CN112986447A - 气相色谱分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种气相色谱分析装置，包括：进样部，配置成：接收由第一载气携带的定量的样品气体，样品气体包含氢同位素组分和杂质组分；第一色谱柱，与进样部连通，用于将样品气体中的氢同位素组分与杂质组分相分离；第二色谱柱，用于接收分离后的氢同位素组分，并将氢同位素组分中的氢同位素分离；分离管路，用于接收分离后的杂质组分；第二载气进气管路，用于提供第二载气；第一切换部，配置成在分离后的氢同位素组分流出第一色谱柱之后，向氢同位素组分中引入第二载气，以由第二载气携带氢同位素组分进入第二色谱柱，同时将分离后的杂质组分引入分离管路；以及气体分析部，用于对气体组分进行检测分析。本发明技术方案能够简化气路。

Description

气相色谱分析装置

技术领域

本发明涉及放射性气体检测技术领域，具体涉及一种气相色谱分析装置。

背景技术

氚是氢的放射性同位素，是一种十分重要的战略能源物质，在工业、国防和科学研究等其它领域都具有十分重要的意义。由于氚具有强烈的吸附效应和记忆效应，通常利用气相色谱方法分析氢同位素含量。为了满足对含氚气体中氢同位素以及杂质的检测需求，现有技术中的气相色谱分析***气路较多，控制较为复杂。

发明内容

本发明提供一种气相色谱分析装置，包括：

进样部，配置成：接收由第一载气携带的定量的样品气体，所述样品气体包含氢同位素组分和杂质组分；

第一色谱柱，与所述进样部连通，用于将所述样品气体中的氢同位素组分与杂质组分相分离，以使分离后的氢同位素组分先于杂质组分从所述第一色谱柱流出；

第二色谱柱，用于接收所述分离后的氢同位素组分，并将所述氢同位素组分中的氢同位素分离；

分离管路，用于接收分离后的杂质组分；

第二载气进气管路，用于提供第二载气；

第一切换部，配置成在所述分离后的氢同位素组分流出所述第一色谱柱之后，向所述氢同位素组分中引入所述第二载气，以由所述第二载气携带所述氢同位素组分进入所述第二色谱柱，同时将所述分离后的杂质组分引入所述分离管路；以及

气体分析部，用于对流入其中的气体组分进行检测分析。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的气相色谱分析装置的气路示意图；

图2是利用图1所示气相色谱分析装置将样品气体中的氢同位素和杂质组分分离的气路示意图；

图3是利用图1所示气相色谱分析装置将分离后的氢同位素和杂质组分切割之后检测氢同位素的气路示意图；

图4是利用图1所示气相色谱分析装置将分离后的氢同位素和杂质组分切割之后检测杂质的气路示意图；

图5是图1所示密封箱的局部放大图；

图6是根据本发明一个实施例的气相色谱分析装置的结构框图；

图7是利用本发明实施例的气相色谱分析装置得到的氢同位素组分和杂质组分的色谱图；以及

图8是利用本发明实施例的气相色谱分析装置得到的另一组氢同位素组分和杂质组分的色谱图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

11、第一色谱柱；12、第二色谱柱；121、液氮罐；21、第一载气进气管路；20、接头；201、电子流量控制器；202、阻尼管路；22、第二载气进气管路；221、阻尼管路；23、分离管路；231、阻尼管路；24、回收管路；31、第一切换部；32、第二切换部；33、进样阀；40、气体分析部；41、等离子体发射检测器；42、热导检测器；51、样品进气管路；511、阀门；52、定量部；53、抽气管路；531、阀门；54、抽真空装置；55、压力传感器；60、密封箱；61、温度传感器；70、控制装置；80、载气罐。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。

图1是根据本发明一个实施例的气相色谱分析装置的气路示意图。参见图1，气相色谱分析装置包括：进样部、第一色谱柱11、第二色谱柱12、分离管路23、第二载气进气管路22、第一切换部31以及气体分析部40。

气体分析部40用于对流入其中的气体组分进行检测分析。

进样部可配置成：接收由第一载气携带的定量的样品气体，样品气体包含氢同位素组分和杂质组分。本领域技术人员容易理解，样品气体中的氢同位素组分通常包含H₂、D₂、T₂、HD、HT、DT中的多种；杂质组分通常包含N₂、CH₄、CO等。

第一色谱柱11与进样部连通，用于将样品气体中的氢同位素组分与杂质组分相分离，以使分离后的氢同位素组分先于杂质组分从第一色谱柱11流出。换言之，第一色谱柱11能够使样品气体中混合的氢同位素组分与杂质组分分时地从第一色谱柱11中流出，即，使氢同位素组分先从第一色谱柱11中流出，再使杂质组分从第一色谱柱11中流出。可以通过控制第一载气的流量以及第一色谱柱11的温度调节杂质组分和同位素组分从第一色谱柱11中流出的时间。

