專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有可變體積鎮(zhèn)流室的分析儀及分析方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)要求下列申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/450,635名稱(chēng)為ELEMENTAL ANALYZER，申請(qǐng)日為2003年2月28日，申請(qǐng)人為Joel C.Mitchell et al.，將其整個(gè)公開(kāi)內(nèi)容列于此處供參考。
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及元素分析儀和分析方法，尤其是涉及使用一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室的一種分析儀，以及該室使用于分析物的收集和它們隨后的分析。
各種元素，比如一種有機(jī)材料內(nèi)的碳、氫和氮的測(cè)定由于許多原因是所希望和要求的。元素分析儀，比如一臺(tái)CHNZ000是商業(yè)供應(yīng)的，生產(chǎn)廠商為L(zhǎng)eco Corporation of St.Joseph，Michigan，已在一系列的用途中使用。近年來(lái)，食品市場(chǎng)變得對(duì)于一個(gè)樣品內(nèi)的蛋白質(zhì)數(shù)量的測(cè)定感興趣，它可以根據(jù)氮含量測(cè)定。因此，氮的測(cè)定對(duì)于為營(yíng)養(yǎng)品市場(chǎng)提供這種有用的信息是重要的。碳-氫比在煤和焦炭試樣的表征中是希望的，類(lèi)似地，碳，氫和氮比在各種其它有機(jī)材料內(nèi)也是希望的。因此，元素分析儀已使用于這些和其它用途經(jīng)過(guò)相當(dāng)時(shí)間。
通常，元素碳，氫和氮的分析是眾所周知的和在某些參考文獻(xiàn)內(nèi)討論，包括Methods in Microanalysis，Vol.1，Mirra OsipovnaKorshun，1964，Instrumental Organic Elemental Analysis，R，Belcher，1977；and Organic Elemental Analysis Ultramicro，Micro，and TraceMethods，Wolfgang J.Kirsten，1983.U.S.Patent No.4,525,328，公開(kāi)使用一個(gè)固定體積的鎮(zhèn)流室的一種分析儀，以及該室收集分析物在一個(gè)大約4.5L的艙室內(nèi)用于隨后分析。這樣的一個(gè)系統(tǒng)借助收集一個(gè)樣品在艙室內(nèi)和隨后探測(cè)收集樣品的一個(gè)等分部分而消除各種還原劑和吸收劑的迅速的堵塞。使用于充填固定的鎮(zhèn)流室的燃燒氧量是巨大的，以及一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間量使用于燃燒和鎮(zhèn)流室的充填。再者，燃燒的副產(chǎn)物，即分析物氣體在較大體積的鎮(zhèn)流室內(nèi)多少有些稀釋。因此這里仍然需要提供一種元素分析儀，它使用較少的氧，較迅速和較敏感，尤其是當(dāng)分析較小樣品時(shí)。
本發(fā)明的概述本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的固定的鎮(zhèn)流系統(tǒng)，借助提供一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室而改進(jìn)，該鎮(zhèn)流室?guī)в幸粋€(gè)可移動(dòng)的活塞和一個(gè)燃燒探測(cè)器，從而使當(dāng)一個(gè)樣品燃燒時(shí)，該鎮(zhèn)流室僅被燃燒的副產(chǎn)物充填，直到被一個(gè)燃燒探測(cè)器測(cè)定的燃燒結(jié)束。典型地，比固定的體積的鎮(zhèn)流室的體積明顯地較小的一個(gè)體積以一種更加濃縮的分析物的形式被捕獲，它隨后能夠借助控制一個(gè)可移動(dòng)的活塞由可變體積的鎮(zhèn)流室排出。一個(gè)等分樣品由該鎮(zhèn)流室提取，以及移動(dòng)通過(guò)碳和氫探測(cè)器和進(jìn)入一個(gè)劑量器閥，用于隨后的氮探測(cè)。借助使用一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室和探測(cè)燃燒的結(jié)束，燃燒副產(chǎn)物的濃度較高，以及較高的濃度允許較精密的結(jié)果，它能夠較迅速地獲得。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，可變體積的鎮(zhèn)流室的位置可以探測(cè)，如同鎮(zhèn)流室的壓力，以提供可變的鎮(zhèn)流充填稀釋和壓力稀釋校正因子用于分析儀。
