一种同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法及装置，本发明实现气相色谱仪和测膜渗透性的气体渗透池的联用，可以一次同时快速准确测出混合气体透过时薄膜及薄片材料的多种成分渗透性，而且本发明的这种连接方法不需建吹扫气系统，不需经过定量进样装置，可用于测试直径8mm甚至更小的薄膜，测试渗透5分钟的透过气体用气相色谱火焰离子化检测器已经有足够的灵敏度。利用本发明，可以研究混合气体透过时各种成分对渗透速率的相互影响，可以方便测得薄膜及薄片材料的扩散系数和溶解度系数。
【专利说明】一种同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法及装置
【技术领域】:
[0001]本发明涉及属于膜材料分析和气相色谱分析领域，具体涉及一种同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法及装置。
【背景技术】:
[0002]目前，测定薄膜及薄片透气性的方法已有不少，常见有异压法和等压法。异压法包括有压力法和容积法，等压法包括有电极法和热敏电阻检出法等。其中，压力法较为常用。美国试验与材料学会的试验方法ASTM D1434-82 (2009) el “塑料薄膜及薄片透气性测定的标准方法，，(Standard Method for Determining Gas Permeability Characteristics ofPlastic Film and Sheeting)，以及我国的国家标准GB/T1038_2000“塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法”所应用的均为压力法。这些方法测定薄膜及薄片的透气性使用称为气体渗透池(Gas Transmission Cell)的装置或类似装置,将薄膜或薄片夹于其中，让待测气体通入膜片一侧，另一侧通过测量仪器测定透过膜片的气体量。但这些方法存在一个共同的不足，每次只能测定一种气体的透气性，或混合气体同时透过的透气性，不能一次同时测定混合气体透过时混合气体各组成气体透过薄膜的透气性。在实际使用时许多薄膜都是处于大气环境的或混合气体环境中的，而混合气体渗透由于可能存在气体的相互影响，透气速率并不一定与单种成分透过薄膜时完全一致。
[0003]目前常用的气体透过性测试方法的另一个不足是测试周期过长，常需要数小时到数十小时。
[0004]气相色谱仪是一种重复性好、灵敏度高和分离能力强的现代分析测试仪器。
[0005]如果将气体渗透池接到气相色谱仪上，利用气相色谱仪的载气将透过薄膜的气体吹入气相色谱仪的分离柱头，然后选择适当的方法和色谱条件，可以快速准确测出薄膜及薄片的透气性，还可以一次同时快速准确测出混合气体透过时薄膜或薄片材料的混合气体各种组成成分的渗透性。
[0006]混合气体透过时同时快速准确测定混合气体各种组成气体各自的渗透性能是现实需要，也是测试技术的一个难题。
[0007]专利CN102297827A公开了一种燃料电池膜电池透气性的测试方法及测试池和测试装置。试验测试池的一侧设有气体的进出口通道，而另一侧则形成测试通道；在试验试池的两侧分别通入被测气体和载气，并将其载气侧的气体出口通入到气相色谱中，通过气相色谱测试载气中被测气体的含量，从而计算膜电极的透气率。膜电极的透气率测试装置主要由试验测试池和透气率测试系统组成。试验测试池由两块具有气体进口和出口的平板夹具和相应的密封材料组成。
[0008]专利CN202994616U和UCN201314906Y等公开的气体透过率测试装置工作原理与专利 CN102297827A 相似。
