本發(fā)明涉及一種便攜式氣相色譜儀，特別是涉及便攜式氣相色譜儀預(yù)濃縮管加熱電路及其方法。

背景技術(shù)：

氣相色譜法(gc)是常見類型的色譜法，它用于分離并分析能夠蒸發(fā)而高溫下不分解的化合物，在分析化學(xué)中用來對混合物進(jìn)行分析。使用過程中，載氣將進(jìn)樣口中已經(jīng)氣化的樣品推入到預(yù)濃縮管進(jìn)行冷凝富集后，在短時間內(nèi)將預(yù)濃縮管快速加熱，進(jìn)行熱解吸附?？焖偌訜峥梢越档蜆悠吩陬A(yù)濃縮管中殘留，保證儀器分析結(jié)果穩(wěn)定。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在專利申請?zhí)?01310419737.2中公開了一種熱解吸附裝置，由加熱管，內(nèi)襯管，密封圈，內(nèi)襯管壓帽，內(nèi)襯管底座，內(nèi)襯管底座絕熱環(huán)，解吸器底座，樣品傳輸管，解吸吹掃器氣路，解吸分流氣路，以及加熱絲和溫控元件組成。樣品的加熱通過加熱管和氣相色譜儀進(jìn)樣口共同完成，加熱時間1.5分鐘，加熱溫度250℃，并恒溫3分鐘。該發(fā)明存在兩個問題：首先，該發(fā)明所公開的裝置龐大且在便攜式氣相色譜儀中難以集成；其次，氣相色譜儀是精密儀器，對系統(tǒng)的清潔程度要求很高，由于該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需要現(xiàn)場連接氣路，容易對系統(tǒng)造成污染。最后，單次升溫加熱時間太長不利于快速定量分析且該裝置只適用于實驗室環(huán)境的使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種便攜式氣相色譜儀預(yù)濃縮管加熱電路，它在不 影響氣相色譜儀其他電路的狀態(tài)下，可以減少預(yù)濃縮管加熱的時間，提高預(yù)濃縮管加熱的溫度，提高儀器靈敏度。

為了實現(xiàn)上述目的，一方面本發(fā)明提供一種預(yù)濃縮管加熱電路，該電路在工作狀態(tài)下首先從直流電源取電，并存貯在電容中，充電驅(qū)動電路充電完成后終止充電過程并啟動放電驅(qū)動電路，通過電容放電對預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路包括預(yù)濃縮管、充電驅(qū)動電路、放電驅(qū)動電路、電容、第一開關(guān)、第二開關(guān)和電感；其中，充電驅(qū)動電路導(dǎo)通第一開關(guān)，從電源上獲取能量并存儲在電容中；在充電驅(qū)動電路充電過程結(jié)束后斷開第一開關(guān)；同時，放電驅(qū)動電路導(dǎo)通第二開關(guān)，電容通過電感進(jìn)行放電，并對預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路還包括二極管。電容通過電感進(jìn)行放電，并對預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱后，同時存儲部分能量在所述電感中；當(dāng)電驅(qū)動電路放電過程結(jié)束后，斷開第二開關(guān)；在電容和電感斷開后，電感通過續(xù)流二極管繼續(xù)預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路還包括主控制器為所述電路提供充電驅(qū)動信號和放電驅(qū)動信號。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路的主控制器由單片機、現(xiàn)場可編程門陣列和數(shù)字信號處理器中的一種實現(xiàn)。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路的第一開關(guān)和所述第二開關(guān)為nmos場效應(yīng)管開關(guān)；第一開關(guān)和第二開關(guān)的第一端為源極，第一開關(guān)和第二開關(guān)的第二端為柵極，第一開關(guān)和第二開關(guān)的第三端為漏極。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路的充電驅(qū)動電路和所述放電驅(qū)動電路采用自舉升壓控制開關(guān)。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路中電感和二極管組成的續(xù)流回路在充電過程中繼續(xù)對預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱和在放電過程抑制電流尖峰。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路對預(yù)濃縮管的加熱方式為多次循環(huán)加熱。

另一方面，本發(fā)明提供了一種預(yù)濃縮管快速加熱方法，該方法包括以下步驟：在工作狀態(tài)下從直流電源中吸取電能，并存貯在電容中；待充電完成后終止充電過程并啟動放電過程，通過電容放電對預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱。

