[发明专利]一种气体样本相对浓度提升装置及方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种气体进样装置，具体地说是一种在应用质谱分析仪对低浓度氢气或氦气等混合气体样品进行分析的过程中，可以有效提高氢气或者氦气在混合气体中的相对浓度的浓度提升装置及方法。

背景技术

众所周知，在很多对测试样品进行富集操作的应用中，产生的样品多数为二元混合气体，其中一种为氢气或氦气等待检测气体，另一种则为在富集过程中泄漏入富集腔中的氮气、氩气等辅助性气体，在很多检测应用过程中，这个比例可以达到1000：1以上。而低浓度的混合气体，会对分析仪器检测待测气体成分的可靠性、准确性产生很大的影响，尤其是质谱分析仪器，当样品中其它成分的气体过多，大分子量的氮气等会严重影响小分子量的氢气等的捕获和检测，甚至造成无法对待测气体进行有效检测。因此，在质谱仪及其它分析检测仪器的使用中，为保证检测结果的可靠性，对待检测样品有一个最低的浓度要求，当待检测的气体样本的浓度低于该最低浓度，需要对待测样品进行预处理，以提高待检测的样品的相对浓度。

现阶段，为了提高待测气体样本相对浓度的目的，一般采用气体选择性分离膜对待测样本进行预处理，使二元混合气体通过气体选择性膜进行选择处理，将样品中部分不需要的气体分离出去，这种方案虽然能够保证待检测样品的相对浓度，但由于这种分离技术需要特制的气体分离膜，生产成本和操作复杂性高，给工业生产和研究工作带来麻烦。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种结构合理、使用方便，能够显著降低设备生产成本，提高待测气体样本的相对浓度，保证测试可靠性的气体样本相对浓度提升装置及方法。

    本发明可以通过以下措施达到：

    一种气体样本相对浓度提升装置，其特征在于设有缓冲腔、真空泵，缓冲腔设有进气口、排气口以及出气口，进气管、排气管和出气管的一端分别经进气口、排气口、出气口与缓冲腔相连接，排气管的另一端与真空泵相连接，进气管、排气管和出气管上分别设有进气阀门、排气阀门、出气阀门。

本发明中缓冲腔也可以由相互连接的进气管、排气管和出气管构成，缓冲腔的容积范围为2cm³~300cm³，进气管、排气管和出气管长度范围为50mm~500mm，其中进气管、出气管管内径为1.5mm~3mm，排气管内径大于5mm，采用直管形式连接，当缓冲腔由进气管、排气管、出气管构成时，管道采用螺旋或曲折形式会提高系统性能。

本发明可以设有控制器，控制器内设有控制单元和分别与控制单元相连接的进气阀门驱动电路、排气阀门驱动电路、出气阀门驱动电路、通信接口以及数字键盘和手动开关，其中控制单元可以通过DSP或者单片机实现，通信接口可以采用RS232或RS485接口，通过此接口上位机可以与控制单元进行通信，从而实现该装置的远程自动控制，数字键盘及手动控制开关与控制单元相连，用于手动设置控制参数及执行控制命令，在使用过程中，控制器分别与进气阀门、排气阀门、出气阀门以及真空泵相连接，工作人员通过使用数字键盘和手动开关设置输入参数，而控制器内控制单元则根据对该信号以及经通信接口输入的信息的分析处理，输出控制三路阀门驱动电路的工作状态命令以及控制真空泵工作状态的命令，从而达到控制进气阀门、排气阀门、出气阀门的开关状态和真空泵的工作状态的目的。

     一种气体样本相对浓度提升方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：缓冲腔排气，打开缓冲腔的排气阀门，使用真空泵将缓冲腔内的空气排出；

步骤二：输入待处理样本并进行处理，打开进气管上的进气阀门以及排气管上的排气阀门，使待处理气体样本经进气管进入缓冲腔内的同时，使用真空泵将缓冲腔内的待处理气体样本经排出管排出，

步骤三：提取样本，步骤二中真空泵持续工作一段时间后，关闭进气管上的进气阀门以及排气管上的排气阀门，使缓冲腔处于相对密闭状态，处理后的气体样本位于缓冲腔内；

步骤四：输出样本，打开位于出气管的出气阀门，使缓冲腔收集的气体样本经出气管向外输出。

本发明步骤一中真空泵的排气操作至少应持续120s，步骤二中真空泵对待处理样品的抽取时间应至少持续60s，真空泵的抽速至少为1L/s，以获得品质较高的待测气体样品。