專利名稱：在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓原位紅外光譜監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜設(shè)備或裝置。
背景技術(shù)：
高壓原位紅外光譜技術(shù)可應(yīng)用于在線監(jiān)測(cè)真實(shí)的或接近真實(shí)的壓力、溫度等條件下的高壓/超臨界體系中進(jìn)行的物理轉(zhuǎn)變或者化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，探測(cè)體系的相行為規(guī)律以及各組分之間的相互作用機(jī)制，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)活性物種的產(chǎn)生及其隨壓力、溫度、時(shí)間等的衍變， 研究物理轉(zhuǎn)變或化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理。對(duì)于認(rèn)識(shí)超臨界體系規(guī)律、優(yōu)化工藝參數(shù)、調(diào)控過(guò)程結(jié)果、促進(jìn)超臨界流體技術(shù)的應(yīng)用等方面具有獨(dú)到的作用。紅外光譜是分子選擇性吸收紅外輻射、在振動(dòng)能級(jí)躍遷中產(chǎn)生的分子吸收光譜。 高壓及超臨界體系原位紅外光譜技術(shù)已為一些文獻(xiàn)所報(bào)道。依據(jù)紅外光在測(cè)試樣品中的傳播方式，高壓原位紅外光譜技術(shù)可分為透射式及衰減全反射兩種模式。透射式高壓原位紅外光譜系統(tǒng)的分析光路簡(jiǎn)單，光程容易確定，其核心部件透射式高壓紅外樣品池與紅外光譜儀的光路匹配方便。由于大多數(shù)極性基團(tuán)在中紅外光譜區(qū)的摩爾吸光系數(shù)(ε)很大(IO2 IO4Lmor1. cnT1)，為了避免待測(cè)組分產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的紅外吸收而無(wú)法得到合用的紅外光譜，在測(cè)試體系中紅外光的有效穿透厚度(光程，b)與待測(cè)組分濃度(c)的乘積就必須很小(一般不超過(guò)對(duì)應(yīng)基團(tuán)摩爾吸光系數(shù)的倒數(shù)ε—1)。一方面，當(dāng)體系中待測(cè)組分濃度(c)不能很小的時(shí)候就必須減小光程(b)，小的光程不僅使整個(gè)系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中無(wú)法攪拌，也限制了高壓紅外樣品池的有效容積，給待測(cè)樣品的準(zhǔn)確加入帶來(lái)一定困難。另一方面，在光程無(wú)法減小的時(shí)候降低待測(cè)組分濃度雖然也能避免產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的紅外吸收，但過(guò)低的濃度不僅給原料的準(zhǔn)確加入帶來(lái)一定困難，也使紅外光譜的信噪比降低、可靠性下降。目前，已有的透射式高壓原位紅外光譜系統(tǒng)的光程小而無(wú)法攪拌，光程也難以靈活調(diào)節(jié)，限制了高壓原位紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用。衰減全反射式高壓紅外光譜系統(tǒng)能夠?qū)⒓t外光光程(b)降低到只有幾微米到十幾微米，可以有效地提高待測(cè)組分所允許的濃度(c，0. 1 lOmol.L—1)。另外，與透射式高壓原位紅外光譜樣品池不同，衰減全反射式高壓原位紅外樣品池的容積不受光程影響，可根據(jù)測(cè)試需要設(shè)計(jì)和選擇，允許有較大的待測(cè)樣品體積，有助于原料準(zhǔn)確加入。因此，衰減全反射式高壓原位紅外光譜是在線監(jiān)測(cè)高壓及超臨界體系的一種有效的技術(shù)手段。相對(duì)于透射模式，衰減全反射式原位紅外光譜的光路復(fù)雜，需要專門設(shè)計(jì)反射鏡組來(lái)改造傅里葉變換紅外光譜儀樣品倉(cāng)里的分析光路，使紅外光譜儀的光源能夠與紅外樣品池里的全反射晶體以及全反射晶體表面的待測(cè)樣品有效耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓及超臨界過(guò)程的原位紅外光譜監(jiān)測(cè)。