CN220552663U - 一种负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，包括依次相接的大气采样罐、负压取样系统、取样环和双色谱系统，双色谱系统包括第一色谱系统和第二色谱系统，第一色谱系统包括第一色谱柱、第一镍转化炉和第一FID检测器，第二色谱系统包括第二色谱柱、第二镍转化炉和第二FID检测器，负压取样系统用于将大气采样罐的待测气体调至恒定压力，取样环用于采集负压取样系统的固定体积待测气体并分别导入第一色谱系统和第二色谱系统。其结构简单，操作方便，取样精确，切换快速，分析效率高。
Description
技术领域
本实用新型用于大气痕量气体分析技术领域，特别是涉及一种负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统。
背景技术
甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)可以吸收红外辐射，致使大气增温，是非常重要的温室气体。甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)可以影响着对流层羟基自由基的浓度，从而影响大气氧化性，也是产生对流层臭氧的重要因子。准确测量大气中甲烷、一氧化碳、二氧化碳的含量有助于评估其温室效应作用，深入理解其大气化学过程。
罐采样是常用的一种大气采样方式。由于其野外采样简单、样品可重复分析、分析精度高、回收率好等特点，罐采样被广泛用于大气挥发性有机物的分析，也可用于大气甲烷、一氧化碳、二氧化碳的分析。然而由于罐体不可压缩，其中气体样品常处于负压状态，然而目前商业甲烷、一氧化碳、二氧化碳分析仪器多适用于常压环境，无法对负压罐中甲烷、一氧化碳、二氧化碳进行直接取样分析。现有技术中也出现了能够分析采样罐中大气甲烷和一氧化碳的方法，但由于二氧化碳分析与甲烷、一氧化碳分析所需要的色谱柱、色谱温度、载气流量等差异较大，使得二氧化碳的分析无法与甲烷、一氧化碳同时分析。之前的实践中，一般需要先完成甲烷和一氧化碳分析，然后气相色谱停机更换色谱柱等条件后再分析二氧化碳，每个样品需重复分析两次，费时费力。亟需开发一种结构简单、连接方便、切换快速的系统和方法，实现大气甲烷、一氧化碳、二氧化碳在不同色谱条件下的高效准确分析。
实用新型内容
本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，包括依次相接的大气采样罐、负压取样系统、取样环和双色谱系统，所述双色谱系统包括第一色谱系统和第二色谱系统，所述第一色谱系统包括第一色谱柱、第一镍转化炉和第一FID检测器，所述第二色谱系统包括第二色谱柱、第二镍转化炉和第二FID检测器，所述负压取样系统用于将所述大气采样罐的待测气体调至恒定压力，所述取样环用于采集所述负压取样系统的固定体积待测气体并分别导入所述第一色谱系统和第二色谱系统。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述负压取样系统包括主管路、真空规及显示装置、压力表和真空泵，所述大气采样罐、真空规及显示装置、压力表、真空泵分别与所述主管路相接。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述大气采样罐包括第一大气采样罐和第二大气采样罐，所述第一大气采样罐配备有阀C，所述第二大气采样罐配备有阀G。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述主管路从首端到末端依次分布有第一连接点、第二连接点、第三连接点，所述真空规及显示装置与第一连接点之间设有阀A，所述第一大气采样罐与第一连接点之间设有阀B，所述第二大气采样罐与所述第二连接点之间设有阀F，所述真空泵与第三连接点之间设有阀J，所述取样环与第三连接点之间设有阀K，所述第一连接点和第二连接点之间设有阀D，第二连接点和第三连接点之间设有阀H，所述压力表的一端与第二连接点之间设有阀E，另一端与第三连接点之间设有阀I。