一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置。包括球形加液漏斗，吸收管、三通塞的中空组件、玻璃阀和抽气泵。用所述的装置将气体二氧化碳用氢氧化钙溶液吸收生成碳酸钙沉淀，然后将沉淀离心分离得到二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理的样品。将得到的前处理的样品，利用稳定同位素-元素分析仪联用测定碳酸钙固体中的碳稳定同位素，从而得出二氧化碳气体样品的碳稳定同位素值。同时，本发明将气体样品转化成固体样品测定，可以用元素分析仪自带固体自动进样器实现自动进样，大大提高工作效率。本发明提供一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置的设计巧妙，结构合理，拆装容易，便于运输，使用便捷。
【专利说明】一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置，属于样品前处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]稳定同位素质谱仪一般配置的外部设备为元素分析仪，稳定同位素质谱仪与元素分析仪联用可以用来测定固体、液体样品中的碳、氮、氢、氧稳定同位素。此外，一些科学家在某些研究领域还需要用到气体中碳、氮、氢、氧稳定同位素来解决科学问题。例如二氧化碳中碳稳定同位素的测定对气候变化，生态系统研究有着非常重要的意义。要用稳定同位素质谱仪测定二氧化碳气体中碳稳定同位素，需要增加双路进样系统或GasBench-1I多用途样品制备装置。但是，这两项设备需要四十至五十万人民币。如果仅仅需要测定二氧化碳气体中碳稳定同位素，无疑这个费用比较巨大。
【发明内容】
[0003]为了解决稳定同位素质谱仪-元素分析仪联用无法测定气体二氧化碳中碳稳定同位素的问题，本发明提供一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置。
[0004]本发明的一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置，其构成如下:
玻璃塞为实心的剖面为T字形磨砂玻璃塞；过滤管为带底的玻璃管，上端口内部为磨口，玻璃塞与过滤管通过磨口连接；玻璃管为直角形玻璃管，竖管粘结在过滤管外侧壁上，竖管底部通过短横管与过滤管底部的侧壁焊接相通，上横管上有玻璃直通阀；
厚壁玻璃塞为外表面磨砂的圆管，上端烧结在过滤管的底部中央，并与过滤管相通；玻璃管贯穿厚壁玻璃塞并上端伸入到过滤管的上部，然后与过滤管的底部密封，玻璃管的下端要长于厚壁玻璃塞，厚壁玻璃塞插入漏斗口通过磨口连接；
加液漏斗为球形分液漏斗，上部有磨口的上漏斗口 ；第一固定夹一端夹住漏斗口另一端的支杆通过带紧固螺丝的固定环固在右支撑杆上；环形托一端为圆环，加液漏斗座于圆环内，另一端的支杆通过带紧固螺丝的固定环固定在右支撑杆上；
三通塞由直径大的上部塞和直径小的下部塞一体化组成的中空的组件，下部塞为磨砂表面；第三固定夹的一端与下部塞连接，另一端固定在支撑杆上；
出液管为圆管，其上有玻璃直通阀，上端焊接在加液漏斗下端的中央并与之相通，下端穿过三通塞并其管壁与三通塞封密连接；
三通阀为标准三通阀，三个口分别与二氧化碳进气口、高纯氮气进气口和导气管密封连接；第一导气管与第二导气管为圆管，二者间串联着气体流量计；导气管与进气管过硅胶管密封对接；