本领域技术人员容易理解，第一色谱柱11能够将氢同位素组分与杂质组分相分离，以及将杂质组分中的N₂、CH₄、CO等相互分离；但是不能将氢同位素组分中的各种氢同位素相互分离。容易理解，由于杂质组分能够被第一色谱柱11分离，因此杂质组分从第一色谱柱11流出后可以直接进入气体分析部40中进行分析。

分离管路23用于接收分离后的杂质组分。第二载气进气管路22用于提供第二载气。

第一切换部31配置成在所述分离后的氢同位素组分(即从第一色谱柱11流出的氢同位素组分)流出第一色谱柱11之后，向氢同位素组分中引入第二载气，以由第二载气携带氢同位素组分进入第二色谱柱12，同时将所述分离后的杂质组分(即从第一色谱柱11流出的杂质组分)引入分离管路23。

本领域技术人员容易理解，第二载气进气管路22在气相色谱分析装置开机后将持续不断地提供第二载气。在第一切换部31将第二载气引入氢同位素组分之前(即将第二载气引入上述分离后的氢同位素组分所在气路之前)，第二载气流经其他气路进入气相色谱分析装置的回收***。

第二色谱柱12用于接收所述分离后的氢同位素组分，并将氢同位素组分中的氢同位素分离。换言之，第二色谱柱12能够使不同的氢同位素分时地从第二色谱柱12中流出。即从第二色谱柱12出来的氢同位素(包括H₂、D₂、T₂、HD、HT、DT中的至少两种)分时地从第二色谱柱12流出，这些分时流出的氢同位素可以进入气体分析部40中进行检测分析。

由于氢同位素组分先从第一色谱柱11中流出，杂质组分后从第一色谱柱11中流出，因此，在本申请实施例中，可在氢同位素组分离开第一色谱柱11之后，利用第一切换部31将从第一色谱柱11出来的杂质组分引入分离管路23，实现了将样品气体中的同位素组分和杂质组分分别引入不同的气路中。也是说，在本申请实施例中，利用第一切换部31将分离后的氢同位素组分与杂质组分进行气路切割，使分离后的氢同位素组分流入第二色谱柱12，分离后的杂质组分流入分离管路23中。由此，可避免杂质组分进入第二色谱柱12中，降低第二色谱柱12的分离能力。

在一些实施例中，第一切换部31也可配置成在所述分离后的氢同位素组分流入第二色谱柱12之后，向第二色谱柱12引入第二载气，同时将所述分离后的杂质组分(即从第一色谱柱11流出的杂质组分)引入分离管路23。可以根据实验确定第一切换部31进行气路切割的时间点。例如，可事先通过气体分析部40测试最后一个从第一色谱柱11中出来的氢同位素的出峰时刻和最先从第一色谱柱11中出来的杂质元素的出峰时刻，选择在这两个出峰时刻之间的时间点，进行气路切割。

由于第一切换部31在完成气路切割的同时，将第一载气携带的杂质组分引入分离管路23，并且还向同位素组分中引入了第二载气，从而使得本申请实施例可通过一次进样即可实现对杂质组分和同位素组分的分别测量，同时也使气相色谱分析装置的气路设置较少，控制简单。

在一些实施例中，第一切换部31可配置成具有第一工作状态和第二工作状态。当第一切换部31处于第一工作状态时，第二色谱柱12与第一色谱柱11连通，且第二载气进气管路22与分离管路23连通。在此工作状态下，从第一色谱柱11流出的气体可直接流向第二色谱柱12；第二载气则流向分离管路23中。

当第一切换部31处于第二工作状态时，第二色谱柱12与第二载气进气管路22连通；且第一色谱柱11与分离管路23连通。在此工作状态下，第二载气流向第二色谱柱12；从第一色谱柱11流出的气体则流向分离管路23中。由此，由于第一切换部31具有上述两种工作状态，从而实现了对气路的分割作用。

在一些实施例中，在样品气体进入第一色谱柱11之前，使第一切换部31处于第一工作状态，以使样品气体进入第一色谱柱11后，分离出来的氢同位素组分能够流入第二色谱柱12中；而在同位素素组分从第一色谱柱11中全部流出之后，且在杂质组分流出之前，将第一切换部31切换至处于第二工作状态，以使从第一色谱柱11流出的杂质组分进入分离管路23中，以将氢同位素组分和杂质组分分割为两个气路。