本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個(gè)分析儀，它具有一個(gè)燃燒爐，一條氣體流束，包括一個(gè)燃燒探測(cè)器在來(lái)自燃燒室的燃燒副產(chǎn)物的流束內(nèi)，以及一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室，包括一個(gè)艙室，具有一個(gè)可移動(dòng)的活塞，它響應(yīng)吸入的燃燒副產(chǎn)物移動(dòng)至艙室內(nèi)的一個(gè)位置，直到探測(cè)到燃燒結(jié)束的時(shí)間，隨后，鎮(zhèn)流室的入口密封以及出口開(kāi)啟。之后活塞移動(dòng)，以迫使一個(gè)等分樣品通過(guò)被探測(cè)元素用的探測(cè)器。
本發(fā)明相關(guān)的分析方法包括使用燃燒的副產(chǎn)物充填一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室，直到探測(cè)到燃燒結(jié)束，以及之后迫使至少一個(gè)來(lái)自可變體積的鎮(zhèn)流室的樣品進(jìn)入一個(gè)流動(dòng)路徑，它包括感興趣的元素用的探測(cè)器。
作為使用這樣一個(gè)系統(tǒng)和方法的結(jié)果，可以獲得較快的分析，因?yàn)檩^小體積的燃燒副產(chǎn)物被收集，該系統(tǒng)使用較少的氧用于樣品的燃燒和運(yùn)輸燃燒副產(chǎn)物進(jìn)入可變體積的鎮(zhèn)流室，以及收集的副產(chǎn)物是較高濃縮的，用于更精確的分析。本發(fā)明的這些和其它的特點(diǎn)，目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)閱讀下列的說(shuō)明以及參見(jiàn)附圖而明確地表達(dá)出來(lái)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1是一個(gè)流程圖，部分地使用一個(gè)分析儀的方框示意形式，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的可變體積的鎮(zhèn)流室；圖2是本發(fā)明的可變體積的鎮(zhèn)流室的一個(gè)透視圖；以及圖3是本發(fā)明的分析儀使用的控制系統(tǒng)的方框形式的一個(gè)電路圖。
優(yōu)選的實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的分析方法包括兩個(gè)步驟。第一步驟是燃燒和收集步驟，使用氧作為燃燒和運(yùn)載氣體，它供給至一個(gè)燃燒爐，并且使燃燒副產(chǎn)物通過(guò)一個(gè)燃燒探測(cè)器過(guò)濾和運(yùn)輸，以及收集在一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室內(nèi)。燃燒步驟隨后跟隨一個(gè)分析步驟，其中收集的燃燒副產(chǎn)物由可變體積的鎮(zhèn)流室排出進(jìn)入流動(dòng)路徑內(nèi)的探測(cè)器，包括一個(gè)用于探測(cè)碳和氫，使用紅外探測(cè)器，以及一個(gè)第二探測(cè)器，用于探測(cè)氮，使用熱傳導(dǎo)單元。
全部系統(tǒng)可以由圖1看出，其中一個(gè)分析儀10實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，分析儀10包括一個(gè)電阻燃燒爐30，該燃燒爐包括一個(gè)一般為U形的燃燒管32，具有一個(gè)燃燒管31和一個(gè)補(bǔ)燃室33。燃燒爐30是一般的類(lèi)型，公開(kāi)于專(zhuān)利U.S.Patent No.4,525.328，以及加熱一個(gè)樣品，經(jīng)一個(gè)天平12稱(chēng)量和用一個(gè)零空白樣品裝載頭14引入燃燒爐30，具體地是燃燒爐的燃燒管31的入口35。裝載頭可以是一種類(lèi)型的，公開(kāi)于專(zhuān)利U.S.Patent No.6,291,802，它借助重力引起樣品落入一個(gè)陶瓷燃燒坩堝36的開(kāi)口內(nèi)，陶瓷坩堝是一種類(lèi)型的，公開(kāi)于專(zhuān)利U.S.PatentNo.6.270,727。陶瓷坩堝36借助一個(gè)松孔的支承塞子37保持在燃燒管腳31內(nèi)，支承塞子37允許氣體移動(dòng)從中通過(guò)。燃燒管32的補(bǔ)燃室室腳33包括試劑，比如氧化鋁和氧化鈣，被石英絮塞保持在其中，以便于燃燒和清除不希望的燃燒副產(chǎn)物，比如硫的氧化物。如果希望清除其它的材料，也可以使用其它的試劑，如技術(shù)人員熟知的那樣。