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述取样环的后侧设有切换阀，所述切换阀用于所述取样环在所述第一色谱系统和第二色谱系统间切换，所述取样环包括八通阀L、定量环A和定量环B，所述定量环A和定量环B通过八通阀L的转换，当定量环A接入负压取样系统时，定量环B接入双色谱系统，当定量环A接入双色谱系统时，定量环B接入负压取样系统。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述第一色谱系统还包括第一气相色谱、第一GC工作站和第一四通阀，所述第一色谱柱、第一四通阀、第一镍转化炉、第一FID检测器依次相接，所述第二色谱系统还包括第二气相色谱、第二GC工作站和第二四通阀，所述第二色谱柱、第二四通阀、第二镍转化炉、第二FID检测器依次相接。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述切换阀为六通阀M。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述取样环包括第一取样环和第二取样环，所述第一取样环与所述阀K之间设有阀R，所述第一取样环用于采集所述负压取样系统的固定体积待测气体并导入所述第一色谱系统，所述第二取样环与所述阀K之间设有阀S，所述第二取样环用于采集所述负压取样系统的固定体积待测气体并导入所述第二色谱系统。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述第一取样环包括八通阀P、定量环C和定量环D，所述定量环C和定量环D通过八通阀P转换，当定量环C接入负压取样系统时，定量环D接入第一色谱系统，当定量环C接入第一色谱系统时，定量环D接入负压取样系统。
结合上述实现方式，在某些实现方式中，所述第二取样环包括八通阀Q、定量环E和定量环F，所述定量环E和定量环F通过八通阀Q转换，当定量环E接入负压取样系统时，定量环F接入第二色谱系统，当定量环E接入第二色谱系统时，定量环F接入负压取样系统。
上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
1、双色谱系统的使用可以保证一个色谱系统进行甲烷和一氧化碳的分离定量的同时，另一个色谱系统进行二氧化碳的分离定量，使得甲烷/一氧化碳与二氧化碳的分离定量可以同时进行，相互独立，互不干扰，从而加快了样品的分析速度。
2、本系统能满足Summa采样罐等负压状态下样品中CH4、CO、CO2的准确定量：工作曲线线性相关系数大于0.99，准确度和精密度均小于0.5％，CH4、CO和CO2检测限低于30ppbv。
3、确定体积定量环和高精度压力表的使用能够大大降低进样量的误差，从而保证系统分析结果的准确性和重现性。
4、分析速度快：八通阀和两个定量环的使用，可以保证一个定量环进行色谱分离和定量分析的同时，另一个定量环进行管路清洗及样品定量，加快了样品分析速度，平均12分钟可以完成一个样品的CH4、CO和CO2的分析。
5、表面钝化处理过的管线能够大大降低管线对目标化合物的吸附影响。
6、真空泵和真空规的使用能够尽可能降低前一样品残留对后一样品分析的污染。
7、结构简单，操作方便，切换快速，运行稳定。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本实用新型一个实施例结构原理图；
图2a是图1所示实施例八通阀L打到“15取样”档位、六通阀M打到“第一色谱”档位时的管线连接图；图2b是图1所示实施例八通阀L打到“37取样”档位、六通阀M打到“第一色谱”档位时的管线连接图；图2c是图1所示实施例八通阀L打到“37取样”档位、六通阀M打到“第二色谱”档位时的管线连接图；图2d是图1所示实施例八通阀L打到“15取样”档位、六通阀M打到“第二色谱”档位时的管线连接图；