参见图1，第一切换部31包括第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口。第一切换部31的第一端口与第二色谱柱12连通；第一切换部31的第二端口与第二载气进气管路22连通；第一切换部31的第三端口与分离管路23连通；第一切换部31的第四端口与第一色谱柱11连通。当第一切换部31处于第一工作状态时(参见图2)，第一端口与第四端口导通，第二端口与第三端口导通；当第一切换部31处于第二工作状态时(参见图1、图3以及图4)，第一端口与第二端口导通，第三端口与第四端口导通。

在一些实施例中，第一切换部31为四通阀。在另一些实施例中，第一切换部31也可具有五个以上的端口，其中四个端口作为上述第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口，剩余的端口可以闲置，或者具有其他用途。

第二载气进气管路22上可设置阻尼管路221，用于调节第二载气的流速。

在一些实施例中，第一色谱柱11可为分子筛柱。

在一些实施例中，第二色谱柱12可为改性氧化铝柱。

在一些实施例中，改性氧化铝柱可按照以下方式制成。将氧化铝粉末和氯化锰柱粉末按照19:100的质量比混合配成悬浊液，进行包覆改性后，筛选粒径为90-110目的Al₂O₃/MnCl₂改性粉末，装入不锈钢柱中，并将所得填充柱老化后置于液氮控温的环境中；所述液氮控温的氧化铝-氯化锰涂渍改性毛细管柱的制备方法是，将氯化锰粉末与蒸馏水按照19:100的比例配制成溶液，然后使用该溶液对氧化铝毛细管柱进行涂渍改性，并将所得毛细管柱老化后置于液氮控温的环境中。本领域技术人员容易理解，本申请实施例并不对改性氧化铝柱的制作方法进行限制，即，本申请实施例的第二色谱柱12可以采用现有技术中任意能够实现对氢同位素分离的改性氧化铝柱。

本领域技术人员容易理解，常温下第二色谱柱12难以将氢同位素分离，因此，在本申请实施例中，第二色谱柱12处于液氮环境中。参见图1，第二色谱柱12处于液氮罐121中。

在本申请一些实施例中，气体分析部40可以包括等离子体发射检测器(PlasmaEmission Detector，PED)41。在另一些实施例中，气体分析部40可以包括热导检测器(ThermalConductivity Detector，TCD)42。

在本申请优选实施例中，气体分析部40可以包括串联的PED41和TCD42。

PED具有死体积小的特点，可以测试ppm量级的气体，检测范围是10^-9～100％。PED的检测原理是根据不同组分在等离子体的环境中发出不同波长的光，利用选择性的滤光片结合本申请实施例的气路设计，最大程度地避免了其他组分的干扰。

TCD可以测试百分含量的气体。其检测原理是基于不同气体组分和载气的热导率不同，当通过热导池池体的组成及其浓度发生变化时，引起热敏原件上的温度变化，由此产生的阻值变化可用惠斯登电桥进行测量，所得信号大小即可衡量各组分的含量。TCD的检测范围从1000ppm到100％含量范围。TCD检测时选用高纯度的轻气体作载气(本申请实施例中载气可选为高纯氖气)，并选择较低的池体温度，可提高其分析的灵敏度。

本申请实施例通过设置串联的PED41和TCD42，扩展了检测气体的测量范围，由此，可以实现氚提取过程中百分含量含氚气体的检测，以及氚存储过程中高浓度含氚气体里的微量H₂、HT及杂质组分的检测。

在一些实施例中，气相色谱分析装置可以具有两个气体分析部40，分别与第二色谱柱12和分离管路23连通，以分别测量氢同位素和杂质的含量。

在另一些实施例中，气相色谱分析装置仅设置一个气体分析部40，在这样的实施例中，气相色谱分析装置还可包括：第二切换部32，配置成：将分离后的氢同位素(即来自第二色谱柱12的氢同位素或者说从第二色谱柱12流出的氢同位素)引入气体分析部40；或者将分离后的杂质组分(即来自分离管路23的杂质组分或者说从分离管路23流出的杂质组分)引入气体分析部40。

本领域技术人员容易理解，在这样的实施例中，可以通过设置氢同位素气路和杂质气路的路线长度或者气体流速，来调节氢同位素和杂质进入气体分析部40的时刻。可以先使氢同位素进入气体分析部40，也可以先使杂质进入气体分析部40。在本申请的一个具体实施例中，可先使杂质进入气体分析部40，而后使氢同位素进入气体分析部40。

