本實(shí)用新型屬于儀器分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于傳感器并使用滲水吸收干燥裝置的氣相分子吸收光譜儀。
背景技術(shù)：
氣相分子吸收光譜儀是應(yīng)用氣相分子吸收光譜法進(jìn)行水質(zhì)分析的一種儀器，目前有氨氮(HJ/T195-2005)、凱氏氮(HJ/T196-2005)、亞硝酸鹽氮(HJ/T197-2005)、硝酸鹽氮(HJ/T198-2005)、總氮(HJ/T199-2005)、硫化物(HJ/T200-2005)6個(gè)符合環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)方法的測(cè)定項(xiàng)目。汞(HJ597-2011)冷原子吸收法測(cè)定以及亞硫酸鹽、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、氯離子、溴離子、碘離子、氰化物、二氧化硫、二氧化氮等多種指標(biāo)可以采用文獻(xiàn)方法進(jìn)行檢測(cè)。
氣相分子吸收光譜法是20世紀(jì)70年代興起的一種簡(jiǎn)便、快速的分析方法。1976年Cresser等人首先提出該法(Gas-Phase Molecular Absorption Spectrometry，簡(jiǎn)稱GPMAS)。Syty最先應(yīng)用該法測(cè)定了SO2，此后分析家們又測(cè)定了腐蝕性、揮發(fā)性氣體，如Br2、H2S、NOCl、HCN、NO2和NO。Rechikov等人生成氫化物，測(cè)定了用于半導(dǎo)體工藝的惰性氣體混合物中的B、N、P、As、Sb、Si、Ge、Sn。
常見(jiàn)的化合物會(huì)使得傳感器靈敏度降低(尤其是電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式傳感器，這種情形也稱作傳感器中毒)甚至損壞。
現(xiàn)有的氣相分子吸收光譜儀所檢測(cè)的氣體大都基于待檢測(cè)樣品與多種試劑，包括強(qiáng)酸堿反應(yīng)后所得，由于反應(yīng)條件的要求、反應(yīng)環(huán)境的密閉，所得的特征氣體往往伴隨著酸、堿、有機(jī)物、水汽等“雜質(zhì)”，與傳統(tǒng)的使用光學(xué)方式檢測(cè)氣體吸光度的氣相分子吸收光譜儀相比，使用傳感器對(duì)特征氣體進(jìn)行檢測(cè)的氣相分子吸收光譜儀是將待測(cè)樣品溶液與試劑反應(yīng)，通過(guò)載氣將生成的特征氣體吹出，使用傳感器檢測(cè)待測(cè)氣體中的特征物質(zhì)，根據(jù)特征物質(zhì)含量確定待測(cè)物質(zhì)含量。由于特征氣體是自反應(yīng)溶液中吹掃出，因此反應(yīng)溶液中所含的水汽也跟隨特征氣體進(jìn)入吸光管，由于水汽和其他雜質(zhì)諸如醇類、酸類等對(duì)傳感器存在“污染”效應(yīng)，甚至造成傳感器“中毒”損壞，嚴(yán)重干擾檢測(cè)結(jié)果。
為了除去待檢測(cè)氣體中所含的水汽，可采用化學(xué)除濕或低溫凝結(jié)除濕法，現(xiàn)有氣相分子吸收光譜儀一般采用低溫凝結(jié)除濕法。低溫凝結(jié)除濕法采用降低溫度的方式，使得氣體的溫度降到遠(yuǎn)低于當(dāng)前濕度的露點(diǎn)之下，氣體中的水汽凝結(jié)為水滴，使得待測(cè)氣體中的含水量大幅降低。但是：某些待測(cè)氣體可能被低溫導(dǎo)致的水汽凝露再次吸收、導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏低；低溫可能使得水汽凝露結(jié)冰，導(dǎo)致冷凝管路堵塞，使得檢測(cè)無(wú)法進(jìn)行；由于材料的熱傳導(dǎo)效率、低溫發(fā)生器工作效率、環(huán)境中其他影響因素等原因，凝露除濕管道內(nèi)部的溫度難以精確控制，導(dǎo)致流經(jīng)除濕管道的含水汽氣體的目標(biāo)露點(diǎn)存在不一致，易導(dǎo)致除濕后的氣體含水量存在差距，在進(jìn)行高精度檢測(cè)時(shí)易導(dǎo)致結(jié)果偏差，長(zhǎng)期積累的水汽和酸、醇等雜質(zhì)也容易造成傳感器“中毒”，降低檢測(cè)精度和傳感器壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