图3a是图1所示实施例四通阀N打到“排空”档位时的管线连接图；图3b是图1所示实施例四通阀N打到“进镍转化炉”档位时的管线连接图；图3c是图1所示实施例四通阀O打到“排空”档位时的管线连接图；图3d是图1所示实施例四通阀O打到“进镍转化炉”档位时的管线连接图；
图4是本实用新型另一个实施例结构原理图；
图5a是八通阀P打到“37”档位时的管线连接图；图5b是八通阀P打到“15”档位时的管线连接图；图5c是八通阀Q打到“37”档位时的管线连接图；图5d是八通阀Q打到“15”档位时的管线连接图。
具体实施方式
本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
本实用新型中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本实用新型的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本实用新型中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型的实施例提供了一种负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其能够实现直接对负压罐采集大气样品中CH4、CO、CO2准确快速分析，以解决大气采样罐的密闭连接问题，确保大气样品的无污染进样过程，满足负压状态大气样品的准确进样要求，实现甲烷、一氧化碳和二氧化碳的定性定量目的。
参见图1或图4，一种负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，包括依次相接的大气采样罐、负压取样系统、取样环和双色谱系统，双色谱系统包括第一色谱系统和第二色谱系统，第一色谱系统包括第一色谱柱9、第一镍转化炉8和第一FID检测器9，第二色谱系统包括第二色谱柱14、第二镍转化炉13和第二FID检测器14，双色谱系统经色谱柱分离甲烷、一氧化碳和二氧化碳并排空干扰组分后输送至镍转化炉和FID检测器进行定量分析，负压取样系统用于将大气采样罐的待测气体调至恒定压力，取样环用于采集负压取样系统的固定体积待测气体并分别导入第一色谱系统和第二色谱系统。
本实用新型实施例的原理是：通过真空泵将负压取样系统抽成高真空，大气采样罐中样品进气后，取样环确定进样体积，压力表确定进样压力，然后将样品利用载气带入第一色谱系统或第二色谱系统中，第一色谱系统在合适的色谱条件下分离甲烷、一氧化碳和干扰组分，第二色谱系统在合适的色谱条件下分离二氧化碳和干扰组分，再通过排空阀避开氧气峰后将色谱分离后的化合物依次送入镍触媒，甲烷经过镍触媒时不发生变化在FID产生一个信号峰，而一氧化碳、二氧化碳通过镍触媒时发生加氢反应 生成的甲烷再分别进入FID中产生信号，通过标准气体进行定性定量，从而实现负压罐采样中大气甲烷、一氧化碳、二氧化碳的快速准确分析。
参见图1或图5，负压取样系统包括主管路3、真空规及显示装置4、压力表5和真空泵6，大气采样罐、真空规及显示装置4、压力表5、真空泵6分别与主管路3相接。
参见图1或图5，大气采样罐包括第一大气采样罐1和第二大气采样罐2，第一大气采样罐1配备有阀C，第二大气采样罐2配备有阀G。换言之，本实施例中，大气采样罐的数量为两个，相互并联接入负压取样系统，分别是第一大气采样罐1和第二大气采样罐2；第一大气采样罐1装有待测的大气样品且配备有阀C，第二大气采样罐2装有标准气体且配备有阀G。
参见图1或图5，主管路3从首端到末端依次分布有第一连接点、第二连接点、第三连接点，真空规及显示装置4与第一连接点之间设有阀A，第一大气采样罐1与第一连接点之间设有阀B，第二大气采样罐2与第二连接点之间设有阀F，真空泵6与第三连接点之间设有阀J，取样环与第三连接点之间设有阀K，第一连接点和第二连接点之间设有阀D，第二连接点和第三连接点之间设有阀H，压力表5的一端与第二连接点之间设有阀E，另一端与第三连接点之间设有阀I。