本發(fā)明能夠減少預(yù)濃縮管加熱的時間，以及提高預(yù)濃縮管加熱的溫度和提高儀器靈敏度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種預(yù)濃縮管快速加熱電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示預(yù)濃縮管快速加熱電路的原理圖；

圖3是本發(fā)明一個實施例中關(guān)鍵信號在一個充放電周期的波形示意圖；

圖4是本發(fā)明一個實施例中預(yù)濃縮管電壓變化的實測波形圖；

圖5是是本發(fā)明實施例提供的一種預(yù)濃縮管快速加熱電路方法的流程圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種預(yù)濃縮管快速加熱電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，預(yù)濃縮管快速加熱電路包括、充電驅(qū)動電路10、放電驅(qū)動電路20、電容30、第一開關(guān)51、第二開關(guān)52、電感60和預(yù)濃縮管70；其中，充電驅(qū)動電路10導(dǎo)通第一開關(guān)51，從電源上獲取能量并存儲在電容30中；在充電驅(qū)動電路10充電過程結(jié)束后斷開所述第一開關(guān)51；放電驅(qū)動電路20導(dǎo)通第二開關(guān)52，電容30通過電感60進(jìn)行放電，并對預(yù)濃縮管70進(jìn)行加熱。

本發(fā)明能夠減少預(yù)濃縮管加熱的時間，以及提高預(yù)濃縮管加熱的溫度和提高儀器靈敏度。

圖2是圖1所示預(yù)濃縮管快速加熱電路的原理圖。下面結(jié)合圖2具體介 紹本發(fā)明實施例提供的預(yù)濃縮管快速加熱電路的工作原理。

充電驅(qū)動電路10包括電解電容c1、電容c2、電阻r1、電阻r3、電阻r4和集成電路ic1。

放電驅(qū)動電路20包括電容c3、電容c5、電阻r2、電阻r5、電阻r6、電阻r7、電阻r8、二極管d1、nmos管q3和集成電路ic2。

集成電路ic1和集成電路ic2為nmos管的驅(qū)動芯片，當(dāng)輸入信號為低電平時，輸出低電平；當(dāng)輸入信號為高電平時，輸出高電平。

如圖2所示，集成電路ic1的1腳接電源，并且連接電解電容c1的正極，電解電容c1的負(fù)極接地；充電控制信號s1通過電阻r3和r4分壓后連接到集成電路ic1的2腳；集成電路ic1的3腳懸空；集成電路ic1的4腳接地；集成電路ic1的5腳、6腳連接，同時連接nmos管q1的源極、電阻r1、電容c3、nmos管q2的漏極和電解電容c4的正極，電解電容c4的負(fù)極接地；集成電路ic1的7腳接nmos管q1的柵極；集成電路ic1的8腳接電容c2，電容c2的另一端接電源，nmos管q1的漏極和電阻r1的一端接電源。

如圖2所示，集成電路ic2的1腳與5腳和6腳相連，同時接電容c5的一端、二極管d2的陰極、電感l(wèi)1的一端和nmos管q2的源極，二極管d2的陽極接地；集成電路ic2的2腳接nmos管q3的漏極，同時接電阻r5的一端；集成電路ic2的3腳接r5的一端，同時接二極管d1的陰極和電容c5的一端，同時二極管d1的陽極接15v電源；放電控制信號通過電阻r6和電阻r7分壓后接到nmos管q3的柵極，nmos管q3的源極接到電阻r8的一端，電阻r8的另一端接地；集成電路ic2的4腳接電容c3；集成電路ic2的7腳接電阻r2的一端，同時接nmos管q2的柵極；集成電路ic2的8腳接電阻r8的一端；預(yù)濃縮管的一端接電感l(wèi)1，另一端接地。

s1和s2為主控制器提供的兩路控制信號，主控制器可以是單片機、現(xiàn)場可編程門陣列和數(shù)字信號處理器等。

28v電源從電容c1兩端輸入。

nmos管q1、nmos管q2和nmos管q3工作在開關(guān)狀態(tài)是當(dāng)柵極為低電平時，開關(guān)nmos管q1、nmos管q2和nmos管q3斷開；當(dāng)柵極為高電平時，開關(guān)nmos管q1、nmos管q2和nmos管q3導(dǎo)通。濃縮管快速加熱電路的電路工作可分為三個過程：啟動過程、充電過程和放電過程。