實(shí)用新型目的：為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種使用滲水吸收干燥裝置的氣相分子吸收光譜儀，可以有效的去除干擾檢測(cè)的水、醇類。
技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出了一種基于傳感器的使用滲水吸收干燥裝置的氣相分子吸收光譜儀，包括進(jìn)樣系統(tǒng)、樣品和試劑混合系統(tǒng)、反應(yīng)和催化反應(yīng)系統(tǒng)、氣源、氣液分離系統(tǒng)、滲水吸收干燥裝置、傳感器、檢測(cè)器以及控制模塊，其中，
所述的進(jìn)樣系統(tǒng)、樣品和試劑混合系統(tǒng)、反應(yīng)和催化反應(yīng)系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)依次相連構(gòu)成液路模塊；
所述的氣源、氣液分離系統(tǒng)和滲水吸收干燥裝置依次相連構(gòu)成氣路模塊，所述的滲水吸收干燥裝置為Nafion管；
所述的傳感器和檢測(cè)器依次相連構(gòu)成檢測(cè)模塊，所述的傳感器為氣體傳感器；
所述控制模塊包括信息處理系統(tǒng)，所述控制模塊用于向所述液路模塊、氣路模塊和檢測(cè)模塊發(fā)送控制信號(hào)，同時(shí)也可以接受來(lái)自液路模塊、氣路模塊和檢測(cè)模塊反饋的數(shù)據(jù)信號(hào)并進(jìn)行處理。
具體地，所述控制模塊操作所述液路模塊，樣品和反應(yīng)所需的各類試劑被進(jìn)樣系統(tǒng)引入液路模塊，由樣品和試劑混合系統(tǒng)將其按檢測(cè)反應(yīng)所需混合，送入反應(yīng)和催化反應(yīng)系統(tǒng)，試劑在反應(yīng)和催化反應(yīng)系統(tǒng)中根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)需求使經(jīng)過(guò)充分混合的樣品和試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；其中，催化反應(yīng)的方式包括但不限于使用催化劑、加熱、光催化等方式。反應(yīng)后的樣品和試劑混合物被送入氣液分離系統(tǒng)。
控制模塊控制氣路模塊，氣源將檢測(cè)用載氣壓入氣液分離系統(tǒng)，可用于檢測(cè)樣品中目標(biāo)物質(zhì)含量的特征氣體被載氣帶出氣液分離系統(tǒng)，混合氣體通過(guò)滲水吸收干燥裝置，其中易造成傳感器中毒或損壞的水汽、醇類等不相干物質(zhì)被除去，被凈化后的混合氣體供給傳感器進(jìn)行檢測(cè)。
優(yōu)選地，所述液路模塊和氣路模塊分別與廢液、廢氣排放收集處理系統(tǒng)相連，檢測(cè)過(guò)程中生成的廢液、廢氣被送入到所述廢液、廢氣排放收集處理系統(tǒng)中。
優(yōu)選地，所述Nafion管外配備循環(huán)干燥風(fēng)裝置，所述循環(huán)干燥風(fēng)裝置所供給的氣流應(yīng)干燥且不含Nafion管內(nèi)待吸收物質(zhì)，所供給的氣流流速應(yīng)至少為Nafion管內(nèi)氣流流速的2～3倍以上。
使用Nafion管進(jìn)行待測(cè)氣體的干燥，可以有效的去除待測(cè)氣體中干擾檢測(cè)的水汽和醇類。是聚四氟乙烯和全氟-3,6-二環(huán)氧-4-甲基-7-癸烯-硫酸的共聚物。簡(jiǎn)單的Nafion是Teflon結(jié)構(gòu)伴有另一氟碳臨時(shí)側(cè)鏈，側(cè)鏈的終點(diǎn)是一個(gè)磺酸基(-SO3H)，由于磺酸基具有很高的親水性，所以Nafion管壁吸收的水分，會(huì)從一個(gè)磺酸基向另一個(gè)磺酸基傳遞，直到最終到達(dá)另外一側(cè)的管壁，而水分全部蒸發(fā)到干燥的反吹氣中被帶走。這一現(xiàn)象稱為過(guò)蒸發(fā)(Pervaporation)。Nafion管除濕的驅(qū)動(dòng)力是管內(nèi)外的水汽壓力梯度(即濕度差)，而非壓力差或溫度差。