燃燒爐30借助圍繞一般的U形管32的管腳31和33的一個(gè)電阻加熱器34加熱至溫度約1000℃。準(zhǔn)備燃燒的樣品典型地是1g樣品，以及它們或者是儀器的檢定和試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)樣品，或者是任何有機(jī)材料的真實(shí)樣品，它們可以包括食品，煤，焦炭或其它的有機(jī)物質(zhì)。然而，本發(fā)明的分析儀10可以與較小的樣品一起使用，這是由于使用了獨(dú)特的可變體積的鎮(zhèn)流室100，如以下所述。
燃燒爐30的入口35也接收來(lái)自氧源15的燃燒氣體(O2)，氧源借助在導(dǎo)管16內(nèi)平行的流動(dòng)控制閥11，13和17的選擇的啟動(dòng)而具有可在0.5，1，3，5或6L/min之間調(diào)節(jié)的流率，導(dǎo)管16由氧源通至燃燒爐的入口35。O2的壓力借助壓力傳感器18監(jiān)控。氧噴射進(jìn)入一個(gè)樣品保持坩堝36的開(kāi)口，通過(guò)一個(gè)氧吹管38以燃燒樣品。燃燒的副產(chǎn)物(即分析物)流動(dòng)通過(guò)管腳33內(nèi)的試劑以及由燃燒室30的排出口39排出。導(dǎo)管41傳送燃燒副產(chǎn)物通過(guò)一個(gè)第一清除器40，它可能是鋼纖維或一種無(wú)水強(qiáng)干燥劑材料，以過(guò)濾氣體流中的顆粒。
根據(jù)是否有氫被取樣，使用一個(gè)冷卻器42由系統(tǒng)清除水，冷卻器42包括一個(gè)預(yù)冷卻器43和一個(gè)熱電冷卻器44，后者具有一個(gè)排泄閥45，在燃燒時(shí)它通常封閉，以及僅當(dāng)排放收集的水和它攜帶的雜質(zhì)時(shí)才開(kāi)啟。然而，如果氫是希望探測(cè)的，清除器40直接地連接至一個(gè)二次清除器48，旁通冷卻器42。二次清除器48是一個(gè)第二顆粒過(guò)濾器，帶有較細(xì)的過(guò)濾介質(zhì)，以過(guò)濾氣體流中約10至100μm的顆粒物質(zhì)。過(guò)濾的燃燒副產(chǎn)物在導(dǎo)管49內(nèi)流動(dòng)，隨后移動(dòng)通過(guò)具有CO2IR單元的一個(gè)燃燒探測(cè)器50，它監(jiān)控氣體流中的CO2，作為樣品在坩堝36內(nèi)燃燒的一個(gè)結(jié)果。
燃燒探測(cè)器50連接至CPU220，如圖3內(nèi)所示，它監(jiān)控何時(shí)CO2濃度峰值產(chǎn)生以及比峰值已滯后約90％至99.9％，最好至約99％，以允許全部燃燒的氣體被可變體積的鎮(zhèn)流室100收集。如果此分析包括氫，隨后CO2燃燒監(jiān)控探測(cè)器被一個(gè)H2O探測(cè)器代替，用于監(jiān)控燃燒過(guò)程。在燃燒時(shí)，可變體積的鎮(zhèn)流室100的入口閥102開(kāi)啟，以允許在導(dǎo)管51內(nèi)的分析物進(jìn)入鎮(zhèn)流室100。而在此時(shí)，排氣閥104，卸載閥106以及清洗閥108封閉。O2運(yùn)輸氣體和燃燒副產(chǎn)物因此流動(dòng)進(jìn)入鎮(zhèn)流室100。在探測(cè)到燃燒結(jié)束時(shí)，CPU220控制各種閥，如以下所述進(jìn)行分析物的收集步驟和隨后進(jìn)入分析儀10的工作的氣體分析步驟。
可變體積的鎮(zhèn)流室100示于圖2內(nèi)，以及包括一個(gè)一般圓筒形的容器110，可密封地連接至一個(gè)底板112和一個(gè)密封蓋114和一個(gè)密封帽136。該容器使用螺紋桿113和螺帽115緊固在蓋子114和底板112之間。圓筒形容器110最好使用一種精密瞠孔透明材料制造，比如Pykex，以及包圍一個(gè)可移動(dòng)的活塞120，它包括一對(duì)垂直有間距的O形密封圈121和123，提供圓筒形容器110的內(nèi)壁和活塞120之間的一個(gè)密封。圖1內(nèi)所示的入口閥102連接至一個(gè)輸入口103，延伸通過(guò)室100的底板112。燃燒時(shí)帶壓的燃燒副產(chǎn)物(約1.7PSI)推動(dòng)活塞120塞向上在圖2內(nèi)所示箭頭A的方向上，直到被探測(cè)器50探測(cè)到燃燒結(jié)束的時(shí)間，以及CPU220(圖3內(nèi)所示)封閉入口閥102和氧流動(dòng)閥11，13和17?；钊?20借助一條電纜125連接至一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器130，電纜125連接至活塞的頂部，以及延伸通過(guò)蓋子114的一個(gè)孔134。電纜125借助適當(dāng)?shù)呐浼?27連接至活塞120，配件127包括一個(gè)鏟夾128在電纜125的末端上，以及一個(gè)緊固一接收柱129在配件127上。旋轉(zhuǎn)編碼器130接合至電纜125，它可以是modelPTX150，由下列公司供應(yīng)Celesco Transducer Products ofChatsworth California或同類(lèi)產(chǎn)品。電纜125的下端131連接至活塞以及上端132連接至旋轉(zhuǎn)編碼器130，它借助一條適當(dāng)?shù)倪B接電纜117連接至圖3的CPU220。編碼器130提供燃燒之后活塞120位置的指示數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)下述，使用于提供一個(gè)充填體積稀釋校正因子。
