CN104569207B - 网络化气相色谱仪 - Google Patents
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Abstract
为了减小气相色谱仪对于温度‑气体之间的依赖关系，本发明提供了一种网络化气相色谱仪，包括：多个分离单元、多个相互独立的检测单元、多个相互独立的温度控制单元、多个数据传输单元和处理单元。本发明提高了气相色谱仪对于检测温度的自动调节能力，从而促使气相色谱仪能够在首次无法获得准确浓度值的情况下，尽快调节温度并得到正确的浓度值。
Description
技术领域
本发明涉及分析仪器技术领域，更具体地，涉及一种网络化气相色谱仪。
背景技术
气相色谱仪的基本构造有两部分，即分析单元和显示单元。前者主要包括气源及控制计量装置﹑进样装置﹑恒温器和色谱柱。后者主要包括检定器和自动记录仪。色谱柱(包括固定相)和检定器是气相色谱仪的核心部件。(1)载气系统，气相色谱仪中的气路是一个载气连续运行的密闭管路系统。整个载气系统要求载气纯净、密闭性好、流速稳定及流速测量准确。(2)进样系统，进样就是把气体或液体样品速而定量地加到色谱柱上端。(3)分离系统，分离系统的核心是色谱柱，它的作用是将多组分样品分离为单个组分。色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类。(4)检测系统，检测器的作用是把被色谱柱分离的样品组分根据其特性和含量转化成电信号，经放大后，由记录仪记录成色谱图。(5)信号记录或微机数据处理系统，近年来气相色谱仪主要采用色谱数据处理机。色谱数据处理机可打印记录色谱图，并能在同一张记录纸上打印出处理后的结果，如保留时间、被测组分质量分数等。(6)温度控制系统，用于控制和测量色谱柱、检测器、气化室温度，是气相色谱仪的重要组成部分。
目前常见的气相色谱仪大部分都是一个检测系统，对于复杂的样品不能得到很好的检测，一个复杂样品中含氮和含磷成分用NPD检测效果好，含卤素、硫、氧、羰基和氨基成分用ECD检测效果好，含硫和含磷成分用FPD检测效果好等等，这样在一个检测器里检测，其检测效果就会大大打折。
此外，现有的气相色谱仪对温度的依赖程度较高。从WO03/083467A2或US2005/0123452A1获知这样的气相色谱仪。这些气相色谱仪具有直接耦合或通过无阀可控转换设备串联耦合的若干分离柱。每个分离柱之后是用于检测充分分离至此点的气体组分的内联热导检测器。热导检测器具有呈沿管状通道的轴的加热丝的微加工设备形式的微加工感测元件。通道的内径至少大致对应于分离柱的内径，以便气体混合物的样品在检测器部位不会受到干扰。每个感测元件优选具有两根内联丝。这两根内联丝与检测时载气流过的另外的热导检测器的感测元件的两根丝一起对角设置在惠斯通电桥中。
US2012/0024043A1公开了一种具有串联耦合的热导检测器、另外的无损检测器以及有损检测器的气相色谱仪。热导检测器包括用于确定分析物的性质比如流速、温度和/或压力的传感器。在热导检测器确定与分析物相关联的一个或多个性质之后，上述检测器允许进行额外测量和/或分析。
根据US4741198A，已知一种气相色谱仪，其中热导传感器组件的两个传感器布置在具有在比其他传感器低的温度下操作的一个传感器的独立小区中。高浓度样品可以通过小区，其中传感器处于较低温度，而具有试验气体的低浓度的样品通过在较高温度下操作的传感器。
发明内容
为了减小气相色谱仪对于温度-气体之间的依赖关系，本发明提供了一种网络化气相色谱仪，包括：
多个分离单元，用于从进样中分离气体样品中的组分；
多个相互独立的检测单元，用于分别检测所述组分的浓度，且所述检测单元的位置与分离单元的位置一一对应；
多个相互独立的温度控制单元，用于控制所述各个检测单元进行检测的温度值条件，且所述温度控制单元的位置与各个检测单元的位置一一对应；
多个数据传输单元，用于将各个检测单元的检测结果传输到处理单元，且所述数据传输单元的位置与各个温度控制单元的位置一一对应；
处理单元，用于分别对各个数据传输单元发送到的数据进行处理；
所述处理单元将接收到的各个数据分别与气体标准色谱-温度数据库中的浓度标准值进行比对，确定是否达到足以判断气体的准确度，并在满足准确度要求的条件下确定气体组分，在不满足准确度要求的条件下将与气体标准色谱值最接近的测量温度通过数据传输单元发送给与之对应的温度控制单元，使与温度控制单元对应的检测单元在检测温度校正值下再次检测，并且
