专利名称：一种液体有机物雾化气化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体有机物雾化气化装置，通过喷雾气化原理将液态有机物气化形成气体，主要用于将液态有机物配制成适合气体报警器或检测仪的研制、生产、检定、校准过程中所需的标准气体。
背景技术：
在气体报警器或检测仪的研制、生产、使用等过程中，需要配制准确浓度的气态标准物质，用以评价仪器的工作性能。而这些有机标准物质尽管有一定的蒸气压或挥发度，但在常温常压下是呈液体状态存在的，比如甲醇、乙醇、乙醚等，通常情况下挥发速率较慢，所以要达到准确浓度的气体需要维持足够长的时间。由于这些液态有机物可能因为它们化学反应的活性较大，易于同空气中的水蒸气、氧气等反应；同时它们的沸点较高、挥发度较低， 故不易采用常规的质量配制方法，高浓度还不易汽化；而且其极性较大，若采用通常的高压气瓶包装和储存，容易被瓶体、阀门等吸附。因此，要将这些液态化学战剂准确配制成高压钢瓶包装储存的标准气体，在国内外技术上均有难度。因得不到准确的该类标准气体，从而造成了开展气体报警器或检测仪标定和分析方法评价工作的根本问题。针对上述问题，国内外研制了各种将液态有机物转变成相应气体状态的装置。从实现的原理上讲，分两种扩散原理和喷雾气化原理。1.扩散原理。由于分子的热运动，液态分子摆脱分子之间的引力束缚之后变成气体，再经过扩散到达更远的地方。如果是在一定空间内并维持足够长的时间，最终就会达到气液平衡状态。根据气体状态方程，有机物在达到气液平衡后，气相中的浓度是由其温度和压力决定的。当压力一定时，气相中的浓度就跟温度之间存在着一定的函数关系，同一种物质，其浓度和温度的函数关系是确定的。在标准大气压下，可以通过文献直接查到浓度和温度的函数关系式，因此，只要控制好温度，并维护足够长的气液平衡时间，就可以通过获得此温度下物质在气相中的浓度。依据扩散原理实现的配气方法有两种，一种是静态配气法，就是保持系统的温度恒定，并维持正常大气压，将进入气相中的标准物质收集在收集袋内，维护足够长的时间，收集袋内气相中标准物质与液态达到动态平衡，然后将收集袋气体通过挤压释放出来。沈正生等报道的《呼出气体酒精含量探测器计量检定标准装置的研究》 [中国计量，2007，(10) :53 54]就是利用这一原理实现的。这种静态配气方法由于建立气态和液态的平衡时间较长，而采用了另一种折中方案即动态配气法在一定的温度下，以恒定流量的动态气体吹扫液体扩散管管口，但是这种方法由于没有建立气液平衡，所以气相中的浓度无法从文献中的饱和蒸气浓度与温度的关系式中求算出来，因此需要根据其它定量方法，获得气体中标准物质的浓度。李伟等报道的《QCM传感器法定量检测空气中芥子气》[环境污染与防治，2006，观(10) :796 798]就是利用动态扩散方法实现将液态化学战剂配制成气体的。利用扩散原理的配气装置存在着如下缺点(1)稳定时间过长静态配气法虽然能够通过饱和蒸气浓度与温度的关系式准确地计算出气相中标准物质的浓度，但由于其建立气液平衡需要较长的时间，因此在配制不同浓度或重新建立平衡时，需要较长的仪器稳定时间，特别是无法灵活地配制不同浓度的气态标准物质。(2)浓度不易重复液体的挥发速率除了与其本身性质和温度有关外，还与其纯度有关，根据物理化学知识，液体的纯度决定其蒸气分压的大小。在使用动态配气法时，随着标准物质的挥发，液态中的高挥发性物质逐渐增多，液体粘度逐渐增大，标准物质的挥发速率也随之减小，因此，气相中标准物质的浓度也会减小，导致了气相中标准物质的浓度不易重复。为了获得气相中标准物质的浓度，在每次建立新的气液平衡之后，需要使用如气相色谱等仪器进行标定。