一种气体反应室的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种气体反应室，设置于太赫兹系统的发射器和接收器之间，用于生成并保存待测气体，气体反应室包括：转盘、支撑结构、底座、反应筒、托盘及密封盖；其中，反应筒设置在转盘上，转盘通过支撑结构设置于底座上，支撑结构能使转盘上的反应筒转动且同时改变反应筒的高度；托盘上设置在反应筒内，用于放置固体或/和液体样品；密封盖用于密封反应筒；反应筒的横截面为一正多边形，太赫兹系统的发射器发出的太赫兹波垂直射入反应筒的一垂直筒壁，并经过反应筒中的待测气体后，从相对应的另一垂直筒壁垂直射出至接收器。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型是关于一种气体反应室，尤其涉及一种应用于太赫兹光学系统中的多 功能气体反应室。 一种气体反应室
【背景技术】
[0002] 随着科技水平的不断提高，各种各样的液体物质出现在人们的生活中，它们的挥 发性能存在差异。其中一些物质在提供了生活便利的同时也给人们带来了些许危害。室内 装饰装修材料内墙涂料含有的苯、甲苯、乙苯、二甲苯等有机物、游离甲醛、可溶性重金属等 一方面可以耐碱、耐水以及光泽度和保色性，另一方面这些物质经呼吸道能引起人眩晕、头 痛和恶心等症状；金属汞在制造工业用化学药物以及电子或电器产品中获得应用，最常见 的是用于体温计中，但是其在常温下即可蒸发，其蒸汽有剧毒；加油站或油库附近挥发的气 体中含有苯类及烯烃类物质，附近居民长期吸入对身体有害；空气清新剂是目前改善空气 环境的首选，但是其在隐蔽难闻气味的同时也分解出一些空气污染物，对人的神经系统产 生危害；这些有害物质以气体状态存在于空气中，通过呼吸进入到人体中从而对人体造成 伤害。而精油、香水等挥发性极强的物质，有调理身体，舒缓净化的作用，人们通常青睐这些 物质挥发在空气中。
[0003] 除了这些挥发性液体，一些固体与液体反应产生大量气体物质，如金属钠与水反 应产生大量氢气、某些爆炸物与液体催化剂反应，迅速产生大量易燃易爆气体和热量等，研 究其反应过程中不同时间内产生的气体物质，可以在发生危险时及时采取相应的办法来降 低损失。
[0004] 针对上述有害气体，现有技术中也有一些去除的方法。例如利用光触媒去除内墙 涂料挥发出的甲醛、苯、甲苯、二甲苯等污染物；利用竹炭、活性炭及硅藻泥吸附工业废气、 生活中产生的异味气体。对这些分解或吸附过程监测，不仅可以得到丰富的关于固体特征 的有用信息，还对寻找更优质的处理污染物的材料有重大意义。
[0005] 因此，对上述易挥发性液体内挥发出成分或液体固体反应的气体成分的研究也就 显得极其重要。在近年来，太赫兹波源以其较普通光源具有的独特性质，博得了人们的广泛 关注。其瞬态性、宽带性、相干性、低能性的特点使得太赫兹时域光谱技术相对于其它光谱 技术有更高的信噪比和稳定性。太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术，能够迅速地对样 品组成的细微变化做出分析和鉴别。在太赫兹频段内覆盖了很多气体分子的纯转动特征光 谱，其相干测量技术能够直接测量电场的振幅和相位，因此可以方便的提取样品的透射率 和吸收系数等信息。太赫兹波可以透过气相物质，因此可用于探测低浓度气体，适用于控制 污染及检测泄露。
[0006] 综上所述，利用太赫兹波研究液体挥发或反应出的气体具有重要的意义。但是，太 赫兹波对容器材料有一定要求，且气体容器需要满足实验时的反应条件，因此需要一种特 定的装置来促使液体挥发出气体，并对挥发出来的气体进行收集。
[0007] 市场上已有的关于挥发性有机液体蒸发的测定仪，有某公司生产的DRT-2002挥 发性有机液体蒸发残渣测定仪是测定挥发性有机化工液体产品在水浴上蒸发后干残渣测 定的。其具有体积大，重量大的缺点。已申请专利的关于储存挥发性液体的装置，主要包括 密封装置（用于减少液体向外界扩散）、挥发性储存装置（用于将挥发性液体更快的散发到 外界）以及挥发性液体蒸发装置（用于检测挥发性液体随风速、环境温度和存放液体的容 器尺寸、形状变化的蒸发速率问题）。上述装置都不适于在太赫兹系统中对其中气相物质进 行测量。 实用新型内容