圖3是本發(fā)明一個實施例中關(guān)鍵信號在一個充放電周期的波形示意圖，圖4是本發(fā)明一個實施例中預(yù)濃縮管電壓變化的實測波形圖。

如圖3和圖4所示，電路上電后進(jìn)入啟動過程，主控制器將充電驅(qū)動信號s1設(shè)置為低電平，通過電阻r3與充電驅(qū)動信號s1相連的集成電路ic1的2腳為低電平，集成電路ic1將7腳設(shè)置為低電平，與集成電路ic1的7腳相連的nmos管q1的柵極為低電平，因此開關(guān)nmos管q1斷開。同時，由nmos管q1控制的充電電路不工作。電源通過電阻r1對電解電容c4充電，使電解電容c4兩端電壓達(dá)到28v。

預(yù)濃縮管加熱流程啟動后首先進(jìn)入放電過程。主控制器將放電驅(qū)動信號s2設(shè)置為低電平，通過電阻r6與放電驅(qū)動信號s2相連的nmos管q3的柵極為低電平，nmos管q3斷開，則電阻r5和電阻r8斷開，集成電路ic2的2腳通過二極管d1和電阻r5連接到電源，電阻r5遠(yuǎn)小于集成電路ic2的2腳的輸入阻抗，則集成電路ic2的2腳為高電平并且將7腳設(shè)置為高電平，與集成電路ic2的7腳相連的nmos管q2的柵極為高電平，開關(guān)nmos管q2導(dǎo)通。電解電容c4通過開關(guān)nmos管q2和電感l(wèi)1開始放電，放電電流經(jīng)過預(yù)濃縮管并使預(yù)濃縮管開始升溫。

放電過程結(jié)束后，主控制器將放電驅(qū)動信號s2設(shè)置為高電平，通過電阻r6與放電驅(qū)動信號s2相連的nmos管q3的柵極為高電平，則nmos管q3導(dǎo)通，集成電路ic2的2腳電壓由電阻r5和電阻r8分壓提供。由于電阻r5遠(yuǎn)大于電阻r8，集成電路ic2的2腳為低電平并且將7腳設(shè)置為低電平，與集成電路ic2的7腳相連的nmos管q2的柵極為低電平，開關(guān)nmos管q2斷開。電感l(wèi)1通過二極管d2繼續(xù)放電加熱預(yù)濃縮管。

放電過程結(jié)束1微秒后啟動充電過程，主控制器將充電驅(qū)動信號s1設(shè)置為高電平，通過電阻r3與放充電驅(qū)動信號s1相連的集成電路ic1的2腳為高電平。集成電路ic1將7腳設(shè)置為高電平，與集成電路ic1的7腳相連的nmos管q1的柵極為高電平，因此開關(guān)nmos管q1導(dǎo)通。電源通過nmos管q1給電解電容c4充電。充電過程結(jié)束2微秒后啟動放電過程。

以上描述了預(yù)濃縮管快速加熱電路工作過程，循環(huán)該過程可加熱預(yù)濃縮管，通過調(diào)節(jié)循環(huán)次數(shù)使預(yù)濃縮管達(dá)到設(shè)定溫度。

圖5是是本發(fā)明實施例提供的一種預(yù)濃縮管快速加熱電路方法的流程圖。如圖5所示，預(yù)濃縮管的加熱通過以下步驟完成：充電驅(qū)動電路導(dǎo)通第一開關(guān)，從電源上獲取能量并存儲在電容中；充電過程結(jié)束后斷開第一開關(guān)，延時2微秒后，通過放電驅(qū)動電路導(dǎo)通第二開關(guān)；電容通過電感放電，并對預(yù)濃縮管加熱，同時存儲部分能量在電感中；放電過程結(jié)束后斷開第二開關(guān)，同時斷開電感和電容，電感通過續(xù)流二極管對預(yù)濃縮管繼續(xù)加熱。預(yù)濃縮管快速加熱電路充放電控制信號頻率為50khz，占空比2：3，預(yù)濃縮管加熱時間為60ms，預(yù)濃縮管溫度可達(dá)250℃。

本發(fā)明實施例解決了現(xiàn)有的熱解吸附裝置體積龐大，在便攜式氣相色譜儀中難以集成，容易對系統(tǒng)造成污染，以及單次升溫加熱時間太長不利于快速定量分析等問題。同時，本發(fā)明能夠減少預(yù)濃縮管加熱的時間，以及提高預(yù)濃縮管加熱的溫度和提高儀器靈敏度。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。