CN105209904A - 用于测量载有水蒸气的气体样品中的水同位素浓度的仪器 - Google Patents
用于测量载有水蒸气的气体样品中的水同位素浓度的仪器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于测量载有水蒸气的气体样品中的水同位素浓度的仪器(10)，该仪器包括：分析仪，该分析仪包括在正常测量操作模式中的连接回路(C1)，该连接回路经由所述分析装置连接其输入端(II)到其输出端(Ol)；蒸发器，该蒸发器包括连接到分析仪(C2)以朝该分析仪传输被蒸发的校准液体的回路以及用于排出所述蒸发的校准液体的溢出物的回路(C3)，所述输出回路以这种方式被布置，使得该溢出物被排出而不穿过该分析仪(12)，以及被连接到蒸发器的输入端的清洗回路(C4)，用于在清洗操作中通过蒸发器吸收所述蒸发的清洗流体，所述清洗回路被这样布置，使得所述蒸发的清洗流体不穿过所述分析仪(12)；以及用于有选择地形成第一校准状态(S1)以及第二清洗操作状态的装置，该第一校准状态形成该校准液体通过连接回路(2)的循环以及该溢出物通过输出回路(C3)的循环，该第二清洗操作状态形成清洗液体通过清洗回路(C4)的循环。
Description
本发明涉及一种用于测量气体样本中同位素的仪器。
大气中水同位素的研究可以监控云聚集，并且特别地可以提供关于后者起源以及其历史的信息(凝结，再次蒸发等)。
为了连续地监测大气水蒸气中包含的水同位素，可以使用激光二极管光谱仪，其利用了近红外中水分子的吸收。这些仪器的优点之一是，特别地由于其很小的尺寸，它们可被布置在专用分析实验室的外面，并且连续地操作。
这些仪器，从它们处于操作的时刻起，连续地测量通过进口端被泵送气流的相对湿度，以及氢和氧同位素比率。
有必要定期地校准这些仪器，以能够获得可靠数据。
校准包括一个接一个地引入由水构成的两个参考液体样本，其绝对同位素值被完全地确定、选择，使得它们都彼此不太遥远，同时包括待分析样品的值。然后由仪器测量的这些值能够确定该仪器的校准线，因此然后可以将被测量值转化为绝对值。
该仪器配备有蒸发器，可以将参考样本的水转化成汽相以及像任何气体样本一样测量它们。
能进行该校准的***被称为“标准传送模块(S.D.M.)”并由两个注射器组成，该两个注射器一方面连接到一个包含相应参考样本的安瓿，以及另一方面经由注射喷嘴连接到蒸发器，该蒸发器本身连接到分析仪。
在校正阶段，一个注射器经由管子件吸入对应于预定体积(例如250毫升)的量并经由蒸发器将其非常缓慢地分配到分析仪，以及该分析仪在全部时间(例如持续约30分钟)内测量该参考样本。该步骤然后用另一注射器更新。
以定期间隔重复的校准可以特别地免于随该仪器的时间漂移；根据工作条件，该范围可以从几个小时到一天。
由于使用非常小体积的参考样本，通常使用的该管子件有1/16”的外部直径以及不超过0.20毫米的内部直径；此外，该***在不使用的期间在连续压力下不继续，这不可避免地导致在管子件中气体微型泡的出现。
这些气泡，当它们在校准过程中被引进到该仪器时，扰乱该分析。
为了避免这些损害连续获取精确数据的扰动，需要清洗S.D.M.的所有管子件，以确定在任何校准之前，在回路中没有泡沫。
建议当进行清洗以在蒸发器的水平断开来自这些注射器的管子件以及清洗整个仪器的外部，以避免后者的任何湿度饱和；一旦被清洗，该管子件重新连接到该***并且可以手动地启动该校准。
应该注意的是，当仪器不再在实验室里使用但被配置在几乎隔离的非永久性人类存在的位置时，能够进行远程校准将是有用的，以及从而能够远程地清洗该***。
本发明旨在提出一种可以对用于校准的管子件进行清洗的仪器，而无需人工干预和远程。
在这种背景下，本发明旨在提供一种用于测量载有水蒸气的气体样品中的水同位素浓度的仪器，该仪器包括：
—用于接收清洗液体或校准液体的至少一个进口管子件；
—分析仪，其包括：
ο用于接收载有水蒸气的气体样本的进口端；
ο分析所述气体样本的装置；
ο用于在通过该分析装置的测量后排出载有水蒸气的气体样本的出口端；
ο在正常测量操作模式中的连接回路，所述连接回路经由所述分析装置连接输入端到输出端；
—蒸发器，其包括：
ο被连接到所述进口管子件的至少一个进口端；