目前，已有衰減全反射式高壓原位紅外樣品池的紅外傳感元件全反射晶體安裝在高壓紅外樣品池底部，全反射晶體也是高壓紅外樣品池承壓殼體的一部分。紅外光經(jīng)過(guò)反射鏡反射后，從樣品池底部以一定角度射入表面被待測(cè)樣品覆蓋的全反射晶體，在全反射晶體里發(fā)生全反射、在全反射晶體表面被待測(cè)樣品選擇性吸收而衰減，經(jīng)過(guò)數(shù)次衰減全反射以后射出紅外樣品池，經(jīng)反射鏡反射至紅外光譜儀的檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。這種測(cè)試系統(tǒng) (裝置)的主要缺點(diǎn)是首先，高壓紅外樣品池底部的全反射晶體會(huì)隨樣品池移動(dòng)而偏移分析光路，在測(cè)試前，光路必須進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)操作繁瑣。其次，受光路布局限制，現(xiàn)有的原位紅外光譜系統(tǒng)里無(wú)法引入攪拌器而不能攪拌。另外，受全反射晶體材料、幾何尺寸及密封方法等限制，現(xiàn)有的原位紅外樣品池的耐壓水平低，多數(shù)不超過(guò)lOMPa，最大為20MPa。高壓/超臨界條件下的物理轉(zhuǎn)變或化學(xué)反應(yīng)體系屬于組成復(fù)雜的混合體系。對(duì)于這些混合體系中進(jìn)行的變化過(guò)程而言，有效地?cái)嚢栌兄谔岣邆髻|(zhì)擴(kuò)散速率、改善體系中各組分混合的均勻性提高在線光譜測(cè)量結(jié)果的代表性和重現(xiàn)性。無(wú)論透射式還是衰減全反射式，現(xiàn)有高壓原位紅外光譜系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)過(guò)程中均無(wú)法實(shí)現(xiàn)攪拌，使所監(jiān)測(cè)的體系實(shí)質(zhì)上有別于真實(shí)的轉(zhuǎn)變或反應(yīng)過(guò)程，使測(cè)量結(jié)果可靠性和可信度降低。另外，原位紅外樣品池的耐壓水平低，限制了高壓/超臨界體系原位紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述高壓原位紅外光譜系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐壓性能好、操作簡(jiǎn)便的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置。解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是它包括高壓反應(yīng)釜、控制器、紅外光譜儀、計(jì)算機(jī)，高壓反應(yīng)釜通過(guò)安裝在管道上的進(jìn)樣閥門和氣液三通閥門與高壓注射泵相聯(lián)通、通過(guò)安裝在管道上的進(jìn)樣閥門和氣液三通閥門與計(jì)量泵相聯(lián)通、通過(guò)安裝在管道上的排氣閥門和氮?dú)馊ㄩy門與氮?dú)馄恳约罢婵毡孟嗦?lián)通、通過(guò)管道與壓力傳感器相聯(lián)通，高壓反應(yīng)釜上設(shè)置有通過(guò)導(dǎo)線與控制器的溫度顯示儀相連的測(cè)溫?zé)犭娕?、通過(guò)導(dǎo)線與控制器的溫度控制器相連的加熱器和控溫?zé)犭娕迹瑝毫鞲衅魍ㄟ^(guò)導(dǎo)線與控制器的壓力顯示儀相連，紅外光譜儀通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連，它包括設(shè)置在高壓反應(yīng)釜下方通過(guò)導(dǎo)線與控制器的調(diào)速器相連的電磁攪拌器，設(shè)置在紅外光譜儀上的反射倉(cāng)，它還包括與反射倉(cāng)和插入到高壓反應(yīng)釜內(nèi)的紅外傳感器相連的光導(dǎo)纖維，紅外傳感器用密封壓帽、密封卡套和密封接頭密封安裝在高壓反應(yīng)釜上。