根據(jù)圓筒形容器110的已知的直徑，以及探測(cè)的活塞120的下表面124離開(kāi)底板112的高度，燃燒后可變體積的鎮(zhèn)流室100內(nèi)所含氣體的體積能夠測(cè)定?？刂崎y102至108，可變體積的鎮(zhèn)流室100以及劑量器閥160保持在大約50℃的一個(gè)恒定的溫度，如圖1內(nèi)虛線(xiàn)的加熱室140所示。這樣氣體體積和濃度之間的關(guān)系如在通用氣體定律中所列出PV＝nRT，取出溫度作為該式中的一個(gè)可變數(shù)。氣體的燃燒，即氣體的克分子量(n)是收集氣體的體積和它的壓力的一個(gè)直接的函數(shù)。在另一方面，直接地與活塞120的位移相相連，這樣，在鎮(zhèn)流室110內(nèi)活塞120下面的收集的分析物的濃度能夠直接地測(cè)定作為活塞位移的一個(gè)函數(shù)。因此，與移動(dòng)距離的一半相對(duì)，如果活塞120移動(dòng)由底板112的表面起1/4的距離，與活塞移動(dòng)至鎮(zhèn)流室的末端的一半路徑導(dǎo)致的一個(gè)收集量比較，收集的氣體增加一倍?；钊恢玫拇朔N探測(cè)為CPU220使用，以提供一個(gè)體積稀釋校正因子(VCF)，用于與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組條件(STP)比較時(shí)按照下式校正氣體的濃度VCF=VdVS]]>式中Vd-燃燒后根據(jù)活塞的移動(dòng)探測(cè)的體積；以及Vs-在一種標(biāo)準(zhǔn)化的已知條件下的體積。
氣體的濃度也是鎮(zhèn)流室100內(nèi)壓力的一個(gè)直接的函數(shù)，它也可以借助一個(gè)壓力傳感器111測(cè)量(圖1)，壓力傳感器111通過(guò)導(dǎo)管107連接至鎮(zhèn)流室100的輸出口105(圖2)，導(dǎo)管107連接至熱傳感模件170的入口177以及至一個(gè)三通閥109。閥109也使用于在其它位置時(shí)監(jiān)控氦運(yùn)載氣體。在燃燒結(jié)束時(shí)所取的壓力測(cè)量使用于提供一個(gè)壓力稀釋校正因子(PCF)相對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力，用于按照下式測(cè)量的分析物的最終計(jì)算PCF=PdPS]]>式中Pd-燃燒后探測(cè)的壓力；以及Ps-在一種標(biāo)準(zhǔn)的已知條件下的壓力。
這些校正因子(VCF和PCF)被CPU220的程序使用于借助分析儀使用的各種探測(cè)器提供探測(cè)的各種元素的最終濃度，如以上所述。
在燃燒探測(cè)器50探測(cè)對(duì)于最緩慢移動(dòng)通過(guò)系統(tǒng)的分析物的燃燒已結(jié)束，在收集氣體時(shí)，閥102封閉以及鎮(zhèn)流室100內(nèi)的氣體允許平衡經(jīng)一個(gè)期限約20sel?；钊恢帽痪幋a器130測(cè)定以及供給至CPU220內(nèi)的存儲(chǔ)器被它轉(zhuǎn)換成Vd。類(lèi)似地，來(lái)自傳感器111的壓力Pd存儲(chǔ)在CPU的存儲(chǔ)器內(nèi)。在氣體允許平衡后，閥106開(kāi)啟，以及某些燃燒副產(chǎn)物收集在室100內(nèi)，被使用的通過(guò)密封帽136內(nèi)的一個(gè)空氣輸入配件135的空氣壓力壓迫向上，該配件135與鎮(zhèn)流室100的頂壁114內(nèi)的孔134連通(圖2)，它來(lái)自一個(gè)12psi的帶壓流體供給，比如來(lái)自供給源142的空氣(圖1)以及通過(guò)閥144由CPU220控制。
