一种实验室火焰石英探针在线取样系统及取样方法技术方案

本发明专利技术公开了一种实验室火焰石英探针在线取样系统及取样方法,该方法步骤为：(1)使氧气和保护氮气进入燃烧器；同时氮气和正庚烷液体燃料分别进入到液体蒸发器中，在液体蒸发器内完全蒸发后，再通过加热到300℃的管道流入燃烧器中，在燃烧器中加热后的气体与氧气均匀混合后被点燃；(2)移动燃烧器；(3)取样并分析。本方法可以对不同控制参数条件下的火焰进行实时分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石英探针在线取样系统及取样方法，尤其涉及一种对实验室火焰石英探针在线取样系统及取样方法。
技术介绍
如今，碳烟颗粒的排放对地球环境和人类健康的不利影响已经引起了世界各国的极大关注，并且相继出台了一系列的法律法规来控制碳烟颗粒的排放。而控制碳烟颗粒排放的基础是更深入地理解碳烟的生成和演化过程，从而探索更为行之有效的去除方法，指导实际的生产和应用。多环芳香烃(PAHs)本身是环境污染物，也是碳烟生成的重要前驱物，且多数PAHs具有毒性，致癌性和致突变性等特点。此外，燃烧产生的其他重要中间产物对碳烟的形成也产生了至关重要的作用。因此系统开展对PAHs以及其他重要中间产物的研究不仅可以对碳烟生成机理进行深入了解，而且对进一步环境污染物的控制具有重要意义。尽管研究人员对气体燃料火焰中产生的PAHs以及其他中间产物进行过研究，但是通常采用的离线采样的方法，这样不仅会产生较大的试验误差，而且也无法对火焰中产生的气态中间产物进行测量。在已有的技术中，专利号为2011110058325.1的中国专利提出内燃机所生成的多环芳香烃定量检测方法，采用了离线取样方法对多环芳香烃进行了定量分析，该方法会使得实验结果的误差偏大，此外对燃烧所生成的气态中间产物无法进行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,提供一种能够针对液体燃料燃烧火焰进行在线取样，并可以精确地控制在不同火焰位置处进行实时在线分析的实验室火焰石英探针在线取样系统及取样方法。一种实验室火焰石英探针在线取样系统，它包括石英探针，所述的石英探针的尖端为锥形，所述的石英探针与样品管道的一端相连，所述的样品管道的另一端与一个六通阀的进样孔相连，所述的六通阀的出样孔与真空泵相连，所述的六通阀孔Ⅱ与气相色谱-质谱联用仪的流动相端相连，所述的六通阀孔Ⅲ与气相色谱-质谱联用仪的色谱柱相连接；在所述的石英探针及取样管路上包裹有加热带Ⅰ，所述的加热带Ⅰ中的导线与电压调节器正负极相连，麦肯纳平面预混燃烧器安装在光学位移台上，所述的光学位移台能够在驱动系统的驱动下带动燃烧器沿取样探针的轴向和与取样探针轴向垂直的方向移动，所述的石英探针位于麦肯纳平面预混燃烧器上方，所述的麦肯纳平面预混燃烧器通过装有阀门Ⅰ、氧气流量计的氧气管道与氧气源相连并且所述的麦肯纳平面预混燃烧器通过装有阀门Ⅱ、氮气流量计Ⅰ的第一氮气管道与氮气源Ⅰ相连，所述的麦肯纳平面预混燃烧器中的冷却水管与外部的恒温水箱相连，所述的氧气流量计和氮气流量计Ⅰ、光学位移台的驱动系统以及气相色谱-质谱联用仪与电脑控制系统相连，所述的电脑控制系统读取氧气流量计和氮气流量计Ⅰ输出的流量信号并向氧气流量计内的阀门和氮气流量计Ⅰ内的阀门输出开度控制信号，所述的电脑控制系统向光学位移台的驱动系统输出位移信号，所述的电脑控制系统读取气相色谱-质谱联用仪输出的质谱图并进行实时分析，所述的麦肯纳平面预混燃烧器的燃料进气口通过包裹有加热带Ⅱ的管道与液体蒸发器的燃料出口相连通，所述的液体蒸发器的液体进样口依次通过管道连接液体流量计、过滤器和液体储油罐,连接有阀门Ⅲ及氮气源Ⅱ的第二氮气管道的出口分为两路,其中一路与液体储油罐相连通，另一路通过装有氮气流量计Ⅱ的进气管道与所述的液体蒸发器的进气口相连通，所述的液体蒸发器的电加热丝通过控制线路与控制器相连以设定电加热丝的温，所述的氮气流量计Ⅱ和液体流量计与控制器的信号输入端相连，以控制氮气流量计Ⅱ内阀门的开度以及液体流量计内阀门的开度，所述的加热带Ⅱ17中导线与电压调节器Ⅱ两端的正负极相连。实验室火焰石英探针在线取样方法，它包括以下步骤：(1)使氧气和保护氮气分别以0.11L/min和28L/min的体积流量进入麦肯纳平面预混燃烧器；同时氮气和正庚烷液体燃料分别以1.26L/min的体积流量和27g/h的质量流量进入到液体蒸发器中，在温度设置为50℃的液体蒸发器内完全蒸发后，再进入到通过加热带加热到300℃的管道内流入麦肯纳平面预混燃烧器中，在燃烧器中加热后的气体与氧气均匀混合后被点燃，形成均匀的预混火焰；(2)对麦肯纳平面预混燃烧器沿石英探针轴向和垂直方向的移动来改变火焰相对石英探针的位置；(3)取样开始时，在麦肯纳平面预混燃烧器中液体燃料燃烧产生的气体经过石英探针小孔进入到石英探针中，通过石英探针中的石英棉去除气体样品中的碳烟微粒，经处理后的气体样品经过加热管后进入六通阀，通过六通阀转子的瞬时转动对气体样品取样，取样气体样品经过气相色谱-质谱联用仪采用质谱图分析，然后将质谱图分析结果输出给电脑控制系统对样品进行定性和定量分析。本专利技术的实验室石英探针在线取样系统，与现有技术相比，其优点在于：1.可以对不同控制参数(不同火焰温度，燃空当量比)条件下的火焰进行实时分析；2.能够对液体燃料火焰中任意位置进行取样分析；3.可以实现在线取样，减小了试验误差。4.取样过程具有良好的可控性和可重复性；5.石英探针对火焰的干扰小；本专利技术的实验室火焰石英探针在线取样系统，可以对预混液体燃料火焰中任意位置处PAHs和其他重要中间产物进行实时的在线分析，为探索液体燃料火焰中碳烟的生成机理提供了一种重要手段，为大气环境污染的防止提供了一个科学依据。附图说明图1是本专利技术的实时在线分析的实验室火焰石英探针在线取样系统示意图；图2是图1所示的系统中的光学位移台的主视图；图3是图2所示的光学位移台的俯视图；图4是六通阀取样示意图；图5是六通阀进样示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作以详细描述。如图1所示，一种实验室火焰石英探针在线取样系统，它包括石英探针1，所述的石英探针的尖端为锥形，所述的石英探针与样品管道的一端相连，所述的样品管道的另一端与一个六通阀的进样孔33相连，所述的六通阀的出样孔34与真空泵4相连，所述的六通阀孔Ⅱ37与气相色谱-质谱联用仪6的流动相端相连，所述的六通阀孔Ⅲ39与气相色谱-质谱联用仪的色谱柱相连接。在所述的石英探针及取样管路上包裹有加热带Ⅰ2，所述的加热带Ⅰ中的导线与电压调节器3正负极相连，通过电压调节实现温度的改变，最优的温度设置为300℃能够有效避免PAHs及其他燃烧中间产物在管路中的凝结和沉积，使检测结果更加准确。麦肯纳平面预混燃烧器14安装在光学位移台15上，所述的光学位移台能够在驱动系统的驱动下带动燃烧器沿取样探针的轴向和与取样探针轴向垂直的方向移动，实现对不同火焰高度和火焰位置处的PAHs及其他中间产物的实时在线分析。所述的石英探针位于麦肯纳平面预混燃烧器14上方，所述的麦肯纳平面预混燃烧器通过装有阀门Ⅰ8、氧气流量计12的氧气管道与氧气源7相连并且所述的麦肯纳平面预混燃烧器通过装有阀门Ⅱ10、氮气流量计Ⅰ11的第一氮气管道与氮气源Ⅰ9相连，所述的麦肯纳平面预混燃烧器中的冷却水管与外部的恒温水箱13相连，通过调节恒温水箱的温度设置，使燃烧器维持在一定的温度，从而可以减少火焰对燃气的预热作用，减少试验误差，恒温水箱温度可以控制在-5～100℃范围内，通常控制在20℃，循环水流量为10L/min。所述的氧气流量计12和氮气流量计Ⅰ11、光学位移台的驱动系统以及气相色谱-质谱联用仪6与电脑控制系统5相连，所述的电脑控制系统读取氧气流量计和氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实验室火焰石英探针在线取样系统，它包括石英探针，其特征在于:所述的石英探针的尖端为锥形，所述的石英探针与样品管道的一端相连，所述的样品管道的另一端与一个六通阀的进样孔相连，所述的六通阀的出样孔与真空泵相连，所述的六通阀孔Ⅱ与气相色谱‑质谱联用仪的流动相端相连，所述的六通阀孔Ⅲ与气相色谱‑质谱联用仪的色谱柱相连接；在所述的石英探针及取样管路上包裹有加热带Ⅰ，所述的加热带Ⅰ中的导线与电压调节器正负极相连，麦肯纳平面预混燃烧器安装在光学位移台上，所述的光学位移台能够在驱动系统的驱动下带动燃烧器沿取样探针的轴向和与取样探针轴向垂直的方向移动，所述的石英探针位于麦肯纳平面预混燃烧器上方，所述的麦肯纳平面预混燃烧器通过装有阀门Ⅰ、氧气流量计的氧气管道与氧气源相连并且所述的麦肯纳平面预混燃烧器通过装有阀门Ⅱ、氮气流量计Ⅰ的第一氮气管道与氮气源Ⅰ相连，所述的麦肯纳平面预混燃烧器中的冷却水管与外部的恒温水箱相连，所述的氧气流量计和氮气流量计Ⅰ、光学位移台的驱动系统以及气相色谱‑质谱联用仪与电脑控制系统相连，所述的电脑控制系统读取氧气流量计和氮气流量计Ⅰ输出的流量信号并向氧气流量计内的阀门和氮气流量计Ⅰ内的阀门输出开度控制信号，所述的电脑控制系统向光学位移台的驱动系统输出位移信号，所述的电脑控制系统读取气相色谱‑质谱联用仪输出的质谱图并进行实时分析，所述的麦肯纳平面预混燃烧器的燃料进气口通过包裹有加热带Ⅱ的管道与液体蒸发器的燃料出口相连通，所述的液体蒸发器的液体进样口依次通过管道连接液体流量计、过滤器和液体储油罐,连接有阀门Ⅲ及氮气源Ⅱ的第二氮气管道的出口分为两路,其中一路与液体储油罐相连通，另一路通过装有氮气流量计Ⅱ的进气管道与所述的液体蒸发器的进气口相连通，所述的液体蒸发器的电加热丝通过控制线路与控制器相连以设定电加热丝的温，所述的氮气流量计Ⅱ和液体流量计与控制器的信号输入端相连，以控制氮气流量计Ⅱ内阀门的开度以及液体流量计内阀门的开度，所述的加热带Ⅱ17中导线与电压调节器Ⅱ两端的正负极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种实验室火焰石英探针在线取样系统，它包括石英探针，其特征在于:所述的石英探针的尖端为锥形，所述的石英探针与样品管道的一端相连，所述的样品管道的另一端与一个六通阀的进样孔相连，所述的六通阀的出样孔与真空泵相连，所述的六通阀孔Ⅱ与气相色谱-质谱联用仪的流动相端相连，所述的六通阀孔Ⅲ与气相色谱-质谱联用仪的色谱柱相连接；在所述的石英探针及取样管路上包裹有加热带Ⅰ，所述的加热带Ⅰ中的导线与电压调节器正负极相连，麦肯纳平面预混燃烧器安装在光学位移台上，所述的光学位移台能够在驱动系统的驱动下带动燃烧器沿取样探针的轴向和与取样探针轴向垂直的方向移动，所述的石英探针位于麦肯纳平面预混燃烧器上方，所述的麦肯纳平面预混燃烧器通过装有阀门Ⅰ、氧气流量计的氧气管道与氧气源相连并且所述的麦肯纳平面预混燃烧器通过装有阀门Ⅱ、氮气流量计Ⅰ的第一氮气管道与氮气源Ⅰ相连，所述的麦肯纳平面预混燃烧器中的冷却水管与外部的恒温水箱相连，所述的氧气流量计和氮气流量计Ⅰ、光学位移台的驱动系统以及气相色谱-质谱联用仪与电脑控制系统相连，所述的电脑控制系统读取氧气流量计和氮气流量计Ⅰ输出的流量信号并向氧气流量计内的阀门和氮气流量计Ⅰ内的阀门输出开度控制信号，所述的电脑控制系统向光学位移台的驱动系统输出位移信号，所述的电脑控制系统读取气相色谱-质谱联用仪输出的质谱图并进行实时分析，所述的麦肯纳平面预混燃烧器的燃料进气口通过包裹有加热带Ⅱ的管道与液体蒸发器的燃料出口相连通，所述的液体蒸发器的液体进样口依次通过管道连接液体流量计、过滤器和液体储油罐,连接有阀门Ⅲ及氮气源Ⅱ的第二氮气管道的出口分为两路,其中一路与液体储油罐相连通，另一路通过装有氮气流量计Ⅱ的进气管道与所述的液体蒸发器的进气口相连通，所述的液体蒸发器的电加热丝通过控制线路与控制器相连以设定电加热丝的温，所述的氮气流量计Ⅱ和液体流量计与控制器的信号输入端相连，以控制氮气流量计Ⅱ内阀门的开度以及液体流量计内阀门的开度，所述的加热带Ⅱ17中导线与电压调节器Ⅱ两端的正负极相连。2.根据权利要求1所述的实验室火焰石英探针在线取样系统，其特征在于:所述的麦肯纳平面预混燃烧器的外圈直径为85mm，内圈产生火焰的烧结金属板直径为28mm。3.根据权利要求1或者2所述的实验室火焰石英探针在线取...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋崇林，刘野，吕刚，李娜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12