国内目前研制的由液态标准物质配制成特定浓度气态标准物质的配气装置都是依据扩散原理实现的，利用静态扩散配气法的有警用呼出气体酒精含量探测器；液态有机物由于极性大、稳定性差、化学性质活泼，而采用动态扩散配气法。2.喷雾气化原理。喷雾气化原理采用的是雾化和气化相结合实现液态有机物形成气态标准物质的方法。利用此原理实施的方法分为间隙式和连续式两种。间隙式的原理是向气流中注入定量的液态有机溶剂(比如乙醇)，并加热使其充分汽化，由气流载带出并充入容器。依据冲入的气体量和注入的液体量，计算欲配气体的浓度。谌永华等报道《呼出气体酒精含量探测器检定装置的研制》[中国计量，2006，(9) 49 50]正是利用间隙式原理将液态有机物变成气态的。这种方法的优点是根据注入的液体量和稀释气体的体积直接计算出标准物质在气体中的浓度，其缺点也是不言自明的一是这种液体标准物质是易挥发的、化学隋性的；二是由于体积的限制不能连续大批量产生标准气体。连续式喷雾气化原理是将液态有机物通过注射器连续不断地引入到系统中，控制注射器推进的速率和零点气体 (氮气或空气)的流量。如果注射器的推进速率小于液态标准物质的挥发速率，则推出的液滴在吹扫气的作用下能够全部气化形成气体，此时根据注射器推进速率与零点气体流量可直接求出气相中有机物的浓度。显然，采用此原理配制气体标准物质时，其浓度定量准确、 稳定、快速，无需长时间的气液平衡，也不需要利用其它方法对气相中的有机物进行定量测定。此装置能够将常温常压下呈液态的有机溶剂配制成相应的标准气体，从而适合仪器的检定、校准，如可作为警用呼出气体酒精含量探测器的检定装置。William T Muse等报道了〈〈Generation，Sampling，and Analysis for Low-Level GB (Sarin) and GF(Cyclosarin) Vapor for Inhalation Toxicology Studies)) [Inhalation Toxicology, 2006,18(14) 1101 1108]文章采用连续式喷雾气化原理实现化学战剂气化的装置，但没有描述装置的具体结构。
发明内容
本发明的目的就是解决扩散原理配气装置稳定时间长、浓度不准等技术问题，提供一种快速、高效、灵活、准确地配制各类型液态有机物质或化学战剂的装置。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是由不锈钢、聚四氟乙烯、玻璃、 石英或铝合金材质制作的液态有机物喷雾气化装置由气体导流部件a、液体喷雾气化部件 b两个部分组成，包括吹扫气管4、喷雾气管6、蒸发管12、气化室13 ；气体导流部件a包括气体导流部件上盖1、进气口 2、吹扫气管4、注射器进口 10、喷雾气管6，气体导流部件上盖 1的一端开有进气口 2，气体导流部件上盖1的下端有一螺纹接口通过0形环3-1与吹扫气管4连接，气体导流部件上盖1上端的中央开有一螺纹接口通过0形环3-3、螺纹柱8、密封垫9与螺纹注射器进口 10连接，气体导流部件上盖1下端的中央开有一螺纹接口通过0形环3-2与喷雾气管6连接；液体喷雾气化部件b上端开有出气口 14，液体喷雾气化部件b的中央为气化室13、下端为蒸发管12、底部开有一蒸发管连接口 11与吹扫气管连接口 5通过螺纹相连接；将气体导流部件a的喷雾气管6插入液体喷雾气化部件b中，用螺帽7-1、7-2 拧紧密封。本发明的气源经进气口 2进入系统时被分成两部分，一路通向喷雾气管6，其运动方向与被气化的液体的方向相同，液态有机标准物质在雾化气的气流阻力作用下，形成更多的小液滴，另一路通向吹扫气管4，与液体相遇时的方向与液体运动方向相反，在吹扫气的作用下，雾化的小液滴被气化，形成气体进入气相中。