进气管与出气管均为直角圆管，上部的两根横管穿过三通塞壁后分别与进气管、出气管焊接，下部的两根竖管以下部塞的纵轴线相对称，出液管靠近三通塞的下部塞内壁，三只管成品字形分布，均穿过三通塞的下部塞底并与下部塞底密封后均置于吸收管内； 吸收管为圆管，上管口内部为磨口，套接在三通塞的直径小的下部塞的磨口处，下端为半球形底，在IOmL体积对应的管壁上有一条刻度线；
第四固定夹、第五固定夹、第六固定夹的一端分别将导气管、气体流量计和导气管夹紧，另一端均通过带紧固螺丝的固定环固定在左支撑杆上；
导气管为直角形管，其横管的端口与出气管通过硅胶管密封对接，竖管上串联一个三通阀，下端口密封接在抽气泵上；
废气管的一端与三通阀连接，另一端与大气相通；
弹簧片为圆弧形带弹性的片，置于支撑板上的圆口上面，将吸收管顶托起；
两根支撑杆的上端对称焊接在支撑板下表面两侧；两根支撑杆和左支撑杆、右支撑杆下端均焊接在底座板上。
[0005]一种使用如上所述的二氧化碳中碳稳定同位素测定前处理装置，进行二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理样品的制法，条件和步骤如下:
1.1将过滤管取下，打开玻璃塞，关闭玻璃直通阀，沿着过滤管内壁加入10%的氢氧化钠溶液至液面达过滤管高度的一半处，垂直放置备用(用于吸收进入加液漏斗中的空气中的微量二氧化碳)。
[0006]1.2在加液漏斗中加入饱和氢氧化钙溶液至液面达加液漏斗与漏斗口的接口处，尽快将过滤管下端插入漏斗口内。
[0007]1.3打开玻璃直通阀使加液漏斗中的饱和氢氧化钙溶液通过玻璃直通阀、出液管，使饱和氢氧化钙溶液进入到吸收管中，关闭玻璃直通阀；目的是为了将出液管中的空气排净，避免出液管内空气中的微量二氧化碳对样品制备的影响。
[0008]1.4取下弹簧片，将吸收管垂直往下从支撑板上的圆口内取出，换上一支新吸收管。
[0009]1.5将三通阀调节至高纯氮气进气口和二氧化碳进气口相通位置，将二氧化碳气体样品袋接口接在二氧化碳进气口上，将二氧化碳气体袋上的阀打开，挤压二氧化碳气体样品袋三秒钟，使二氧化碳气体样品充满二氧化碳进气口与三通阀之间的导气管中；此目的是避免二氧化碳进气口与三通阀之间的导气管中的微量二氧化碳对样品制备的影响；
将三通阀调节至高纯氮气进气口仅能和导气管相通位置，关闭二氧化碳气体袋上的阀。
[0010]1.6把气体流量计气流量调至最大为60NmL/min,将三通阀调至导气管下端与废气管相通的位置，将高纯氮气气瓶接在高纯氮气进气口上，打开氮气气瓶阀，一分钟后，关闭氮气气瓶阀；此操作是避免管路中的二氧化碳对样品制备结果的影响。将三通阀调至二氧化碳进气口只能和导气管通气位置，将三通阀调至导气管只能和抽气泵通气的位置。
[0011]1.7打开玻璃直通阀，打开玻璃直通阀，此时，加液漏斗中的饱和氢氧化钙溶液进入到吸收管中，当液面到达吸收管底部的IOmL刻度时，关闭玻璃直通阀。
[0012]1.8打开抽气泵,将气体流量计调至10mL/min,将二氧化碳气体袋上的阀打开,此时，二氧化碳气体样品顺次通过二氧化碳进气口、三通阀、导气管、气体流量计、导气管、进气管、进气管、吸收管饱和氢氧化钙溶液被氢氧化钙溶液吸收；未来得及反应的二氧化碳经出气管、出气管、导气管最后通过抽气泵进入空气中。
[0013]有关的化学反应如下:由于二氧化碳气体通过饱和氢氧化钙溶液，被氢氧化钙吸收生成碳酸钙沉淀，溶液开始变混浊:
CO2 + Ca (OH) 2-CaCO3 (沉淀)+ H2O
当溶液中的氢氧化钙全部转化成碳酸钙沉淀时，继续通入二氧化碳时，碳酸钙与二氧化碳反应会生成溶于水的碳酸氢钙:
CaCO3 + H2O + CO2-Ca (HCO3) 2
当观察到溶液开始变清时，关闭二氧化碳气体袋上的阀。