在一些实施例中，分离管路23上设置有阻尼管路231，可用于降低该气路内气体的流速。可以通过选择阻尼管路231阻尼大小以及长度，确定合适的气体流速。

在一些实施例中，气相色谱分析装置还包括：回收管路24，其与回收***连通。

第二切换部32配置成具有第一工作状态和第二工作状态。当第二切换部32处于第一工作状态时，分离管路23与回收管路24连通，且第二色谱柱12与气体分析部40连通。在此工作状态下，从第二色谱柱12流出的气体可直接流入气体分析部40；分离管路23中的第一载气则流入回收管路24。本领域技术人员容易理解，由于需要对杂质组分进行检测分析，因此杂质组分不能流入回收管路24中。当第二切换部32处于第一工作状态时，杂质组分要么尚未从第一色谱柱11中流出，要么已经流入气体分析部40内完成分析。

当第二切换部32处于第二工作状态时，第二色谱柱12与回收管路24连通；且分离管路23与气体分析部40连通。在此工作状态下，从分离管路23流出的气体可直接流入气体分析部40。来自第二色谱柱12中的第二载气则流入回收管路24。本领域技术人员容易理解，由于需要对氢同位素进行检测分析，因此氢同位素不能流入回收管路24中。当第二切换部32处于第二工作状态时，氢同位素要么尚未从第二色谱柱12中流出，要么已经流入气体分析部40内完成分析。

在一些实施例中，可通过对气路的长短以及载气的流量大小调节杂质组分和氢同位素组分到达气体分析部40的时刻，而后先使第二切换部32处于能够使先到达气体分析部40的气体组分所在气路与气体分析部40连通的工作状态，在对该气体组分检测分析完成后，切换第二切换部32的工作状态，以对另外的气体组分进行检测分析。

参见图1，第二切换部32包括第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口。第二切换部32的第一端口与回收管路24；第二切换部32的第二端口与第二色谱柱12连通；第二切换部32的第三端口与气体分析部40连通；第二切换部32的第四端口与分离管路23连通；当第二切换部32处于第一工作状态时(参见图1、图2以及图3)，第一端口与第四端口导通，第二端口与第三端口导通；当第二切换部32处于第二工作状态时(参见图4)，第一端口与第二端口导通，第三端口与第四端口导通。

在一些实施例中，第二切换部32为四通阀。在另一些实施例中，第二切换部32也可具有五个以上的端口，其中四个端口作为上述第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口，剩余的端口可以闲置，或者具有其他用途。

在一些实施例中，进样部可包括：样品进气管路51、第一载气进气管路21、定量部52、以及进样阀33。

样品进气管路51用于引入样品气体。

第一载气进气管路21用于提供第一载气。第一载气进气管路21上设置有流量调节件，用于调节第一载气的流量。流量调节件可包括阻尼管路202和/或电子流量控制器201。例如，当第一载气的气路需要依次流经第一分离柱11和第二分离柱12时(即第一切换部31处于第一工作状态时)，利用电子流量控制器201将第一载气的流量调大；而当第一载气的气路仅需要流经第一分离柱11时(即第一切换部31处于第二工作状态时)，利用电子流量控制器201将第一载气的流量调小。

定量部52用于定量样品气体。

进样阀33配置成：使定量部52选择性地与样品进气管路51连通，或者与第一载气进气管路21和第一色谱柱11连通。

具体地，当定量部52与样品进气管路51连通时，样品气体进入定量部52。当定量部52内充满样品气体时(例如可通过进样时间或者后文提到的压力传感器55的压力示数来判断)，将进样阀33切换至使定量部52与第一载气进气管路21和第一色谱柱11连通，由第一载气携带定量部52内的样品气体进入第一色谱柱11。

进样阀33配置成具有第一工作状态和第二工作状态。当进样阀33处于第一工作状态时，定量部52的一端封闭，另一端与样品进气管路51连通，且第一载气进气管路21与第一色谱柱11连通。在此工作状态下，定量部52处于真空状态，由此样品气体可进入定量部52中。第一载气则直接流入第一色谱柱11中。

当进样阀33处于第二工作状态时，定量部52的两端分别与第一载气进气管路21和第一色谱柱11连通，且样品进气管路51封闭。在此工作状态下，由第一载气携带定量部52内的样品气体进入第一色谱柱11，即，实现了由第一载气携带定量的样品气体进入第一色谱柱11。

在一些实施例中，在进样之前，使进样阀33处于第一工作状态，使样品气体先进入定量部52中；当定量部52内的样品气体充满后，将进样阀33切换至处于第二工作状态，以由第一载气携带定量的样品气体进入第一色谱柱11。

参见图1，进样阀33包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口以及第六端口。第一端口与第一色谱柱11连通；第二端口和第五端口分别与定量部52的两端连通；第三端口为封闭端；第四端口与样品进气管路51连通；第六端口与第一载气进气管路21连通。

