一种用于小气量环境样品中惰性的气体自动化分离系统技术方案

本申请公开了一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统，包括：真空装置，用于使系统处于真空状态；控制装置，用于实现整个惰性气体分离的自动化控制；除水装置，用于在控制装置的控制下将小气量环境样品气体除去水和二氧化碳；海绵钛高温吸附装置，用于在控制装置的控制下除去小气量环境样品气体中的活性气体；气相色谱分离装置，用于在控制装置的控制下分离出小气量环境样品气体中的氩气和氪气；惰性气体收集测量装置，用于分别收集并测量氩气和氪气。本申请能够实现小气量环境样品中氪气和氩气的自动化同时分离提取，解决了惰性气体提取分离中耗时久，操作复杂的，无法处理成分复杂的样品，样品处理效率低下，人工操作出错率高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于小气量环境样品中惰性的气体自动化分离系统
本申请涉及惰性气体分离
，尤其涉及一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统。
技术介绍
惰性气体放射性同位素85Kr，81Kr，39Ar是良好的定年同位素，基于激光冷却原子的同位素痕量分析方法在地质水文学中有着重要的应用，从少量的环境样品气体中高效的分离提取出惰性气体是实现其应用的关键的一环。环境样品气体主要指空气，地下水、海水、冰川中的溶解气，气体成分包含氮气、氧气、水、二氧化碳、甲烷等活性气体和氪气、氩气惰性气体，通常氩气含量为百分之几，氪更低，只有百万分之几。目前，惰性气体分离提取方法主要从大气量的环境样品中单一的分离提取氪气或者氩气。对于氪气的分离提取，通过以下3步来实现：首先利用低温蒸馏或者低温吸附除去大量挥发度高的气体(氮气，氧气，氩气等)，将氪气进行初步富集；然后通过气相色谱实现氪气与微量的其他气体的分离，一般选择5A分子筛色谱柱来实现氪气与氧气，氮气，氩气的分离，对于含有甲烷的样品，还需要活性炭色谱柱实现甲烷和氪气的分离。这种方法需要在低温蒸馏或吸附时有很好的温度控制，过程较为复杂，且无法处理富含甲烷的环境样品。对于氩气的分离提纯一般采用Li-LSX色谱柱进行低温气相色谱直接分离，这种方法对色谱柱填充以及温度控制有较高的要求，同样的，操作也很复杂，适合用于大气量的氩气分离且用时较久，效率也不是很高。另外也有利用低温蒸馏，高温钛炉吸附和气相色谱分离同时实现氩气和氪气的分离，但是步骤较为繁琐，并且纯度和效率较低，用时较久，单次样品分离时间在5-6小时。由此可以看出，以上介绍的几种方法普遍都需要较好的温度控制，装置复杂，无法处理成分复杂的环境样品(例如富含甲烷的环境样品)，最为关键的是，上述的所有方法到目前还没有实现自动化控制，全靠人工操作，出错率高，处理效率很低，对应用产生了很大的限制。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供了一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统，能够实现小气量环境样品中氪气和氩气的自动化同时分离提取，解决了惰性气体提取分离中耗时久，操作复杂的，无法处理成分复杂的样品，样品处理效率低下，人工操作出错率高等问题。本申请提供了一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统，包括：除水装置、海绵钛高温吸附装置、气相色谱分离装置、惰性气体收集测量装置、真空装置和控制装置；其中：所述真空装置，用于使系统处于真空状态；所述控制装置，用于实现整个惰性气体分离的自动化控制；所述除水装置，用于在所述控制装置的控制下将小气量环境样品气体除去水和二氧化碳；所述海绵钛高温吸附装置，用于在所述控制装置的控制下除去小气量环境样品气体中的活性气体；所述气相色谱分离装置，用于在所述控制装置的控制下实现小气量环境样品中氪气和氩气之间的自动分离；所述惰性气体收集测量装置，用于分别收集并测量氩气和氪气。优选地，所述除水装置包括：不锈钢容器，所述不锈钢容器中装有5A分子筛。优选地，所述海绵钛高温吸附装置包括：质量流量控制计、海绵钛高温炉管、装在所述海绵钛高温炉管内的海绵钛和薄膜压力计；其中：所述质量流量控制计用于控制小气量环境样品气体以预设的流速进入所述海绵钛高温炉管；所述薄膜压力计，用于监测所述海绵钛高温炉管的气压；所述海绵钛，用于除去小气量环境样品气体中的活性气体。优选地，所述气相色谱分离装置包括：活性炭低温冷阱、氦载气、色谱柱组和四极杆质谱仪，其中：所述活性炭低温冷阱，用于收集小气量环境样品气体中的氪气和氩气；所述氦载气，用于作为载气将氪气和氩气吹扫进所述色谱柱组；所述色谱柱组，用于分离氪气和氩气；所述四极杆质谱仪，用于监测所述色谱柱组后的气体成分。优选地，所述惰性气体收集测量装置包括：氪气收集测量装置和氩气收集测量装置；其中：所述氪气收集测量装置，用于收集并测量氪气；所述氩气收集测量装置，用于收集并测量氩气。优选地，所述真空装置包括：不锈钢真空管道、不锈钢真空转接件、真空密封件和泵组。优选地，所述控制装置包括：气动阀门、气缸、气动控制盒和控制器。优选地，所述气动阀门包括：气动双通阀、气动三通阀、气动四通阀。优选地，所述色谱柱组包括两个5A分子筛色谱柱。优选地，所述预设的流速为100～500ml/min。综上所述，本申请公开了一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统，包括：除水装置、海绵钛高温吸附装置、气相色谱分离装置、惰性气体收集测量装置、真空装置和控制装置；其中：真空装置，用于使系统处于真空状态；控制装置，用于实现整个惰性气体分离的自动化控制；除水装置，用于在控制装置的控制下将小气量环境样品气体除去水和二氧化碳；海绵钛高温吸附装置，用于在控制装置的控制下除去小气量环境样品气体中的活性气体；气相色谱分离装置，用于在控制装置的控制下分离出小气量环境样品气体中的氩气和氪气；惰性气体收集测量装置，用于分别收集并测量氩气和氪气。本申请能够实现小气量环境样品中氪气和氩气的自动化同时分离提取，解决了惰性气体提取分离中耗时久，操作复杂的，无法处理成分复杂的样品，样品处理效率低下，人工操作出错率高等问题。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请公开的一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统实施例1的结构示意图；图2为本申请公开的一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统实施例2的结构示意图；图3为本申请公开的一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统实施例3的结构示意图；图4为本申请公开的一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统实施例4的结构示意图；图5为本申请公开的一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统实施例5的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。如图1所示，为本申请公开的一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统实施例1的结构示意图，所述系统可以包括：除水装置11、海绵钛高温吸附装置12、气相色谱分离装置13、惰性气体收集测量装置14、真空装置15和控制装置16；其中：真空装置15，用于使系统处于真空状态；控制装置16，用于实现整个惰性气体分离的自动化控制；除水装置11，用于在控制装置16的控制下将小气量环境样品气体除去水和二氧化碳；海绵钛高温吸附装置12，用于在控制装置16的控制下除去小气量环境样品气体中的活性气体；气相色谱分离装置13，用于在控制装置16的控制下实现小气量环境样品气体中氩气和氪气的自动分离；惰性气体收集测量装置14，用于分别收集并测量氩气和氪气。上述实施例公开的用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统的工作原理为：当需要对小气量环境样品中惰性气体进行自动化分离时，首先通过控制装置16本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统，其特征在于，包括：除水装置、海绵钛高温吸附装置、气相色谱分离装置、惰性气体收集测量装置、真空装置和控制装置；其中：所述真空装置，用于使系统处于真空状态；所述控制装置，用于实现整个惰性气体分离的自动化控制；所述除水装置，用于在所述控制装置的控制下将小气量环境样品气体除去水和二氧化碳；所述海绵钛高温吸附装置，用于在所述控制装置的控制下除去小气量环境样品气体中的活性气体；所述气相色谱分离装置，用于在所述控制装置的控制下实现小气量环境样品气体中氩气和氪气的自动分离；所述惰性气体收集测量装置，用于分别收集并测量氩气和氪气。