[0014]1.9取下弹簧片，将吸收管垂直往下从支撑板上的圆口内取出，加塞密封；换上一支新吸收管26,重复步3— 5。
[0015]1.10将已吸收二氧化碳样品的吸收管，在沸水浴中加热lOmin，此时吸收管中的碳酸氢钙会受热分解成碳酸钙沉淀和水:
Ca (HCO3) 2-CaCO3 (沉淀)+ H2O + CO2
1.11将吸收管放入高速离心机中8000r/min离心5min，将上清液倒掉，剩下的固体样品碳酸钙，60°C烘I小时，得到二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理样品。
[0016]得到二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理样品，利用稳定同位素-元素分析仪联用测定碳酸钙固体中的碳稳定同位素，从而得出二氧化碳气体样品的碳稳定同位素值。
[0017]有益效果:本发明提供一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置。利用本发明的装置，将气体二氧化碳用氢氧化钙溶液吸收生成碳酸钙沉淀，然后将沉淀离心分离得到二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理的样品。
[0018]将得到的前处理的样品，利用稳定同位素-元素分析仪联用测定碳酸钙固体中的碳稳定同位素，从而得出二氧化碳气体样品的碳稳定同位素值。同时，本发明将气体样品转化成固体样品测定，可以用元素分析仪自带固体自动进样器实现自动进样，大大提高工作效率。
[0019]本发明提供一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置的设计巧妙，结构合理，拆装容易，便于运输，使用便捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明一种二氧化碳中碳稳定同位素测定前处理装置的主视图。
[0021]图2是本发明中过滤管2与加液漏斗7部分剖面放大图。
[0022]图3是本发明中三通塞20与吸收管26部分结构示意图。
[0023]图4是本发明中支撑板28的结构示意图放大图。
[0024] 图5是本发明中弹簧片27的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]实施例1本发明的一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置，如图1一5所示，其构成如下:
玻璃塞I为实心的剖面为T字形磨砂玻璃塞；过滤管2为带底的玻璃管，上端口内部为磨口，玻璃塞I与过滤管2通过磨口连接；玻璃管3为直角形玻璃管，竖管粘结在过滤管2外侧壁上，竖管底部通过短横管与过滤管2底部的侧壁焊接相通，上横管上有玻璃直通阀4 ； 厚壁玻璃塞32为外表面磨砂的圆管，上端烧结在过滤管2的底部中央，并与过滤管2相通；
玻璃管33贯穿厚壁玻璃塞32并上端伸入到过滤管2的上部，然后与过滤管2的底部密封，玻璃管33的下端要长于厚壁玻璃塞32，厚壁玻璃塞32插入漏斗口 5通过磨口连接；加液漏斗7为球形分液漏斗,上部有磨口的上漏斗口 5 ;第一固定夹6 —端夹住漏斗口5,另一端的支杆通过带紧固螺丝的固定环固在右支撑杆37上；环形托8—端为圆环,加液漏斗7座于圆环内，另一端的支杆通过带紧固螺丝的固定环固定在右支撑杆37上；
三通塞20由直径大的上部塞和直径小的下部塞一体化组成的中空的组件，下部塞为磨砂表面；第三固定夹23的一端与下部塞连接，另一端固定在支撑杆37上；
出液管34为圆管，其上有玻璃直通阀9，上端焊接在加液漏斗7下端的中央并与之相通，下端穿过三通塞20并其管壁与三通塞20封密连接；