由圖1可見(jiàn)，燃燒副產(chǎn)物被壓迫通過(guò)一個(gè)流動(dòng)路徑，包括導(dǎo)管151，一個(gè)H2測(cè)定IR(紅外)單元150和一個(gè)C測(cè)定IR單元152，以及隨后通過(guò)一個(gè)現(xiàn)在開(kāi)啟的閥154，進(jìn)入劑量器閥160的開(kāi)口E，后者也包容在加熱室140內(nèi)。樣品氣體隨后移動(dòng)至開(kāi)口C，通過(guò)劑量器環(huán)路161至開(kāi)口F以及通過(guò)排氣管163連接至開(kāi)口D。樣品氣體被活塞120的移動(dòng)推進(jìn)通過(guò)此流動(dòng)路徑，歷時(shí)約15sec。與此同時(shí)，來(lái)自氣源162的He運(yùn)輸氣體借助He閥168的啟動(dòng)由氣源162流動(dòng)通過(guò)導(dǎo)管166內(nèi)的過(guò)濾器164至熱傳導(dǎo)模件170的輸入口167。He氣通過(guò)開(kāi)口169排出模件170，移動(dòng)通過(guò)一個(gè)12psi壓力調(diào)節(jié)器172和清洗器174進(jìn)入熱傳導(dǎo)模件170的開(kāi)口176。此He隨后流動(dòng)通過(guò)一個(gè)流動(dòng)測(cè)量裝置178至T接頭180。某些He隨后通過(guò)出口186和閥188排出熱傳導(dǎo)模件170。He隨后流動(dòng)進(jìn)入劑量器閥160的開(kāi)口G。由此處借助在開(kāi)口H排出旁路至開(kāi)口A以及在劑量器閥開(kāi)口B排出的He達(dá)到環(huán)路裝載。
在15sec的環(huán)路裝載間隔之后，閥106和154被CPU220斷開(kāi)，以及在劑量器環(huán)路161內(nèi)的約3ml的樣品氣體的等分部分允許平衡約2sec。H2O和CO2IR探測(cè)器隨后被CPU讀出，以及CPU啟動(dòng)劑量器閥160。He運(yùn)載氣體現(xiàn)在在劑量器閥160內(nèi)由開(kāi)口G排出至開(kāi)口F(如虛線(xiàn)所示)，通過(guò)環(huán)路161以及由開(kāi)口C至開(kāi)口B，載運(yùn)樣品氣體進(jìn)入導(dǎo)管190。樣品氣體和He隨后流動(dòng)進(jìn)入一個(gè)還原管192，它充填銅(Cu)，加熱至約750℃，以清除任何保留的氧和轉(zhuǎn)換No成為游離氮(N2)，它隨后流動(dòng)通過(guò)一個(gè)清洗器194，其中包括氫氧化鈉硅酸鹽，用于清除CO2和一種無(wú)水強(qiáng)干燥劑，它清除氣體流動(dòng)束的水分。
現(xiàn)在游離的氮和氦運(yùn)載氣體在導(dǎo)管196內(nèi)通過(guò)一個(gè)300cc/min的流動(dòng)控制器198以及進(jìn)入熱傳導(dǎo)模件170的氮樣輸入口200以及通過(guò)熱傳導(dǎo)測(cè)量裝置202，它連接至CPU220，以提供相對(duì)于探測(cè)的氮濃度的數(shù)據(jù)。測(cè)量之后，氣體隨后通過(guò)一個(gè)排氣輸出閥204排放。在借助單元202測(cè)量氮濃度時(shí)，在T接頭180處的He運(yùn)載氣體也流動(dòng)通過(guò)一個(gè)流動(dòng)限制器182至一個(gè)熱傳導(dǎo)性基準(zhǔn)單元184，而氦的第二流動(dòng)路徑在熱傳導(dǎo)模件的開(kāi)口186處排出。
分析流動(dòng)路徑允許來(lái)自可變體積的鎮(zhèn)流室100的氣體提供收集氣體的一個(gè)等分部分，該等分部分具有一個(gè)較高的濃度以及它可以相對(duì)于活塞120的位置探測(cè)得出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)而規(guī)格化。閥和燃燒爐的控制，以及氣體的體積和濃度的測(cè)量和探測(cè)均由圖3內(nèi)所示的CPU220控制。CPU接收一個(gè)輸入信號(hào)，比如來(lái)自天平12的樣品的尺寸，以及控制裝載頭14滴入樣品在燃燒室內(nèi)。CPU還控制通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)墓β士刂颇＜?duì)爐子30供電。CPU還編程以控制各閥的工作，比如閥11，13，17，45，102，104，106，108，109，144，154，160，168，188和204，其順序如以上所述。燃燒結(jié)束探測(cè)器50提供輸入信號(hào)至CPU，而CPU測(cè)定何時(shí)燃燒結(jié)束和閥102封閉，在此時(shí)CPU接收來(lái)自可變體積的鎮(zhèn)流室100用的活塞位置傳感器130的數(shù)據(jù)。H2O傳感器150提供輸入信號(hào)至CPU，有關(guān)探測(cè)氫的濃度，而CO2探測(cè)器152提供輸入信號(hào)至CPU，有關(guān)探測(cè)碳的數(shù)量。最后，熱傳導(dǎo)探測(cè)器202連接至CPU，向CPU提供一個(gè)信號(hào)，代表樣品內(nèi)探測(cè)的氮水平。CPU可以連接至一臺(tái)打印機(jī)222，以打印探測(cè)的濃度的結(jié)果。CPU以一種普通的方式編程，以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)分析樣品，使用來(lái)自紅外探測(cè)器和熱傳導(dǎo)性探測(cè)器的數(shù)據(jù)，如圖1內(nèi)所示。