【技术特征摘要】
1.一种用于小气量环境样品中惰性气体自动化分离的系统，其特征在于，包括：除水装置、海绵钛高温吸附装置、气相色谱分离装置、惰性气体收集测量装置、真空装置和控制装置；其中：所述真空装置，用于使系统处于真空状态；所述控制装置，用于实现整个惰性气体分离的自动化控制；所述除水装置，用于在所述控制装置的控制下将小气量环境样品气体除去水和二氧化碳；所述海绵钛高温吸附装置，用于在所述控制装置的控制下除去小气量环境样品气体中的活性气体；所述气相色谱分离装置，用于在所述控制装置的控制下实现小气量环境样品气体中氩气和氪气的自动分离；所述惰性气体收集测量装置，用于分别收集并测量氩气和氪气。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述除水装置包括：不锈钢容器，所述不锈钢容器中装有5A分子筛。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述海绵钛高温吸附装置包括：质量流量控制计、海绵钛高温炉管、装在所述海绵钛高温炉管内的海绵钛和薄膜压力计；其中：所述质量流量控制计用于控制小气量环境样品气体以预设的流速进入所述海绵钛高温炉管；所述薄膜压力计，用于监测所述海绵钛高温炉管的气压；所述海绵钛，用于除去小气量环境样品气体中的活性气...

【专利技术属性】
技术研发人员：董希泽，夫劳瑞瑞特布什，卢征天，蒋蔚，胡水明，杨国民，赵磊，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34