三通阀11为标准三通阀，三个口分别与二氧化碳进气口 10、高纯氮气进气口 12和导气管13密封连接；第一导气管13与第二导气管18为圆管，二者间串联着气体流量计14 ;导气管18与进气管19通过硅胶管密封对接；
进气管38与出气管39均为直角圆管，上部的两根横管穿过三通塞20壁后分别与进气管19、出气管21焊接，下部的两根竖管以下部塞的纵轴线相对称，出液管34靠近三通塞20的下部塞内壁，三只管成品字形分布，均穿过三通塞20的下部塞底并与下部塞底密封后均置于吸收管26内；
吸收管26为圆管，上管口内部为磨口，套接在三通塞20的直径小的下部塞的磨口处，下端为半球形底，在IOmL体积对应的管壁上有一条刻度线；
第四固定夹15、第五固定夹16、第六固定夹17的一端分别将导气管13、气体流量计14和导气管18夹紧，另一端均通过带紧固螺丝的固定环固定在左支撑杆36上；
导气管22为直角形管，其横管的端口与出气管21通过硅胶管密封对接，竖管上串联一个三通阀25，下端口密封接在抽气泵29上；
废气管24的一端与三通阀25连接，另一端与大气相通；
弹簧片27为圆弧形带弹性的片，置于支撑板28上的圆口 35上面，将吸收管26顶托
起;
两根支撑杆30的上端对称焊接在支撑板28下表面两侧；两根支撑杆30和左支撑杆
36、右支撑杆37下端均焊接在底座板31上。
[0026]一种使用如上所述的二氧化碳中碳稳定同位素测定前处理装置，进行二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理样品的制法，条件和步骤如下:
1.1将过滤管2取下，打开玻璃塞1，关闭玻璃直通阀4，沿着过滤管2内壁加入10%的氢氧化钠溶液至液面达过滤管2高度的一半处，垂直放置备用(用于吸收进入加液漏斗7中的空气中的微量二氧化碳)。
[0027]1.2在加液漏斗7中加入饱和氢氧化钙溶液至液面达加液漏斗7与漏斗口 5的接口处，尽快将过滤管2下端插入漏斗口 5内。
[0028]1.3打开玻璃直通阀9使加液漏斗7中的饱和氢氧化钙溶液通过玻璃直通阀9、出液管34，使饱和氢氧化钙溶液进入到吸收管26中，关闭玻璃直通阀9 ;目的是为了将出液管34中的空气排净，避免出液管34内空气中的微量二氧化碳对样品制备的影响。[0029]1.4取下弹簧片27，将吸收管26垂直往下从支撑板28上的圆口 35内取出，换上一支新吸收管26。
[0030]1.5将三通阀11调节至高纯氮气进气口 12和二氧化碳进气口 10相通位置，将二氧化碳气体样品袋接口接在二氧化碳进气口 10上，将二氧化碳气体袋上的阀打开，挤压二氧化碳气体样品袋三秒钟，使二氧化碳气体样品充满二氧化碳进气口 10与三通阀11之间的导气管13中，此目的是避免二氧化碳进气口 10与三通阀11之间的导气管13中的微量二氧化碳对样品制备的影响；
将三通阀11调节至高纯氮气进气口 12仅能和导气管13相通位置，关闭二氧化碳气体袋上的阀。
[0031]1.6把气体流量计14气流量调至最大为60NmL/min，将三通阀25调至导气管22下端与废气管24相通的位置，将高纯氮气气瓶接在高纯氮气进气口 12上，打开氮气气瓶阀，一分钟后，关闭氮气气瓶阀，此操作是避免管路中的二氧化碳对样品制备结果的影响。将三通阀11调至二氧化碳进气口 10只能和导气管13通气位置，将三通阀25调至导气管22只能和抽气泵29通气的位置。
[0032]1.7打开玻璃直通阀4，打开玻璃直通阀9，此时，加液漏斗7中的饱和氢氧化钙溶液进入到吸收管26中，当液面到达吸收管26底部的IOmL刻度时，关闭玻璃直通阀9。