本发明的喷雾气管6的内径1 2mm，气化室13内径3 5mm，蒸发管12内径 1. 1 3mm，吹扫气管4的内径比喷雾气管6内径小0. 5 2mm。本发明的注射器进口 10上端通过密封垫9密封。本发明的雾化气化装置材料为不锈钢、聚四氟乙烯、玻璃、石英或铝合金。本发明的气化方法操作步骤如下设置雾化气化装置的温度0 70°C，来自氮气高压钢瓶或空气压缩泵的气体由进气口 2通过流量计向雾化气化装置提供100 3000mL · miiT1流量的气体，在注射器中吸取10 μ L IOmL体积的液体标准物质，将注射器通过注射器进口 10插入到喷雾气管6内，向雾化气化装置中以0. 001 μ L · HIirT1 ImL WirT1速率注入液态有机物，出气口 14有机物在气相中的浓度达到0. 01 IOOmg ·πΓ3。 控制注射器推进的速率，以使注射器的推进速率小于液体标准物质的最大蒸发速率，出气口 14出来的标准物质在气相中的浓度，可通过注射器推进速率与流量计流量经换算得到。本发明的有益效果是1.液体气化速率与气体的接触面积成正比，经注射器注入的液滴被分散成更多的小液滴，从而使液体的总表面积增大，所以气化速率增大。2.气相中标准物质的浓度可由注射器注入速率与零点气体流量根据气体状态方程求算得到，无需使用气相色谱等其它仪器标定，因此结果准确、可靠。3.液滴经雾化形成更多的小液滴后提高了气化效率，无需气液平衡，所以瞬间即可达到稳定浓度的标准气体。4.雾化气化装置可连续工作，直到用完注射器内的液态标准物质，所以可实现大批量不间断作业。
图1 一种液体有机物雾化气化装置部件示意图a.气体导流部件，b.液体喷雾气化部件图2 —种液体有机物雾化气化装置结构示意图其中1.气体导流部件上盖，2.进气口，3.0形环，4.吹扫气管，5.吹扫气管连接口，6.喷雾气管，7.螺帽，8.螺纹柱，9.密封垫，10.螺纹注射器进口，11.蒸发管连接口， 12.蒸发管，13.气化室，14.出气口。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细地描述将气源(气体钢瓶或气泵)的出口与减压阀和稳流阀的入气口连接，出气口与流量计的入气口相连，流量计的出气口与喷雾气化装置的进气口 2相连。开启气源，调节流量计的流量，向喷雾气化装置提供一定流量的气体。在注射器中吸取一定体积的液体标准物质，将注射器通过注射器进口 10插入到喷雾气管6内，利用注射泵控制注射器推进的速率， 以使注射器的推进速率小于液体标准物质的最大蒸发速率。测出喷雾气化装置系统内的温度、压力，喷雾气化装置的出气口 14出来的标准物质在气相中的浓度，可通过注射器推进速率与流量计流量利用气体状态方程经换算得到。设置雾化气化装置的温度0 70°C，来自氮气高压钢瓶或空气压缩泵的气体由进气口( 通过流量计向喷雾气化装置提供100 3000mL ^irT1流量的气体，在注射器中吸取10 μ L IOmL体积的液体标准物质，将注射器通过注射器进口(10)插入到喷雾气管(6) 内，向喷雾气化装置中以0. 001 μ L · miiT1 ImL · mirT1速率注入液态有机物，出气口(14) 有机物在气相中的浓度达到0. 01 IOOmg · m_3。实施例1设置喷雾气化装置系统温度40°C，气体流量(Vgas) 400mL · mirT1下，无水乙醇(密度P 4CTC = 0. 7722g · mL—1)标准物质(假定纯度ρ为100 % )的注射速率 (Vliq)O. 04 μ L-Him10根据下式计算气相中标准状况(0°C，latm)下乙醇的配制质量浓度 0. 077mg · Γ1。Cgas= p'VpXp χ 1000 (mg-L"1)