因?yàn)榧词筃afion管內(nèi)壓力低于其周圍的壓力，Nafion照樣能對(duì)氣體進(jìn)行干燥。只要管內(nèi)外濕度差存在，水蒸氣的遷移就始終進(jìn)行，因此需要干燥、潔凈、連續(xù)的反吹氣(空氣或氮?dú)?在Nafion管的另一側(cè)反吹。Nafion管在連續(xù)的除濕過(guò)程中，完全保留煙氣中SO2、SO3、NO、NO2、HCl、HF、O2、CO、CO2等待測(cè)氣體，即只選擇性的去除煙氣中的水分。同時(shí)，Nafion管類似于Teflon，具有極強(qiáng)的耐酸性腐蝕能力。
按Nafion管的特性，將其置于傳感器前，可以有效的去除待測(cè)氣體中對(duì)檢測(cè)結(jié)果有較大干擾的的水、醇類。
優(yōu)選地，所述Nafion管入氣端應(yīng)有加熱裝置，使得Nafion管入氣口溫度高于Nafion管外的環(huán)境溫度、出氣口溫度等于或低于Nafion管外的環(huán)境溫度。
所述傳感器為氣體傳感器，如半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、光波導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器。
有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型通過(guò)在傳感器前設(shè)置Nafion管，可以有效的去除待測(cè)氣體中對(duì)檢測(cè)結(jié)果有較大干擾的的水、醇類；由于Nafion材料的工作原理為“滲水吸收”，其驅(qū)動(dòng)力來(lái)自管內(nèi)外的水汽壓力梯度(即濕度差)，而非壓力差或溫度差，因此所能達(dá)到的除濕效果(以“露點(diǎn)”作為等效指標(biāo)判斷)遠(yuǎn)好于現(xiàn)有的冷凝除濕方案；由于水汽的吸收過(guò)程不存在相變因素，除濕過(guò)程對(duì)氣體輸送環(huán)境不產(chǎn)生額外的影響，不會(huì)導(dǎo)致氣體再溶解于凝露或發(fā)生管道堵塞的情況。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型專利作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種使用滲水吸收干燥裝置的氣相分子吸收光譜儀，包括進(jìn)樣系統(tǒng)、樣品和試劑混合系統(tǒng)、反應(yīng)和催化反應(yīng)系統(tǒng)、氣源、氣液分離系統(tǒng)、滲水吸收干燥裝置、傳感器、檢測(cè)器以及控制模塊，其中，
進(jìn)樣系統(tǒng)、樣品和試劑混合系統(tǒng)、反應(yīng)和催化反應(yīng)系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)依次相連構(gòu)成液路模塊；
氣源、氣液分離系統(tǒng)和滲水吸收干燥裝置依次相連構(gòu)成氣路模塊，所述的滲水吸收干燥裝置為Nafion管；
傳感器和檢測(cè)器依次相連構(gòu)成檢測(cè)模塊，所述的傳感器為氣體傳感器；
控制模塊包括信息處理系統(tǒng)，控制模塊用于用于向液路模塊、氣路模塊和檢測(cè)模塊發(fā)送控制信號(hào)，同時(shí)也可以接受來(lái)自液路模塊、氣路模塊和檢測(cè)測(cè)模塊反饋的數(shù)據(jù)信號(hào)。
其中，采用的滲水吸收干燥裝置為Nafion管，Nafion管外配備循環(huán)干燥風(fēng)裝置，循環(huán)干燥風(fēng)裝置所供給的氣流應(yīng)干燥且不含Nafion管內(nèi)待吸收物質(zhì)，所供給的氣流流速應(yīng)至少為Nafion管內(nèi)氣流流速的2～3倍以上。