参见图1或图5，第一色谱系统还包括第一气相色谱13、第一GC工作站10和第一四通阀，第一色谱柱9、第一四通阀、第一镍转化炉8、第一FID检测器9依次相接，第二色谱系统还包括第二气相色谱16、第二GC工作站15和第二四通阀，第二色谱柱14、第二四通阀、第二镍转化炉13、第二FID检测器14依次相接。第一色谱系统经色谱柱先后分离出甲烷和一氧化碳，四通阀再排空氧气峰后将色谱柱分离出的甲烷和一氧化碳输送至镍转化炉，镍转化炉将一氧化碳加氢反应生成甲烷，FID检测器检测甲烷含量产生电信号；第二色谱系统经色谱柱分离出二氧化碳，四通阀再排空氧气峰后将色谱柱分离出的二氧化碳输送至镍转化炉，镍转化炉将二氧化碳加氢反应生成甲烷，FID检测器检测甲烷含量产生电信号；气相色谱提供恒定流量的搭载待测气体的载气和维持载气在色谱系统中恒定温度，GC工作站记录电信号并生成谱图。
系统内各部件的详细说明如下：
真空规及显示装置4：用于测量并显示系统的真空度。本实施例中选用的是热偶真空规，量程1-10-3mbar(0.1-100Pa)。工作原理为：热电偶真空规是利用气体分子的热传导现象，热电偶接在白金或钨的细线上，这段细线通过电流后发热。发出的热量通过周围气体分子的热传导或细线本身的固体热传导或热辐射放出。利用气体分子承担的热传导量与压力成正比的特点是此真空规的原理。如果保持细线的发热量即保持一定的电流，则周围压力高的时候气体夺走的热量较多，致使细线的温度较低。反过来周围压力低的时候细线的温度会升高。这种温度的变化通过热电偶检测出来，将热电偶的起电力换成压力之后即可知真空腔内的压力。
压力表5：用于测量并显示进样压力。原理：将不承受压力一侧的参考空腔抽空提供绝对真空作为参考压力；测压一侧根据压力作用于感压部件由此产生移动经指针显示为测量压力。
阀A、B、D-F、H-K：控制管线连接。阀A控制真空规及显示装置4的连接；阀B控制第一大气采样罐1(样品)的连接；阀E控制压力表5零压参考压力腔的连接；阀F控制第二大气采样罐2(标样)的连接；阀I控制压力表5测压入口的连接；阀J控制真空泵6的连接；阀K控制取样环的连接；阀D、H控制主管路3便于检漏。
真空泵6：将进样系统管路抽真空(<10-1mbar)以便于清洗及进样。
第一气相色谱13和第二气相色谱16：提供恒定流量的搭载待测气体的载气，且保证载气在色谱柱、四通阀、镍转化炉、FID检测器中的恒定温度。
第一色谱柱9：分离CH4和CO。本实施例中选用色谱柱为分子筛(60/80目)填充柱，3m×1/8英寸不锈钢。
第二色谱柱14：分离CO2。本实施例中选用色谱柱为HayeSepQ(80/100目)填充柱，3m×1/8英寸不锈钢。
第一四通阀(四通阀N)：用于在“排空O2峰”和“将CH4、CO送入第一镍转化炉8”间切换。四通阀N的两种通路状态下接线图见图3a和3b。在O2和CH4峰保留时间之间将四通阀N由“排空”档切换到“进镍转化炉”档，从而避免O2峰对镍催化剂和第一FID检测器9的影响。
第二四通阀(四通阀O)：用于在“排空O2峰”和“将CO2送入第二镍转化炉13”间切换。四通阀O的两种通路状态下接线图见图3c和3d。在O2和CO2峰保留时间之间将四通阀O由“排空”档切换到“进镍转化炉”档，从而避免O2峰对镍催化剂和第二FID检测器14的影响。
第一镍转化炉8：内有镍触媒，用于将CO进行高温加氢反应生成CH4以进行FID检测。
第二镍转化炉13：内有镍触媒，用于将CO2进行高温加氢反应生成CH4以进行FID检测。
第一FID检测器9：氢火焰离子检测器，检测CH4和CO反应生成的CH4信号；当CH4经过时，在火焰里会产生离子，在极化电压的作用下，喷嘴和收集极之间的电流会增大，对这个电流信号进行检测和记录即可得到相应的谱图。
第二FID检测器14：氢火焰离子检测器，检测CO2反应生成的CH4信号；当CH4经过时，在火焰里会产生离子，在极化电压的作用下，喷嘴和收集极之间的电流会增大，对这个电流信号进行检测和记录即可得到相应的谱图。
第一GC工作站10：记录第一FID检测器9信号。
第二GC工作站15：记录第二FID检测器14信号。
