多功能碳十四制樣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及科研領(lǐng)域，尤其涉及多功能碳十四制樣系統(tǒng)。多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，包含石墨靶合成系統(tǒng)和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，所述石墨靶合成系統(tǒng)連接抽真空裝置并包含一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置，所述石墨靶合成裝置包含反應(yīng)管，其內(nèi)部有鐵粉和氫化鈦，所述反應(yīng)管并列二氧化碳冷卻裝置，所述石墨靶合成系統(tǒng)伸出一個(gè)以上的連管口可拆卸連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，所述連管處有閥門。兩套系統(tǒng)可以同時(shí)工作，小巧，不占空間，靈活性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，兩套只花一套的錢，可以進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。
【專利說明】多功能碳十四制樣系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及科研領(lǐng)域，尤其涉及多功能碳十四制樣系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國全球變化尤其是短尺度環(huán)境變化的研究遠(yuǎn)落后于國際水平，成果難以在國際高檔雜志上發(fā)表，其根本原因在于缺少精確定年和有效環(huán)境示蹤手段。21世紀(jì)地球環(huán)境科學(xué)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的知識(shí)需求迫切需要高新技術(shù)手段，而我國在加速器質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用水平上落后于國外近10年，需要迎頭趕上。加速器質(zhì)譜是一種加速器同質(zhì)譜計(jì)相結(jié)合的高能質(zhì)譜儀，直接測量樣品中的放射性核素的原子數(shù)，具有超高靈敏度的特點(diǎn)，是測定自然界長壽命、微含量的宇宙成因核素最靈敏方法，它具有“能量高、靈敏度高、精度高、測試效率高和樣品用量少”的特點(diǎn)，是地球環(huán)境科學(xué)研究中必不可少的前沿性工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]隨著加速器質(zhì)譜測試技術(shù)的發(fā)展，測試需求量也越來越多，催生了建立更多的以供加速器質(zhì)譜測試用的樣品前處理制樣系統(tǒng)的需求。加速器質(zhì)譜14C測量最主要的是將樣品含碳物質(zhì)通過燃燒或者其他手段變成CO2，然后將CO2還原成石墨，以供加速器質(zhì)譜測試，它包括了 CO2生成系統(tǒng)和石墨靶合成系統(tǒng)。由于兩套系統(tǒng)對(duì)真空要求很高，為了得到較為可靠的結(jié)果，通常使用一個(gè)高真空和低真空泵，兩個(gè)泵造價(jià)在15萬左右。如果分別建立CO2氣體生成系統(tǒng)和石墨的合成系統(tǒng)，僅真空泵的價(jià)格就在30萬左右。算上閥門、玻璃等部件，兩套系統(tǒng)的總造價(jià)在50-80萬左右，且兩套系統(tǒng)占用空間大，維護(hù)成本高。高昂的價(jià)格使得中國許多的實(shí)驗(yàn)室望而卻步。因此在不影響真空度情況下，盡可能降低成本，使得制樣系統(tǒng)更加小巧，真空利用率更高，功能更加全面，并且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作。通常一個(gè)14C加速器樣品(含碳量在Img左右)的處理周期是3-6個(gè)月左右，造成很重要科研項(xiàng)目，研究發(fā)現(xiàn)不能及時(shí)拿到數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的利用率低是制約制樣周期一個(gè)重要的瓶頸。傳統(tǒng)制樣方法是每個(gè)樣品一個(gè)一個(gè)抽完真空之后，再進(jìn)行燃燒，再一個(gè)一個(gè)進(jìn)行純化收集，通常一天只能處理3個(gè)樣品O
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]實(shí)用新型的目的:為了提供一種用途多樣、處理能力強(qiáng)的多功能碳十四制樣系統(tǒng)及氣路控制方法。
[0005]為了達(dá)到如上目的，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案:
[0006]方案1:
[0007]多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，包含石墨靶合成系統(tǒng)和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，所述石墨靶合成系統(tǒng)連接抽真空裝置并包含一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置，所述石墨靶合成裝置包含反應(yīng)管，其內(nèi)部有鐵粉和氫化鈦，所述反應(yīng)管并列二氧化碳冷卻裝置，所述石墨靶合成系統(tǒng)伸出一個(gè)以上的連管口可拆卸連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，所述連管處有閥門。