本發(fā)明的反射倉(cāng)為在箱體內(nèi)的底部從左往右依次設(shè)置位于同一條水平光軸上的凸透鏡、左反射鏡、右反射鏡，左反射鏡與水平面正向之間的夾角為45°，右反射鏡與水平面正向之間的夾角為135°，光導(dǎo)纖維分為兩束，光導(dǎo)纖維的左側(cè)一束光導(dǎo)纖維與箱體上的光導(dǎo)纖維左接口相連，位于左反射鏡光出射方向，光導(dǎo)纖維的右側(cè)一束光導(dǎo)纖維與箱體上的光導(dǎo)纖維右接口相連，位于右反射鏡光入射方向。本發(fā)明的紅外傳感器為傳感器殼體內(nèi)的下端設(shè)置有衰減全反射棱鏡，光導(dǎo)纖維的下部穿入傳感器殼體內(nèi)腔，光導(dǎo)纖維的下端設(shè)置在衰減全反射棱鏡上。本發(fā)明的衰減全反射棱鏡的形狀上部為圓臺(tái)體、下部為一個(gè)側(cè)面與圓臺(tái)體底面連為一體的三棱柱體，圓臺(tái)體的側(cè)面與底面的夾角β為65° 75°，三棱柱體另外兩個(gè)側(cè)面衰減全反射探測(cè)平面Rl與衰減全反射探測(cè)平面R2的夾角α為90°。本發(fā)明的衰減全反射棱鏡為金剛石衰減全反射棱鏡、單晶硅晶體衰減全反射棱鏡、鍺晶體衰減全反射棱鏡、硫化鋅晶體衰減全反射棱鏡、硒化鋅晶體衰減全反射棱鏡中的任意一種。
本發(fā)明采用在高壓反應(yīng)釜的內(nèi)部設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的紅外傳感器，將紅外光傳感元件衰減全反射晶體從高壓樣品池底部的承壓殼體中剝離。紅外傳感器采用耐壓性能和中紅外光透過(guò)性能好、折射率高的晶體材料作為衰減全反射棱鏡，減小衰減全反射棱鏡的體積以及紅外傳感器的承壓截面面積，提高了本發(fā)明的耐壓性能；采用反射倉(cāng)、光導(dǎo)纖維以及紅外傳感器設(shè)置分析光路，將紅外光譜儀的紅外發(fā)光器發(fā)出的中紅外光經(jīng)反射倉(cāng)和光導(dǎo)纖維傳輸?shù)郊t外傳感器探測(cè)平面上實(shí)現(xiàn)與高壓反應(yīng)釜內(nèi)部待測(cè)樣品的有效耦合，使通過(guò)紅外傳感器的分析光路相對(duì)獨(dú)立而不受高壓反應(yīng)釜位置偏移等因素的影響，克服了現(xiàn)有衰減全反射式高壓原位紅外監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光路校準(zhǔn)繁瑣、檢測(cè)不準(zhǔn)確的弊端；采用在高壓反應(yīng)釜 (高壓紅外樣品池)的下方設(shè)置電磁攪拌器，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行攪拌，提高了傳質(zhì)擴(kuò)散速率及測(cè)試效率、改善待測(cè)樣品中各組分混合的均勻性、提高在線光譜測(cè)試結(jié)果的代表性和重現(xiàn)性。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理、使用方便、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可用于高壓和超臨界條件下的物理轉(zhuǎn)變和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組成及結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中反射倉(cāng)12與高壓反應(yīng)釜15通過(guò)光導(dǎo)纖維11的聯(lián)接示意圖。圖3是圖1中紅外傳感器10的結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1在圖1中，本實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置由高壓注射泵1、計(jì)量泵2、氣液三通閥門3、氮?dú)馄?、氮?dú)馊ㄩy門5、真空泵6、壓力傳感器7、進(jìn)樣閥門8、排氣閥門9、紅外傳感器10、光導(dǎo)纖維11、反射倉(cāng)12、計(jì)算機(jī)13、紅外光譜儀14、高壓反應(yīng)釜15、測(cè)溫?zé)犭娕?6、加熱器17、電磁攪拌器18、控溫?zé)犭娕?9、控制器20、密封壓帽 21、密封卡套22、密封接頭23聯(lián)接構(gòu)成。在高壓反應(yīng)釜15的下表面下安裝有電磁攪拌器18，電磁攪拌器18通過(guò)導(dǎo)線與控制器20上的調(diào)速器20-1相連，調(diào)速器20-1控制電磁攪拌器18的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。