[0033]1.8打开抽气泵29,将气体流量计14调至10mL/min,将二氧化碳气体袋上的阀打开，此时，二氧化碳气体样 品顺次通过二氧化碳进气口 10、三通阀11、导气管13、气体流量计14、导气管18、进气管19、进气管38、吸收管26饱和氢氧化钙溶液被氢氧化钙溶液吸收；未来得及反应的二氧化碳经出气管39、出气管21、导气管22最后通过抽气泵进入空气中。
[0034]有关的化学反应如下:由于二氧化碳气体通过饱和氢氧化钙溶液，被氢氧化钙吸收生成碳酸钙沉淀，溶液开始变混浊:
CO2 + Ca (OH) 2-CaCO3 (沉淀)+ H2O
当溶液中的氢氧化钙全部转化成碳酸钙沉淀时，继续通入二氧化碳时，碳酸钙与二氧化碳反应会生成溶于水的碳酸氢钙:
CaCO3 + H2O + CO2-Ca (HCO3) 2
当观察到溶液开始变清时，关闭二氧化碳气体袋上的阀。
[0035]1.9取下弹簧片27，将吸收管26垂直往下从支撑板28上的圆口 35内取出，加塞密封；换上一支新吸收管26，重复步3— 5。
[0036]1.10将已吸收二氧化碳样品的吸收管26，在沸水浴中加热lOmin，此时吸收管中的碳酸氢钙会受热分解成碳酸钙沉淀和水:
Ca (HCO3) 2-CaCO3 (沉淀)+ H2O + CO2
1.11将吸收管26放入高速离心机中8000r/min离心5min，将上清液倒掉，剩下的固体样品碳酸钙，60°C烘I小时，得到二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理样品。
[0037]得到二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理样品，利用稳定同位素-元素分析仪联用测定碳酸钙固体中的碳稳定同位素，从而得出二氧化碳气体样品的碳稳定同位素值。
[0038]本实施例的一种二氧化碳中碳稳定同位素测定前处理装置主要的材料为不锈钢和高硅硼耐酸碱玻璃。
[0039]玻璃塞I圆帽部分直径20mm,高5mm,带磨口部分直径15mm,高IOmm ;过滤管2内径15mm，外径17mm，长IOOmm ;玻璃管3内径2mm外径4mm ;玻璃直通阀4中间孔径为Imm ；漏斗口 5内径14mm，外径18mm，高20mm ;固定夹6、固定夹15、固定夹16、固定夹17为标准固定夹；加液漏斗7球体内径100mm，壁厚2mm ;环形托8圆环形内径130mm，外径150mm ;玻璃直通阀9内部孔径2mm ;二氧化碳进气口 10外径5mm，内径Imm ;三通阀11和三通阀25为TS-13-002型标准三通阀；高纯氮气进气口 12外径5mm，内径Imm ;导气管13外径5mm，内径Imm ;气体流量计14为K3011型标准气流量计，流量范围为6-60NmL/min ;导气管18外径5mm，内径Imm ;进气管19外径5mm，内径Imm ;三通塞20总高为40mm，帽头部分直径30mm，高10mm，颈部直径12mm，高20mm，底部直径12mm，高IOmm外壁为磨砂面；出气管21夕卜径5mm，内径Imm ;导气管22外径5mm，内径Imm ;废气口 24外径5mm，内径Imm ;吸收管26内径12mm，外径16mm，长120mm ;弹簧片27为长40mm，宽40mm，厚0.5mm拱形弹簧钢片；支撑板28长150mm，宽60臟，厚5mm ;抽气泵29为微型隔膜泵，HC400 DBC系列，最大气流量lL/min ;支撑杆30直径5，长150mm，焊接在支撑板28两侧连中点处；底座31长600mm，宽300mm，厚20mm ;玻璃塞32外径14mm，内径4mm，高IOmm ;玻璃管33外径4mm，内径2mm，总长100mm，位于过滤管2内的部分长80mm ;出液管34外径4mm，内径2mm ;圆口 35直径20mm ；支撑杆36与底座31连接点距左侧边，上边和下边距离均为150mm ;支撑杆37与底座31连接点距右侧边，上边和下边距离均为150mm ;进气管38外径2mm，内径0.5mm ;出气管39外径 2mm，内径 0.5mm。