在一些实施例中，参见图1，取样环的后侧设有切换阀，切换阀用于取样环在第一色谱系统和第二色谱系统间切换，取样环包括八通阀L、定量环A和定量环B，定量环A和定量环B通过八通阀L的转换，当定量环A接入负压取样系统时，定量环B接入双色谱系统，当定量环A接入双色谱系统时，定量环B接入负压取样系统。
其中，切换阀可为六通阀M。
进一步的，参见图2a-图2d，取样环包括八通阀L、定量环A和定量环B，定量环A和定量环B通过八通阀L的转换，当定量环A接入负压取样系统时，定量环B接入双色谱系统，当定量环A接入双色谱系统时，定量环B接入负压取样系统。
八通阀L为两位八通阀，其两个位置下的接线示意图如图2所示。通过八通阀L的转换使定量环A、定量环B分别依次连接负压取样系统和第一色谱系统或第二色谱系统，从而一个定量环中样品在进行色谱分离和定量分析的同时另一个定量环进行管路清洗及样品取样，从而可加快仪器的分析速度，提高仪器使用的单位工作效率。本发明中所用的定量环A、定量环B体积均为5mL。面板上标注了“15取样”、“37取样”档位，代表当八通阀L手柄指示“15取样”档位时，八通阀15间定量环A接负压取样系统；反之指示“37取样”档位时，八通阀37间定量环B接负压取样系统。
六通阀M为两位六通阀，其两个位置下的接线示意图如图2示。通过六通阀M的转换使第一色谱系统、第二色谱系统分别依次连接负压取样系统，实现不停机状态下甲烷/一氧化碳分析系统与二氧化碳分析系统的切换，从而可加快样品的分析速度，提高仪器使用的单位工作效率。面板上标注了“第一色谱”、“第二色谱”档位，代表当六通阀M手柄指示“第一色谱”档位时，第一色谱系统接入负压取样系统进行甲烷、一氧化碳的分析；反之指示“第二色谱”档位时，第二色谱系统接入负压取样系统进行二氧化碳的分析。
八通阀L与六通阀M的四种组合状态下的连接方式见图2a、图2b、图2c和图2d；当八通阀L打到“15取样”档位、六通阀M打到“第一色谱”档位时，定量环A接负压取样系统，定量环B接第一色谱系统；当八通阀打到“37取样”档位、六通阀M打到“第一色谱”档位时，定量环A接第一色谱系统，定量环B接负压取样系统；当八通阀打到“37取样”档位、六通阀M打到“第二色谱”档位时，定量环A接第二色谱系统，定量环B接负压取样系统；当八通阀打到“15取样”档位、六通阀M打到“第二色谱”档位时，定量环A接负压取样系统，定量环B接第二色谱系统。
本实施例中大气甲烷、一氧化碳、二氧化碳系统的实验步骤如下：
第一次使用前将阀E、阀H、阀I、阀J打开，关闭其他阀，打开真空泵6电源，将压力表5参考腔抽空24小时，之后关闭阀E，以后一直保持阀E关闭，不再转动。特殊情况下，当压力表5需进行零点校准时，再重复该步骤。
以下以分析样品为例对该系统操作步骤进行阐述，分析标样时步骤类似。
1、设置气相色谱条件。本实施例中采用的第一气相色谱13色谱条件如下：柱温：120℃；载气(氦气)流量：40mL/min；镍催化温度：375℃；FID：温度280℃，H2流量40mL/min，空气流量450mL/min，尾吹气(氦气)流量15mL/min；前进样口：温度、压力、体积根据柱温和载气流量仪器自动监测。第二气相色谱16色谱条件如下：柱温：60℃；载气(氦气)流量：30mL/min；镍催化温度：375℃；FID：温度280℃，H2流量40mL/min，空气流量450mL/min，尾吹气(氦气)流量15mL/min；前进样口：温度、压力、体积根据柱温和载气流量仪器自动监测。
2、打开真空规及显示装置4、真空泵6的电源开关；
3、将第一大气采样罐1接到阀B接口上；(分析标样时将第二大气采样罐2接入阀F接口)
4、打开阀A、阀B、阀D、阀H、阀I、阀K，关闭阀F；八通阀L打到“15取样”档位、六通阀M打到“第一色谱”档位，使定量环A接入负压取样系统；四通阀N、四通阀O打到“排空”档位；(分析标样时关闭阀B，打开阀F)
5、打开阀J，用真空泵6将负压取样系统管路及定量环A内压力抽至真空规显示<0.1mbar(10Pa)；
6、关闭阀J；
7、打开第一大气采样罐1的阀C，让样品气体充满负压取样系统管路及定量环A；(分析标样时打开第二大气采样罐2的阀G)
8、关闭采样罐阀C；
