本發(fā)明涉及氣相色譜分析領(lǐng)域，尤其涉及一種氣相色譜儀分析系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

目前，分析氣體中的非甲烷總烴的氣相色譜分析方法一般使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的差減法，即分別測(cè)定氣體中的甲烷和總烴的含量，再用總烴含量減去甲烷含量，得到非甲烷總烴的含量。測(cè)定甲烷含量一般使用填充porapakq或類(lèi)似性能填料的填充柱，而測(cè)定總烴一般使用空管柱。常用的一種方法是使用單個(gè)閥進(jìn)樣色譜系統(tǒng)，通過(guò)更換色譜柱，兩次進(jìn)樣分別得到總烴和甲烷的含量；另一個(gè)方法是使用兩個(gè)獨(dú)立的通道，由兩個(gè)閥分別連接填充柱和空管柱，對(duì)總烴和甲烷進(jìn)行同時(shí)測(cè)定。前一種方法步驟繁瑣，而且由于中途需要更換色譜柱，所得到的結(jié)果準(zhǔn)確性較差；后一種方法，單次進(jìn)樣，同時(shí)測(cè)定，方便準(zhǔn)確，但是儀器相對(duì)復(fù)雜，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種氣相色譜儀分析系統(tǒng)和方法，本發(fā)明的系統(tǒng)，在單次進(jìn)樣后，通過(guò)并聯(lián)的色譜柱同時(shí)進(jìn)行混合樣品氣體中總烴濃度與組分氣體濃度的檢測(cè)，大大節(jié)約了氣體分析的成本和時(shí)間。

本發(fā)明提供了一種氣相色譜儀分析系統(tǒng)，包括一個(gè)十通閥(11)，十通閥(11)具有設(shè)置在其上的可流體連通的進(jìn)氣口(10)、第一出氣口(8)，進(jìn)氣口(10)與第一出氣口(8)之間連接有定量環(huán)(12)，十通閥(11)還具有設(shè)置在其上的可流體連通的載氣入口(2)、第二出氣口(7)，載氣入口(2)與第一出氣口(8)可流體連通，第二出氣口(7)與第三出氣口(3)可流體連通，第二出氣口(7)與第三出氣口(3)之間連接有柱分析單元(15)，柱分析單元(15)包括相互并聯(lián)的第一色譜柱和第二色譜柱，第三出氣口(3)通過(guò)第一三通接頭(21)分別與第一色譜柱和第二色譜柱的一端連通，第二出氣口(7)通過(guò)第二三通接頭(22)分別與第一色譜柱和第二色譜柱的另一端連通，第一色譜柱包括依次串聯(lián)的緩沖管(23)、阻尼管(24)和進(jìn)樣管(25)。

定量環(huán)用于對(duì)待測(cè)氣體的體積進(jìn)行定量，使多次測(cè)試時(shí)的每次進(jìn)樣量一致；阻尼器可平衡十通閥處于兩種狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài)和開(kāi)啟狀態(tài))時(shí)的氣體流量；檢測(cè)器用于檢測(cè)待測(cè)氣體中的不同組分的含量。進(jìn)一步地，檢測(cè)器為氫火焰離子化檢測(cè)器(fid)。

進(jìn)一步地，緩沖管(23)的外徑為1.2-4mm，內(nèi)徑為1-3mm，長(zhǎng)度為100-1000mm；阻尼管(24)的外徑為1.2-2mm，內(nèi)徑為0.05-0.25mm，長(zhǎng)度為10-1000mm；進(jìn)樣管(25)的外徑為0.5-2mm，內(nèi)徑為0.1-1mm，長(zhǎng)度為100-1000mm。第二色譜柱的外徑為1.2-3.2mm，內(nèi)徑為0.7-2mm，長(zhǎng)度為300-2000mm。