所述检测单元再次检测时，其检测的温度值条件根据其对应的数据传输单元和在该数据传输单元预定范围内的其他数据传输单元接收到的温度校正值或温度值获得。
进一步地，所述分离单元包括多个分离柱。
进一步地，所述温度控制单元和与其对应的检测单元位于同一支架上。
进一步地，所述数据传输单元与处理单元和其他数据传输单元通过无线方式进行通讯。
进一步地，所述处理单元为基于S3C44B0的嵌入式芯片。
进一步地，检测的温度值条件根据其对应的数据传输单元和在该数据传输单元预定范围内的其他数据传输单元接收到的温度校正值或温度值的平均值获得。
进一步地，所述检测单元为紫外检测器。
本发明的有益效果是：提高了气相色谱仪对于检测温度的自动调节能力，从而促使气相色谱仪能够在首次无法获得准确浓度值的情况下，尽快调节温度并得到正确的浓度值。
附图说明
图1示出了温度控制电路的电路图。
具体实施方式
本发明的优选实施例中该网络化气相色谱仪包括：多个分离单元、多个检测单元、多个温度控制电路、多个数据传输单元，以及多个处理单元。其中，多个分离单元，每个包括多个分离柱，但在一次色谱检测过程中，仅使用一个分离柱。这些分离柱均相同，目的是为了延长每个分离柱的寿命和提高色谱检测结果的稳定度，避免经常使用一个分离柱时由于分离柱自身老化或缺陷造成的结果不准确。
多个检测单元相互独立，每个检测单元均用于分别检测所述组分的浓度。检测的方法是根据所述分离单元分离出的结果依靠紫外检测器或荧光检测器来完成的。所述检测单元的位置与分离单元的位置一一对应。例如，该检测单元采用荧光分析。样品通过进样器进入离子色谱系统，泵送流动相(15mmol/L磷酸二氢铵溶液)经离子色谱柱(Hamilton PRP-Xl00(250mm×4.1mm,10μm)分离，流动相流速为1.0mL/L。经色谱柱分离后的流出液3.2-4.4min部分(二甲基砷酸)转入固相萃取柱-1，4.8-5.8min部分(三价砷)转入固相萃取柱-2，5.8-6.8min部分(一甲基砷酸)转入固相萃取柱-3，10.2-11.6min部分(五价砷)转入固相萃取柱-4。富集完后，启动另一个泵泵送流动相(20mmol/L的氢氧化钠溶液)，依次把不同固相萃取柱上富集的不同形态砷洗脱下，并进入原子荧光分析。
多个相互独立的温度控制电路用于控制所述各个检测单元进行检测的温度值条件，且所述温度控制电路的位置与各个检测单元的位置一一对应。所述温度控制电路和与其对应的检测单元位于同一支架上。所述温度传送电路由高精度电阻R1和铂电阻PT100R1以分压串联连接构成。当温度发生变化的时候，铂电阻R1的阻值会发生相应的变化，这样在电阻R1和R2的节点上就会产生相应的电压变化。变化的电压信号通过匹配电阻R3，再通过滤波电容C1C2后，送入模拟数字转换芯片的6脚。温度信号的转换是由ADS1256内部电阻成，通过单片机对ADS1256完成初始化，初始化的工作主要完成设置ADS1256，内部放大倍数，采样速率和滤波方式。因为从6脚送进来的信号比较小，必须通过放大器放大，采样的温度范围在0℃-500℃之间。所以选用放大16倍正好满足要求。采样速率设定为100次/秒，通过内部数字滤波后，送入单片机。通过这样的方式可以取到18位的有效数据，最后选用16位数据就足够了，因为在0℃-500℃温度范围内可以读到稳定0.01℃的精度。对于控制到±0.1已经足够了。能取道这样高精度的信号取决于，24位的A/D，高精度的基准和模拟数字的电源分割有直接的关系。输出部分由单片机通过光电隔离器3043来控制可控硅导通和关闭从而控制加热丝的工作时间，达到控制温度的目的。控制的具体方法是：
假设需要控制的温度是200℃，而实际从PT100测量的到的温度只有20℃，这时应用内部算法，可以计算出两者的巨大差距，会全速启动可控硅工作，可控硅会一直打开，加热丝一直处在全速加热状态，由于加热丝和温度传感器(PT100)在同一个封闭的系统中，由于加热丝的工作使封闭系统的温度逐步提高，这样温度传感器就会把升高的温度传送到模拟数字芯片，再由单片机从模数转换器中读出实际的数据，然后根据实际温度的变换计算出新的控制变量去控制加热丝，这样就形成了一个闭环控制系统。由于被加热的封闭系统，有一定的热容量，在不同的加热系统有热容量的差异还是比较明显的，如果使用传统的增量PID算法，想的到很好的控制效果是有一定难度的。这里可以这样处理，当设定温度大于实际温度10℃以上时，加热丝会全速工作，这样可以较快的达到设定温度。在当1℃＜设定温度-实际温度＜10℃上时，可以采用传统的增量PID算法；-1℃＜设定温度-实际温度＜＝1℃上时，这里才用专家PID算法这是关键部分，具体算法都在软件中。-10℃＜设定温度-实际温度＜＝-1℃时，也可以采用传统的增量PID算法。设定温度-实际温度＜＝-10℃时，直接关闭的加热丝。
