所含的含硫物质反应以产生酸性气体的金属盐；以及第二级，其以流体方式连接到所述第一级以使得在所述第一级中产生的所述酸性气体流动到所述第二级中，所述第二级含有被配置成吸附流动通过所述第二级的所述酸性气体的吸附衬底。

方面2.根据方面1所述的气体取样阱，其中所述金属盐与所述含硫物质的所述反应产生所述酸性气体和金属硫化合物。

方面3.根据方面1或2中任一项所述的气体取样阱，其中所述金属盐包含硝酸银、乙酸锌和乙酸铜中的一或多者。

方面4.根据方面1至3中任一项所述的气体取样阱，其中所述含硫物质包含硫化氢、二甲硫、二硫二甲烷、甲硫醇和甲硫醚化合物中的一或多者。

方面5.根据方面1至4中任一项所述的气体取样阱，其中所述酸性气体包含硝酸和乙酸中的一或多者。

方面6.根据方面1至5中任一项所述的气体取样阱，其中所述吸附衬底吸附所述酸性气体以使得所述酸性气体在10天的周期之后保持稳定地吸附到所述吸附衬底。

方面7.根据方面1至6中任一项所述的气体取样阱，其中所述吸附衬底为多孔聚合物膜，所述多孔聚合物膜吸附所述酸性气体以使得所述酸性气体被截留在所述多孔聚合物膜内。

方面8.根据方面1至7中任一项所述的气体取样阱，其中所述气体含有小于十亿分之400的所述含硫物质。

方面9.根据方面1至8中任一项所述的气体取样阱，其中所述气体为经过滤空气、环境空气、经纯化氮气和经纯化氢气中的一者。

方面10.根据方面1至9中任一项所述的气体取样阱，其中所述气体取样阱针对所述含硫物质具有至少90％的初始捕获效率。

方面11.根据方面10所述的气体取样阱，其中所述气体取样阱在90％的捕获效率下具有至少100ppb-hr的容量。

方面12.根据方面1至10中任一项所述的气体取样阱，其中所述第一级和所述第二级设置在单个外壳内。

方面13.根据方面1至11中任一项所述的气体取样阱，其进一步包括：设置于所述第二级中的出口；以及从所述入口延伸到所述出口的流动路径，所述流动路径被配置成引导所述气流通过串联的所述第一级和所述第二级并且将所述第一级中产生的所述酸性气体引导到所述第二级中。

方面14.根据方面1至10和12中任一项所述的气体取样阱，其包括：含有所述第一级的第一外壳，所述第一外壳包含中间出口；含有所述第二级的第二外壳，所述第二外壳包含中间入口；以及将所述第一外壳以流体方式连接到所述第二外壳的通道，所述通道从所述中间出口延伸到所述中间入口。

方面15.一种利用气体取样阱对气体进行取样的方法，所述气体取样阱包含第一级和第二级，所述方法包括：引导气流通过串联的所述第一级和所述第二级，其中对所述气流的所述引导包含：将所述气体引导到所述第一级内的金属盐上以使所述金属盐与所述气体中所含的含硫物质反应以产生酸性气体，将所述酸性气体从所述第一级引导到所述第二级中，以及用所述第二级中所含的吸附衬底吸附流动通过所述第二级的所述酸性气体。

方面16.根据方面14所述的方法，其中所述金属盐包含硝酸银、乙酸锌和乙酸铜中的一或多者。

方面17.根据方面14和15中任一项所述的方法，其中所述酸性气体包含硝酸和乙酸中的一或多者。

方面18.根据方面14至16中任一项所述的方法，其中所述含硫物质包含硫化氢、二甲硫、二硫二甲烷、甲硫醇和甲硫醚化合物中的一或多者。

方面19.根据方面14至17中任一项所述的方法，其中所述吸附衬底吸附所述酸性气体以使得所述酸性气体在10天的周期之后保持稳定地吸附到所述吸附衬底。

方面20.根据方面14至18中任一项所述的方法，其中所述吸附衬底为多孔聚合物膜，其中对所述酸性气体的所述吸附包含将所述酸性气体截留在所述多孔聚合物膜内。

方面21.一种检测气体中含硫物质的浓度的方法，所述方法包括：根据方面14至19中任一项所述的方法利用气体取样阱对气体进行取样；将所述气体取样阱与取样歧管断开连接；引导溶剂通过第二级，所述溶剂将吸附于吸附衬底中的酸性气体解吸附到所述溶剂中；以及用离子色谱法测试含有经解吸附酸性气体的所述溶剂以确定所述气体中所述含硫物质的浓度。

本实用新型中公开的实例在所有方面中都被视为说明性和非限制性的。本实用新型的范围是由所附权利要求书而不是由前述描述来指定的；且其中打算涵盖在所述权利要求书的等效含义和范围之内的所有变化。

Claims

1.一种气体取样阱，其特征在于其包括：

第一级，其包含用于接收气流的入口，所述第一级含有被配置成与气体中所含的含硫物质反应以产生酸性气体的金属盐；以及

第二级，其以流体方式连接到所述第一级以使得在所述第一级中产生的所述酸性气体流动到所述第二级中，所述第二级含有被配置成吸附流动通过所述第二级的所述酸性气体的吸附衬底。

2.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于所述金属盐与所述含硫物质的所述反应产生所述酸性气体和金属硫化合物。

3.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于所述金属盐包含硝酸银、乙酸锌或乙酸铜。

4.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于所述吸附衬底吸附所述酸性气体以使得所述酸性气体在10天的周期之后保持稳定地吸附到所述吸附衬底。

5.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于所述吸附衬底为多孔聚合物膜，所述多孔聚合物膜吸附所述酸性气体以使得所述酸性气体被截留在所述多孔聚合物膜内。

6.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于所述气体取样阱针对所述含硫物质具有至少90％的初始捕获效率。

7.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于所述气体取样阱在90％的捕获效率下具有至少100ppb-hr的容量。

8.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于所述第一级和所述第二级设置在单个外壳内。

9.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于其进一步包括：

出口，其设置于所述第二级中；以及

流动路径，其从所述入口延伸到所述出口，所述流动路径被配置成引导所述气流通过串联的所述第一级和所述第二级且将所述第一级中产生的所述酸性气体引导到所述第二级中。

10.根据权利要求1所述的气体取样阱，其特征在于其包括：

第一外壳，其含有所述第一级，所述第一外壳包含中间出口；

第二外壳，其含有所述第二级，所述第二外壳包含中间入口；以及

通道，其将所述第一外壳以流体方式连接到所述第二外壳，所述通道从所述中间出口延伸到所述中间入口。