1.本发明涉及气体分离检测技术领域，尤其涉及一种混合气体分离装置，ipc分类号为b01d。
背景技术：2.目前，色谱分析是指按物质在固定相与流动相间分配系数的差别而进行分离、分析的方法。其按流动相的分子聚集状态可分为液相色谱、气相色谱及超临界流体色谱法等。按分离原理可分为吸附、分配、空间排斥、离子交换、亲合及手性色谱法等诸多类别。按操作原理可分为柱色谱法及平板色谱法等。色谱分析在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用，气相色谱分析是指流动相为气体的色谱分析法，气体和易于挥发的液体或固体等试样都可用气相色谱分析进行分离和测定。
3.目前现有技术中的气相色谱分离技术，在色谱柱内填充或喷涂特殊材料，这些特殊材料对不同气体分子的吸引力不同，因此混合气体在管路中流动过程中，不同气体的流速慢慢发生变化，通过较长管路的流动后，不同气体逐渐被分离开，色谱柱是通过不同气体在管路中的流动速度不同来分离，长路径色谱柱可能会使待测某些样品的含量降低，影响测量的准确性。
4.因此需要一种可以解决上述问题的一种混合气体分离装置。
技术实现要素：5.本发明提供了一种混合气体分离装置，本发明利用逆向特斯拉阀对流体减速的效果，使混合气体缓慢地从分离阀中流出，将传统气相色谱使用空间长度分离混合气体各组分的思想转变为时间长度。侧通路中的载气注入主通路中可降低主通路流速，二者交汇形成类似环形的局部流动效果，从而降低流体的流动速度，混合气体可以在阀体内被吸附涂层材料充分地吸收，基于气相毛细管柱色谱分离技术的基本原理，随着温度的升高，气化温度低的分子会先流出阀体，气化温度高的分子则在阀体内的保留时间较长，最终实现混合气体中不同组分物质的分离。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种混合气体分离装置，包括有通路主板、环形感应加热装置与气流循环通路，环形感应加热装置设置在通路主板的内部，气流循环通路设置在环形感应加热装置的内部；所述气流循环通路包括有主通路与侧通路，主通路与侧通路之间相互交汇连通，在主通路与侧通路之间的交汇处形成有交汇降速结构，在主通路的内部填充有吸附材料，侧通路由两个弧形过渡通路组成，侧通路中的载气流可逆向汇入主通路中；所述通路主板的一端开设有气流进样口，气流进样口与主通路的输入端相互连通，所述通路主板的另一侧开设有出样喷口，出样喷口与所述主通路的输出端相互连通；所述环形感应加热装置的内部设置有环形加热电阻丝，用于对所述气流循环通路中的混合气体进行加热，在环形感应加热装置上开设有多个贴片电极接口，贴片电极接口
用于将加热电阻丝与控制电路相互连接，从而控制电阻的加热温度。
7.进一步，所述主通路内填充的吸附材料为聚硅氧烷、聚乙二醇或氧化铝的任意一种，其薄膜厚度为1.2
µ
m~1.8
µ
m，内径为0.1mm~0.5mm。
8.进一步，所述环形感应加热装置上连接有温度传感器，温度传感器用于检测环形感应加热装置中温敏电阻层的温度。
9.进一步，所述出样喷口的形状呈针尖收敛状，用于使载气流呈束状扩散状态。
10.进一步，所述通路主板的上下两端均固定连接有固定片，在固定片上开设有螺孔。
11.进一步，所述环形感应加热装置外套设有密封垫圈。
12.本发明的优点在于：本发明提供了一种混合气体分离装置，具有以下优点：1.本发明相较于传统结构的色谱柱，可以通过由主通路与侧通路组成的气流循环通路对带有挥发性有机化合物的载气流进行多级减速；由于气体在主通路与侧通路内多次循环，可以用较短的色谱柱实现对挥发性有机物的充分吸附，避免了有机物分子在热吸附过程中对微量组分的损耗；使之能够在主通路内充分进行分离和分析，能够便于后续进行定性和定量检测。