多个数据传输单元用于将各个检测单元的检测结果传输到处理单元，且所述数据传输单元的位置与各个温度控制电路的位置一一对应。其可以采用现有的数传模块，也可以采用如下的实施方案：其包括微处理器、无线通讯模块、指示灯电路、存储模块、晶振。微处理器控制无线通讯模块定时或一次性接收检测单元发出的数据，也可以将处理单元的指令(例如温度)传给检测单元。存储模块用于暂时存储无线通讯模块接收到的数据。晶振为微处理器提供时钟。总的来讲，数据适配器的功能是：将检测单元发出的数据转交给处理单元，也将处理单元的指令下传给数据处理器或数据采集器。
处理单元，用于分别对各个数据传输单元发送到的数据进行处理。在本优选实施例中，其为基于S3C44B0的嵌入式芯片。
所述处理单元将接收到的各个数据分别与气体标准色谱-温度数据库中的浓度标准值进行比对，确定是否达到足以判断气体的准确度，并在满足准确度要求的条件下确定气体组分，在不满足准确度要求的条件下将与气体标准色谱值最接近的测量温度通过数据传输单元发送给与之对应的温度控制电路，使与温度控制电路对应的检测单元在检测温度校正值下再次检测，并且所述检测单元再次检测时，其检测的温度值条件根据其对应的数据传输单元和在该数据传输单元预定范围内的其他数据传输单元接收到的温度校正值或温度值获得。
在本优选实施例中，检测的温度值条件根据其对应的数据传输单元和在该数据传输单元预定范围内的其他数据传输单元接收到的温度校正值或温度值的平均值获得。
在本优选实施例中，上述网络化色谱仪中的分离单元、检测单元、温度控制电路、数据传输单元，以及处理单元均被集成在一起形成集成结构，且该网络化色谱仪中包含多个这种集成结构。检测时，这些检测结构采集待检测气体的不同位置的样本。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种网络化气相色谱仪，包括：
多个分离单元，用于从进样中分离气体样品中的组分，其中每个分离单元包括多个分离柱，但在一次色谱检测过程中，仅使用一个分离柱；这些分离柱均相同，目的是为了延长每个分离柱的寿命和提高色谱检测结果的稳定度；
多个相互独立的检测单元，用于分别检测所述组分的浓度，且所述检测单元的位置与分离单元的位置一一对应；
多个相互独立的温度控制单元，用于控制所述各个检测单元进行检测的温度值条件，且所述温度控制单元的位置与各个检测单元的位置一一对应；
多个数据传输单元，用于将各个检测单元的检测结果传输到处理单元，且所述数据传输单元的位置与各个温度控制单元的位置一一对应；
处理单元，用于分别对各个数据传输单元发送到的数据进行处理；
其特征在于，
所述处理单元将接收到的各个数据分别与气体标准色谱-温度数据库中的浓度标准值进行比对，确定是否达到足以判断气体的准确度，并在满足准确度要求的条件下确定气体组分，在不满足准确度要求的条件下将与气体标准色谱值最接近的测量温度通过数据传输单元发送给与之对应的温度控制单元，使与温度控制单元对应的检测单元在检测温度校正值下再次检测，并且
所述检测单元再次检测时，其检测的温度值条件根据其对应的数据传输单元和在该数据传输单元预定范围内的其他数据传输单元接收到的温度校正值或温度值获得。
2.根据权利要求1所述的网络化气相色谱仪，其特征在于，所述分离单元包括多个分离柱。
3.根据权利要求1所述的网络化气相色谱仪，其特征在于，所述温度控制单元和与其对应的检测单元位于同一支架上。
4.根据权利要求1所述的网络化气相色谱仪，其特征在于，所述数据传输单元与处理单元和其他数据传输单元通过无线方式进行通讯。
5.根据权利要求2所述的网络化气相色谱仪，其特征在于，所述处理单元为基于S3C44B0的嵌入式芯片。
6.根据权利要求1所述的网络化气相色谱仪，其特征在于，检测的温度值条件根据其对应的数据传输单元和在该数据传输单元预定范围内的其他数据传输单元接收到的温度校正值或温度值的平均值获得。
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