進(jìn)一步地，十通閥(11)包括圓盤(pán)形本體，圓盤(pán)形本體上沿周向依次設(shè)置第一接口(1)、載氣入口(2)、第三出氣口(3)、第四出氣口(4)、輔助氣體入口(5)、第六接口(6)、第二出氣口(7)、第一出氣口(8)、第九接口(9)和進(jìn)氣口(10)。

進(jìn)一步地，第六接口(6)連接有阻尼器(17)。

進(jìn)一步地，待測(cè)氣體通過(guò)進(jìn)氣口(10)進(jìn)入十通閥(11)，載氣通過(guò)載氣入口(2)進(jìn)入十通閥(11)，輔助氣通過(guò)輔助氣體入口(5)進(jìn)入十通閥(11)。

進(jìn)一步地，輔助氣為氮?dú)狻⒑饣蚩諝狻?/p>

進(jìn)一步地，載氣為氮?dú)狻⒑饣蚩諝狻?/p>

進(jìn)一步地，十通閥(11)為兩位十通閥。

進(jìn)一步地，十通閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，每個(gè)接口與其相鄰的一側(cè)接口連通；十通閥處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，每個(gè)接口與其相鄰的另一側(cè)接口連通。十通閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，第一接口(1)與進(jìn)氣口(10)連通；十通閥處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，第一接口(1)與載氣入口(2)連通。

進(jìn)一步地，緩沖管(23)、阻尼管(24)和進(jìn)樣管(25)通過(guò)兩通接頭依次連接。緩沖管可增大第一色譜柱的內(nèi)體積，延長(zhǎng)樣品的出峰時(shí)間，阻尼管的作用是通過(guò)改變第一色譜柱的氣體阻尼來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)色譜柱的載氣流量，通過(guò)改變進(jìn)樣管的內(nèi)體積可調(diào)節(jié)分配到第一色譜柱的樣品量。緩沖管、阻尼管和進(jìn)樣管均為空管，其材質(zhì)為熔融石英毛細(xì)管、不銹鋼管或peek管。

進(jìn)一步地，第一色譜柱為總烴氣體分析柱。待測(cè)氣體中的總烴氣體經(jīng)第一色譜柱直接流出。

進(jìn)一步地，第二色譜柱為組分氣體分析柱。

進(jìn)一步地，第二色譜柱為填充柱，其內(nèi)填充有高分子填料(porapakq等)，填充柱的外殼為不銹鋼、玻璃或聚四氟乙烯等高分子聚合物。

本發(fā)明還提供了一種氣相色譜儀分析方法，采用上述氣相色譜儀分析系統(tǒng)，包括以下步驟：

(1)關(guān)閉十通閥(11)，待測(cè)氣體依次經(jīng)進(jìn)氣口(10)、第一接口(1)、定量環(huán)(12)、第一出氣口(8)和第九接口(9)流出；載氣依次經(jīng)載氣入口(2)、第三出氣口(3)、柱分析單元、第二出氣口(7)、第六接口(6)和阻尼器(17)流出；輔助氣經(jīng)輔助氣體入口(5)和第四出氣口(4)流入檢測(cè)器(18)，完成采樣過(guò)程；

(2)開(kāi)啟十通閥，載氣經(jīng)載氣入口(2)、第一接口(1)流入定量環(huán)(12)，定量環(huán)(12)內(nèi)的待測(cè)氣體在載氣的帶動(dòng)下依次經(jīng)過(guò)第一出氣口(8)、第二出氣口(7)，然后通過(guò)第二三通接頭(22)分別流入第一色譜柱和第二色譜柱，流入第一色譜柱的氣體經(jīng)第一三通接頭(21)進(jìn)入檢測(cè)器(18)，檢測(cè)器(18)檢測(cè)氣體內(nèi)總烴含量；第二色譜柱將進(jìn)入其中的氣體分離，分離后的氣體組分經(jīng)第一三通接頭(21)進(jìn)入檢測(cè)器(18)，檢測(cè)器(18)檢測(cè)分離后的氣體的組分濃度。