[0009]上述专利共同存在的问题有:(I)渗透池的测试气池腔不是专门为气相色谱法设计的，死体积大不利于将透过气体吹扫干净；(2)测试方法是将稳定透过时的透过气体通过连续流动的惰性气体带入气相色谱仪定量管再吹扫进气相色谱仪测定,为达到气相色谱仪足以测定的定量限，膜的渗透面积要足够大，不适宜测定小面积的膜或渗透速率慢的膜；
(3)需要建立流量稳定、流速慢且可精确测定压力和流速的较复杂惰性气体供气系统，流速太快会使带入定量管的透过气体量不足。
【发明内容】
:
[0010]本发明的目的是提供一种同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法及装置，解决了死体积大，测试时间长，无法准确定量；与气相色谱连接方式不够简便，操作不方便等问题。
[0011]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0012]一种气体渗透池，包括渗透池底座、与渗透池底座具有对称结构的渗透池上盖、渗透池底座和渗透池上盖之间设置的密封垫，渗透池底座和渗透池上盖通过固定装置连接，所述渗透池底座和渗透池上盖均为一侧带有凹槽的平板且凹槽相对扣合，凹槽的四周与待测膜材料相贴接，在待测膜材料的两侧形成互不连通的两个池腔，分别为渗透池底座的样品气池腔和渗透池上盖的测试气池腔，所述渗透池底座的样品气池腔底端两侧分别连通贯穿渗透池底座的气体管路，所述渗透池上盖的测试气池腔底端两侧分别连通贯穿渗透池上盖的气体管路，其特征在于所述样品气池腔和测试气池腔均呈窄条状(测试气池腔，长 lmm-300mm,宽 0.高 0.样品气池腔，长 lmm-300mm,宽 0.高lmm-30mm)且样品气池腔和测试气池腔两侧的气体管路均设在凹槽的底端最边缘，使透过的气体全部吹进，减少死体积，出峰尖锐。
[0013]所述渗透池底座和渗透池上盖之间设置的密封垫优选为硅橡胶密封圈。
[0014]所述气体管路，可以是不锈钢、铜、铝等金属管或尼龙、聚丙烯、聚乙烯等塑料管，为了防止测试气吸附和冷凝可以根据需要为管路设置温度控制装置。
[0015]本发明还提供一种同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法，采用测定混合气各组成气体的膜渗透性的装置，该装置包括前面所述的气体渗透池、压力控制装置系统、温度控制装置、样品气瓶、四通阀和气相色谱仪，包括以下步骤:
[0016]a、将待测膜安装在前面所述的气体渗透池内，得到组装好的气体渗透池；
[0017]b、将气体渗透池底座的凹槽底端设有的一端气体管路经压力表、样品气进气阀跟样品气瓶连通，另一端气体管路跟大气连通；将气体渗透池上盖的两端设有的气体管路分别连接四通阀的其中两个接头，四通阀的另外两个接头中的其中一个接头跟气相色谱仪的载气管路连通，另一个接头跟气相色谱仪的色谱柱连通，得到测定混合气各组成气体的膜渗透性的装置，置于恒温浴中恒温；
[0018]C、先通入样品气赶走气体渗透池样品气池腔和气体管路中的其他气体，旋动四通阀手柄将气相色谱仪的载气切换到流经气体渗透池测试气池腔后再进入色谱柱，通载气赶走测试气池腔中的气体后，再旋动四通阀手柄将气相色谱仪的载气切换回直接进入色谱柱，同时开始计算渗透时间；样品气渗透一定时间渗透速率稳定后，旋动四通阀手柄将气相色谱仪的载气切换到流经渗透池测试气池腔再进入色谱柱，用载气将渗透过薄膜到测试气池腔中的测试气吹扫入气相色谱仪进行气相色谱分析；记录膜厚、膜渗透面积、样品气压力、室温、恒温浴温度、气相色谱测试条件，计算膜渗透性。
[0019]计算膜渗透性可根据色谱图和下式进行:
[0020]
【权利要求】
