专利名称：气-气和/或液-液扩散系数的快速测定系统及测定方法
技术领域：
本发明涉及一种气体和/或一种液体扩散系数快速测定方法及其相关装置，属于化工、化学环境保护监测技术领域。
背景技术：
气-气和/或液-液扩散系数是化学、化工技术领域中的重要参数，现有相关测定方法有扩散管技术和基于范.迪姆特(Van Deemter)方程的气相色谱法等，其主要缺点是测定时间冗长，过程繁琐(J.R.Conder and C.L.Young，Physicochemical Measurement by Gas Chromatography；WileyNew York，1980)，因此，很难在理化手册上找到所需的数据。
本发明的目的就是针对现有技术的不足而提出一种气体和/或液体扩散系数测定系统及其测定方法，可实现在不同压力及不同温度条件下快速测定“气-气”和/或“液-液”扩散系数。利用该系统和方法可实现扩散系数测定过程的自动化；可比较快捷地建立任何一种气体(或液体)在另一种气体(或液体)中的扩散系数手册；还可以用于快速测定未知有毒有害气体(或液体)在空气(或水)中的扩散系数，为“反恐”或“公共突发事件”的提供应急数据。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种气体或液体扩散系数快速测定系统，它包括载气和/或载液系统、压力测量系统、进样系统、扩散系统、流量测量系统、检测系统、温度控制系统和数据处理系统等部分，并根据“半峰模拟方程”实时计算被测样品在载气或载液中的“气-气”和/或“液-液”扩散系数。
载气和/或载液系统在给定温度和压力下将被测样品自进样系统经扩散系统推进至检测系统；根据需要，载气可以是空气、氮气或者其它气体；载液可以是水、甲醇或者其他液体。
压力测量系统用于测定扩散管的进口和出口压力。
进样系统用于导入被测样品；被测样品应为不与载气或载液发生化学反应的气体或液体。
扩散系统被用于完成被测样品在载气和/或载液中的扩散过程；扩散系统必须由不与被测样品、载气或载液起化学反应的材料制成；扩散系统的内径和长度分别为5.0mm±a×0.1mm(a为自然数1～49)与50m±b×0.1m(b为自然数1～490)。
流量测定系统是用于测定载气和/或载液的流量。
检测系统是用于检测样品在载气和/或载液中的浓度或者质量信号。
温度控制系统是用于控制并显示压力、进样、扩散、流量、检测等各个系统的温度。
数据处理系统是用于接收检测系统的信号，并根据“半峰模拟方程”计算被测样品在载气或载液中的“气-气”和/或“液-液”扩散系数。一种气体和/或液体扩散系数快速测定方法包括如下步骤 1)开启载气和/或载液系统，令载气和/或载液以一定流量进入进样器、扩散管和检测器； 2)开启温度控制系统，令进样器、扩散管、检测器达到并保持规定温度； 3)开启检测器和数据处理系统，待检测器基线稳定后，将待测样品注入进样器，经扩散管在一定压力下推进至检测器，所产生的信号强度被数据处理系统记录下来； 4)数据处理系统根据“半峰模拟方程”实时处理待测样品的信号，并在信号强度回到基线稳定后立即计算出相应的扩散系数。
上述被测样品不应与载气、载液、进样器、扩散管、检测器等发生化学反应。
本发明的有益效果是 1)最快可在数分钟内测定给定压力和温度下的“气-气”和/或“液-液”扩散系数，且重现性好； 2)容易实现测定过程自动化，并形成商品仪器； 3)快速测定未知有害气体或有害液体在空气和/或水中的扩散系数，适用于突发事件的应急措施； 4)可以根据需要，在相对短的时间内编撰任何一种气体和/或液体在另外一种气体或液体中的扩散系数手册，用于各个相关领域。
图1为本发明“气-气”和/或“液-液”扩散系统快速测定方框图。
图中标志1-载气和/或载液系统，2、6-压力测量系统，3-进样系统，4-被测样品，5-扩散系统，7-流量测定系统，8检测系统，9-温度控制系统，10-数据处理系统。
具体实施例方式 下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述。本发明为气体和/或液体扩散系数快速测定系统和方法，它包括如下步骤 1)开启载气和/或载液系统1；令载气和/或载液以一定流量流经进样器3、扩散管5和检测器8；由进样器3导入被测样品4，令其在扩散管中扩散并被推进至检测器8；被测样品可以是任何气体和/或液体；载气系统可以是充气钢瓶、气体压缩机；载液系统可以是液体高压泵。载气可以是空气、氮气或者其他气体；载液可以是水、甲醇或者其它液体。载气或载液不应与进样器、扩散管及检测器等发生化学反应。
2)开启温度控制系统9，令进样器3，扩散管5、控制器8达到并保持给定温度。