CPU還編程以應(yīng)用校正因子(VCF和PCF)至樣品氣體的探測(cè)的濃度，根據(jù)使用來(lái)自旋轉(zhuǎn)編碼器130的信號(hào)收集的氣體的相對(duì)體積以及借助傳感器111探測(cè)的壓力。這些信號(hào)相對(duì)于收集氣體的體積以及容器110內(nèi)收集氣體的濃度呈直線(xiàn)關(guān)系。這樣允許較小的和更濃縮量的分析物氣體被較迅速地收集，以及使用較少的氧用于結(jié)束燃燒和在容器110內(nèi)收集氣體的體積的測(cè)量。如以上所述，在一次分析循環(huán)之后，分析儀已清洗以適應(yīng)于一次隨后的分析。來(lái)自氣源15的O2使用于清洗燃燒環(huán)路和通過(guò)開(kāi)啟的閥104排出，而來(lái)自氣源162的He清洗劑量器環(huán)路和通過(guò)開(kāi)啟的閥204排出。借助使用一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室和一個(gè)燃燒探測(cè)器，一個(gè)改進(jìn)的分析儀可以提供用于燃燒分析物的分析，以及它是一種更精密的，更迅速的分析儀，在分析時(shí)使用較少的氧。
技術(shù)熟練人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的條件下，如所附權(quán)利要求書(shū)所限定，可以對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種分析儀，包括一個(gè)燃燒爐，用于接收燃燒用的樣品；一個(gè)燃燒探測(cè)器，連接至由上述燃燒爐起的一條燃燒副產(chǎn)物流動(dòng)路徑內(nèi)，用于測(cè)定何時(shí)燃燒結(jié)束；一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室，連接至燃燒副產(chǎn)物的流動(dòng)路徑，用于接收燃燒副產(chǎn)物，直到燃燒結(jié)束，上述可變體積的鎮(zhèn)流室包括一個(gè)可移動(dòng)的活塞和一個(gè)傳感器，用于探測(cè)上述活塞的位置；以及一個(gè)控制器，連接至上述傳感器，用于探測(cè)活塞的位置，以及根據(jù)上述活塞的位置計(jì)算燃燒副產(chǎn)物氣體的濃度用的一個(gè)體積校正因子。
2.按照權(quán)利要求1的分析儀，其特征在于，上述燃燒探測(cè)器探測(cè)CO2。
3.按照權(quán)利要求1的分析儀，其特征在于，上述燃燒探測(cè)器探測(cè)H2O。
4.按照權(quán)利要求1的分析儀，其特征在于，上述可變體積的鎮(zhèn)流室包括一個(gè)圓筒形容器，以及上述傳感器是一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，借助一條電纜連接至上述活塞。
5.按照權(quán)利要求4的分析儀，其特征在于，上述圓筒形容器在一末端上具有一個(gè)樣品氣體入口和一個(gè)樣品氣體出口以及一個(gè)第一控制閥，與上述入口相連，一個(gè)第二控制閥，與上述出口相連，以控制樣品氣體進(jìn)入和排出上述可變體積的鎮(zhèn)流室。
6.按照權(quán)利要求5的分析儀，其特征在于，上述圓筒形容器在與上述一末端相對(duì)的一末端上，包括一個(gè)流體入口，該入口位于上述活塞的一側(cè)，與上述樣品氣體入口相對(duì)，以及一個(gè)流體控制閥，連接至一個(gè)帶壓的流體源，以選擇地移動(dòng)上述活塞，以強(qiáng)迫樣品氣體由上述可變體積的鎮(zhèn)流室通過(guò)上述樣品氣體出口。
7.按照權(quán)利要求6的分析儀，其特征在于，每個(gè)上述第一，第二和流體控制閥連接至上述控制器，用于順序地啟動(dòng)上述閥，以引導(dǎo)樣品氣體進(jìn)入上述可變體積的鎮(zhèn)流室，允許上述樣品氣體在上述可變體積的鎮(zhèn)流室內(nèi)平衡，以及隨后排放樣品氣體離開(kāi)上述可變體積的鎮(zhèn)流室。
8.按照權(quán)利要求7的分析儀，其特征在于，一個(gè)H2O傳感器連接至上述可變體積的鎮(zhèn)流室的上述氣體出口，以便在分析期間探測(cè)H2的濃度。
9.按照權(quán)利要求7的分析儀，其特征在于，一個(gè)CO2傳感器連接至上述可變體積的鎮(zhèn)流室的上述氣體出口，以便在分析期間探測(cè)C的濃度。
10.在一個(gè)樣品內(nèi)測(cè)定基本元素的濃度的一種方法，包括下列的步驟燃燒一個(gè)樣品；在一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室內(nèi)收集燃燒的副產(chǎn)物氣體；探測(cè)燃燒的結(jié)束；以及在燃燒結(jié)束時(shí)測(cè)量由可變體積的鎮(zhèn)流室收集的氣體的體積。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于，上述收集步驟包括引導(dǎo)燃燒的副產(chǎn)物氣體進(jìn)入一個(gè)容器內(nèi)的一個(gè)樣品氣體入口，該容器具有一個(gè)可移動(dòng)的活塞，使上述活塞移動(dòng)以響應(yīng)燃燒的副產(chǎn)物氣體的引入，直到按上述探測(cè)步驟測(cè)定的燃燒結(jié)束。