高壓反應(yīng)釜 15上通過(guò)螺紋和密封卡套聯(lián)接有一段耐壓不銹鋼管，耐壓不銹鋼管下端封閉、插入高壓反應(yīng)釜15中，耐壓不銹鋼管上端開(kāi)口、用以插入測(cè)溫?zé)犭娕?6，測(cè)試高壓反應(yīng)釜15內(nèi)待測(cè)試樣的溫度。高壓反應(yīng)釜15通過(guò)安裝在管道上的進(jìn)樣閥門8和氣液三通閥門3與高壓注射泵 1相聯(lián)通，高壓反應(yīng)釜15通過(guò)安裝在管道上的進(jìn)樣閥門8和氣液三通閥門3與計(jì)量泵2相聯(lián)通，高壓注射泵1將二氧化碳?xì)怏w或其他超臨界流體經(jīng)氣液三通閥門3和進(jìn)樣閥門8注入到高壓反應(yīng)釜15內(nèi)，計(jì)量泵2將待測(cè)的氣體或液體經(jīng)氣液三通閥門3和進(jìn)樣閥門8輸入到高壓反應(yīng)釜15內(nèi)并記錄輸入量。高壓反應(yīng)釜15通過(guò)安裝在管道上的排氣閥門9和氮?dú)馊ㄩy門5與氮?dú)馄?以及真空泵6相聯(lián)通，打開(kāi)排氣閥門9、氮?dú)馊ㄩy門5、啟動(dòng)真空泵 6，可將高壓反應(yīng)釜15內(nèi)抽真空，關(guān)閉真空泵6、打開(kāi)氮?dú)馄?的開(kāi)關(guān)，可將氮?dú)獬淙氲礁邏悍磻?yīng)釜15內(nèi)。高壓反應(yīng)釜15上的加熱器17通過(guò)導(dǎo)線與控制器20的溫度控制器20-2相連，高壓反應(yīng)釜15上的控溫?zé)犭娕?9通過(guò)導(dǎo)線與控制器20的溫度控制器20-2相連。高壓反應(yīng)釜15通過(guò)管道與壓力傳感器7相聯(lián)通，壓力傳感器7通過(guò)導(dǎo)線與控制器20的壓力顯示儀20-4相連，壓力顯示儀20-4用于顯示高壓反應(yīng)釜15內(nèi)的壓力。高壓反應(yīng)釜15的上端面上用密封接頭23聯(lián)接安裝有紅外傳感器10，紅外傳感器10的下端插入到高壓反應(yīng)釜 15內(nèi)，密封接頭23用以調(diào)節(jié)紅外傳感器10在高壓紅外高壓反應(yīng)釜15中的插入深度。密封接頭23上通過(guò)螺紋連接有密封卡套22，密封卡套22上通過(guò)螺紋聯(lián)接安裝有密封壓帽21， 密封卡套22和密封壓帽21對(duì)紅外傳感器10起密封作用，紅外傳感器10通過(guò)光導(dǎo)纖維11 與反射倉(cāng)12相連，反射倉(cāng)12安裝在紅外光譜儀14的樣品倉(cāng)位置，紅外光譜儀14通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)13相連。圖2是圖1中反射倉(cāng)12與高壓反應(yīng)釜15通過(guò)光導(dǎo)纖維11的聯(lián)接示意圖。在圖 2中，本實(shí)施例的反射倉(cāng)12由凸透鏡12-1、左反射鏡12-2、光導(dǎo)纖維左接口 12_3、光導(dǎo)纖維右接口 12-4、右反射鏡12-5、箱體12-6聯(lián)接構(gòu)成。在箱體12-6內(nèi)的底部用螺紋緊固連接件固定聯(lián)接安裝有凸透鏡12-1，凸透鏡 12-1的右側(cè)用螺紋緊固連接件固定聯(lián)接安裝有左反射鏡12-2，左反射鏡12-2的右側(cè)用螺紋緊固連接件固定聯(lián)接安裝有右反射鏡12-5，凸透鏡12-1、左反射鏡12-2、右反射鏡12_5 位于同一條水平光軸上，左反射鏡12-2與水平面正向之間的夾角為45°，右反射鏡12-5與水平面正向之間的夾角為135°，光導(dǎo)纖維11分為兩束，光導(dǎo)纖維11的左側(cè)一束光導(dǎo)纖維與箱體12-6上的光導(dǎo)纖維左接口 12-3相連，位于左反射鏡12-2光出射方向，光導(dǎo)纖維11 的右側(cè)一束光導(dǎo)纖維與箱體12-6上的光導(dǎo)纖維右接口 12-4相連，位于右反射鏡12-5光入射方向。圖3是圖1中紅外傳感器10的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3中，本實(shí)施例的紅外傳感器10 由傳感器殼體10-1、衰減全反射棱鏡10-2聯(lián)接構(gòu)成。