1.一种气体渗透池，包括渗透池底座、与渗透池底座具有对称结构的渗透池上盖、渗透池底座和渗透池上盖之间设置的密封垫，渗透池底座和渗透池上盖通过固定装置连接，所述渗透池底座和渗透池上盖均为一侧带有凹槽的平板且凹槽相对扣合，凹槽的四周与待测膜材料相贴接，在待测膜材料的两侧形成互不连通的两个池腔，分别为渗透池底座的样品气池腔和渗透池上盖的测试气池腔，所述样品气池腔底端两侧分别连通贯穿渗透池底座的气体管路，所述测试气池腔底端两侧分别连通贯穿渗透池上盖的气体管路，其特征在于所述样品气池腔和测试气池腔均呈窄条状且样品气池腔和测试气池腔两侧的气体管路均设在凹槽的底端最边缘。
2.根据权利要求1所述的气体渗透池，其特征在于，所述密封垫为硅橡胶密封圈。
3.根据权利要求1所述的气体渗透池，其特征在于，所述气体管路为金属管或塑料管且设有温度控制装置。
4.根据权利要求1所述的气体渗透池，其特征在于，所述测试气池腔，长lmm-300mm，宽0.高 0.所述样品气池腔，长 lmm-300mm,宽 0.高 lmm-30mm。
5.一种同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法，包括以下步骤: a、将待测膜安装在权利要求1-4之任一所述的气体渗透池内，得到组装好的气体渗透池； b、将气体渗透池底座的凹槽底端设有的一端气体管路经压力表、样品气进气阀跟样品气瓶连通，另一端气体管路跟大气连通；将气体渗透池上盖的两端设有的气体管路分别连接四通阀的其中两个接头，四通阀的另外两个接头中的其中一个接头跟气相色谱仪的载气管路连通，另一个接头跟气相色谱仪的色谱柱连通，得到测定混合气各组成气体的膜渗透性的装置，置于恒温浴中恒温； C、先通入样品气赶走气体渗透池样品气池腔和气体管路中的其他气体，旋动四通阀手柄将气相色谱仪的载气切换到流经气体渗透池测试气池腔后再进入色谱柱，通载气赶走测试气池腔中的气体后，再旋动四通阀手柄将气相色谱仪的载气切换回直接进入色谱柱，同时开始计算渗透时间；样品气渗透速率稳定后，旋动四通阀手柄将气相色谱仪的载气切换到流经渗透池测试气池腔再进入色谱柱，用载气将渗透过薄膜到测试气池腔中的测试气吹扫入气相色谱仪进行气相色谱分析；记录膜厚、膜渗透面积、样品气压力、室温、恒温浴温度、气相色谱测试条件，计算膜渗透性。
6.根据权利要求5所述的同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法，其特征在于，所述气体渗透池为一个或两个以上。
7.一种测定混合气各组成气体的膜渗透性的装置，其特征在于，包括上述权利要求1~4中任一权利要求所述的气体渗透池、压力控制装置、温度控制装置、样品气瓶、四通阀和气相色谱仪；所述气体渗透池底座的样品气池腔底端设有的样品气进气管路经压力表、样品进气阀跟样品气瓶连通，样品气池腔底端的样品气出气管路跟大气连通；气体渗透池上盖测试气池腔底端两侧设有的测试气管路分别连接四通阀的其中两个接头，四通阀的另外两个接头中的其中一个接头跟气相色谱仪的载气管路连通，另一个接头通过载气管路跟气相色谱仪的色谱柱连通；样品气瓶、气体渗透池之间的连接气体管路分别设有阀门、压力表构成压力控制装置，此外还设有温度控制装置。
8.根据权利要求7所述的测定混合气各组成气体的膜渗透性的装置，其特征在于，所述四通阀是外置的平面四通进样阀，或是气相色谱仪原配备的六通阀经封堵了样品气进、出气口改装而成的四通阀，又或是其它气体密封性良好的四通阀。
9.根据权利要求7所述的测定 混合气各组成气体的膜渗透性的装置，其特征在于，所述气体渗透池为一个或两个以上。
【文档编号】G01N15/08GK103575630SQ201310504840
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】何建强, 宋玉梅, 刘利 申请人:中国广州分析测试中心