使用Nafion管進(jìn)行待測(cè)氣體的干燥，可以有效的去除待測(cè)氣體中干擾檢測(cè)的水汽和醇類。是聚四氟乙烯和全氟-3,6-二環(huán)氧-4-甲基-7-癸烯-硫酸的共聚物。簡(jiǎn)單的Nafion是Teflon結(jié)構(gòu)伴有另一氟碳臨時(shí)側(cè)鏈，側(cè)鏈的終點(diǎn)是一個(gè)磺酸基(-SO3H)，由于磺酸基具有很高的親水性，所以Nafion管壁吸收的水分，會(huì)從一個(gè)磺酸基向另一個(gè)磺酸基傳遞，直到最終到達(dá)另外一側(cè)的管壁，而水分全部蒸發(fā)到干燥的反吹氣中被帶走。這一現(xiàn)象稱為過(guò)蒸發(fā)(Pervaporation)。Nafion管除濕的驅(qū)動(dòng)力是管內(nèi)外的水汽壓力梯度(即濕度差)，而非壓力差或溫度差。因?yàn)榧词筃afion管內(nèi)壓力低于其周圍的壓力，Nafion照樣能對(duì)氣體進(jìn)行干燥。只要管內(nèi)外濕度差存在，水蒸氣的遷移就始終進(jìn)行，因此需要干燥、潔凈、連續(xù)的反吹氣(空氣或氮?dú)?在Nafion管的另一側(cè)反吹。Nafion管在連續(xù)的除濕過(guò)程中，完全保留煙氣中SO2、SO3、NO、NO2、HCl、HF、O2、CO、CO2等待測(cè)氣體，即只選擇性的去除煙氣中的水分。同時(shí)，Nafion管類似于Teflon，具有極強(qiáng)的耐酸性腐蝕能力。按Nafion管的特性，將其置于傳感器前，可以有效的去除待測(cè)氣體中對(duì)檢測(cè)有較大干擾的的水、醇類。
在Nafion管入氣端應(yīng)有加熱裝置，使得Nafion管入氣口溫度高于Nafion管外的環(huán)境溫度、出氣口溫度等于或低于Nafion管外的環(huán)境溫度。
傳感器為半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、光波導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器中的任意一種。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下：控制模塊操作液路模塊，樣品和反應(yīng)所需的各類試劑被進(jìn)樣系統(tǒng)引入液路模塊，由樣品和試劑混合系統(tǒng)將其按檢測(cè)反應(yīng)所需混合，送入反應(yīng)和催化反應(yīng)系統(tǒng)，試劑在反應(yīng)和催化反應(yīng)系統(tǒng)中根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)需求使經(jīng)過(guò)充分混合的樣品和試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；其中，催化反應(yīng)的方式包括但不限于使用催化劑、加熱、光催化等方式。反應(yīng)后的樣品和試劑混合物被送入氣液分離系統(tǒng)。
控制模塊控制氣路模塊，氣源將檢測(cè)用載氣壓入氣液分離系統(tǒng)，可用于檢測(cè)樣品中目標(biāo)物質(zhì)含量的特征氣體被載氣帶出氣液分離系統(tǒng)，混合氣體通過(guò)滲水吸收干燥裝置，其中易造成傳感器中毒或損壞的水汽、醇類等不相干物質(zhì)被除去，被凈化后的混合氣體供給傳感器進(jìn)行檢測(cè)。
其中，液路模塊和氣路模塊分別與廢液、廢氣排放收集處理系統(tǒng)相連，檢測(cè)過(guò)程中生成的廢液、廢氣被送入到廢液、廢氣排放收集處理系統(tǒng)中，避免造成環(huán)境污染。
本實(shí)用新型通過(guò)在傳感器之前設(shè)置滲水吸收干燥裝置(Nafion管)，可以有效的去除干擾檢測(cè)的水、醇類；由于Nafion材料的工作原理為“滲水吸收”，其驅(qū)動(dòng)力來(lái)自管內(nèi)外的水汽壓力梯度(即濕度差)，而非壓力差或溫度差，因此所能達(dá)到的除濕效果(以“露點(diǎn)”作為等效指標(biāo)判斷)遠(yuǎn)好于現(xiàn)有的冷凝除濕方案；由于水汽的吸收過(guò)程不存在相變因素，除濕過(guò)程對(duì)氣體輸送環(huán)境不產(chǎn)生額外的影響，不會(huì)導(dǎo)致氣體再溶解于凝露或發(fā)生管道堵塞的情況。
以上所述僅是本實(shí)用新型專利的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型專利原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍。