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专利名称：二氧化碳中苯、总烃、甲烷和co连续在线分析装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于二氧化碳中微量苯、总烃、甲烷和一氧化碳连续在线监 测的气相色谱分析装置，具体地说，涉及一种采用自动平面阀完成样品进样、组分反吹的多 维气相色谱法二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置。
背景技术：
二氧化碳中微量苯、总烃、甲烷和一氧化碳是GB 10621-2006《食品添加剂液体二 氧化碳》中规定检测的主要技术指标，是评价二氧化碳是否满足食品添加剂技术要求的主 要指标，其技术要求分别为苯彡0.02X10_6;总烃(以甲烷计)彡50X10_6(其中非甲烷烃 不超过20X10_6)；—氧化碳< 10X10_6。目前的分析技术为微量苯采用活性碳吸附浓缩， 高温解析进样色谱分析，浓缩和解析需要人工操作，无法实现在线监测。目前，可口可乐和百事可乐等公司对食品级二氧化碳的采购采取认证制度，要求 生产厂家在线对二氧化碳中微量苯、总烃、硫化物总量进行分析。现有技术，没法解决二氧化碳中微量苯小于0.02X10—6的样品不进行浓缩而直接 进样的在线分析方法，大都使用样品浓缩的方法进样，以降低仪器检测限的技术要求。同 时，对总烃、甲烷和一氧化碳的分析也无法使用一台气相色谱仪完成，多采用2台或3台仪 器才能完成微量苯、总烃、甲烷和一氧化碳的分析。根据国家标准GB10621-2006《食品添加剂液体二氧化碳》(简称食品级二氧化碳) 的要求，对苯的限量要求< 20ppb，标准方法规定是采用取样3 5mL直接进样法，这就对仪 器FID检测器的灵敏度要求较高，市场上现有国产化仪器，往往灵敏度达不到要求而无法 检测。现有技术多引用对室内空气中微量苯和TVOC的检测原理，利用Tenax TA吸附剂 吸附浓缩二氧化碳气中的微量苯，提高进入色谱仪分析的苯组份的绝对量，就可以比较容 易使得气相色谱仪有足够的方法检测灵敏度来分析二氧化碳气中的微量苯。通过调节一定 的流量(50 lOOmL/min)，让二氧化碳样品气流过吸附管，苯组份被Tenax Ta吸附剂富集 吸附，二氧化碳不被吸附而排空。吸附一定的体积(0.3-1L)样品气后，通过热解吸直接进 入气相色谱仪分析，从而达到能够测定二氧化碳中微量苯的目的。这样，分析微量苯就需要1台配氢火焰检测器(FID)的气相色谱仪。二氧化碳中一氧化碳的分析需要配甲烷化转化炉，首先把一氧化碳和二氧化碳在 氢气的存在下，使用镍催化剂在360 380°C温度下把一氧化碳转化为甲烷后通过FID检测 器检测，但由于色谱柱分离和二氧化碳浓度过高，虽然可同时分析甲烷，一个分析周期往往 需要10 20分钟以上。微量非甲烷总烃采用一根空柱或装填不对组分进行任何分离的玻璃微球类色谱 柱，对含甲烷在内的所有碳氢化合物进行分析。气相色谱技术经过一个多世纪的发展，已经成为一种广泛使用，用于液体和气体 样品的分析方法；到了现阶段，由于计算机技术的发展，目前，气相色谱仪的自动化程度越来越高，可靠性也越来越高，其实验室仪器与工业在线仪器并无明显区别，有的仪器已经实 现液体样品的无人值守、自动分析及完成分析数据处理，自动生成分析报告。但其设计目的 是要求人为干预，比如液体样品事先放入自动进样器样品盘，给定分析方法。但对于气体样 品的连续在线分析还需要人为给定启动信号，仪器才能开始工作。通常，气相色谱仪由下面几个部分组成气路系统包括载气和检测器所用的气体，现有技术已经可以用电子流量的数字 化控制。本实用新型使用氮气做载气。进样系统其作用是有效地把样品导入色谱柱进行分离，如平面六通进样阀、注 射进样口(填充柱、分流/不分流等)，以及裂解、柱头、顶空等辅助进样方式。本实用新型 采用自动气动平面六通阀及十通阀(带反吹)进样方式。色谱柱系统包括柱温度控制、色谱柱以及与进样系统、检测系统的连接。本实用 新型采用六通和十通平面阀切换色谱柱完成各待测组分的分离。检测系统用检测器检测色谱柱分离后流出待测组分，如热导检测器(TCD)、氢火 焰离子化检测器(FID)、氮磷检测器(NPD)等。本实用新型使用两个氢火焰离子化检测器， 同时仪器对苯的检测限要不低于lXlO-ng/s。数据处理系统即对待测组分在检测器上产生的电信号进行处理，画出色谱图， 并获得相应的定性定量数据。控制系统由时间程序控制进样系统中气动六通和十通阀的开关时间，外部控制 系统控制色谱仪分析程序的启动。除了色谱仪分析程序的启动由外部控制，其它程序全部 由色谱仪和色谱工作站预先设定的程序自动完成(包括色谱数据采集处理、色谱柱温度程 序、阀启动关闭时间程序、数据输出等)。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种二氧 化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置，可以实现二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连 续在线分析。本实用新型二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置，包括载气管、第 一六通平面阀、第二六通平面阀、十通平面阀、第一 第四色谱柱、甲烷化转化管、气相色谱 仪；所述气相色谱仪配有第一氢火焰检测器(FID Α)和第二氢火焰检测器(FIDB)；所述第一六通平面阀、第二六通平面阀的六个通口均逆时针按顺序编号通口 一 通口六；十通平面阀的十个通口逆时针按顺序编号通口一 通口十；其特征是所述载气管分为三路，分别联接第一六通平面阀的通口五、十通平面阀的通口四 和通口七；十通平面阀的通口 一与通口八之间接有第一定量管，十通平面阀的通口五与通口 二之间接第三色谱柱；十通平面阀的通口九接第一六通平面阀的通口一 ；十通平面阀的通 口六与第二氢火焰检测器之间依次串接第四色谱柱、甲烷化转化管；十通平面阀的通口十 接待测样气；[0025]第一六通平面阀的通口三与通口六之间接有第二定量管，第一六通平面阀的通口 四接第二六通平面阀的通口五；第二六通平面阀的通口三与通口四之间接第二色谱柱，第二六通平面阀的通口一 与通口六之间接第一色谱柱；第二六通平面阀的通口二接第一氢火焰检测器。本实用新型可以通过一个外部时间继电器定时启动色谱程序，实现实验室气相色 谱仪用于在线、连续分析和自动采样、进样、样品反吹、色谱柱切换等功能，达到在线工业色 谱仪的功能。一台配双氢火焰检测器的气相色谱仪，可同时在线分析二氧化碳中微量苯、甲 烷、一氧化碳和总有机烃等组分。

图1、是本实用新型二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置结构示意图 (各平面阀处于OFF状态)。图2、是本实用新型二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置结构示意图 (各平面阀处于ON状态)。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型做详细说明。如图1、2所示二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置，包括两个载气管(al、a2)、第 一六通平面阀bl、第二六通平面阀b2、十通平面阀b3、第一 第四色谱柱(cl、c2、c3、c4)、 甲烷化转化管d、气相色谱仪；所述气相色谱仪配有第一氢火焰检测器(FID Α)和第二氢火焰检测器(FIDB)；所述第一六通平面阀、第二六通平面阀的六个通口均在阀盘面上逆时针按顺序编 号通口一 通口六(阀盘标记1 6)；十通平面阀的十个通口在阀盘面上逆时针按顺序 编号通口一 通口十(阀盘标记1 10)；载气管分为三路，分别联接第一六通平面阀的通口五、十通平面阀的通口四和通 口七；十通平面阀的通口 一与通口八之间接有第一定量管al，十通平面阀的通口五与通 口二之间接第三色谱柱；十通平面阀的通口九接第一六通平面阀的通口一 ；十通平面阀的 通口六与第二氢火焰检测器之间依次串接第四色谱柱、甲烷化转化管；十通平面阀的通口 十接待测样气；第一六通平面阀的通口三与通口六之间接有第二定量管a2，第一六通平面阀的通 口四接第二六通平面阀的通口五；第二六通平面阀的通口三与通口四之间接第二色谱柱，第二六通平面阀的通口一 与通口六之间接第一色谱柱；第二六通平面阀的通口二接第一氢火焰检测器。1、色谱柱系统①采用高纯氮做载气，经减压阀减压到0. 5MPa，分三路经稳流稳 压装置进入进样口 A、AUXl、AUX2。②采用高纯氢做燃气和甲烷化转化气，分两路分别进入第 一氢火焰检测器和甲烷化转化管。③无油压缩空气分别进入第一氢火焰检测器FID A和第 二氢火焰检测器FID B。④第一路氮气经进样口 A进第一六通平面阀的通口五，从第一六通平面阀的通口四出进入第二六通平面阀的通口五，从第二六通平面阀的通口四出，经过第 二色谱柱后进第一氢火焰检测器FID A0第二路氮气经AUXl进入十通平面阀的通口七，从 十通平面阀的通口六出，经第四色谱柱后进入甲烷化转化管，然后进第二氢火焰检测器FID B。第三路氮气经AUX2进十通平面阀的通口四，经第三色谱柱后从十通平面阀的通口三排空。2、色谱柱第一色谱柱选不锈钢色谱柱，柱长1米，内径2. 1毫米，填料为60 80 目玻璃微球；第二色谱柱选不锈钢色谱柱，柱长2米，内径2. 1毫米，填料为20% SE-30/红 色6201担体60 80目；第三色谱柱选不锈钢色谱柱，柱长2米，内径2.1毫米，填料为高 分子聚合物Porapak Q 60 80目；第四色谱柱选不锈钢色谱柱，柱长1. 5米，内径2. 1毫 米，填料为13X分子筛60 80目。3、标准气/样品气气路待测样气经十通平面阀的通口十进，经十通平面阀的通 口一、第一定量管al从十通平面阀的通口九进第一六通平面阀的通口一，经第二定量管 a2，从第一六通平面阀的通口 二排空。色谱柱箱设定100°C，恒温，等待仪器稳定；标准/样品气经十通平面阀的通口十 进入，经上述标准/样品气气路，从第一六通平面阀的通口二排空。5、标准气分析过程由外部时间程序部件启动色谱仪程序，十通平面阀由off转 到on状态，第一定量管al中的标准气由载气推动，进入第三色谱柱，标准气中的甲烷和一 氧化碳经第三色谱柱分离后率先由十通平面阀的通口五经通口六进入第四色谱柱，一氧化 碳和甲烷完全从第三色谱柱流出进入第四色谱柱，而主组分二氧化碳还在第三色谱柱时， 十通平面阀由on再转到off (第一六通平面阀在同一时间由off转到on状态)，经十通平 面阀的通口四，从十通平面阀的通口五由载气把第三色谱柱中的二氧化碳等带入十通平面 阀的通口二，再从十通平面阀的通口三反吹放空排出。由于第一六通平面阀在同一时间由 off转到on状态，第二定量管a2中的标准气由载气推动，带入经第一六通平面阀的通口三、 通口四、第二六通平面阀的通口五、通口四进入第二色谱柱，在第二色谱柱苯经分离后进入 第一氢火焰检测器FID A检测。