9、缓慢拧动阀J调节压力表5显示为400mmHg；
10、转动八通阀L至“37取样”档位，将定量环A中样品用第一色谱载气送入第一色谱系统；按下秒表计时；此时定量环B接入负压取样系统中；
11、第一GC工作站10操作页面中分别输入数据文件名等信息，点击“开始运行”；
12、四通阀N排空时间(2′40″)结束时将四通阀N由“排空”档位打到“进镍转化炉”档位，20秒后(3′00″)基线稳定，按下第一气相色谱13面板上“start”按键第一GC工作站10开始采集数据；6′00″数据采集完后按下第一气相色谱13面板上“stop”按键结束数据采集；将四通阀N打到“排空”档位；
13、将六通阀M打到“第二色谱”档位；
14、打开阀J，用真空泵6将负压取样系统管路及定量环B内压力抽至真空规显示<0.1mbar(10Pa)；
15、关闭阀J；
16、打开第一大气采样罐1的阀C，让样品气体充满负压取样系统管路及定量环B；(分析标样时打开第二大气采样罐2的阀G)
17、关闭采样罐阀C；
18、缓慢拧动阀J调节压力表5显示为400mmHg；
19、转动八通阀L至“15取样”档位，将定量环B中样品用第二色谱载气送入第二色谱系统；按下秒表计时；此时定量环A接入负压取样系统中；
20、第二GC工作站15操作页面中分别输入数据文件名等信息，点击“开始运行”；
21、四通阀O排空时间(1′50″)结束时将四通阀O由“排空”档位打到“进镍转化炉”档位，20秒后(2′10″)基线稳定，按下第二气相色谱16面板上“start”按键第二GC工作站15开始采集数据；6′00″数据采集完后按下第二气相色谱16面板上“stop”按键结束数据采集；将四通阀Q打到“排空”档位；
22、将六通阀M打到“第一色谱”档位；
23、返回步骤5再分析一次该样品，或者返回步骤3分析另一样品；
24、数据处理时，利用GC工作站积分得到峰面积，利用标样建立工作曲线，计算得出样品中CH4、CO、CO2的浓度；
25、停机时，关闭真空泵6、真空规及显示装置4电源，打开阀B使压力表5回到1atm，关闭所有阀；关闭气相色谱，关闭色谱工作站，关闭电脑。
在一些实施例中，参见图4，取样环包括第一取样环和第二取样环，第一取样环与阀K之间设有阀R，第一取样环用于采集负压取样系统的固定体积待测气体并导入第一色谱系统，第二取样环与阀K之间设有阀S，第二取样环用于采集负压取样系统的固定体积待测气体并导入第二色谱系统。
第一取样环包括八通阀P、定量环C和定量环D，八通阀P为两位八通阀，其两个位置下的接线示意图如图5a和5b所示。定量环C和定量环D通过八通阀P转换，当定量环C接入负压取样系统时，定量环D接入第一色谱系统，当定量环C接入第一色谱系统时，定量环D接入负压取样系统。通过八通阀P的转换使定量环C、定量环D分别依次连接负压取样系统和第一色谱系统，从而一个定量环中样品在进行色谱分离和定量分析的同时另一个定量环进行管路清洗及样品取样，从而可加快仪器的分析速度，提高仪器使用的单位工作效率。本实施例中所用的定量环C、定量环D体积均为5mL。面板上标注了“15”、“37”档位，代表当八通阀P手柄指示“15”档位时，八通阀15间定量环C接第二色谱系统，八通阀37间定量环D接负压取样系统；反之指示“37”档位时，八通阀37间定量环D接第二色谱系统，八通阀15间定量环C接负压取样系统。
第二取样环包括八通阀Q、定量环E和定量环F，八通阀Q为两位八通阀，其两个位置下的接线示意图如图5c和5d所示。定量环E和定量环F通过八通阀Q转换，当定量环E接入负压取样系统时，定量环F接入第二色谱系统，当定量环E接入第二色谱系统时，定量环F接入负压取样系统。通过八通阀Q的转换使定量环E、定量环F分别依次连接负压取样系统和第二色谱系统，从而一个定量环中样品在进行色谱分离和定量分析的同时另一个定量环进行管路清洗及样品取样，从而可加快仪器的分析速度，提高仪器使用的单位工作效率。本实施例中所用的定量环E、定量环F体积均为1mL。面板上标注了“15”、“37”档位，代表当八通阀Q手柄指示“15”档位时，八通阀15间定量环E接第二色谱系统，八通阀37间定量环F接负压取样系统；反之指示“37”档位时，八通阀37间定量环F接第二色谱系统，八通阀15间定量环E接负压取样系统。