13.2.本发明中的侧通路起到了为载气流提供降速和逐级减压的效果，通过限制挥发性有机化合物在主通路中运动的速度，使得整体分离时间变长，载气流中的各个组分能够得到充分的循环，分离效果得到提高，为进一步的分析检测提供了良好的条件。
14.3.本发明中的收敛形状的出样喷口结构可以给多级降速后的载气流赋予一个相对较高的流出速度。出样口结构为呈指数收敛形式的逐渐收窄的针尖喷口，可使载气流呈束状扩散状态；更有利于对样品化合物分子进行离子化，提高离子化产率，能在进一步的检测中获得更佳的信号。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明中出样喷口的放大结构示意图；图3为本发明的左视结构示意图；图4为本发明中环形感应加热装置的左视结构示意图；图5为图4的俯视结构示意图；其中：1、气流进样口；2、通路主板；3、主通路；4、固定片；5、交汇降速结构；6、侧通路；7、环形感应加热装置；8、温度传感器；9、贴片电极接口；10、出样喷口；11、密封垫圈；12、加热电阻丝；13、螺孔。
具体实施方式
17.下面将结合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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.实施例1：图1为本发明的结构示意图，如图1所示的一种混合气体分离装置，包括有通路主板2、环形感应加热装置7与气流循环通路，本发明在通路主板2的上下两端均固定连接有固定片4，在固定片4上开设有螺孔13，可以通过四个对称的螺栓经过螺孔13可以将整个装置进行连接固定，同时螺孔13位还兼具有对装置整体进行定位的作用；环形感应加热装置7设置在通路主板2的内部，气流循环通路设置在环形感应加热装置7的内部，本发明位于色谱仪中，色谱柱部分配置环形感应加热装置7对载气流进行加热，载气流中的挥发性有机化合物由于极性、沸点及吸附性质的差异从而分离开来；而类特斯拉阀结构侧通路6又能够为载气流提供降速和逐级减压效果。通过限制挥发性有机化合物在主通路3中运动的速度，使得整体分离时间变长，载气流中的各个组分能够得到充分的循环，分离效果得到提高，为进一步的分析检测提供了良好的条件；所述气流循环通路包括有主通路3与侧通路6，主通路3与侧通路6之间相互交汇连通，在主通路3与侧通路6之间的交汇处形成有交汇降速结构5，在通路主板2的一端开设有气流进样口1，气流进样口1与主通路3的输入端相互连通，在主通路3的内部填充有吸附材料，主通路3中的吸附材料会根据目标分析物的类型选择使用聚硅氧烷，其薄膜厚度为1.4
µ
m，内径为0.25mm，在适当条件下，可根据检测条件或样本类型的差异，选择不同的固定相，以获得最佳的分离分析效果；侧通路6由两个弧形过渡通路组成，侧通路6中的载气流可逆向汇入主通路3中，如本说明书附图1所示的类特斯拉阀结构没有活动部件，因此消除了机械磨损和疲劳破坏。待分离检测的挥发性有机化合物在载气的作用下通过气流进样口1进入至蛇形结构的主通路3中，气流在主通路3与侧通路6之间的交汇降速结构5处会发生分流，进入各级侧通路6中的气流又会反向重新汇入主通路3中，从而对主通路3中的载气起到阻碍作用；本发明中的侧通路6由两个弧形过渡通路组成，其中一个弯曲的分叉通路为螺旋段，另一个弧形通路为主干段；其中，实现循环流动需要侧通路6反向流动方向上的压降大于主通路3正向流动方向上的压降。流体流动行为不是外部机制造成的，而是由导致正向和