ο用于蒸发所述清洗液体或所述校准液体的装置；
ο连接到所述分析仪的回路，以传输所述蒸发的校准液体到所述分析仪，连接到所述分析仪的所述回路经由所述分析装置连接所述蒸发器的输入端到所述分析仪的输出端；
ο用于排出在通过所述分析仪测量的过程中蒸发的所述校准液体的溢出物的输出回路，所述输出回路被这样布置，溢出物不通过分析仪被排出；
ο被连接到蒸发器的输入端的清洗回路，用于在清洗操作中通过所述蒸发器吸收所述蒸发的清洗流体，所述清洗回路被这样布置，使得所述蒸发的清洗流体不穿过所述分析仪；
—用于有选择地形成以下状态的装置：
ο被称为校准操作状态的第一状态，该第一状态形成所述校准液体通过连接到所述分析仪的回路的循环，以及被蒸发的校准液体的溢出物通过所述蒸发器的输出回路的循环；
ο被称为清洗操作状态的第二状态，该第二状态形成清洗液体通过所述清洗回路的循环。
由于本发明，有利地使用对应于以下部分的该仪器的两个状态：
—管子件(应该理解的是，该仪器通常包括两个管子件，对于该管子件该清洗可连续地进行)清洗的状态，其能自动地实施而不改变所述分析仪的测量精确度。不再需要断开传输参考样本的管子件，这在现有技术中是已知的。此外，由于根据本发明的布置，所述分析仪是短回路的，使得所述清洗液体不穿过所述分析仪，当其用于清洗管子件时。换句话说，从所述蒸发器排出的流体偏离，而该流体不穿过所述分析仪。因此，所述清洗液体没有通过浸入被包含在所述分析仪中的所述分析装置(通常红外吸收光谱仪)而损害的风险。该快速和自动的清洗此外可以避免在以下测量中的水饱和以及迅速地干燥所述流体回路，而不干扰所述分析仪的使用太长时间；为进行所述清洗，所述清洗液体经由所述进口管子件发送到所述蒸发器，在其中它们被蒸发，然后经由所述清洗回路排出。从而排出的液体量被选择，用来自贮槽盛放参考样本并在清洗操作时刻被抽取的没有气泡的液体代替最初出现在管子件中的潜在地载有气泡的液体的容积。最后将要注意的是，清洗模式中的操作可以通过在正常操作中的所述分析仪继续实施测量(即，经由其进口端，在该进口上它接收载有水蒸气的气体样本，所述气体穿过所述分析装置并经由所述分析仪的出口排出)；
—校准操作状态，在所述校准操作状态中，由所述蒸发器蒸发的所述校准液体渗透到所述分析仪以被分析并用于所述校准；在该状态下，此外，所述蒸发器的所述输出回路保持打开(例如在户外)以疏散出现在蒸发器中以及可被引入到所述分析仪内的液体溢出物。
根据本发明的仪器也可具单独地考虑或根据所有技术上可能组合的以下特征的一个或多个：
—载有水蒸气的气体样本在所述分析仪的连接回路中的循环在所述第二状态中形成；
—所述选择性形成装置包括在所述蒸发器的输出回路中的第一阀和在所述清洗回路中的第二阀，所述第一阀在第一状态中打开以及在第二状态中关闭，所述第二阀在第二状态中打开以及在第一状态中关闭；
—所述阀为由控制回路控制的电动操作阀；
—所述清洗回路包括泵；
—所述清洗回路包括在所述泵上游的干燥器；
—所述第二阀布置在所述泵的上游；
—所述蒸发的校准液体从输出回路的逃逸在户外发生；
—根据本发明的仪器包括两个进口管子件，每个都适于接收清洗液体或校准液体，所述蒸发器包括分别被连接到所述进口管子件之一的两个进口端；
—根据本发明的仪器包括软件设备以确保所述装置的远程或自动控制，所述装置用于有选择地形成所述第一和第二状态。
从以下用于说明性目的并且不限制的方式、参考附图给出的描述中，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：
—图1到3表示一种根据本发明，根据在正常操作模式、在校准模式和在清洗模式下的三种操作状态的测量仪器；
—图4表示控制图1仪器的回路的示例。
与稳定的回路比，在按照根据本发明的仪器的不同状态(图1到3)的不同流体回路中流体的循环用粗实线表示。
在图1到3中所表示的根据本发明的测量仪器10包括：
—蒸发器13，其能够经由分别被连接到两个管子件Tub1和Tub2的两个进口端E1和E2接收两种校准液体；
—由蒸发器13供给的分析仪12。
该测量仪器10使用被称为“标准发送模块(S.D.M.)”的能够进行校准的***，并且包括两个注射器34和35，这两个注射器中的每个都连接到包含参考样本的安瓿(未示出)；这些注射器34和35有利地机动化以能够远程地控制，并分别被连接到管子件Tub1和Tub2。