[0008]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，所述一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置之間有關(guān)閉閥門，并且一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置之間也是通過可拆卸管道連接。
[0009]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，所述二氧化碳生成凈化系統(tǒng)包含可拆卸的純化爐，所述純化爐連接于氣路中，其連接一個(gè)以上的外接口。
[0010]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，所述二氧化碳生成凈化系統(tǒng)的氣路一側(cè)還連接
有三通閥門。
[0011]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，所述石墨靶合成系統(tǒng)伸出一個(gè)以上的連管口可拆卸連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，該可拆卸管口內(nèi)部還包含球形封閉物件，所述球形封閉物件包含一個(gè)豎直通道，球形封閉物件連接一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，所述手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)能帶動(dòng)球形封閉物件轉(zhuǎn)動(dòng)而開啟該豎直通道或者將該豎直通道封閉。
[0012]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)手柄和可拆卸管口之間有密封擋圈和凡士林。
[0013]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，還包含能塞住可拆卸管口的塞子。
[0014]本實(shí)用新型進(jìn)一步技術(shù)方案在于，所述可拆卸管口內(nèi)壁和球形封閉物件之間還包含弧形凹槽，其和球形 封閉物件能夠契合。
[0015]方案2:
[0016]多功能碳十四制樣系統(tǒng)的氣路控制方法，其特征在于，采用如上所述的裝置，步驟如下:
[0017]將石墨靶合成系統(tǒng)和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)二者連通起來，同時(shí)抽真空；
[0018]在二氧化碳生成凈化系統(tǒng)中對(duì)二氧化碳進(jìn)行接入和凈化，也可以接入外部的已經(jīng)處理的二氧化碳?xì)庠?，二氧化碳生成凈化系統(tǒng)作為凈化工具對(duì)二氧化碳進(jìn)行凈化；
[0019]在石墨靶合成系統(tǒng)將溫度加熱到600°C，氫化鈦在高溫下，分解出氫氣，用于CO2氣體的還原，方程式:CO2 + 2?= 2H20+C反應(yīng)開始，鐵粉作為催化劑，本處的加溫方式可以是外部加熱，也可以是通入電爐進(jìn)行加熱。
[0020]方案3:
[0021]多功能碳十四制樣系統(tǒng)的等條件平行試驗(yàn)方法，其特征在于，采用如上所述的裝置，步驟如下:
[0022]將石墨靶合成系統(tǒng)和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)二者連通起來，同時(shí)抽真空，利用一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置之間的閥門將并列的石墨靶合成裝置分為兩部分；
[0023]分成的兩部分各自連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)的一個(gè)入口，二氧化碳生成凈化系統(tǒng)也分為兩部分，分成兩個(gè)連接口各自連接石墨靶合成裝置；
[0024]在二氧化碳生成凈化系統(tǒng)分成的兩部分中各自包含加熱爐；
[0025]將樣品兩等分分開，分別置于分開的二氧化碳生成凈化系統(tǒng)中；
[0026]同時(shí)進(jìn)行加熱和石墨靶生成，將生成結(jié)果進(jìn)行對(duì)比平均，若差異超過3%舍棄，小于3%進(jìn)行平均。
[0027]采用如上技術(shù)方案的本實(shí)用新型，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有如下有益效果:該發(fā)現(xiàn)一天可以同時(shí)處理10個(gè)，大大提高處理能力。綜合集成，利用率高:該實(shí)用新型將CO2生成與石墨靶合成系統(tǒng)集成到一起。上部主管道進(jìn)行石墨靶合成，下部分進(jìn)行CO2生成和純化，上下通過電磁閥門連接。在同一個(gè)系統(tǒng)中，即實(shí)現(xiàn)石墨靶合成又實(shí)現(xiàn)CO2生成和純化，兩套系統(tǒng)可以同時(shí)工作，真空泵利用率高。組裝拆卸，靈活性強(qiáng)=CO2生成系統(tǒng)是由不同的單元模塊通過金屬接頭拼接組裝而成，可以實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康南翪O2的生成，從而獲得不同14C數(shù)據(jù)。例如高低溫燃燒，熱解燃燒，大氣CO2氣體的提取，水中DIC和DOC的提取等等。實(shí)現(xiàn)了對(duì)單元模塊任意的加入和刪減。自動(dòng)化控制、便于操作:在每個(gè)閥門處采用電磁閥，控制氣體的通路、閉合開關(guān)，電爐加熱等實(shí)驗(yàn)參數(shù)通過數(shù)據(jù)收集器記錄，并通過LabVIEW (NationalInstruments, Inc.)界面進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。兩套系統(tǒng)可以同時(shí)工作，小巧,不占空間，靈活性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，兩套只花一套的錢，可以進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖進(jìn)一步進(jìn)行說明:
[0029]圖1為實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為實(shí)用新型可拆接口的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]其中:1.石墨靶合成系統(tǒng)；2.二氧化碳生成凈化系統(tǒng)；3.抽真空裝置；4.快速接頭；5.純化爐；6.三通；7.球形封閉物件；8.手柄。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行說明，實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制:
[0033]方案1:
[0034]多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，包含石墨靶合成系統(tǒng)I和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2，所述石墨靶合成系統(tǒng)I連接抽真空裝置3并包含一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置，所述石墨靶合成裝置包含反應(yīng)管，其內(nèi)部有鐵粉和氫化鈦，所述反應(yīng)管并列二氧化碳冷卻裝置，所述石墨靶合成系統(tǒng)I伸出一個(gè)以上的連管口可拆卸連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，所述連管處有閥門。本處的裝置創(chuàng)新地將石墨靶合成系統(tǒng)I和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2聯(lián)合起來進(jìn)行同時(shí)抽真空,節(jié)約資源。
[0035]所述一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置之間有關(guān)閉閥門，并且一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置之間也是通過可拆卸管道連接。以上結(jié)構(gòu)為各個(gè)石墨靶合成裝置的可分拆使用提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為各個(gè)石墨靶合成裝置之間的區(qū)分提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
[0036]所述二氧化碳生成凈化系統(tǒng)包含可拆卸的純化爐，所述純化爐連接于氣路中，其連接一個(gè)以上的外接口。本處的接口可以外接二氧化碳?xì)庠础?br> [0037]所述二氧化碳生成凈化系統(tǒng)的氣路一側(cè)還連接有三通閥門。亦即二氧化碳還可以被導(dǎo)入其他裝置做為他用或者作為存樣。
[0038]所述石墨靶合成系統(tǒng)I伸出一個(gè)以上的連管口可拆卸連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，該可拆卸管口內(nèi)部還包含球形封閉物件，所述球形封閉物件包含一個(gè)豎直通道，球形封閉物件連接一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，所述手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)能帶動(dòng)球形封閉物件轉(zhuǎn)動(dòng)而開啟該豎直通道或者將該豎直通道封閉。本處的結(jié)構(gòu)使得密封更好，不會(huì)在可拆卸的時(shí)候造成內(nèi)部的漏氣。所述轉(zhuǎn)動(dòng)手柄和可拆卸管口之間有密封擋圈和凡士林。本處的可拆卸管口還可以用到其他方面上去。[0039]還包含能塞住可拆卸管口的塞子。本處的塞子配合球形封閉物件形成二次密封，使得單獨(dú)進(jìn)行石墨靶的合成和二氧化碳的生成均不受影響。
[0040]所述可拆卸管口內(nèi)壁和球形封閉物件之間還包含弧形凹槽，其和球形封閉物件能夠契合。本處的結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步提供穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)支撐和保持內(nèi)部的氣密性。
[0041]方案2:
[0042]多功能碳十四制樣系統(tǒng)的氣路控制方法，其特征在于，采用如上所述的裝置，步驟如下:
[0043]將石墨靶合成系統(tǒng)I和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2 二者連通起來，同時(shí)抽真空；
[0044]在二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2中對(duì)二氧化碳進(jìn)行接入和凈化，也可以接入外部的已經(jīng)處理的二氧化碳?xì)庠?，二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2作為凈化工具對(duì)二氧化碳進(jìn)行凈化；
[0045]在石墨靶合成系統(tǒng)I將溫度加熱到600°C，氫化鈦在高溫下，分解出氫氣，用于CO2氣體的還原，方程式:CO2 + 2?= 2H20+C反應(yīng)開始，鐵粉作為催化劑，本處的加溫方式可以是外部加熱，也可以是通入電爐進(jìn)行加熱。
[0046]方案3:
[0047]多功能碳十四制樣系統(tǒng)的等條件平行試驗(yàn)方法，其特征在于，采用如上所述的裝置，步驟如下:
[0048]將石墨靶合成系統(tǒng)I和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2 二者連通起來，同時(shí)抽真空，利用一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置之間的閥門將并列的石墨靶合成裝置分為兩部分；
[0049]分成的兩部分各自連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2的一個(gè)入口，二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2也分為兩部分，分成兩個(gè)連接口各自連接石墨靶合成裝置；
[0050]在二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2分成的兩部分中各自包含加熱爐；
[0051]將樣品兩等分分開，分別置于分開的二氧化碳生成凈化系統(tǒng)2中；
[0052]同時(shí)進(jìn)行加熱和石墨靶生成，將生成結(jié)果進(jìn)行對(duì)比平均，若差異超過3%舍棄，小于3%進(jìn)行平均。
[0053]以上方法保證同樣的條件，使得平行試驗(yàn)對(duì)比更科學(xué)。
[0054]CO2生成系統(tǒng)是由不同的單元模塊通過金屬接頭拼接組裝而成，可以實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康南翪O2的生成，從而獲得不同14C數(shù)據(jù)。例如高低溫燃燒，熱解燃燒，大氣CO2氣體的提取，水中DIC和DOC的提取等等。實(shí)現(xiàn)了對(duì)單元模塊任意的加入和刪減，例如，對(duì)于生成CO2氣體中不含硫，氮等物質(zhì)，可以將純化爐卸掉，直接用一根玻璃管聯(lián)通；對(duì)于酒，醋等易揮發(fā)的液體樣品，可以在生成系統(tǒng)前加裝一個(gè)氧化銅爐，通過加熱使得樣品揮發(fā)后通過氧化銅爐從而達(dá)到氧化生成CO2的目的，類似的實(shí)施方法有很多。
[0055]兩套系統(tǒng)可以同時(shí)工作，小巧，不占空間，靈活性強(qiáng)，易組裝拆卸，易于操作，易于清洗，造價(jià)低，兩套只花一套的錢，功能齊全，可以進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。
[0056]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些 變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，包含石墨靶合成系統(tǒng)(I)和二氧化碳生成凈化系統(tǒng)(2 )，所述石墨靶合成系統(tǒng)(I)連接抽真空裝置(3 )并包含一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置，所述石墨靶合成裝置包含反應(yīng)管，其內(nèi)部有鐵粉和氫化鈦，所述反應(yīng)管并列二氧化碳冷卻裝置，所述石墨靶合成系統(tǒng)(I)伸出一個(gè)以上的連管口可拆卸連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，所述連管處有閥門。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置之間有關(guān)閉閥門，并且一個(gè)以上并列的石墨靶合成裝置之間也是通過可拆卸管道連接。
3.如權(quán)利要求1所述的多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，所述二氧化碳生成凈化系統(tǒng)包含可拆卸的純化爐，所述純化爐連接于氣路中，其連接一個(gè)以上的外接口。
4.如權(quán)利要求3所述的多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，所述二氧化碳生成凈化系統(tǒng)的氣路一側(cè)還連接有三通閥門。
5.如權(quán)利要求3所述的多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，所述石墨靶合成系統(tǒng)(I)伸出一個(gè)以上的連管口可拆卸連接二氧化碳生成凈化系統(tǒng)，該可拆卸管口內(nèi)部還包含球形封閉物件，所述球形封閉物件包含一個(gè)豎直通道，球形封閉物件連接一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，所述手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)能帶動(dòng)球形封閉物件轉(zhuǎn)動(dòng)而開啟該豎直通道或者將該豎直通道封閉。
6.如權(quán)利要求5所述的多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)手柄和可拆卸管口之間有密封擋圈和凡士林。
7.如權(quán)利要求5所述的多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，還包含能塞住可拆卸管口的塞子。
8.如權(quán)利要求5所述的多功能碳十四制樣系統(tǒng)，其特征在于，所述可拆卸管口內(nèi)壁和球形封閉物件之間還包含弧形凹槽，其和球形封閉物件能夠契合。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK203672686SQ201320722763
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】程鵬, 盧雪峰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所