3)开启检测器8和数据处理系统10，待检测器8基线稳定后，将待测样品4注入进样器3，经扩散管5在一定压力下推进并扩散至检测器8，产生的信号被数据处理系统10记录下来。
4)数据处理系统10根据“半峰模拟方程”实时处理待测样品信号，并在信号回到基线并稳定后立即计算出相应的扩散系数。
下面附表给出了利用本发明方法测定的甲烷气体在氮气中的气-气扩散系数D2，并与经典的扩散系数D1在相同的温度、压力条件下进行比较，二者之间的相对误差均小于1％，同样条件下利用范.迪姆特(Van Deemter)方程求得的扩散系数D3则与D1相对误差为10％左右；使用平均值法求得的扩散系数D4误差更大。
附表在一个大气压和不同温度条件下，4种方法测定的甲烷在氮气中的扩散系数(单位cm2.sec-1)的结果。
注D1经典方法测得的甲烷气体在氮气中的气-气扩散系数； D2本发明方法测得的甲烷气体在氮气中的气-气扩散系数； D3基于Van Deemter方程用GC法测得的甲烷气体在氮气中的气-气扩散系数； D3平均值方法测得的甲烷气体在氮气中的气-气扩散系数。
权利要求
1.一种气体和/或液体扩散系数快速测定系统，其特征在于该系统由载气和/或载液系统(1)、压力测量系统(2)和(6)、进样系统(3)、扩散系统(5)、流量测定系统(7)、检测系统(8)、温度控制系统(9)和数据处理系统(10)组成，并根据”半峰模拟方程”计算被测样品(4)在载气和/或载液中的“气-气”或“液-液”扩散系数。
2.根据权利要求1所述的一种气体和/或液体扩散系数快速测定系统，其特征在于所述的一种气体和/或液体可以是有毒有害气体和/或液体或者其他任何气体和/或液体；所述的载气可以是空气、氮气或者其他不同于样品的气体；所述的载液可以是水、甲醇或者其他不同于样品的液体；载气系统可以是充气钢瓶、气体压缩机，载液系统可以是液体高压泵、蠕动泵。
3.根据权利要求1所述的一种气体和/或液体扩散系数快速测定系统，其特征在于所述的扩散管是由不与被测样品、载气、载液起化学反应的材料(例如，不锈钢、铜、玻璃、石英、玻璃纤维以及其他常被用作气相色谱柱或液相色谱柱的材料)制成；扩散管的内径和长度分别为5.0mm±a*0.1mm(a为自然数1～49)与50m±b*0.1m(b为自然数1～490)。
4.一种气体和/或液体扩散系数快速测定方法，其特征在于包括如下步骤
1)开启载气和/或载液系统(1)令载气和/或载液以一定的流量流经进样器(3)、扩散管(5)和检测器(8)；
2)开启温度控制系统(9)，令进样器(3)、扩散管(5)、检测器(8)达到并保持规定温度；
3)开启检测器(8)和数据处理系统(10)，待检测器(8)基线稳定后，将待测样品(4)注入进样器(3)，经扩散管(5)进入检测器(8)后产生相应的信号，并被数据处理系统(10)记录下来；
4)数据处理系统(10)根据“半峰模拟方程”实时处理待测样品信号，在信号强度回到检测器(8)基线并稳定后，立即计算出相应的扩散系数。
5.根据权利要求1所述的一种气体和/或液体扩散系数快速测定方法，其特征在于“半峰模拟方程”
上式中D为扩散系数(单位cm2.s-1)，a为与扩散系统理化性质相关的常数，b为与被测样品理化性质相关的常数，hi为被测样品在扩散系统内某一位置的浓度所对应的信号强度(单位mV)，tmax为被测样品在扩散系统内浓度最高处所对应的最大保留时间(单位s)，Zi为tmax与ti之差(单位s)并以下式表示
其中ti为与hi相对应的保留时间(单位s)，L为扩散系统长度(单位cm)。
6.根据权利要求4所述的一种气体和/或液体扩散系数快速测定方法，其特征在于所述的被测样品(4)不与载气、载液、进样器、扩散管、检测器发生化学反应。
全文摘要
一种快速测定气-气和/或液-液扩散系数的测定系统及测定方法，属于化工、化学、环境监测技术领域。测定系统由载气和/或载液、压力测量、进样、扩散、流量测定、温度控制、检测、数据处理等系统构成。测定方法载气或载液在恒温和恒压下将被测样品自进样系统经扩散系统推进至检测系统；数据处理系统实时记录信号强度，然后根据“半峰模拟方程”立即计算出扩散系数。发明效果最快可在数分钟内测定给定压力和温度下的“气-气”和/或“液-液”扩散系数；重现性好；易形成商品仪器；快速测定未知有害气体或液体在空气或水中的扩散系数，为突发事件提供应急数据；在短时间内编撰适用于不同领域的气-气和/或液-液扩散系数手册。
文档编号G01N13/00GK101221114SQ20081005739
公开日2008年7月16日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者王京宇 申请人:王京宇