Kgas实施例2设置系统温度40°C，气体流量(Vgas) 3000mL · mirT1下，无水乙醇标准物质(密度 P 40Γ= 0. 7722g · πι Λ纯度100% )的注射速率(Vliq)O. OOlyL- mirT1。根据上式计算气相中标准状况(0°C，latm)下沙林的配制质量浓度0. 26mg · m_3。
权利要求
1.一种液体有机物雾化气化装置，其特征是该装置由气体导流部件(a)、液体喷雾气化部件(b)两个部分组成，包括吹扫气管G)、喷雾气管(6)、蒸发管(12)、气化室(1 ；气体导流部件(a)包括气体导流部件上盖(1)、进气口 O)、吹扫气管G)、注射器进口(10)、 喷雾气管(6)，气体导流部件上盖(1)的一端开有进气口 O)，气体导流部件上盖(1)的下端有一螺纹接口通过0形环(3-1)与吹扫气管(4)连接，气体导流部件上盖(1)上端的中央开有一螺纹接口通过0形环(3-3)、螺纹柱(8)、密封垫(9)与螺纹注射器进口(10)连接， 气体导流部件上盖(1)下端的中央开有一螺纹接口通过0形环(3-2)与喷雾气管(6)连接；液体喷雾气化部件(b)上端开有出气口(14)，液体喷雾气化部件(b)的中央为气化室 (13)、下端为蒸发管(12)、底部开有一蒸发管连接口(11)与吹扫气管连接口(5)通过螺纹相连接；将气体导流部件(a)的喷雾气管(6)插入液体喷雾气化部件(b)中，用螺帽(7-1、 7-2)拧紧密封。
2.根据权利要求1所述的雾化气化装置，其特征是气源经进气口( 进入系统时被分成两部分，一路通向喷雾气管(6)，其运动方向与被气化的液体的方向相同，另一路通向吹扫气管G)，与液体相遇时的方向与液体运动方向相反。
3.根据权利要求1所述的雾化气化装置，其特征是喷雾气管(6)的内径1 2mm，气化室(13)内径3 5mm，蒸发管(12)内径1. 1 3mm，吹扫气管(4)的内径比喷雾气管(6) 内径小0. 5 2mm。
4.根据权利要求1所述的雾化气化装置，其特征是注射器进口(10)上端通过密封垫 (9)密封。
5.根据权利要求1所述的雾化气化装置，其特征是该装置的材料为不锈钢、聚四氟乙烯、玻璃、石英或铝合金。
6.一种液体有机物的雾化气化装置的气化方法，其特征是该方法操作步骤如下设置雾化气化装置的温度0 70°C，来自氮气高压钢瓶或空气压缩泵的气体由进气口( 通过流量计向雾化气化装置提供100 3000mL · mirT1流量的气体，在注射器中吸取10 μ L IOmL体积的液体标准物质，将注射器通过注射器进口(10)插入到喷雾气管(6)内，向雾化气化装置中以0. OOlyL- mirT1 ImL · mirT1速率注入液态有机物，出气口(14)有机物在气相中的浓度达到0. 01 IOOmg · πΓ3。
全文摘要
本发明公开了一种液体有机物雾化气化装置，主要用于将液态有机物配制成适合气体报警器研制、生产、检定、校准过程中所需的标准气体。液体标准物质通过注射器进口在喷雾气管内被雾化，再经吹扫气管的气体在蒸发管内蒸发气化，从而实现将液态标准有机物质转变成气体状态的目的。利用注射泵控制注射器推进的速率，以使注射器的推进速率小于液体标准物质的最大蒸发速率。测出雾化气化装置系统内的温度、压力，雾化气化装置的出气口出来的标准物质在气相中的浓度，可通过注射器推进速率与流量计流量利用气体状态方程经换算得到。
文档编号G01N33/00GK102172504SQ20111003361
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者任鑫磊, 刘国宏, 唐慧, 庞敏晖, 张草, 李伟, 李善茂, 汪吉章, 沈庭云, 王鑫, 董中朝 申请人:中国人民解放军防化指挥工程学院