[发明专利]测量气体混合物的浓度的方法

说明书

发明背景

本文公开的主题大体涉及用于测定气体混合物的浓度的方法和装置。

利用现代精细化学分析技术如气体色谱分析法-质谱分析法，通常有可能以相对较高的精确度确定气体混合物的组成。然而，这样精细的技术可能是耗时且昂贵的，因此经常希望得到更简单的、更快的和/或比较便宜的技术。在某些情况下，可能已经确切知道气体混合物中的成分的特性，仅需要确定已经鉴定的混合物的成分的浓度。

这种情况的一个实例是制冷系统，如具有制冷剂流过的热传递环路的冷却装置或空调系统。过去，热传递环路中使用的制冷剂通常由单一的化合物组成，诸如R-12、R-22或R-134a。然而，对能够满足许多参数的苛刻规格的制冷剂的需求不断增加，如热传递性能、臭氧消耗潜能(ODP)、全球增温潜能(GWP)、毒性和/或可燃性，使得用作制冷剂的不同化合物的掺混物成为必然，以便提供期望的性能。然而，制冷剂掺混物的应用可能导致监测和维护制冷系统性能的难题。例如，制冷系统可能容易在制冷剂环路中产生泄露。利用单一化合物制冷剂，少量的泄露可能对系统性能不会具有显著的不利影响，除非大量的制冷剂漏出系统。然而，利用掺混制冷剂时，泄露能够引起分馏，这会改变保留在系统中的制冷剂掺混物的组成，而且能够不利地影响制冷剂特性或性能。因此，期望能够确定制冷剂掺混物中的成分的浓度。

已尝试通过监测制冷剂环路中不同位置上的制冷剂状态(例如，温度和压力)来确定制冷剂掺混物组成。例如，美国专利6,079,217公开了一种制冷系统，其尝试通过测量膨胀器件的进口和出口上的制冷剂状态(例如，压力和温度)来确定四种制冷剂的三重掺混物的组成，这样，能够基于等焓假设和蒸气液体平衡状态图确定掺混物的组成。然而，这样的尝试具有许多不利之处，如仅仅可用于非共沸掺混物，缺少便携性，而且它们需要在每一个制冷系统中永久安装昂贵的温度传感器和压力传感器和控制子系统。

发明简述

在本发明的一个方面中，测量包含已鉴定的目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物的气态混合物中所述目标化合物的浓度的方法包括：

(a)使包含离子液体和/或低蒸气压有机溶剂的液体在第一温度和第一压力下暴露于气态混合物，直到液体和气态混合物处于平衡状态，从而形成包含离子液体和/或低蒸气压有机溶剂、目标化合物和至少一种或多种其它化合物的液体溶液；

(b)使液体溶液与气态混合物分离；

(c)将液体溶液在第二温度下的预计蒸气压函数确定为目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物中每一种的浓度的函数，其中基于液体中溶解的目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物的总摩尔数，化合物中每一种的指定摩尔浓度下的液体溶液的预计蒸气压等于每一种化合物的蒸气压乘以其指定摩尔百分比的总和；

(d)测量第二温度下液体溶液的蒸气压；

(e)将第二温度下液体溶液的测得的蒸气压与第二温度下液体溶液的预计蒸气压比较，并鉴定其中测得的蒸气压等于预计蒸气压的液体中的所有的已鉴定的目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物的摩尔浓度曲线；

(f)如果液体中已鉴定的目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物不止一个摩尔浓度曲线提供在第二温度下等于测得的蒸气压的预计蒸气压，那么在不同的温度下重复步骤(c)-(e)，直到单一的摩尔浓度曲线提供在第二温度和另外的温度中的每一个下匹配测得的蒸气压的预计蒸气压；

(g)分别地根据已鉴定的目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物中每一种在第一温度下在液体中的溶解度将产生于步骤(e)或步骤(f)的单一的浓度曲线转变为已鉴定的目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物在产生于步骤(a)的液体中的浓度曲线；

(h)通过除已鉴定的目标化合物和至少一种或更多已鉴定的化合物中每一种的摩尔百分比，计算气态混合物中已鉴定的目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物中每一种的分蒸气压；以及

(i)通过将来自步骤(h)的已鉴定的目标化合物的分蒸气压除以来自步骤(h)的已鉴定的目标化合物和至少一种或多种其它已鉴定的化合物中每一种的分蒸气压的总和，计算气态混合中已鉴定的目标化合物的摩尔百分比。

在本发明的另一个方面中，用于测定气态混合物中已鉴定的目标化合物的浓度的装置包括：其中具有包含离子液体和/或低蒸气压有机溶剂的液体的容器，用于测量容器内的液体的温度的温度传感器，用于测量液体的蒸气压的压力传感器，和与容器的内部可中断流体连通的样品端口。