[0008] 为了满足太赫兹波对容器材料的要求，且满足实验时的反应条件，本实用新型提 出了一种适用于太赫兹系统中的多功能气体反应室。
[0009] 对此，本实用新型的气体反应室设置于太赫兹系统的发射器和接收器之间，用于 生成并保存待测气体，所述气体反应室包括：转盘、支撑结构、底座、反应筒、托盘及密封盖； 其中，所述反应筒设置在所述转盘上，所述转盘通过所述支撑结构设置于所述底座上，所述 支撑结构能使所述转盘上的反应筒转动且同时改变所述反应筒的高度；所述托盘上设置在 所述反应筒内，用于放置固体或/和液体样品；所述密封盖用于密封所述反应筒；所述反应 筒的横截面为一正多边形，所述太赫兹系统的发射器发出的太赫兹波垂直射入所述反应筒 的一垂直筒壁，并经过所述反应筒中的待测气体后，从相对应的另一垂直筒壁垂直射出至 所述接收器。
[0010] 进一步的，所述反应筒横截面为正四边形、正六边形或正八边形。
[0011] 进一步的，所述太赫兹系统发出太赫兹波的覆盖直径小于所述反应筒的垂直筒壁 的宽度。
[0012] 进一步的，所述支撑结构包括：螺杆及杆套；所述螺杆固定设置于所述底座上，其 外侧设置有外螺纹；所述杆套固定设置于所述转盘上，其内侧设置有与所述外螺纹匹配的 内螺纹。
[0013] 进一步的，所述支撑结构还包括：一弹簧及一小球；其中，所述螺杆上设置有一水 平盲孔，所述盲孔由内到外设置有所述弹簧及所述小球；所述小球被所述弹簧的弹力挤压 接触所述杆套。
[0014] 进一步的，所述杆套内侧设置有多个与小球匹配的球形凹槽，当所述反应筒旋转 某一角度后，所述小球陷入对应的所述球形凹槽固定所述转盘。
[0015] 进一步的，所述密封盖上设置有：温度传感器、压力传感器、温度传感器接口、压力 传感器接口、直管；其中，所述温度传感器及压力传感器嵌设于所述密封盖，分别连接设置 于所述密封盖上部的温度传感器接口及压力传感器接口，用于测量所述反应筒内的气体温 度值及压力值；所述直管设置于所述密封盖上，其配有一阀门，用于将液体样品或气体样品 加入至所述反应筒内。
[0016] 进一步的，所述气体反应室用于产生并保存待测气体包括：通过液体实验挥发气 体、通过固体液体实验生成气体、或从所述阀门加入的气体。
[0017] 进一步的，所述气体反应室还包括加热圈及热隔层；其中，所述加热圈，设置于所 述托盘的下部，所述加热圈的电热丝为耐腐蚀性强且无磁性的镍铬电热丝，用于加热实验 样品；所述加热隔层，设置于所述加热圈的下部，由隔热材料制成，防止加热圈通电后产生 的高温对所述转盘造成损坏。
[0018] 进一步的，所述密封盖由石英玻璃制成，所述反应筒及所述托盘由高温陶瓷材料 制成；其中，托盘四周有四个孔，用于使用者利用与所述孔配套的夹持装置将所述托盘取出 或放入。
[0019] 由上所述，本实用新型的气体反应室结构简单且抗氧化腐蚀，使用时操作方便且 轻巧便携，可实现多种类型的气体反应实验，适用于在太赫兹系统中研究气相物质，通过从 不同角度及高度监测反应产生的样品，推测气体的成分，从而实现利用太赫兹时域光谱技 术对各种气体进行检测的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 并不构成对本实用新型的限定。在附图中：
[0021] 图1为本实用新型一实施例的气体反应室的侧视结构示意图。
[0022] 图2为本实用新型一实施例的气体反应室的俯视结构示意图。
[0023] 图3为本实用新型一实施例的气体反应室在太赫兹系统中的位置示意图。
[0024] 图4为本实用新型一实施例的气体反应室中支撑结构的示意图。
[0025] 图5为本实用新型另一实施例的气体反应室的侧视结构示意图。
[0026] 图6为本实用新型另一实施例的气体反应室的俯视结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 以下配合图式及本实用新型的较佳实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实 用新型目的所采取的技术手段。