進(jìn)一步地，分離后的氣體進(jìn)入檢測(cè)器后還包括以下步驟：

關(guān)閉十通閥(11)，柱分析單元內(nèi)的殘留氣體在載氣的帶動(dòng)下依次經(jīng)第二出氣口(7)、第六接口(6)和阻尼器(17)流出氣相色譜儀。該步驟為關(guān)閥后的反吹階段。

本發(fā)明的氣相色譜儀分析系統(tǒng)可用于氣體中甲烷和非甲烷總烴的分析。該系統(tǒng)由一個(gè)十通閥切換，兩根色譜柱并聯(lián)同時(shí)分析總烴和甲烷，由一個(gè)氫火焰離子化檢測(cè)器進(jìn)行待測(cè)樣品的定量。本發(fā)明的分析系統(tǒng)在關(guān)閥后的反吹階段，可將色譜柱中的高沸點(diǎn)組分完全吹掃出去，避免了高沸點(diǎn)組分對(duì)后續(xù)分析的影響。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用單個(gè)十通閥進(jìn)行采樣與氣體分析的切換，單次進(jìn)樣后，不同的氣體通過(guò)并聯(lián)的色譜柱先后進(jìn)入檢測(cè)器，從而分別測(cè)定總烴濃度和多個(gè)組分各自的濃度，特別適合需要同時(shí)測(cè)定混合氣體總烴濃度和組分濃度的檢測(cè)場(chǎng)合，大大節(jié)約了氣體分析的成本和時(shí)間。本方法通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)樣管、阻尼管和緩沖管的內(nèi)徑和長(zhǎng)度，可以控制兩個(gè)色譜柱通道分配到的流量和樣品量。本方法可有效控制兩個(gè)色譜柱并聯(lián)時(shí)經(jīng)過(guò)各自色譜柱的載氣流量的配比，和各自色譜柱從同一個(gè)定量環(huán)中分配到的樣品量的配比，進(jìn)而控制兩個(gè)色譜柱通道檢測(cè)總烴和甲烷的靈敏度和檢出限。另外，總烴和甲烷在氫火焰離子化檢測(cè)器上出峰后，關(guān)閉十通閥，載氣對(duì)兩個(gè)色譜柱進(jìn)行反吹，可將色譜柱中的高沸點(diǎn)組分完全吹掃出去，避免了高沸點(diǎn)組分對(duì)后續(xù)分析的影響。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明氣相色譜儀分析系統(tǒng)的十通閥關(guān)閉狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明氣相色譜儀分析系統(tǒng)的十通閥關(guān)閉狀態(tài)下，柱分析單元內(nèi)的載氣流向示意圖；

圖3是本發(fā)明氣相色譜儀分析系統(tǒng)的十通閥開(kāi)啟狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明氣相色譜儀分析系統(tǒng)的十通閥開(kāi)啟狀態(tài)下，柱分析單元內(nèi)的載氣流向示意圖；

圖5是利用本發(fā)明實(shí)施例2中的方法檢測(cè)甲烷非甲烷總烴時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣體樣品單次進(jìn)樣后測(cè)得的譜圖。

附圖說(shuō)明：

1-第一接口；2-載氣入口；3-第三出氣口；4-第四出氣口；5-輔助氣體入口；6-第六接口；7-第二出氣口；8-第一出氣口；9-第九接口；10-進(jìn)氣口；11-兩位十通閥；12-定量環(huán)；13-載氣；14-待測(cè)氣體；15-柱分析單元；16-輔助氣；17-阻尼器；18-fid檢測(cè)器；19-燃?xì)猓?0-助燃?xì)猓?1-第一三通接頭；22-第二三通接頭；23-緩沖管；24-阻尼管；25-進(jìn)樣管；26-兩通接頭；27-第二色譜柱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

