[发明专利]一种TCD气相色谱多级循环分离Kr系统及方法

说明书

本发明提供一种TCD气相色谱多级循环分离Kr系统及方法，系统包括：质量流量控制器、流量积算仪、六通阀SV1‑SV3、四通阀FV1‑FV2、1/4活性炭吸附柱、1/8活性炭吸附柱、定量环、载气瓶和TCD气相色谱仪。本发明提供的一种TCD气相色谱多级循环分离Kr系统及方法不仅能监控所有的浓集分离步骤，对氪峰实现多次精准切割收集，不仅极大地提高了回收率，同时特殊的设计仅使用两级分离柱能够实现多次循环利用达到多级效果，减少了浓缩分离柱使用数量。

技术领域

本发明属于辐射环境监测技术领域，具体涉及一种TCD气相色谱多级循环分离Kr系统及方法。

背景技术

核设施向环境排放的惰性气体以Kr-85为主，加上半衰期较长(10.7年)，Kr-85全球平均浓度年增长率在30mBq/m³左右，该核素会在环境中富集，会对全球环境产生长期影响，从长远来看Kr-85会随着时间对公众的剂量贡献增大，一定程度需要重视核设施Kr-85的排放量。通过对核设施周围环境空气中Kr-85活度浓度水平的监测，可以监控核设施的异常排放，能适时开展相应监测，利于核设施周围环境辐射监督管理。

空气中Kr浓度很低，仅为1.14ppm，对于空气中Kr-85的放射性测量，必定需要将Kr浓集分离后再进行放射性测量，目前国际上常采用的方法仍是低温冷冻多级活性炭分离(即深冷法)，对Kr的浓集分离往往多达五、六级。Kr-85的分析过程冗杂，在进行放射性测量之前需要有效的浓集过程，通常情况下会将浓集的气体最后一级连接气相色谱测量，得到稳定Kr的浓度值，进而根据进样体积总量换算得到Kr回收后的总体积，用于计算分离浓集纯化阶段的回收率。为了准确给出Kr-85活度浓度值，Kr的回收率计算至关重要。

热导检测器(TCD)的原理根据气体热导率的差异，TCD中热导阻值变化通过惠斯登电桥的原理进行测量的，而气体热导率与气体的组成、密度、温度、压强等因素都有关系。

气相色谱的定量分析过程中，常采用标准氪气外标法做工作曲线，其中利用定量环直接标定是气体分析最常用的方法之一。利用气相色谱进行气体分析时，标准气体的标定条件和分析时是达到了完全一致的。而采用气相色谱浓集Kr同时进行定量分析是有一定难度。因为标定的条件和实际工作条件无法完全一致，标定时连接着定量环，而工作时连接浓缩分离柱。外部连接的柱子经过冷阱处理，高温解析气体随着载气进入气相色谱，分析气体的性质和条件发生了变化，比如气体温度、密度、气相色谱内部柱压等，所以需要开展与系统工作条件完全一致的标定方法研究。

为了更出色地完成Kr的浓集分离工作，提高Kr浓集倍数及回收率，往往需要对采用的浓缩分离柱进行大量的条件实验，以摸清浓缩分离柱的吸附性能参数，包括关键的吸附解析条件等，以便优化浓缩分离Kr过程中所表现的对Kr的浓集吸附能力。浓缩分离柱的吸附性能参数跟柱径、长度、吸附剂材质参数、使用时间等多种因素有关。一旦Kr的浓集分离系统确定，并不希望浓缩分离柱的吸附性能参数发生变化。浓缩分离柱不稳定的吸附性能，会造成Kr-85监测系统的数据质量变差，不确定度难以控制。低温冷冻多级活性炭Kr浓集分离系统，比较大的问题每一级缺少监控方式，某一级吸能性能变差，只能将系统拆卸后逐级排查。

综上，为了监控每一级浓集分离过程，随时掌握浓缩分离柱性能状态，同时减少了分离柱使用数量，准确得到分离浓集纯化阶段的回收率，需要发明一种TCD气相色谱多级循环分离Kr系统，为Kr-85的测量提供有效准确方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种TCD气相色谱多级循环分离Kr系统，将一台气相色谱串联至浓缩分离系统，不仅能监控所有的浓集分离步骤，对氪峰实现多次精准切割收集，不仅极大地提高了回收率，同时特殊的设计仅使用两级分离柱能够实现多次循环利用达到多级效果，减少了浓缩分离柱使用数量。