[0028] 图1、图2、图3、图4分别为本实用新型一实施例的气体反应室的侧视结构示意图、 俯视结构示意图、在太赫兹系统中的位置示意图、以及气体反应室中支撑结构的示意图。
[0029] 如图1所示，气体反应室用于产生并保存待测气体，包括：转盘1、底座2、反应筒 3、托盘4、密封盖5、支撑结构6 ;其中，反应筒3通过耐腐蚀黏胶固定设置在转盘1上，转盘 1通过可转动且同时高度可变的支撑结构6设置于底座2上，可使转盘1上的反应筒3转动 且同时可改变反应筒3的高度；
[0030] 托盘4可设置在反应筒3内，其上可以放置固体或/和液体样品；
[0031] 密封盖5可与反应筒3上端开口无缝盖合，用于密封反应筒3 ;
[0032] 结合图2及图3来看，本实用新型的气体反应室设置于太赫兹系统的发射器9a和 接收器9b之间，其中，反应筒3的横截面可为一正多边形（更详细而言，应为对边平行的正 偶数边形），图中所绘为正六边形，具体而言，反应筒3横截面可以是正四边形、正六边形或 正八边形，本实用新型并不对此进行限定。其主要是为了使得太赫兹系统的发射器9a发出 的太赫兹波垂直射入反应筒3的一垂直筒壁，并经过反应筒3中的待测气体后，从相对应的 另一垂直筒壁垂直射出至接收器％。
[0033] 结合图4来看，为了更好地适应太赫兹系统及实验效果，本实用新型对支撑结构6 进行了适当改进，包括：螺杆61、杆套62、弹簧63、小球64 ;其中，
[0034] 螺杆61固定设置于底座2上，其外侧设置有外螺纹；
[0035] 杆套62固定设置于转盘1上，其内侧设置有与螺杆61的外螺纹匹配的内螺纹。通 过螺杆61和杆套62可以实现反应筒3的角度转动和高度调节。
[0036] 在螺杆61上设置有一水平盲孔，盲孔由内到外设置有弹簧63及小球64 ;小球64 被弹簧63的弹力挤压接触杆套64。在杆套62内侧设置有多个与小球64匹配的球形凹槽 65,当反应筒3旋转某一角度后，小球64陷入对应的球形凹槽65固定转盘1。
[0037] 在一具体实施例中，随着杆套62的旋转，其高度会发生变化，所以设置的球形凹 槽65的水平位置都不相同。当转动某一角度时，小球64可陷入一对应的球形凹槽65中， 从而固定了螺杆61与杆套62的相对位置，避免由微小转动引起的实验误差。球形凹槽65 的具体数量和位置可根据旋转要求和实验需求设计。例如：六边形的反应筒3的杆套62内 侧可以每隔60°设置一球形凹槽65,共六个球形凹槽65,其水平位置可依次升高。在实验 时，可首先让小球64可陷入最高的球形凹槽65中，当反应筒3旋转60°后，小球64可陷入 对应的另一水平位置较低的球形凹槽65中，从而达到反应筒3的角度转动及高度调节。
[0038] 在本实施例中，由于反应筒3为正六边形，所以在实验时转盘1每次可转动 60° (另外，若为四边形、八边形、则每次可转动90°、45° )，保证太赫兹波一直与反应筒 3的某一垂直筒壁保持垂直，并且在实验时还可以通过转动反应筒3,使反应筒3的高度变 化，以此实现从多个角度及高度测量其内部的气体样品，得到不同水平高的反应筒3内气 体的太赫兹波谱，进而推测出气体反应室内部的气体成分。
[0039] 在本实施例中，太赫兹系统发出太赫兹波的覆盖直径小于反应筒3的垂直筒壁的 宽度（并且太赫兹波一直与反应筒3的垂直筒壁保持垂直），以保证扫描信号中不存在由散 射等引起的回波或噪音。
[0040] 在本实施例中，反应筒3及托盘4由高温陶瓷材料制成，其具有低密度、高热导率、 膨胀系数适中和抗氧化烧蚀的特点，并且对太赫兹波的影响较小。密封盖5由石英玻璃制 成，可从上端观察筒内气体的挥发情况。
[0041] 在本实施例中，气体反应室用于产生并保存待测气体主要包括三种方式：通过液 体实验挥发气体、通过固体液体实验生成气体、或从阀门加入的气体。
[0042] 在本实施例中，底座2用于支撑气体反应室的所有结构，其上设置有磁性开关（未 绘示），当处于"OFF"时，底座2可以自由移动，开关处于"0N"时，底座2固定在光学平台 上。
