質(zhì)譜分析儀是分析反應(yīng)過(guò)程逸出氣體測(cè)量最常用的設(shè)備，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋能源、化工、材料、醫(yī)藥等，十分廣泛。質(zhì)譜分析儀需要在高真空環(huán)境下工作，才能保證測(cè)量的安全和準(zhǔn)確。真實(shí)反應(yīng)過(guò)程中，產(chǎn)物復(fù)雜多變，尤其是含有腐蝕性氣氛和大量粒徑從零到幾百微米不等的細(xì)微顆粒物，這些顆粒物一旦跟隨采樣氣體進(jìn)入質(zhì)譜分析儀內(nèi)部，將對(duì)儀器安全準(zhǔn)確測(cè)量造成威脅，采用常規(guī)的過(guò)濾方法難以完全清除腐蝕環(huán)境下的細(xì)微顆粒物。此外，由于常規(guī)的過(guò)濾方法在常溫下完成，而待采樣測(cè)量的氣體一般為高溫狀態(tài)，往往含有大量易凝結(jié)氣體，這些易凝結(jié)的成分在常溫過(guò)濾下冷凝，導(dǎo)致實(shí)際采集的氣體樣品成分與真實(shí)情況相比出現(xiàn)較大偏差，進(jìn)而影響了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
工程熱物理所循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在中科院儀器功能開(kāi)發(fā)“適用于含有灰塵、腐蝕性氣體環(huán)境的質(zhì)譜采樣裝置研制”項(xiàng)目的支持下，針對(duì)以上所說(shuō)的復(fù)雜反應(yīng)環(huán)境，設(shè)計(jì)了可適用于各類復(fù)雜環(huán)境的梯級(jí)過(guò)濾模塊和同溫原位采樣系統(tǒng)。不同于常規(guī)的質(zhì)譜過(guò)濾裝置，梯級(jí)過(guò)濾模塊設(shè)計(jì)了四級(jí)過(guò)濾層，實(shí)現(xiàn)了5μm以上顆粒物的有效過(guò)濾。同時(shí)，首次在采樣系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了氣動(dòng)旋流分離結(jié)構(gòu)，通過(guò)在采樣系統(tǒng)內(nèi)部形成氣動(dòng)旋流，可有效分離未經(jīng)四級(jí)濾層過(guò)濾完全的小顆粒灰塵，進(jìn)一步降低進(jìn)入待測(cè)氣體的細(xì)微顆粒物含量。為避免采樣氣體凝結(jié)，研究人員對(duì)采樣接口的采樣點(diǎn)微孔大小進(jìn)行了充分的研究和設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高負(fù)壓真空環(huán)境，保證采樣氣體可以維持同溫原位的狀態(tài)被迅速送入質(zhì)譜分析儀。
研究團(tuán)隊(duì)還針對(duì)復(fù)雜的測(cè)量環(huán)境，設(shè)計(jì)了應(yīng)急處置功能，例如，在除塵系統(tǒng)中設(shè)計(jì)高壓比正反吹裝置，在出現(xiàn)因大顆粒堵塞等緊急情況時(shí)，可以開(kāi)啟反吹快速排空。
實(shí)際應(yīng)用證明，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的原位采樣系統(tǒng)可適用于各類復(fù)雜環(huán)境，在含腐蝕性氣體、5μm灰塵以及600℃的環(huán)境中采樣結(jié)果顯示，采樣氣體產(chǎn)物不發(fā)生變質(zhì)，并可連續(xù)穩(wěn)定準(zhǔn)確采樣72小時(shí)，有效保證了質(zhì)譜分析儀在腐蝕性和高灰塵的復(fù)雜環(huán)境中不受雜質(zhì)干擾，準(zhǔn)確測(cè)量微量逸出氣體組分。
相關(guān)研究成果已申請(qǐng)專利1項(xiàng)。