參見(jiàn)圖1-4，一種氣相色譜儀分析系統(tǒng)，包括一個(gè)兩位十通閥11，十通閥1包括圓盤(pán)形本體，圓盤(pán)形本體上沿周向順時(shí)針依次設(shè)置第一接口1、載氣入口2、第三出氣口3、第四出氣口4、輔助氣體入口5、第六接口6、第二出氣口7、第一出氣口8、第九接口9和進(jìn)氣口10。第三出氣口3和第二出氣口7之間設(shè)有柱分析單元，柱分析單元包括相互并聯(lián)的第一色譜柱和第二色譜柱27。其中，第三出氣口3通過(guò)一個(gè)第一三通接頭21分別與第一色譜柱和第二色譜柱27的一端連通，第二出氣口7通過(guò)一個(gè)第二三通接頭22分別與第一色譜柱和第二色譜柱27的另一端連通。第一色譜柱包括依次串聯(lián)的緩沖管23、阻尼管24和進(jìn)樣管25，緩沖管23、阻尼管24和進(jìn)樣管25均為空管，其材質(zhì)為熔融石英毛細(xì)管、不銹鋼管或peek管?？偀N氣體經(jīng)第一色譜柱直接流出。第二色譜柱27為填充柱，用于分離待測(cè)氣體中的甲烷，其內(nèi)填充有高分子填料，填充柱的外殼為不銹鋼。

緩沖管23、阻尼管24和進(jìn)樣管25兩兩之間通過(guò)具有低死體積的兩通接頭26連接起來(lái)。其中，緩沖管23的外徑為3mm，內(nèi)徑為2mm，長(zhǎng)度為500mm；阻尼管24的外徑為2mm，內(nèi)徑為0.25mm，長(zhǎng)度為1000mm；進(jìn)樣管25的外徑為2mm，內(nèi)徑為1mm，長(zhǎng)度為500mm。第二色譜柱27的外徑為3mm，內(nèi)徑為2mm，長(zhǎng)度為1200mm。緩沖管23的作用是增大第一色譜柱的內(nèi)體積，延長(zhǎng)總烴的出峰時(shí)間，改變阻尼管24的管徑和長(zhǎng)度，可以改變第一色譜柱的氣體阻尼，進(jìn)而調(diào)節(jié)通過(guò)色譜柱的載氣流量，可以通過(guò)改變進(jìn)樣管25的內(nèi)體積來(lái)調(diào)節(jié)分配到第一色譜柱的樣品量。

進(jìn)氣口10連接待測(cè)氣體14，載氣入口2連接載氣13，輔助氣體入口5連接輔助氣16，輔助氣16為氮?dú)?。第四出氣?連接有fid檢測(cè)器18，燃?xì)?9和助燃?xì)?0在fid檢測(cè)器18內(nèi)燃燒，fid檢測(cè)器18用于檢測(cè)進(jìn)入其中的氣體的濃度。第一接口1和第一出氣口8之間設(shè)有定量環(huán)12，第六接口6連接有阻尼器17。

兩位十通閥11處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，每個(gè)接口與其相鄰的一側(cè)接口連通，即第一接口1與進(jìn)氣口10連通，載氣入口2與第三出氣口3連通，第四出氣口4與輔助氣體入口5連通，第六接口6與第二出氣口7連通，第一出氣口8與第九接口9連通。兩位十通閥11處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，每個(gè)接口與其相鄰的另一側(cè)接口連通，即第一接口1與載氣入口2連通，第三出氣口3與第四出氣口4連通，輔助氣體入口5與第六接口6連通，第二出氣口7與第一出氣口8連通，第九接口9與進(jìn)氣口10連通。