反向流动之间压降δp的变化产生的，用公式di=来描述；其中δpr为反向总压降，δpf为正向总压降。δp产生di（二极管度）是由于流体的惯性力和粘性力，惯性力的损失与速度的平方成正比，而粘性力与速度成正比，并且在层流中它们变得显著，di数值为二极管度，二极管度为评估阀门性能的标准，用于描述正向和反向流动效果差异的参数；正向时可正常流动，反向时流动效果受到极大限制，当di大于1时，可使主通路3的气流继续保持正向运动。侧通路6中的气流汇入主干段，当两股气流交汇后会形成细碎的湍流，并产生成旋涡状气流从而阻碍主通路3中气流的正向运动；本发明相较于传统结构的色谱柱，这种蛇形路径的带有类特斯拉阀结构侧通路6的毛细色谱柱能够对带有挥发性有机化合物的载气流进行多级减速；由于气体在特斯拉分离阀内多次循环，可以用较短的色谱柱实现对挥发性有机物的充分吸附，避免了有机物分子在热吸附过程中对微量组分的损耗；使之能够在主通路3内充分进行分离和分析，能够便于后续进行定性和定量检测；带有挥发性有机化合物的载气流在被多级降速后，气流速度越来越慢，在长时间的循环分离后能够得到较好的分离效果；当载气流经过收敛形状的针尖出样喷口10离开毛细色谱柱后，气流会呈现束状扩散状态，这有利于下一步对样品化合物进行离子化，能显著提高样品的离子化产率。
20.本发明在蛇形结构的主通路3中进行填充固定相或进行真空镀膜处理；载气流大部分经过主通路3正向流动；部分载气流经过侧通路6加速后反向汇入主通路3中，并对主通路3中的气流进行阶梯式的降速；侧通路6中的逆向气流增加了主通路3中气流的运动阻力，使得主通路3中的气流的速度和气压逐级递减，各侧通路6中的逆向气流汇入主通路3中时会形成旋涡状的气流阻碍主通路3中气流正向运动的速度，导致后面的循环主通路3中的气流量变少，速度变慢。
21.本发明带有类特斯拉阀结构侧通路6这种布局除了紧凑之外，还具有各种功能的适应性。可以起到控制和调节载气流速度和气压的作用，并且可以通过增减侧通路6的数量来调节带有挥发性有机化合物的载气流的流速及气压至一个合适的范围。
22.图2为本发明中出样喷口的放大结构示意图，如说明书附图2所示，通路主板2的另一侧开设有出样喷口10，出样喷口10与所述主通路3的输出端相互连通，本发明中的出样喷口10的形状呈针尖收敛状，用于使载气流呈束状扩散状态，主通路3中的载气流在经由侧通路6多级降速后，最终从收敛形状的针尖出样喷口10流出主通路3；这时气流会发生束状扩散。这种散射状态的气流更有利于下一步对样品化合物分子进行离子化工作，通过提高有机物分子离子化率，增加检测结果的可靠性。
23.图3为本发明的左视结构示意图，图4为本发明中环形感应加热装置的左视结构示意图，图5为图4的俯视结构示意图，如图3，图4与图5所示，本发明在环形感应加热装置7的内部设置有环形加热电阻丝12，用于对所述气流循环通路中的混合气体进行均匀加热，继而加快混合气体中有机物分子的分离，并且可以根据不同的样品类型选择对应的预设加热挡位，保证对样品能达到最佳的分离效果；在环形感应加热装置7上开设有多个贴片电极接口9，贴片电极接口9用于将加热电阻丝12与控制电路相互连接，从而控制电阻的加热温度，在环形感应加热装置7外套设有密封垫圈11，起到了良好的密封作用，在环形感应加热装置7上连接有温度传感器8，温度传感器8用于检测温敏电阻层的温度，温度传感器8的温度信
号输出端可外接显示器，由显示器显示温度传感器8的温度信号，作用是精准监测通路中混合气体的温度；温度传感器8也可以与控制电路相连接，通过传感器反馈的温度来调节加热的挡位。
24.本发明提高了对挥发性有机化合物的分离、分析效果；出样口处的收敛状针尖出样喷口10能有效的提高载气流的速度，可以提高后续离子化产率。