当进样阀33处于第一工作状态时(参见图1)，第一端口与第六端口导通，第二端口与第三端口导通，第四端口与第五端口导通；

当进样阀33处于第二工作状态时(参见图2至图4)，第一端口与第二端口导通，第三端口与第四端口导通，第五端口与第六端口导通。

在一些实施例中，进样阀33为六通阀。在另一些实施例中，进样阀33也可具有七个以上的端口，其中六个端口作为上述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口以及第六端口，剩余的端口可以闲置，或者具有其他用途。

气相色谱分析装置还包括：抽气管路53，其和样品进气管路51共同与进样阀33的第四端口连通。参见图1，抽气管路53和样品进气管路51可通过一公共管路与进样阀33的第四端口连通。抽气管路53上可设置阀门531，样品进气管路51上可设置阀门511。

在进样阀33处于第一工作状态、且样品进气管路51的阀门511关闭、抽气管路53的阀门531打开时，可先利用抽真空装置54对抽气管路53和定量部52所在气路进行抽真空操作，使定量部52所在气路处于真空状态，而后关闭抽气管路53的阀门531，打开样品进气管路51的阀门511，使得样品气体能够进入定量部52内。

气相色谱分析装置还包括：抽真空装置54，与抽气管路53连通，配置成：当进样阀33处于第一工作状态，且样品进气管路51的阀门511关闭、抽气管路53的阀门531打开时(即在样品进气管路51向定量部52进样之前)，受控地对抽气管路53和定量部52所在气路抽真空。由此，当抽真空完毕，样品进气管路51与定量部52连通时，可实现样品气体在负压下进样，进而减小高剂量气体的损耗及泄露，较小的气体进样量亦可使人员免受超剂量暴露的风险。并且，再一次向定量部52进样之前，还可通过抽真空装置54对定量部52的抽真空操作，实现对定量部52的清洗，即，除去定量部52内部残留的样品气体。

气相色谱分析装置还包括：压力传感器55，用于在样品进气管路51与定量部52连通时，检测样品进气管路51与定量部52二者所在气路的气压，从而根据样品气体的气压与标准气体的气压确定样品气体内各组分的含量。

参见图1至图5，气相色谱分析装置还包括：密封箱60，其内部填充有保护气；定量部52、进样阀33、第一切换部31、第二切换部32可设置于密封箱60内。通过设置密封箱60，可防止空气进入进样阀33、第一切换部31、第二切换部32内部，防止其对待测气体造成污染，影响检测的准确性。

抽气管路53的阀门531和样品进气管路51的阀门511均可设置在密封箱60，从而防止空气进入阀门531和阀门511中。

第一载气，第二载气以及保护气可为相同气体，例如可均为高纯氖气。第一载气，第二载气以及保护气可来自相同的载气罐80，通过接头20连接。载气罐80和接头20之间可配置双级纯化器，将高纯Ne(5N)纯化成超纯Ne(7N～8N)，之后才能进入第一载气进气管路21，进而保证PED41的基线稳定，且噪音值低。本领域技术人员容易理解，对于气相色谱分析装置，自其开机开始，载气罐80将持续向第一载气进气管路21和第二载气进气管路22供应第一载气和第二载气。

气相色谱分析装置还包括：温度传感器61，用于检测密封箱60内的温度。温度传感器61用于使密封箱60内的温度稳定(T)，再通过压力传感器55使得定量部52所在气路的压力恒定(P)，由于定量部52定量的体积恒定(V)，根据克拉伯龙方程n＝PV/RT可知，定量部52定量的气体物质的量恒定，如此设置能够提高气相色谱分析装置测量的准确性，使得不同时期测试的数据具有可比性。

参见图6，气相色谱分析装置还包括：控制装置70，配置成：根据接收的指令，控制进样阀33、第一切换部31、第二切换部32的切换，以及控制抽真空装置54的开关。

在一些实施例中，控制装置70还可控制抽气管路53的阀门531和样品进气管路51的阀门511。

在一些实施例中，控制装置70进一步配置成：根据接收到的清洗指令，控制进样阀33处于第一工作状态，控制抽真空装置54对定量部52所在气路抽真空；以及控制第一切换部31处于第二工作状态，控制第二切换部32处于第一工作状态，以利用第一载气进气管路21提供的第一载气对第一色谱柱11进行吹洗，利用第二载气进气管路22提供的第二载气对第二色谱柱12和气体分析部40进行吹洗。

当控制装置70接收到清洗指令之后，将进样阀33、第一切换部31和第二切换部32切换至如图1所示的状态。参见图1，此时，由抽真空装置54对定量部52所在气路抽真空，实现对定量部52所在气路的清洗；第一载气依次流经进样阀33的第六、第一端口，第一色谱柱11，第一切换部31的第四、第三端口，分离管路23、第二切换部32的第四、第一端口、回收管路24进入回收***，实现对进样阀33的第六、第一端口，第一色谱柱11，第一切换部31的第四、第三端口，分离管路23、第二切换部32的第四、第一端口、回收管路24的清洗；第二载气依次流经第一切换部31的第二、第一端口，第二色谱柱12、第二切换部32的第二、第三端口、TCD42、PED41进入回收***，实现对第一切换部31的第二、第一端口，第二色谱柱12、第二切换部32的第二、第三端口、TCD42、PED41的清洗。