12.按照權(quán)利要求11的方法，其特征在于，上述收集步驟還包括順序地啟動(dòng)與上述樣品氣體入口相連的一個(gè)入口閥，以及與上述容器內(nèi)的一個(gè)樣品氣體出口相連的一個(gè)出口閥，以引入和捕獲燃燒的副產(chǎn)物氣體。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其特征在于，上述收集步驟還包括啟動(dòng)一個(gè)控制閥，該控制閥連接至在上述容器內(nèi)上述活塞的一側(cè)的一個(gè)流體入口，該入口與上述樣品氣體出口相對(duì)，用于供給帶壓的流體進(jìn)入上述活塞，以迫使燃燒的副產(chǎn)物氣體離開(kāi)上述容器。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于，上述收集步驟還包括在迫使燃燒的副產(chǎn)物氣體離開(kāi)上述容器之前允許一個(gè)時(shí)間期限，足夠使上述燃燒的副產(chǎn)物氣體平衡用。
15.按照權(quán)利要求14的方法，其特征在于，上述探測(cè)步驟包括在引導(dǎo)進(jìn)入上述容器之前，在上述燃燒的副產(chǎn)物氣體的一條流束中探測(cè)CO2。
16.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于，上述測(cè)量步驟包括探測(cè)上述活塞的位置。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于上述探測(cè)步驟包括通過(guò)一條電纜連接上述活塞至一個(gè)編碼器，從而使上述活塞移動(dòng)上述編碼器，以提供關(guān)于活塞的位置信息，該位置直接地相應(yīng)于收集的燃燒的副產(chǎn)物氣體的體積。
18.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于，還提供一個(gè)體積校正因子，用于按照下式測(cè)定一個(gè)元素的濃度VCF=VdVS]]>式中Vd-燃燒后根據(jù)活塞的移動(dòng)探測(cè)的體積；以及Vs-在標(biāo)準(zhǔn)化的已知條件下的體積。
19.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于，還包括探測(cè)在上述可變體積的鎮(zhèn)流室內(nèi)收集的燃燒的副產(chǎn)物的壓力。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其特征在于，還包括提供一個(gè)壓力校正因子，用于按照下式測(cè)定一個(gè)元素的濃度PCF=PdPS]]>式中Pd-燃燒后探測(cè)的壓力；以及Ps-在標(biāo)準(zhǔn)的已知條件下的壓力。
21.一種可變體積的鎮(zhèn)流室，用于收集燃燒的副產(chǎn)物，包括一個(gè)容器，具有一個(gè)內(nèi)壁和一個(gè)定位在上述容器內(nèi)可移動(dòng)的活塞，與上述內(nèi)壁密封地接合；上述容器在上述活塞的一側(cè)包括一個(gè)樣品氣體入口，以及上述入口連接至一個(gè)入口閥；一個(gè)傳感器連接至上述活塞，用于探測(cè)該活塞的位置；上述容器包括一個(gè)樣品氣體出口在上述活塞的上述一側(cè)，上述樣品氣體出口連接至一個(gè)出口控制閥；以及上述容器包括一個(gè)入口，定位在上述活塞的相對(duì)側(cè)，用于當(dāng)施加壓力至上述活塞的上述相對(duì)側(cè)面時(shí)，接收一種帶壓的流體，用于移動(dòng)上述活塞，以排擠收集的氣體通過(guò)上述樣品氣體出口。
22.按照權(quán)利要求21的可變體積的鎮(zhèn)流室，其特征在于，上述容器是圓筒形的，以及在相對(duì)的末端包括有密封板，以及其中上述樣品氣體入口和上述樣品氣體出口形成在上述密封板中的一個(gè)上。
23.按照權(quán)利要求22的可變體積的鎮(zhèn)流室，其特征在于，上述傳感器是一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，借助一條電纜連接至上述活塞。
24.按照權(quán)利要求23的可變體積的鎮(zhèn)流室，其特征在于，上述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在上述密封板中的另一個(gè)上。