本实施例中大气甲烷、一氧化碳、二氧化碳系统的实验步骤如下：
第一次使用前将阀E、阀H、阀I、阀J打开，关闭其他阀，打开真空泵6电源，将压力表5参考腔抽空24小时，之后关闭阀E，以后一直保持阀E关闭，不再转动。特殊情况下，当压力表5需进行零点校准时，再重复该步骤。
以下以分析样品为例对该系统操作步骤进行阐述，分析标样时步骤类似。
1、设置气相色谱条件。本实施例中采用的第一气相色谱13色谱条件如下：柱温：120℃；载气(氦气)流量：40mL/min；镍催化温度：375℃；FID：温度280℃，H2流量40mL/min，空气流量450mL/min，尾吹气(氦气)流量15mL/min；前进样口：温度、压力、体积根据柱温和载气流量仪器自动监测。第二气相色谱16色谱条件如下：柱温：60℃；载气(氦气)流量：30mL/min；镍催化温度：375℃；FID：温度280℃，H2流量40mL/min，空气流量450mL/min，尾吹气(氦气)流量15mL/min；前进样口：温度、压力、体积根据柱温和载气流量仪器自动监测。
2、打开真空规及显示装置4、真空泵6的电源开关；
3、将第一大气采样罐1接到阀B接口上；(分析标样时将第二大气采样罐2接入阀F接口)
4、打开阀A、阀B、阀D、阀H、阀I、阀K、阀R、阀S，关闭阀F；八通阀P、八通阀Q打到“37”档位，使定量环C、定量环E接入负压取样系统；四通阀N、四通阀O打到“排空”档位；(分析标样时关闭阀B，打开阀F)
5、打开阀J，用真空泵6将负压取样系统管路及定量环C、定量环E内压力抽至真空规显示<0.1mbar(10Pa)；
6、关闭阀J；
7、打开第一大气采样罐1的阀C，让样品气体充满负压取样系统管路及定量环C、定量环E；(分析标样时打开第二大气采样罐2的阀G)
8、关闭采样罐阀C；
9、缓慢拧动阀J调节压力表5显示为400mmHg；
10、转动八通阀P至“15”档位，将定量环C中样品用载气送入第一色谱系统；转动八通阀Q至“15”档位，将定量环E中样品用载气送入第二色谱系统；按下秒表计时；此时定量环D和定量环F接入负压取样系统中；
11、打开阀J，用真空泵6将负压取样系统的管路及定量环D、定量环F抽至真空规显示<0.1mbar(10Pa)；
12、第一GC工作站10、第二GC工作站15操作页面中分别输入数据文件名等信息，点击“开始运行”；
13、四通阀O排空时间(1′50″)结束时将四通阀O由“排空”档位打到“进镍转化炉”档位，20秒后(2′10″)基线稳定，按下第二气相色谱16面板上“start”按键第二GC工作站15开始采集数据；6′00″数据采集完后按下第二气相色谱16面板上“stop”按键结束数据采集；将四通阀O打到“排空”档位；
14、四通阀N排空时间(2′40″)结束时将四通阀N由“排空”档位打到“进镍转化炉”档位，20秒后(3′00″)基线稳定，按下第一气相色谱13面板上“start”按键第一GC工作站10开始采集数据；6′00″数据采集完后按下第一气相色谱13面板上“stop”按键结束数据采集；将四通阀N打到“排空”档位；
15、返回步骤6使用定量环D、定量环F再分析一次该样品，或者返回步骤3分析另一样品；每个样品分析两次，每个定量环分析一次；
16、数据处理时，利用GC工作站积分得到峰面积，利用标样建立工作曲线，计算得出样品中CH4、CO、CO2的浓度；两个定量环计算出的浓度差值要在±60ppbv内；两个定量环计算结果取平均得到样品中CH4、CO、CO2的最终浓度；
17、停机时，关闭真空泵6、真空规及显示装置4电源，打开阀B使压力表5回到1atm，关闭所有阀；关闭气相色谱，关闭色谱工作站，关闭电脑。
在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，包括依次相接的大气采样罐、负压取样系统、取样环和双色谱系统，所述双色谱系统包括第一色谱系统和第二色谱系统，所述第一色谱系统包括第一色谱柱、第一镍转化炉和第一FID检测器，所述第二色谱系统包括第二色谱柱、第二镍转化炉和第二FID检测器，所述负压取样系统用于将所述大气采样罐的待测气体调至恒定压力，所述取样环用于采集所述负压取样系统的固定体积待测气体并分别导入所述第一色谱系统和第二色谱系统。