傳感器殼體10-1內(nèi)部的下端焊接聯(lián)接安裝有衰減全反射棱鏡10-2，本實(shí)施例的衰減全反射棱鏡10-2為金剛石晶體衰減全反射棱鏡，光導(dǎo)纖維11的下部穿入傳感器殼體10-1內(nèi)腔，光導(dǎo)纖維11的下端部粘接在衰減全反射棱鏡10-2的上端面。本實(shí)施例衰減全反射棱鏡10-2的形狀上部為圓臺(tái)體、下部為一個(gè)底面與圓臺(tái)體底面連為一體的三棱柱體，圓臺(tái)體的側(cè)面與底面的夾角β為65°，三棱柱體另外兩個(gè)側(cè)面衰減全反射探測(cè)平面Rl與衰減全反射探測(cè)平面R2的夾角α為90°。 本實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置的基本性能參數(shù)為工作壓力為 0. 1 40MPa，工作溫度為20 200°C，光譜范圍為3600 2300cm-1以及1900 600cm_1o實(shí)施例2本實(shí)施例紅外傳感器10的衰減全反射棱鏡10-2為單晶硅晶體衰減全反射棱鏡， 光導(dǎo)纖維11的前端部分穿入傳感器殼體10-1內(nèi)腔，光導(dǎo)纖維11的端部粘接在衰減全反射棱鏡10-2的上端面。本實(shí)施例衰減全反射棱鏡10-2的形狀上部為圓臺(tái)體、下部為一個(gè)側(cè)面與圓臺(tái)體底面連為一體的三棱柱體，圓臺(tái)體的側(cè)面與底面的夾角β為70°，三棱柱體另外兩個(gè)側(cè)面衰減全反射探測(cè)平面Rl與衰減全反射探測(cè)平面R2的夾角α為90°。其它零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置的性能參數(shù)為工作壓力為0. 1 40MPa，工作溫度為20 200°C，光譜范圍為 4000 llOOcnT1。實(shí)施例3本實(shí)施例紅外傳感器10的衰減全反射棱鏡10-2為單晶硅晶體衰減全反射棱鏡， 光導(dǎo)纖維11的前端部分穿入傳感器殼體10-1內(nèi)腔，光導(dǎo)纖維11的端部粘接在衰減全反射棱鏡10-2的上端面。本實(shí)施例衰減全反射棱鏡10-2的形狀上部為圓臺(tái)體、下部為一個(gè)側(cè)面與圓臺(tái)體底面連為一體的三棱柱體，圓臺(tái)體的側(cè)面與底面的夾角β為75°，三棱柱體另外兩個(gè)側(cè)面衰減全反射探測(cè)平面Rl與衰減全反射探測(cè)平面R2的夾角α為90°。其它零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置的性能參數(shù)與實(shí)施例2相同。實(shí)施例4在以上的實(shí)施例1 3中，紅外傳感器10的衰減全反射棱鏡10-2為鍺晶體衰減全反射棱鏡，鍺晶體衰減全反射棱鏡的幾何形狀與相應(yīng)的實(shí)施例相同。其它零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置的性能參數(shù)為工作壓力為0. 1 30MPa，工作溫度為20-200°C，光譜范圍為4000
500CHT1。實(shí)施例5在以上的實(shí)施例1 3中，紅外傳感器10的衰減全反射棱鏡10-2為硫化鋅晶體衰減全反射棱鏡，硫化鋅晶體衰減全反射棱鏡的幾何形狀與相應(yīng)的實(shí)施例相同。其它零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置的性能參數(shù)為工作壓力為0. 1 25MPa，工作溫度為20 200°C，光譜范圍為 4000 750CHT1。實(shí)施例6在以上的實(shí)施例1 3中，紅外傳感器10的衰減全反射棱鏡9-2為硒化鋅晶體衰減全反射棱鏡，硒化鋅晶體衰減全反射棱鏡的幾何形狀與相應(yīng)的實(shí)施例相同。其它零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置的性能參數(shù)為工作壓力為0. 1 25MPa，工作溫度為20 200°C，光譜范圍為 4000 500CHT1。本發(fā)明的原位監(jiān)測(cè)過(guò)程如下將高壓反應(yīng)釜15加熱至目標(biāo)溫度20 200°C，打開(kāi)氮?dú)馄?的開(kāi)關(guān)，氮?dú)饨?jīng)氮?dú)馊ㄩy門5、排氣閥門9向高壓反應(yīng)釜15內(nèi)充入0. 3 0. 5MPa的氮?dú)?。氮?dú)馊ㄩy門5與真空泵6相聯(lián)通，將高壓反應(yīng)釜15抽真空。