由此可见，本申请通过对气相色谱分析装置的气路进行特别的设计，可同时实现对气相色谱分析装置的不同气路的清洗操作。由此，使得本申请实施例的气相色谱分析装置不但气路简单，而且切换方便，且便于清洗。

本领域技术人员容易理解，在对定量部52所在气路抽真空时，控制装置70控制打开抽气管路53的阀门531，并关闭样品进气管路51的阀门511。

在一些实施例中，控制装置70进一步配置成：根据接收到的检测指令，分四个时刻调节控制进样阀33、第一切换部31、第二切换部32的切换。

具体地，在接收到检测指令后的第一时刻，控制进样阀33处于第一工作状态，控制第一切换部31处于第一工作状态或第二工作状态(两者任选其一)，控制第二切换部32处于第一工作状态或处于第二工作状态(两者任选其一)。

在此阶段，样品气体进入定量部52内。第一载气进入第一分离柱11，之后流入第二分离柱12和回收管路24中的一个，第二载气则流入第二分离柱12和回收管路24中的另一个。

在一些实施例中，当控制装置70接收到检测指令之后，可将进样阀33、第一切换部31和第二切换部32切换至如图1所示的状态。

在接收到检测指令后的第二时刻(即在第一时刻之后的第一预设时间后)，通常该第二时刻为定量部52内部充满样品气体的时刻(或者稍推后的时刻)。控制进样阀33处于第二工作状态，控制第一切换部31处于第一工作状态，控制第二切换部32处于第一工作状态或处于第二工作状态(两者任选其一)。

在此阶段，第一载气携带定量部52内的样品气体进入第一分离柱11中，由第一分离柱11将样品气体中的氢同位素组分和杂质组分分离，先分离出来的氢同位素组分与第一载气一同流入第二分离柱12；第二载气则流入分离管路23中。

在一些实施例中，当控制装置70在接收到检测指令后的第二时刻之后，可将进样阀33、第一切换部31和第二切换部32从图1所示的状态切换至如图2所示的状态。

在接收到检测指令后的第三时刻(即在第二时刻之后的第二预设时间后)，通常该第三时刻在同位素组分从第一分离柱11离开的时刻和杂质组分从第一分离柱11出来之前的时刻之间。控制进样阀33处于第二工作状态，控制第一切换部31处于第二工作状态，控制第二切换部32处于第一工作状态或处于第二工作状态。

在此阶段，由第二载气携带氢同位素组分在第二分离柱12中分离，由第一载气携带杂质组分进入分离管路23。

在此阶段中，可根据杂质从第一色谱柱11进入气体分析部40的时刻和氢同位素从第二色谱柱12进入气体分析部40的时刻，来确定第二切换部32是处于第一工作状态还是处于第二工作状态。在一个具体的实施例中，杂质进入气体分析部40的时刻比氢同位素进入气体分析部40的时刻提前(且两个时刻的时差较长，一直到杂质组分全部进入气体分析部40检测后，氢同位素才会从第二分离柱12中流出)，则控制第二切换部32处于第二工作状态，先检测杂质组分。否则，若杂质进入气体分析部40的时刻比氢同位素进入气体分析部40的时刻推迟，则使第二切换部32处于第一工作状态，先检测氢同位素。

在一些实施例中，当控制装置70在接收到检测指令后的第三时刻之后，可将进样阀33、第一切换部31和第二切换部32从图2所示的状态切换至如图3或图4所示的状态。在图3中，气体分析部40与第二色谱柱12连通，以对氢同位素进行检测分析；在图4中，气体分析部40与分离管路23连通，以对杂质进行检测分析。

相应地，在接收到检测指令后的第四时刻(即在第三时刻之后的第三预设时间后)，通常该第四时刻为晚于氢同位素检测完成或杂质组分检测完成的时刻，即，先到达气体分析部40的组分已经检测完成且另外一路组分尚未到达的时刻，保持进样阀33处于第二工作状态，保持第一切换部31处于第二工作状态，只需控制切换第二切换部32的工作状态。即，在第四时刻，仅切换第二切换部32的工作状态，对另外一个尚未检测的气体进行检测。在一个具体的实施例中，杂质进入气体分析部40的时刻比氢同位素进入气体分析部40的时刻提前，则可在接收到检测指令后的第三时刻(即在第二时刻之后的第二预设时间后)控制第二切换部32处于第二工作状态，先检测杂质组分；在接收到检测指令后的第四时刻(即在第三时刻之后的第三预设时间后)，控制所述第二切换部(32)处于第一工作状态，检测氢同位素。