[0043] 基于同一构思，图5、图6为本实用新型另一实施例的气体反应室的侧视结构示意 图、俯视结构示意图。如图5及图6所示，相比较图1至图3的气体反应室，密封盖5上设 置有：温度传感器（未绘示）、压力传感器（未绘示）、温度传感器接口 53、压力传感器接口 54、直管51 ;其中，
[0044] 温度传感器及压力传感器嵌设于密封盖5,分别连接设置于密封盖5上部的温度 传感器接口 53及压力传感器接口 54,其探头与实验气体接触，用于测量反应筒3内的气体 温度值及压力值；温度传感器接口 53及压力传感器接口 54可以外接一套温度显示装置与 压力显示装置，来显示反应筒3内温度及压力。
[0045] 直管51设置于密封盖5上，其配有一阀门52,两者都采用耐高温耐腐蚀材料制成， 直管51用于将液体样品或气体样品加入至反应筒3内，同时还可连接微型机械泵，用于将 气体反应室内的气体抽至接近真空状态。
[0046] 在本实施例中，托盘4四周有四个孔41，用于使用者利用与孔41配套的夹持装置 将托盘4取出或放入。
[0047] 在本实施例中，气体反应室还包括加热圈7,设置于托盘4的下部，加热圈7的电热 丝为耐腐蚀性强且无磁性的镍铬电热丝，用于加热实验样品。
[0048] 在本实施例中，气体反应室还包括加热隔层8,设置于加热圈7的下部，其为中心 凹陷的盘状结构，由隔热材料制成，防止加热圈7通电后产生的高温对转盘1造成损坏。 [0049] 为了对上述气体反应室进行更为清楚的解释，下面结合多个具体的使用实施例来 进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本实用新型，并不构成对本实 用新型不当的限定。
[0050] 在前述实施例中，气体反应室主要用于以下几种实验：1、液体挥发气体的研究，2、 固体液体反应生成气体的研究，3、对气体吸附或分解过程的研究。
[0051] 实施例1，对于液体挥发气体的测量：
[0052] 首先将气体反应室置入太赫兹系统中，打开密封盖上部直管的阀门，连接微型机 械泵对气体反应室抽真空，通过配套的压力显示装置读出气体反应室内的压力，接近真空 时对气体反应室进行扫描，将得到的信号作为参考信号。然后打开密封盖，利用夹持装置将 托盘取出，将液体样品缓慢倒入托盘中，再将其放回气体反应室中，封紧密封盖，再次对气 体反应室抽真空，目的是消除在放置液体过程中混入气体反应室内的空气，抽真空后，关闭 阀门。开启加热圈，对液体样品进行加热。加热过程中每隔一定的时间扫描一次样品信号， 而对于由多种成分组成的混合液体，则需要扫描一次信号完成后转动一次反应筒，然后继 续扫描信号，从多个角度扫瞄气体太赫兹波谱，直至挥发蒸汽在筒壁上冷凝成小液珠，此时 说明反应室内挥发气体达到饱和，不再测量。扫描完成后，将底座的磁性开关打开，将气体 反应室取出到通风橱中打开密封盖，将废液倒出，并对气体反应室进行清洗。
[0053] 实施例2,对固体液体反应产生的气体测量：
[0054] 测量参考信号的步骤与实施例1相同。然后利用夹持装置将托盘取出，用药匙将 固体样品取出放进托盘，固体样品要集中在密封盖垂直对应的位置，将托盘放进气体反应 室，封紧密封盖，对气体反应室再次抽真空，关闭阀门，将微型机械泵拆除。然后将吸取了少 量反应液体的微量进样器或滴管，固定在直管的上方，打开阀门，将微量进样器或滴管的下 端通过直管进入气体反应室。滴入少量液体后迅速关闭阀门，然后每隔一段时间对气体反 应室进行扫描，同时扫描一次信号转动一次反应筒，扫描反应筒内不同高度的气体成分的 太赫兹波谱，直至反应结束。扫描完成后，将底座的磁性开关打开，将气体反应室取出到通 风橱中打开密封盖，对气体反应室进行清洗。
[0055] 实施例3,对气体吸附或分解过程的检测：
[0056] 测量参考信号的步骤与实施例1相同。然后利用夹持装置将托盘取出，用药匙将 活性炭或光触媒均匀的摊开在托盘内，为保证吸附或分解的气体足够多，要求加入的活性 炭或光触媒足量，然后封紧密封盖。再次连接微型机械泵，将反应室内快速抽真空，关闭阀 门。将连接了气瓶的管子固定在直管的上方，密封后，打开阀门，向反应室内缓缓加入适量 气体，关闭阀门。监测吸附过程时可连接压力显示装置，随时观察反应室内气体的压强。每 隔一段时间对反应室内气体进行扫描，同时扫描一次信号转动一次反应筒，扫描反应筒内 不同高度的气体成分的太赫兹波谱，吸附或分解过程完成后扫描结束。扫描完成后，将底座 的磁性开关打开，将气体反应室取出到通风橱中打开密封盖，对气体反应室进行清洗。