25.工作原理：衡量本装置性能的二极管度di是由于类特斯拉阀两个部分的连接角之间的差异造成的，与正向相比，反向阻力更大。由于各级侧通路6中的载气流能源源不断的反向汇入主通路3中，并对主通路3中载气的流动起到明显的阻碍作用；各级侧通路6的逆向气流汇入主通路3时会形成旋涡状气流阻碍主通路3载气的正向运动，导致到后面的循环主通路3气流量越来越少，而且整体载气流的速度也越来越低；因此，气流在该装置中就有较长的驻留时间，载气中的挥发性有机化合物可以在填充了吸附性材料的主通路3中得到充分的循环且被吸附材料吸收，加热装置会在气体被充分吸收后开始加热，气化温度较低的小分子物质会较早被释放，大分子物质则在阀体内的保留时间较长，进而能够提高对各种挥发性有机化合物的分离和分析效果。
26.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种混合气体分离装置，包括有通路主板（2）、环形感应加热装置（7）与气流循环通路，环形感应加热装置（7）设置在通路主板（2）的内部，气流循环通路设置在环形感应加热装置（7）的内部；其特征在于：所述气流循环通路包括有主通路（3）与侧通路（6），主通路（3）与侧通路（6）之间相互交汇连通，在主通路（3）与侧通路（6）之间的交汇处形成有交汇降速结构（5），在主通路（3）的内部填充有吸附材料，侧通路（6）由两个弧形过渡通路组成，侧通路（6）中的载气流可逆向汇入主通路（3）中；所述通路主板（2）的一端开设有气流进样口（1），气流进样口（1）与主通路（3）的输入端相互连通，所述通路主板（2）的另一侧开设有出样喷口（10），出样喷口（10）与所述主通路（3）的输出端相互连通。2.根据权利要求1所述的一种混合气体分离装置，其特征在于，所述环形感应加热装置（7）的内部设置有环形加热电阻丝（12），用于对所述气流循环通路中的混合气体进行加热，在环形感应加热装置（7）上开设有多个贴片电极接口（9），贴片电极接口（9）用于将加热电阻丝（12）与控制电路相互连接，从而控制电阻的加热温度。3.根据权利要求1所述的一种混合气体分离装置，其特征在于，所述主通路（3）内填充的吸附材料为聚硅氧烷、聚乙二醇或氧化铝的任意一种，由吸附材料形成的薄膜厚度为1.2
µ
m~1.8
µ
m，由吸附材料形成的薄膜内径为0.1mm~0.5mm。4.根据权利要求1所述的一种混合气体分离装置，其特征在于，所述环形感应加热装置（7）上连接有温度传感器（8），温度传感器（8）用于检测环形感应加热装置（7）中温敏电阻层的温度。5.根据权利要求1所述的一种混合气体分离装置，其特征在于，所述出样喷口（10）的形状呈针尖收敛状，用于使载气流呈束状扩散状态。6.根据权利要求1所述的一种混合气体分离装置，其特征在于，所述通路主板（2）的上下两端均固定连接有固定片（4），在固定片（4）上开设有螺孔（13）。7.根据权利要求1所述的一种混合气体分离装置，其特征在于，所述环形感应加热装置（7）外套设有密封垫圈（11）。
技术总结本发明涉及气体分离检测技术领域，尤其涉及一种混合气体分离装置，IPC分类号为B01D，包括有通路主板、环形感应加热装置与气流循环通路，环形感应加热装置设置在通路主板的内部，气流循环通路设置在环形感应加热装置的内部；气流循环通路包括有主通路与侧通路，主通路与侧通路之间相互交汇连通，在主通路与侧通路之间的交汇处形成有交汇降速结构，在主通路的内部填充有吸附材料，侧通路由两个弧形过渡通路组成，侧通路中的载气流可逆向汇入主通路中；通路主板的一端开设有气流进样口。本发明提高了对挥发性有机化合物的分离、分析效果；出样口处的收敛状针尖出样喷口能有效的提高载气流的速度，可以提高后续离子化产率。可以提高后续离子化产率。可以提高后续离子化产率。
技术研发人员：王铁 毛钢钢 张凯林 燕昊
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：2022.06.01
技术公布日：2022/7/5