在本申请实施例中，杂质组分和氢同位素组分在气体分析部40检测分析后，可得到含氚气体检测色谱图。图7和图8是利用本发明实施例的气相色谱分析装置在实验室条件下(其中第一色谱柱11为2m的分子筛柱，第二色谱柱12为4m×3.175mm的改性氧化铝柱)得到两组的氢同位素组分和杂质组分的谱图。本领域技术人员容易理解，在实验室中利用气相色谱分析装置分析检测含氢同位素气体时，只能以氘气代替氚气。图7为氘中微量氢(含量为100ppm)及杂质组分(含量均约为10ppm)的色谱图，图8为百分含量氢氘组分(含量约为50％)和微量杂质组分。从图7和图8可以看出，本申请实施例的气相色谱分析装置具有较宽的量程范围，且测量较为准确。

本发明实施例的气相色谱分析装置具有优化的气路布局和控制方式，能够以集中控制的方式来自动切换气相色谱分析装置中气体管路的连通方式，为气相色谱分析装置的不同操作过程提供所需的相应气路。本发明的这种集中控制方式对气相色谱分析装置内部的气路进行了尽可能的复用，不但简化了气相色谱分析装置内部的气路设置，而且降低了气路控制的复杂性。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (29)

1.一种气相色谱分析装置，其特征在于，包括：

进样部，配置成：接收由第一载气携带的定量的样品气体，所述样品气体包含氢同位素组分和杂质组分；

第一色谱柱(11)，与所述进样部连通，用于将所述样品气体中的氢同位素组分与杂质组分相分离，以使分离后的氢同位素组分先于杂质组分从所述第一色谱柱(11)流出；

第二色谱柱(12)，用于接收所述分离后的氢同位素组分，并将所述氢同位素组分中的氢同位素分离；

分离管路(23)，用于接收分离后的杂质组分；

第二载气进气管路(22)，用于提供第二载气；

第一切换部(31)，配置成在所述分离后的氢同位素组分流出所述第一色谱柱(11)之后，向所述氢同位素组分中引入所述第二载气，以由所述第二载气携带所述氢同位素组分进入所述第二色谱柱(12)，同时将所述分离后的杂质组分引入所述分离管路(23)；以及

气体分析部(40)，用于对流入其中的气体组分进行检测分析。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第一切换部(31)配置成具有第一工作状态和第二工作状态，其中

当所述第一切换部(31)处于第一工作状态时，所述第二色谱柱(12)与所述第一色谱柱(11)连通，且所述第二载气进气管路(22)与所述分离管路(23)连通；

当所述第一切换部(31)处于第二工作状态时，所述第二色谱柱(12)与所述第二载气进气管路(22)连通；且所述第一色谱柱(11)与所述分离管路(23)连通。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述第一切换部(31)包括第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口；其中

所述第一切换部(31)的第一端口与所述第二色谱柱(12)连通；

所述第一切换部(31)的第二端口与所述第二载气进气管路(22)连通；

所述第一切换部(31)的第三端口与所述分离管路(23)连通；

所述第一切换部(31)的第四端口与所述第一色谱柱(11)连通；

当所述第一切换部(31)处于第一工作状态时，第一端口与第四端口导通，第二端口与第三端口导通；

当所述第一切换部(31)处于第二工作状态时，第一端口与第二端口导通，第三端口与第四端口导通。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一切换部(31)为四通阀。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：

第二切换部(32)，配置成：

将分离后的氢同位素引入所述气体分析部(40)；或者

将分离后的杂质组分引入所述气体分析部(40)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：回收管路(24)，其中

所述第二切换部(32)配置成具有第一工作状态和第二工作状态，

当所述第二切换部(32)处于第一工作状态时，所述分离管路(23)与所述回收管路(24)连通，且所述第二色谱柱(12)与所述气体分析部(40)连通；

当所述第二切换部(32)处于第二工作状态时，所述第二色谱柱(12)与所述回收管路(24)连通；且所述分离管路(23)与所述气体分析部(40)连通。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第二切换部(32)包括第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口；其中

所述第二切换部(32)的第一端口与所述回收管路(24)；

所述第二切换部(32)的第二端口与所述第二色谱柱(12)连通；

所述第二切换部(32)的第三端口与所述气体分析部(40)连通；

所述第二切换部(32)的第四端口与所述分离管路(23)连通；

当所述第二切换部(32)处于第一工作状态时，第一端口与第四端口导通，第二端口与第三端口导通；

当所述第二切换部(32)处于第二工作状态时，第一端口与第二端口导通，第三端口与第四端口导通。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二切换部(32)为四通阀。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述进样部包括：