【权利要求】
1.一种二氧化碳中碳稳定同位素测定的前处理装置，其特征在于，其构成如下: 玻璃塞(I)为实心的剖面为T字形磨砂玻璃塞；过滤管(2)为带底的玻璃管，上端口内部为磨口，玻璃塞(I)与过滤管(2)通过磨口连接；玻璃管(3)为直角形玻璃管，竖管粘结在过滤管(2)外侧壁上，竖管底部通过短横管与过滤管(2)底部的侧壁焊接相通，上横管上有玻璃直通阀(4)； 厚壁玻璃塞(32)为外表面磨砂的圆管，上端烧结在过滤管(2)的底部中央，并与过滤管⑵相通； 玻璃管(33)贯穿厚壁玻璃塞(32)并上端伸入到过滤管(2)的上部，然后与过滤管(2)的底部密封，玻璃管(33)的下端要长于厚壁玻璃塞(32)，厚壁玻璃塞(32)插入漏斗口(5)通过磨口连接； 加液漏斗(7)为球形分液漏斗，上部有磨口的上漏斗口(5);第一固定夹(6) —端夹住漏斗口(5)，另一端的支杆通过带紧固螺丝的固定环固在右支撑杆(37)上；环形托(8) —端为圆环，加液漏斗(X)座于圆环内，另一端的支杆通过带紧固螺丝的固定环固定在右支撑杆(37)上； 三通塞(20)由直径大的上部塞和直径小的下部塞一体化组成的中空的组件，下部塞为磨砂表面；第三固定夹(23)的一端与下部塞连接，另一端固定在支撑杆(37)上； 出液管(34)为圆管，其上有玻璃直通阀(9)，上端焊接在加液漏斗(7)下端的中央并与之相通，下端穿过三通塞(20)并其管壁与三通塞(20)封密连接； 三通阀(11)为标准三通阀，三个口分别与二氧化碳进气口(10)、高纯氮气进气口(12)和导气管(13)密封连接；第一导气管(13)与第二导气管(18)为圆管，二者间串联着气体流量计(14);导气管(18)与进气管(19)通过硅胶管密封对接； 进气管(38)与出气管(39)均为直角圆管，上部的两根横管穿过三通塞(20)壁后分别与进气管(19)、出气管(21)焊接，下部的两根竖管以下部塞的纵轴线相对称，出液管(34)靠近三通塞(20)的下部塞内壁，三只管成品字形分布，均穿过三通塞(20)的下部塞底并与下部塞底密封后均置于吸收管(26)内； 吸收管(26)为圆管，上管口内部为磨口，套接在三通塞(20)的直径小的下部塞的磨口处，下端为半球形底，在IOmL体积对应的管壁上有一条刻度线； 第四固定夹(15)、第五固定夹(16)、第六固定夹(17)的一端分别将导气管(13)、气体流量计(14)和导气管(18)夹紧，另一端均通过带紧固螺丝的固定环固定在左支撑杆(36)上； 导气管(22)为直角形管，其横管的端口与出气管(21)通过硅胶管密封对接，竖管上串联一个三通阀(25)，下端口密封接在抽气泵(29)上； 废气管(24)的一端与三通阀(25)连接，另一端与大气相通； 弹簧片(27)为圆弧形带弹性的片，置于支撑板(28)上的圆口(35)上面，将吸收管(26)顶托起； 两根支撑杆(30)的上端对称焊接在支撑板(28)下表面两侧；两根支撑杆(30)和左支撑杆(36)、右支撑杆(37)下端均焊接在底座板(31)上。
【文档编号】G01N1/28GK104020022SQ201310714191
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】张少庆, 王国平, 张玉霞 申请人:中国科学院东北地理与农业生态研究所