25.按照權(quán)利要求24的可變體積的鎮(zhèn)流室，其特征在于，上述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在上述密封板的另一個(gè)密封板的一側(cè)，與上述活塞相對(duì)，以及其中上述密封板的另一個(gè)密封板包括一個(gè)孔用于連接上述電纜至上述旋轉(zhuǎn)編碼器，以及還包括一個(gè)密封帽，越過(guò)上述旋轉(zhuǎn)編碼器可密封地定位，以及其中上述入口用于上述帶壓的流體延伸通過(guò)上述密封帽。
26.一種元素分析儀，用于測(cè)定至少碳和氮的濃度，包括一個(gè)燃燒爐，用于接收燃燒用的有機(jī)樣品；一個(gè)燃燒探測(cè)器，連接至上述燃燒爐，用于接收來(lái)自上述燃燒爐的燃燒的副產(chǎn)物，用于測(cè)定何時(shí)燃燒結(jié)束；一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室，連接至上述燃燒爐，用于接收燃燒的副產(chǎn)物，上述可變體積的鎮(zhèn)流室包括一個(gè)可移動(dòng)的活塞；以及一個(gè)控制器，連接至上述燃燒探測(cè)器，用于探測(cè)燃燒的結(jié)束，以及當(dāng)燃燒結(jié)束時(shí)密封燃燒副產(chǎn)物在上述可變體積的鎮(zhèn)流室內(nèi)。
27.按照權(quán)利要求26的分析儀，其特征在于，上述可變體積的鎮(zhèn)流室在上述活塞的一側(cè)，包括一個(gè)樣品氣體入口和一個(gè)樣品氣體出口，以及上述控制器包括連接至上述入口和上述出口的閥，用于選擇地捕獲在上述可變體積的鎮(zhèn)流室內(nèi)的燃燒的副產(chǎn)物。
28.按照權(quán)利要求26的分析儀，其特征在于，上述燃燒探測(cè)器探測(cè)CO2。
29.按照權(quán)利要求26的分析儀，其特征在于，上述燃燒探測(cè)器探測(cè)H2O。
30.按照權(quán)利要求26的分析儀，其特征在于，還包括一個(gè)傳感器，用于探測(cè)上述活塞的位置，以及其中上述控制器包括一個(gè)CPU，用于根據(jù)上述活塞的位置計(jì)算一個(gè)體積校正因子，用于決定燃燒副產(chǎn)物的氣體的濃度。
31.按照權(quán)利要求30的分析儀，其特征在于，上述可變體積的鎮(zhèn)流室包括一個(gè)圓筒形容器，該容器在上述活塞的一側(cè)具有一個(gè)樣品氣體入口和一個(gè)樣品氣體出口，以及一個(gè)入口閥連接至上述入口和一個(gè)出口閥連接至上述出口。
32.按照權(quán)利要求31的分析儀，其特征在于，上述圓筒形容器在上述活塞的一個(gè)相對(duì)側(cè)，包括一個(gè)流體入口以及一個(gè)流體控制閥，連接至一個(gè)帶壓流體源，以選擇地移動(dòng)上述活塞，以迫使樣品氣體由上述可變體積的鎮(zhèn)流室通過(guò)上述樣品氣體出口。
33.按照權(quán)利要求32的分析儀，其特征在于，每個(gè)上述閥連接至上述CPU，用于順序地啟動(dòng)上述閥，以引導(dǎo)樣品氣體進(jìn)入上述可變體積的鎮(zhèn)流室，允許上述樣品氣體在上述可變體積的鎮(zhèn)流室內(nèi)平衡，以及隨后排放樣品氣體離開(kāi)上述可變體積的鎮(zhèn)流室。
34.按照權(quán)利要求33的分析儀，其特征在于，一個(gè)H2O傳感器連接至上述可變體積的鎮(zhèn)流室的上述氣體出口，以便在分析期間探測(cè)H2的濃度。
35.按照權(quán)利要求33的分析儀，其特征在于，一個(gè)CO2傳感器連接至上述可變體積的鎮(zhèn)流室的上述氣體出口，以便在分析期間探測(cè)C的濃度。
全文摘要
一種分析儀，具有一個(gè)燃燒爐，該燃燒爐包括一個(gè)氣體流動(dòng)束，具有一個(gè)燃燒探測(cè)器在燃燒副產(chǎn)物的流束中和一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室用于接收燃燒的副產(chǎn)物，以及該鎮(zhèn)流室具有一個(gè)可移動(dòng)的活塞，它移動(dòng)以響應(yīng)燃燒副產(chǎn)物的引入。之后，來(lái)自鎮(zhèn)流室的一個(gè)等分樣品被迫通過(guò)探測(cè)元素用的探測(cè)器。本發(fā)明提供的分析方法包括使用燃燒副產(chǎn)物充填一個(gè)可變體積的鎮(zhèn)流室，直到探測(cè)到燃燒結(jié)束，隨后迫使至少一個(gè)來(lái)自可變體積的鎮(zhèn)流室的燃燒副產(chǎn)物的等分樣品進(jìn)入一個(gè)流動(dòng)路徑，此路徑包括感興趣的元素用的探測(cè)器。
文檔編號(hào)G01N21/71GK1768264SQ200480008370
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者J·C·米切爾, J·T·霍斯, M·A·哈特菲爾德 申請(qǐng)人:萊克公司