样品进气管路(51)，用于引入所述样品气体；

第一载气进气管路(21)，用于提供所述第一载气；

定量部(52)，用于定量所述样品气体；

进样阀(33)，配置成：使所述定量部(52)选择性地与所述样品进气管路(51)连通，或者与所述第一载气进气管路(21)和所述第一色谱柱(11)连通。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述第一载气进气管路(21)上设置有流量调节件，用于调节所述第一载气的流量。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述流量调节件包括阻尼管路(202)和/或电子流量控制器(201)。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述进样阀(33)配置成具有第一工作状态和第二工作状态，

当所述进样阀(33)处于第一工作状态时，所述定量部(52)的一端封闭，另一端与所述样品进气管路(51)连通，且所述第一载气进气管路(21)与所述第一色谱柱(11)连通；

当所述进样阀(33)处于第二工作状态时，所述定量部(52)的两端分别与所述第一载气进气管路(21)和所述第一色谱柱(11)连通，且所述样品进气管路(51)封闭。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述进样阀(33)包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口以及第六端口；其中

所述进样阀(33)的第一端口与所述第一色谱柱(11)连通；

所述进样阀(33)的第二端口和第五端口分别与所述定量部(52)的两端连通；

所述进样阀(33)的第三端口为封闭端；

所述进样阀(33)的第四端口与所述样品进气管路(51)连通；

所述进样阀(33)的第六端口与所述第一载气进气管路(21)连通；

当所述进样阀(33)处于第一工作状态时，第一端口与第六端口导通，第二端口与第三端口导通，第四端口与第五端口导通；

当所述进样阀(33)处于第二工作状态时，第一端口与第二端口导通，第三端口与第四端口导通，第五端口与第六端口导通。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述进样阀(33)为六通阀。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括：

抽气管路(53)，其和所述样品进气管路(51)共同与所述进样阀(33)的第四端口连通。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括：

抽真空装置(54)，与所述抽气管路(53)连通，配置成：当所述进样阀(33)处于第一工作状态，且所述样品进气管路(51)关闭时，受控地对所述抽气管路(53)和定量部(52)所在气路抽真空。

17.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

压力传感器(55)，用于在所述样品进气管路(51)与所述定量部(52)连通时检测所述样品进气管路(51)和所述定量部(52)所在气路的气压。

18.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

密封箱(60)，其内部填充有保护气；

所述定量部(52)、所述进样阀(33)、所述第一切换部(31)、所述第二切换部(32)设置于所述密封箱(60)内。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括：

温度传感器(61)，用于检测所述密封箱(60)内的温度。

20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，

所述第一载气，所述第二载气以及所述保护气为相同气体。

21.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括：

控制装置(70)，配置成：根据接收的指令，控制所述进样阀(33)、所述第一切换部(31)、所述第二切换部(32)的切换，以及控制所述抽真空装置(54)的开关。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述控制装置(70)进一步配置成：根据接收到的清洗指令，

控制所述进样阀(33)处于第一工作状态；

控制所述抽真空装置(54)对所述定量部(52)抽真空；

控制所述第一切换部(31)处于第二工作状态；

控制所述第二切换部(32)处于第一工作状态。

23.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述控制装置(70)进一步配置成：根据接收到的检测指令，

控制所述进样阀(33)处于第一工作状态，控制所述第一切换部(31)处于第一工作状态或第二工作状态，控制所述第二切换部(32)处于第一工作状态或处于第二工作状态；

第一预设时间后，控制所述进样阀(33)处于第二工作状态，控制所述第一切换部(31)处于第一工作状态，控制所述第二切换部(32)处于第一工作状态或处于第二工作状态；

第二预设时间后，控制所述进样阀(33)处于第二工作状态，控制所述第一切换部(31)处于第二工作状态，控制所述第二切换部(32)处于第一工作状态或处于第二工作状态；

第三预设时间后，控制切换所述第二切换部(32)的工作状态。

24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述控制装置(70)进一步配置成：

在所述第二预设时间后，控制所述第二切换部(32)处于第二工作状态；

在所述第三预设时间后，控制所述第二切换部(32)处于第一工作状态。

25.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一色谱柱(11)为分子筛柱。

26.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二色谱柱(12)为改性氧化铝柱，且所述第二色谱柱(12)处于液氮环境中。

27.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二载气进气管路(22)上设置有阻尼管路(221)。

28.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分离管路(23)上设置有阻尼管路(231)。

29.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体分析部(40)包括串联的等离子体发射检测器(41)和热导检测器(42)。

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