该分析仪包括例如由使用激光二极管的红外吸收光谱仪形成的分析装置14。该分析仪例如是标有商标PICARROLTub130-i的分析仪。
本领域技术人员知晓分析仪12的正常操作S3，如图1所示。后者包括用于接收被分析的气体样本的进口端I1以及用于排出所述样本的出口端O1。连接回路C1在输入端I1和输出端O1之间形成，所述回路确保该样本通过该分析装置14。
蒸发器13可以经由管子件Tub1或Tub2之一将参考样本的水转化成在进口端E1和E2之一上接收的汽相，以及像任何气体样本一样测量它们。
根据本发明的蒸发器13进一步包括：
—连接到分析仪10的回路C2；
—输出回路C3；
—清洗回路C4。
蒸发器的输入端E1(和输入端E2)与连接回路C2、输出回路C3和清洗回路C4连通。
输出回路C3包括通常打开的阀31，其出口端在户外。
清洗回路C4包括干燥器42，通常关闭的阀44和泵45，其出口端在户外。
被布置在泵45上游的干燥器42使得能够不会因为水饱和度损坏后者，并且包括例如带有彩色指示器的例如灯芯类型8的干燥剂筒，例如来自W.H.HAMMONDDRIERITECOMPANY。
泵45优选地为膜类型泵，如以标记KNFN86KN.18下售卖的泵。
阀31和44例如为由法国公司ODE提供的具有标记21A2ZV55G的电动操作的双向阀(正常打开NO或正常关闭NF)；这些阀的主体由铜制成，具有5.5毫米数量级的通道直径；它们被选择是因为其低成本以及加热***的中其很大的可靠性(蒸发器的实施确实导致液体的加热)。
阀31和44例如为由控制回路50控制的电动操作阀，该电动操作阀在图4中示意性地表示以及可被结合到根据本发明的仪器10中。该控制回路50包括能进行所述阀31和44的控制的软件装置。
控制回路50也可以控制泵45的操作。
图2表示在校准模式中，根据本发明的仪器10的操作状态S1(由术语校准无差别地指定)。
在这种状态S1下，回路C3的阀31打开并且回路C4的阀44关闭。
经由管子件Tub1喷射的校准液体经由输入端E1进入蒸发器13，然后被蒸发器13蒸发。被蒸发的液体然后跟随回路C2，其允许它从蒸发器13穿过到分析仪12以及由分析装置14所分析，经由输出端O1被排出。平行地，由于阀31打开，没有渗透到分析仪12内的被蒸发液体的溢出物经由输出回路C3排出到户外。
该操作在管子件Tub2上重复。
在状态S1中，连接回路C1没有激活(即连接回路被中断)。为此，根据本发明的仪器10包括例如阀33，该阀可以从该分析装置14隔离输入端I1。
图3表示在清洗模式下，根据本发明的仪器10的操作状态S2。
在这种状态S2下，回路C3的阀31关闭，回路C4的阀44打开。
为了在校正阶段之前清洗根据本发明的仪器，阀31关闭，阀44打开以及泵45被启动。在进口端E1内喷射有一种来自管子件Tub1进入蒸发器13的参考液体(其将用作清洗液体)以及通过该液体的蒸发所产生的气体由泵45所吸收。然后该清洗动作用经由管子件Tub2喷射的其他参考液体重复。在这种状态S2下，在蒸发器13和分析装置14之间没有连接；换句话说，没有流体在如图2所示的回路C2中循环(同样，没有流体在回路C4中循环)。为了中断回路C2，根据发明的仪器10包括例如在蒸发器和分析装置14之间的阀32。将蒸发器连接到分析仪的回路C2因此被中断。
将要注意的是，阀32和33可有利地由三通阀代替(即经由通过“Y”连接可以将分析仪的输出端O1分别连接到回路C1和回路C2的阀)。
对于排出存在于管子件Tub1或Tub2中的气泡足够的液体量有利地是注射器的的总体积。
一旦这两个量已被蒸发和排出，可以返回到状态S1并通过关闭阀44接连地实施来自标准液体的蒸发的水蒸气的测量，同时中断泵45的操作以及通过打开阀31。
从这两个测量值，计算校准线，然后这可以实施被包含在气体样本内的水蒸气的同位素的测量。
将要指出的是，在状态S2(在清洗模式下的操作)中，完全可以在正常操作模式下使用分析仪12(也就是说致动连接回路C1)。
经由图4的控制回路50，例如通过软件设备，分析仪12继续并自动地执行在新校准之前对于清洗必要的所有步骤。