交替操作，直至將高壓反應(yīng)釜15內(nèi)殘留的水蒸氣、揮發(fā)性有機(jī)物及二氧化碳排盡，關(guān)閉排氣閥門9。開(kāi)啟紅外光譜儀電源，預(yù)熱15分鐘以上，設(shè)置光譜測(cè)量參數(shù)，測(cè)量空的高壓反應(yīng)釜15的背景吸收光譜。將氣液三通閥門3與進(jìn)樣計(jì)量泵2接通，用進(jìn)樣計(jì)量泵2將待測(cè)的氣態(tài)或液態(tài)試樣輸入到高壓反應(yīng)釜15內(nèi)至所需用量，關(guān)閉進(jìn)樣口閥門8，開(kāi)啟電磁攪拌器18以每分鐘60-600轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速攪拌。氣液三通閥門 3與高壓注射泵1接通，開(kāi)啟高壓注射泵1提升(X)2壓力，當(dāng)(X)2壓力高于高壓反應(yīng)釜15內(nèi)的壓力時(shí)，開(kāi)啟進(jìn)樣口閥門8，等溫下向高壓反應(yīng)釜15中充入(X)2至目標(biāo)壓力0. 1 40MPa， 關(guān)閉進(jìn)樣口閥門8，用紅外光儀14測(cè)量待測(cè)樣品的原位紅外光譜，每隔2 30分鐘測(cè)量一次。紅外光譜儀14的紅外發(fā)光器14-1發(fā)出的中紅外光通過(guò)反射倉(cāng)12及光導(dǎo)纖維11與紅外光傳感器10耦合。透過(guò)凸透鏡12-1的紅外光束經(jīng)左反射鏡12-2反射后沿著與入射光光軸垂直的方向向上投射到光導(dǎo)纖維左接口 12-3處。紅外光沿光導(dǎo)纖維11傳導(dǎo)、投射到紅外光傳感器10前端全反射棱鏡10-2的衰減全反射探測(cè)平面R1，待測(cè)樣品對(duì)紅外輻射有選擇地吸收使透入到樣品的光束在發(fā)生吸收的波長(zhǎng)處減弱，即發(fā)生第一次衰減全反射。第一次衰減全反射以后，反射光投射到全反射棱鏡10-2的衰減全反射探測(cè)平面R2進(jìn)行第二次衰減全反射。經(jīng)過(guò)兩次衰減全反射，攜帶有待測(cè)試樣信息的中紅外光沿著光導(dǎo)纖維11傳導(dǎo)、經(jīng)過(guò)光導(dǎo)纖準(zhǔn)右接口 12-4進(jìn)入反射倉(cāng)12，經(jīng)過(guò)右反射鏡12-5反射后，投射至紅外光譜儀14的檢測(cè)器14-2進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)器14-2將輸入的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)13，計(jì)算機(jī)13按照設(shè)定的程序進(jìn)行運(yùn)算，繪制出待測(cè)樣品的紅外光譜曲線。原位紅外光譜采集結(jié)束后，關(guān)閉加熱，待高壓反應(yīng)釜15溫度降至30°C以下，緩慢開(kāi)啟排氣閥門9放氣至常壓。開(kāi)啟高壓反應(yīng)釜15，收集樣品，清洗高壓反應(yīng)釜15內(nèi)腔以及插入高壓反應(yīng)釜15的紅外傳感器10前端部分，鼓風(fēng)干燥后備用。
權(quán)利要求
1.一種在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置，包括高壓反應(yīng)釜(15)、控制器 (20)、紅外光譜儀(14)、計(jì)算機(jī)(13)，高壓反應(yīng)釜(1 通過(guò)安裝在管道上的進(jìn)樣閥門(8) 和氣液三通閥門( 與高壓注射泵(1)相聯(lián)通、通過(guò)安裝在管道上的進(jìn)樣閥門(8)和氣液三通閥門C3)與計(jì)量泵( 相聯(lián)通、通過(guò)安裝在管道上的排氣閥門(9)和氮?dú)馊ㄩy門(5) 與氮?dú)馄?4)以及真空泵(6)相聯(lián)通、通過(guò)管道與壓力傳感器(7)相聯(lián)通，高壓反應(yīng)釜(15) 上設(shè)置有通過(guò)導(dǎo)線與控制器00)的溫度顯示儀Q0-3)相連的測(cè)溫?zé)犭娕?16)、通過(guò)導(dǎo)線與控制器00)的溫度控制器00- 相連的加熱器(17)和控溫?zé)犭娕?19)，壓力傳感器 (7)通過(guò)導(dǎo)線與控制器OO)的壓力顯示儀Q0-4)相連，紅外光譜儀(14)通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)(13)相連，其特征在于它包括設(shè)置在高壓反應(yīng)釜(15)下方通過(guò)導(dǎo)線與控制器OO)的調(diào)速器O0-1)相連的電磁攪拌器(18)，設(shè)置在紅外光譜儀(14)上的反射倉(cāng)(12)，它還包括與反射倉(cāng)(1 和插入到高壓反應(yīng)釜(1 內(nèi)的紅外傳感器(10)相連的光導(dǎo)纖維(11)，紅外傳感器(10)用密封壓帽(21)、密封卡套0 和密封接頭密封安裝在高壓反應(yīng)釜 (15)上。