第二定量管a2中标准气完全流出后，第一六通平面阀由on 转到off状态。当第二六通平面阀中的苯和其他杂质完全流出后，第二六通平面阀由off 转到on状态，第一六通平面阀再次由off转到on状态，第二定量管a2中的标准气由载气 推动，由第一六通平面阀通口三、通口四、第二六通平面阀通口五、通口六进入第一色谱柱， 标准气中的总烃不分离直接进入第一氢火焰检测器FID A检测。待总烃在第一氢火焰检测 器上完成检测后，第一六通平面阀和第二六通平面阀转到off状态，等待下一次运行。6、标准气分析完成后，仪器经校准，样品气的分析方法同前述标准气分析过程。7、外部时间程序部件，具体的说就是就是利用商品的时间程序继电器定时、定周 期的实现继电器触点的闭合和断开，来实现气相色谱仪分析程序的周期运行而实现在线、 连续的样品分析。也可以通过在计算机上编制一个时间程序，由计算机的串口(COM 口)控 制外部继电器的闭合和断开来实现定时、定周期启动气相色谱仪的分析程序而实现连续在 线的分析。本实用新型利用不同特性的色谱柱组合，用一种十通阀完成进样和反吹操作，甲 烷、一氧化碳与二氧化碳的分离进入下一根色谱柱，同时二氧化碳经反吹放空，而不干扰甲 烷和一氧化碳的测定；用两只六通阀，分别完成进样、色谱柱切换；同时测定苯和总烃。[0047] 利用外部时间继电器周期动作完成色谱仪的周期运行，实现连续在线分析，同时 利用色谱工作站的自动数据处理、自动数据保存、自动打印功能。利用局域网功能，实现数 据远程传输和自动报警。
权利要求二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置，包括载气管、第一六通平面阀、第二六通平面阀、十通平面阀、第一～第四色谱柱、甲烷化转化管、气相色谱仪；所述气相色谱仪配有第一氢火焰检测器和第二氢火焰检测器；所述第一六通平面阀、第二六通平面阀的六个通口均逆时针按顺序编号通口一～通口六；十通平面阀的十个通口逆时针按顺序编号通口一～通口十；其特征是所述载气管分为三路，分别联接第一六通平面阀的通口五、十通平面阀的通口四和通口七；十通平面阀的通口一与通口八之间接有第一定量管，十通平面阀的通口五与通口二之间接第三色谱柱；十通平面阀的通口九接第一六通平面阀的通口一；十通平面阀的通口六与第二氢火焰检测器之间依次串接第四色谱柱、甲烷化转化管；第一六通平面阀的通口三与通口六之间接有第二定量管，第一六通平面阀的通口四接第二六通平面阀的通口五；第二六通平面阀的通口三与通口四之间接第二色谱柱，第二六通平面阀的通口一与通口六之间接第一色谱柱；第二六通平面阀的通口二接第一氢火焰检测器。
专利摘要本实用新型公开了一种二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置，其中气相色谱仪配有两个氢火焰检测器。包括载气管、第一六通平面阀、第二六通平面阀、十通平面阀、第一～第四色谱柱、甲烷化转化管、气相色谱仪。本发明利用不同特性的色谱柱组合，用一种十通阀完成进样和反吹操作，甲烷、一氧化碳与二氧化碳的分离进入下一根色谱柱，同时二氧化碳经反吹放空，而不干扰甲烷和一氧化碳的测定；用两只六通阀，分别完成进样、色谱柱切换；同时测定苯和总烃。本实用新型可以实现实验室气相色谱仪用于在线、连续分析和自动采样、进样、样品反吹、色谱柱切换等功能。可同时在线分析二氧化碳中微量苯、甲烷、一氧化碳和总有机烃等组分。
文档编号G01N35/02GK201765237SQ20102029796
公开日2011年3月16日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者林培川, 陈军 申请人:南京特种气体厂有限公司