[发明专利]一种稀有气体分离装置及其控制方法

说明书

本发明提供了一种稀有气体分离装置及其控制方法，属于液气分离技术领域，该分离装置包括分离室、加热器、纯化装置、采液室和存液室等，本发明提出的分离装置能够在短时间内、高精度的分离出液体中的稀有气体。在前期采样过程中，使用采样与存储分离的设计方案，可以有效避免空气的混入，在分离过程中，新型冷阱结构能够快速滤除气体中的水蒸气，通过配备的纯化装置能够消除混合气体中活性气体，纯化后的稀有气体可以直接通过流量计和质谱仪进行测量，该装置特别适用于分离、研究地下水中溶解的稀有气体。

技术领域

本发明属于液气分离技术领域，具体涉及一种稀有气体分离装置及其控制方法。

背景技术

地下水是重要的古气候信息载体，大气降水入渗补给地下水时保存了大量当时气候信息，如能对这些信息进行有效识别，就能很好地分辨过去气候的变化情况。大气降水中的稀有气体溶解度随气温变化而变化，在降雨过程中，稀有气体随降水一起进入地下含水层，因而地下水的稀有气体浓度就记录了降水入渗补给地下水时的温度。经过近50年的发展，这种方法逐渐成为古气候研究的重要方法之一，其提供的有关全球变化信息之丰富不亚于黄土、石笋、湖泊沉积物、冰芯、孢粉等，在古气候研究和古地下水的补给环境研究上发挥了较大作用。值得指出，随着地下水测年技术的不断发展，地下水稀有气体在古气候研究方面的分辨率不断提高。

目前，地下水的取样过程多采用两端带有玻璃阀门的玻璃管封装采集，上述方法弊端在于阀门死角处极易形成气泡而干扰测定结果，也有部分研究人员采用铜管采集法，该方法使水样流经并充满铜管，经过频繁敲打排除气泡后，再用机械钳将铜管两端夹紧密封，其密封方式及铜管漏率极低，可以最大程度避免空气渗入而污染样品，但是在检测过程没有针对性的铜管开封装置，操作稍有不慎，依旧会向水样或系统引入空气，造成检测不准确。同时，现有分离装置通常采用分子筛、活性炭、干燥剂、蒸馏分离机、低温冷泵、稀释罐等多个装置和多重手段，导致设备结构复杂、体积庞大、操作复杂，无法避免的将混入更多的干扰因子、同时造成稀有气体的耗散，导致检测精度低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出的分离装置能够在短时间内、高精度的分离出液体中的稀有气体。在前期采样过程中，使用采样与存储分离的设计方案，可以有效避免空气的混入，在分离过程中，新型冷阱结构能够快速滤除气体中的水蒸气，通过配备的纯化装置能够消除混合气体中活性气体，纯化后的稀有气体可以直接通过流量计和质谱仪进行测量，该装置特别适用于分离、研究地下水中溶解的稀有气体。

为了实现本发明的目的，本发明的稀有气体分离装置采用如下技术方案：

一种稀有气体分离装置包括分离室、加热装置、纯化装置、真空装置、真空计、冷却管、采液室、存液室、进液斜管、排气口，其中：所述分离室包括可拆卸安装的盖体和壳体，盖体和壳体之间采用刀口密封，所述壳体内部安装有冷阱，所述冷阱将分离室分为上下两个腔体：下部分腔体为蒸发腔、上部分腔体为纯化腔，所述纯化腔的侧壁上设置有分离管，所述分离管连通外部的流量计和质谱仪，所述蒸发腔的侧壁上设置有进气管，所述进气管连接外部氮气源；所述加热装置安装在壳体的底部、且用于加热和蒸发样液；所述纯化装置安装在盖体上、且用于去除混合气体中的活性气体，纯化装置包括钛质升华泵、和/或锆铝吸气泵；所述真空装置安装在盖体上、且用于在分离室内产生真空环境，所述真空装置包括涡旋泵、分子泵或离子泵；所述真空计安装在盖体上、且用于检测分离室内的真空度；所述冷却管固定在盖体上、且用于向冷阱提供冷却液；所述采液室安装在壳体的一侧，且用于安放采液铜管，并从采液铜管中取出样液；所述存液室设置在采液室的底部、且用于存放从采液室内部流出的样液；所述进液斜管的一端连通存液室的内部，进液斜管的另一端穿过壳体且悬空设置在加热装置的上方；所述排气口包括第一排气阀和第二排气阀，所述第一排气阀开设在盖体上，第二排气阀开设在采液腔上；所述分离管、进气管和排气口均设置有阀门。