實(shí)施例2

一種氣相色譜儀分析方法，采用實(shí)施例1中的氣相色譜儀分析系統(tǒng)，具體步驟如下：

(1)參見(jiàn)圖1-2，關(guān)閉兩位十通閥11，此時(shí)第一接口1與進(jìn)氣口10連通，載氣入口2與第三出氣口3連通，第四出氣口4與輔助氣體入口5連通，第六接口6與第二出氣口7連通，第一出氣口8與第九接口9連通。實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)氣相色譜儀的進(jìn)樣口注入待測(cè)氣體14，待測(cè)氣體14依次經(jīng)進(jìn)氣口10、第一接口1、定量環(huán)12、第一出氣口8和第九接口9流出，在此過(guò)程中，待測(cè)氣體14充滿(mǎn)定量環(huán)12，定量環(huán)12對(duì)待測(cè)氣體14定量。同時(shí)，向氣相色譜儀中通入載氣13，載氣13依次經(jīng)載氣入口2、第三出氣口3、柱分析單元、第二出氣口7、第六接口6和阻尼器17流出，在此過(guò)程中，載氣13從第三出氣口3到第二出氣口7反吹柱分析單元。此外，通入氣相色譜儀的輔助氣16(氮?dú)?經(jīng)輔助氣體入口5和第四出氣口4流入fid檢測(cè)器18，完成采樣過(guò)程。

(2)參見(jiàn)圖3-4，開(kāi)啟兩位十通閥11，此時(shí)第一接口1與載氣入口2連通，第三出氣口3與第四出氣口4連通，輔助氣體入口5與第六接口6連通，第二出氣口7與第一出氣口8連通，第九接口9與進(jìn)氣口10連通。通入氣相色譜儀的載氣13經(jīng)載氣入口2、第一接口1流入定量環(huán)12，定量環(huán)12內(nèi)的待測(cè)氣體在載氣13的帶動(dòng)下依次經(jīng)過(guò)第一出氣口8、第二出氣口7，然后通過(guò)第二三通接頭22分別流入第一色譜柱和第二色譜柱27。待測(cè)氣體中的總烴氣體進(jìn)入第一色譜柱后直接流出，然后通過(guò)第一三通接頭21進(jìn)入fid檢測(cè)器18，分析得到總烴氣體的濃度信號(hào)。進(jìn)入第二色譜柱27的甲烷氣體在色譜柱中被分離出來(lái)，然后通過(guò)第一三通接頭21在總烴之后進(jìn)入fid檢測(cè)器18，分析得到甲烷氣體的濃度信號(hào)。將二者濃度信號(hào)相減，即可得到非甲烷總烴的濃度。

當(dāng)甲烷進(jìn)入fid檢測(cè)器18后，立即關(guān)閉兩位十通閥11，第一接口1與進(jìn)氣口10連通，載氣入口2與第三出氣口3連通，第四出氣口4與輔助氣體入口5連通，第六接口6與第二出氣口7連通，第一出氣口8與第九接口9連通。柱分析單元內(nèi)殘留的高沸點(diǎn)組分在載氣13的帶動(dòng)下依次經(jīng)第二出氣口7、第六接口6和阻尼器17被反吹出氣相色譜儀。

以上方法采用單個(gè)十通閥進(jìn)行采樣與氣體分析的切換，單次進(jìn)樣后，不同的氣體通過(guò)并聯(lián)的色譜柱先后進(jìn)入檢測(cè)器，從而分別測(cè)定總烴和甲烷的含量，進(jìn)而得到非甲烷總烴含量，大大節(jié)約了氣體分析的成本和時(shí)間。

圖5是本發(fā)明用于甲烷非甲烷總烴檢測(cè)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣體樣品(含80.3mg/m³甲烷、78.0mg/m³丙烷，氮?dú)鉃槠胶鈿?的單次進(jìn)樣的譜圖。單次分析時(shí)間小于50秒。

表1是連續(xù)六次進(jìn)樣的精密度測(cè)試結(jié)果，從表格中可看出，總烴和甲烷的峰面積相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是0.020％和0.056％，遠(yuǎn)好于3％國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

儀器噪音0.03pa，按兩倍信噪比計(jì)算，pa檢測(cè)限＝(2×噪音×濃度)/峰高，甲烷的檢測(cè)限是0.014mg/m³，總烴的檢測(cè)限是0.013mg/m³，以上數(shù)值均遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)值。

表1連續(xù)六次進(jìn)樣的精密度測(cè)試結(jié)果

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。