2.按照權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置，其特征在于所述的反射倉(cāng)(1 為在箱體(12-6)內(nèi)的底部從左往右依次設(shè)置位于同一條水平光軸上的凸透鏡(12-1)、左反射鏡(12-2)、右反射鏡(12-5)，左反射鏡(12_2)與水平面正向之間的夾角為45°，右反射鏡(12-5)與水平面正向之間的夾角為135°，光導(dǎo)纖維(11)分為兩束，光導(dǎo)纖維(11)的左側(cè)一束光導(dǎo)纖維與箱體(12-6)上的光導(dǎo)纖維左接口(12- 相連， 位于左反射鏡(12- 光出射方向，光導(dǎo)纖維(11)的右側(cè)一束光導(dǎo)纖維與箱體(12-6)上的光導(dǎo)纖維右接口(12-4)相連，位于右反射鏡(12-5)光入射方向。
3.按照權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置，其特征在于所述的紅外傳感器(10)為傳感器殼體(10-1)內(nèi)的下端設(shè)置有衰減全反射棱鏡(10-2)， 光導(dǎo)纖維(11)的下部穿入傳感器殼體(10-1)內(nèi)腔，光導(dǎo)纖維(11)的下端設(shè)置在衰減全反射棱鏡(10-2)上。
4.按照權(quán)利要求3所述的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置，其特征在于所述的衰減全反射棱鏡(10- 的形狀上部為圓臺(tái)體、下部為一個(gè)側(cè)面與圓臺(tái)體底面連為一體的三棱柱體，圓臺(tái)體的側(cè)面與底面的夾角β為65° 75°，三棱柱體另外兩個(gè)側(cè)面衰減全反射探測(cè)平面Rl與衰減全反射探測(cè)平面R2的夾角α為90°。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置，其特征在于所述的衰減全反射棱鏡(10- 為金剛石衰減全反射棱鏡、單晶硅晶體衰減全反射棱鏡、鍺晶體衰減全反射棱鏡、硫化鋅晶體衰減全反射棱鏡、硒化鋅晶體衰減全反射棱鏡中的任意一種。
全文摘要
一種在線監(jiān)測(cè)超臨界體系的高壓原位紅外光譜裝置，包括高壓反應(yīng)釜、控制器、紅外光譜儀、計(jì)算機(jī)，高壓反應(yīng)釜進(jìn)樣閥門和氣液三通閥門與高壓注射泵相聯(lián)通、通過(guò)進(jìn)樣閥門和氣液三通閥門與計(jì)量泵相聯(lián)通、通過(guò)排氣閥門和氮?dú)馊ㄩy門與氮?dú)馄亢驼婵毡孟嗦?lián)通、通過(guò)管道與壓力傳感器相聯(lián)通，高壓反應(yīng)釜上設(shè)通過(guò)導(dǎo)線與控制器的溫度顯示儀相連的測(cè)溫?zé)犭娕?、設(shè)加熱器和控溫?zé)犭娕纪ㄟ^(guò)導(dǎo)線與控制器的溫度控制器相連，壓力傳感器通過(guò)導(dǎo)線與控制器的壓力顯示儀相連，紅外光譜儀通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連，包括設(shè)在高壓反應(yīng)釜下方與控制器的調(diào)速器相連的電磁攪拌器，設(shè)在紅外光譜儀上的反射倉(cāng)，還包括與反射倉(cāng)和插入到高壓反應(yīng)釜內(nèi)的紅外傳感器相連的光導(dǎo)纖維。
文檔編號(hào)G01N21/35GK102435573SQ20111025577
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者劉忠文, 劉昭鐵, 劉璇, 陳建剛 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)