该仪器10也可被布置以启用远程维护干预，例如由于免费可获得的软件，如Teamviewer或LogMeIn。这允许用户取回对在自动常规测量中的操作的控制。他然后可通过使用分析仪软件的功能触发***的启动，可以控制分析仪的阀，该软件例如是已知PICARRO公司的标记ExternalValveSequencer。
控制回路50例如被连接到分析仪的出口线路，可以发送用于切换阀31、32、33和44的命令到控制回路50，以及排气泵45的启动，其与输出回路C3的阀31的关闭以及与清洗回路C4的阀42的打开或机动化注射器34或35的操作同时发生。
由于本发明，清洗可以自动和迅速地，尽可能频繁地发生。
本发明并不限于所描述的示例。特别地，阀31和44可被三通阀所代替(即经由“Y”连接可以将管子件Tub1或Tub2分别连接到回路C3和回路C4的阀)。如果需要的话，阀44不存在，并且泵45的停止足以防止通过清洗回路的流体的循环，只要泵***漏。
Claims (10)
1.一种用于测量载有水蒸气的气体样品中水同位素浓度的仪器(10)，该仪器包括：
—用于接收清洗液体或校准液体的至少一个进口管子件(tub1)；
—分析仪，其包括：
о用于接收载有水蒸气的气体样本的进口端(I1)；
о分析所述气体样本的装置；
о用于在通过分析装置的测量后，排出所述载有水蒸气的气体样本的出口端(O1)；
о在正常测量操作模式中的连接回路(C1)，所述连接回路经由所述分析装置连接输入端到输出端；
—蒸发器，其包括：
о被连接到所述进口管子件(Tub1)的至少一个进口端(E1)；
о用于蒸发所述清洗液体或所述校准液体的装置；
о连接到分析仪(C2)的回路，以传输所述蒸发的校准液体到分析仪，连接到分析仪的所述回路经由所述分析装置连接所述蒸发器的输入端到分析仪的输出端；
о用于排出在通过分析仪(12)测量的过程中所述蒸发的校准液体的溢出物的输出回路(C3)，所述输出回路被布置成，使得溢出物不通过分析仪(12)被排出；
о被连接到蒸发器的输入端的清洗回路(C4)，用于在清洗操作中通过所述蒸发器吸收所述蒸发的清洗流体，所述清洗回路被布置成，使得所述蒸发的清洗流体不穿过分析仪(12)；
—用于有选择地形成以下状态的装置：
о被称为校准操作状态的第一状态(S1)，形成校准液体通过连接到分析仪的回路(C2)的循环以及被蒸发的校准液体的溢出物通过蒸发器的输出回路(C3)的循环；
о被称为清洗操作状态的第二状态(S2)，形成清洗液体通过清洗回路(C4)的循环。
2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，载有水蒸气的气体样本通过分析仪的连接回路(C1)的循环在所述第二状态中形成。
3.根据权利要求1或2所述的仪器，其特征在于，所述选择性形成装置包括在蒸发器的输出回路(C3)中的第一阀(31)和在所述清洗回路(C4)中的第二阀(44)，第一阀(31)在第一状态(S1)中打开以及在第二状态中关闭，第二阀(44)在第二状态(S2)中打开以及在第一状态(S1)中关闭。
4.根据权利要求3所述的仪器，其特征在于，所述阀(31、44)为由控制回路(50)控制的电动操作阀。
5.根据前述权利要求任一所述的仪器，其特征在于，清洗回路(C4)包括泵(45)。
6.根据权利要求5所述的仪器，其特征在于，清洗回路(C4)包括在所述泵(45)上游的干燥器(42)。
7.根据权利要求5或6以及权利要求3或4所述的仪器，其特征在于，第二阀(44)布置在泵(45)的上游。
8.根据前述权利要求任一所述的仪器，其特征在于，蒸发的校准液体从输出回路(C3)的逃逸在户外发生。
9.根据前述权利要求任一所述的仪器，其特征在于，该仪器包括两个进口管子件(tub1、tub2)，每个都适于接收清洗液体或校准液体，所述蒸发器包括分别被连接到所述进口管子件(Tub1、Tub2)之一的两个进口端(E1、E2)。
10.根据前述权利要求任一所述的仪器，其特征在于，该仪器包括软件装置，以确保所述装置的远程或自动控制，用于有选择地形成所述第一和第二状态。
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