[0057] 由上所述，本实用新型的气体反应室结构简单且抗氧化腐蚀，使用时操作方便且 轻巧便携，可实现多种类型的气体反应实验，适用于在太赫兹系统中研究气相物质，通过从 不同角度及高度监测反应产生的样品，推测气体的成分，从而实现利用太赫兹时域光谱技 术对各种气体进行检测的目的。
[0058] 以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本 实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种气体反应室，其特征在于，设置于太赫兹系统的发射器和接收器之间，用于生成 并保存待测气体，所述气体反应室包括：转盘、支撑结构、底座、反应筒、托盘及密封盖；其 中， 所述反应筒设置在所述转盘上，所述转盘通过所述支撑结构设置于所述底座上，所述 支撑结构能使所述转盘上的反应筒转动且同时改变所述反应筒的高度； 所述托盘上设置在所述反应筒内，用于放置固体或/和液体样品； 所述密封盖用于密封所述反应筒； 所述反应筒的横截面为一正多边形，所述太赫兹系统的发射器发出的太赫兹波垂直射 入所述反应筒的一垂直筒壁，并经过所述反应筒中的待测气体后，从相对应的另一垂直筒 壁垂直射出至所述接收器。
2. 根据权利要求1所述的气体反应室，其特征在于，所述反应筒横截面为正四边形、正 六边形或正八边形。
3. 根据权利要求1所述的气体反应室，其特征在于，所述太赫兹系统发出太赫兹波的 覆盖直径小于所述反应筒的垂直筒壁的宽度。
4. 根据权利要求1所述的气体反应室，其特征在于，所述支撑结构包括：螺杆及杆套； 其中， 所述螺杆固定设置于所述底座上，其外侧设置有外螺纹； 所述杆套固定设置于所述转盘上，其内侧设置有与所述外螺纹匹配的内螺纹。
5. 根据权利要求4所述的气体反应室，其特征在于，所述支撑结构还包括：一弹簧及一 小球；其中， 所述螺杆上设置有一水平盲孔，所述盲孔由内到外设置有所述弹簧及所述小球；所述 小球被所述弹簧的弹力挤压接触所述杆套。
6. 根据权利要求5所述的气体反应室，其特征在于，所述杆套内侧设置有多个与小球 匹配的球形凹槽，当所述反应筒旋转某一角度后，所述小球陷入对应的所述球形凹槽固定 所述转盘。
7. 根据权利要求1所述的气体反应室，其特征在于，所述密封盖上设置有：温度传感 器、压力传感器、温度传感器接口、压力传感器接口、直管；其中， 所述温度传感器及压力传感器嵌设于所述密封盖，分别连接设置于所述密封盖上部的 温度传感器接口及压力传感器接口，用于测量所述反应筒内的气体温度值及压力值； 所述直管设置于所述密封盖上，其配有一阀门，用于将液体样品或气体样品加入至所 述反应筒内。
8. 根据权利要求7所述的气体反应室，其特征在于，所述气体反应室用于生成并保存 待测气体包括：通过液体实验挥发气体、通过固体液体实验生成气体、或从所述阀门加入的 气体。
9. 根据权利要求8所述的气体反应室，其特征在于，所述气体反应室还包括加热圈及 热隔层；其中， 所述加热圈，设置于所述托盘的下部，所述加热圈的电热丝为耐腐蚀性强且无磁性的 镍铬电热丝，用于加热实验样品； 所述加热隔层，设置于所述加热圈的下部，由隔热材料制成，防止加热圈通电后产生的 高温对所述转盘造成损坏。
10.根据权利要求1所述的气体反应室，其特征在于，所述密封盖由石英玻璃制成，所 述反应筒及所述托盘由高温陶瓷材料制成；其中， 托盘四周有四个孔，用于使用者利用与所述孔配套的夹持装置将所述托盘取出或放 入。
【文档编号】G01N21/03GK203881677SQ201420287373
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】冷文秀, 戈立娜, 赵昆 申请人:中国石油大学(北京)