2.根据权利要求1所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述负压取样系统包括主管路、真空规及显示装置、压力表和真空泵，所述大气采样罐、真空规及显示装置、压力表、真空泵分别与所述主管路相接。
3.根据权利要求2所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述大气采样罐包括第一大气采样罐和第二大气采样罐，所述第一大气采样罐配备有阀C，所述第二大气采样罐配备有阀G。
4.根据权利要求3所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述主管路从首端到末端依次分布有第一连接点、第二连接点、第三连接点，所述真空规及显示装置与第一连接点之间设有阀A，所述第一大气采样罐与第一连接点之间设有阀B，所述第二大气采样罐与所述第二连接点之间设有阀F，所述真空泵与第三连接点之间设有阀J，所述取样环与第三连接点之间设有阀K，所述第一连接点和第二连接点之间设有阀D，第二连接点和第三连接点之间设有阀H，所述压力表的一端与第二连接点之间设有阀E，另一端与第三连接点之间设有阀I。
5.根据权利要求1所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述取样环的后侧设有切换阀，所述切换阀用于所述取样环在所述第一色谱系统和第二色谱系统间切换，所述取样环包括八通阀L、定量环A和定量环B，所述定量环A和定量环B通过八通阀L的转换，当定量环A接入负压取样系统时，定量环B接入双色谱系统，当定量环A接入双色谱系统时，定量环B接入负压取样系统。
6.根据权利要求1所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述第一色谱系统还包括第一气相色谱、第一GC工作站和第一四通阀，所述第一色谱柱、第一四通阀、第一镍转化炉、第一FID检测器依次相接，所述第二色谱系统还包括第二气相色谱、第二GC工作站和第二四通阀，所述第二色谱柱、第二四通阀、第二镍转化炉、第二FID检测器依次相接。
7.根据权利要求5所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述切换阀为六通阀M。
8.根据权利要求4所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述取样环包括第一取样环和第二取样环，所述第一取样环与所述阀K之间设有阀R，所述第一取样环用于采集所述负压取样系统的固定体积待测气体并导入所述第一色谱系统，所述第二取样环与所述阀K之间设有阀S，所述第二取样环用于采集所述负压取样系统的固定体积待测气体并导入所述第二色谱系统。
9.根据权利要求8所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述第一取样环包括八通阀P、定量环C和定量环D，所述定量环C和定量环D通过八通阀P转换，当定量环C接入负压取样系统时，定量环D接入第一色谱系统，当定量环C接入第一色谱系统时，定量环D接入负压取样系统。
10.根据权利要求8所述的负压取样分析大气甲烷、一氧化碳和二氧化碳系统，其特征在于，所述第二取样环包括八通阀Q、定量环E和定量环F，所述定量环E和定量环F通过八通阀Q转换，当定量环E接入负压取样系统时，定量环F接入第二色谱系统，当定量环E接入第二色谱系统时，定量环F接入负压取样系统。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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