本發(fā)明涉及一種便攜式氣相色譜儀，特別是涉及便攜式氣相色譜儀預(yù)濃縮管加熱電路及其方法。

背景技術(shù)：

氣相色譜法(gc)是常見(jiàn)類型的色譜法，它用于分離并分析能夠蒸發(fā)而高溫下不分解的化合物，在分析化學(xué)中用來(lái)對(duì)混合物進(jìn)行分析。使用過(guò)程中，載氣將進(jìn)樣口中已經(jīng)氣化的樣品推入到預(yù)濃縮管進(jìn)行冷凝富集后，在短時(shí)間內(nèi)將預(yù)濃縮管快速加熱，進(jìn)行熱解吸附?？焖偌訜峥梢越档蜆悠吩陬A(yù)濃縮管中殘留，保證儀器分析結(jié)果穩(wěn)定。

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在專利申請(qǐng)?zhí)?01310419737.2中公開(kāi)了一種熱解吸附裝置，由加熱管，內(nèi)襯管，密封圈，內(nèi)襯管壓帽，內(nèi)襯管底座，內(nèi)襯管底座絕熱環(huán)，解吸器底座，樣品傳輸管，解吸吹掃器氣路，解吸分流氣路，以及加熱絲和溫控元件組成。樣品的加熱通過(guò)加熱管和氣相色譜儀進(jìn)樣口共同完成，加熱時(shí)間1.5分鐘，加熱溫度250℃，并恒溫3分鐘。該發(fā)明存在兩個(gè)問(wèn)題：首先，該發(fā)明所公開(kāi)的裝置龐大且在便攜式氣相色譜儀中難以集成；其次，氣相色譜儀是精密儀器，對(duì)系統(tǒng)的清潔程度要求很高，由于該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需要現(xiàn)場(chǎng)連接氣路，容易對(duì)系統(tǒng)造成污染。最后，單次升溫加熱時(shí)間太長(zhǎng)不利于快速定量分析且該裝置只適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種便攜式氣相色譜儀預(yù)濃縮管加熱電路，它在不 影響氣相色譜儀其他電路的狀態(tài)下，可以減少預(yù)濃縮管加熱的時(shí)間，提高預(yù)濃縮管加熱的溫度，提高儀器靈敏度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面本發(fā)明提供一種預(yù)濃縮管加熱電路，該電路在工作狀態(tài)下首先從直流電源取電，并存貯在電容中，充電驅(qū)動(dòng)電路充電完成后終止充電過(guò)程并啟動(dòng)放電驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)電容放電對(duì)預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路包括預(yù)濃縮管、充電驅(qū)動(dòng)電路、放電驅(qū)動(dòng)電路、電容、第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)和電感；其中，充電驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)，從電源上獲取能量并存儲(chǔ)在電容中；在充電驅(qū)動(dòng)電路充電過(guò)程結(jié)束后斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)；同時(shí)，放電驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)通第二開(kāi)關(guān)，電容通過(guò)電感進(jìn)行放電，并對(duì)預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路還包括二極管。電容通過(guò)電感進(jìn)行放電，并對(duì)預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱后，同時(shí)存儲(chǔ)部分能量在所述電感中；當(dāng)電驅(qū)動(dòng)電路放電過(guò)程結(jié)束后，斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)；在電容和電感斷開(kāi)后，電感通過(guò)續(xù)流二極管繼續(xù)預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路還包括主控制器為所述電路提供充電驅(qū)動(dòng)信號(hào)和放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路的主控制器由單片機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和數(shù)字信號(hào)處理器中的一種實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路的第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)為nmos場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)；第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的第一端為源極，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的第二端為柵極，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的第三端為漏極。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路的充電驅(qū)動(dòng)電路和所述放電驅(qū)動(dòng)電路采用自舉升壓控制開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路中電感和二極管組成的續(xù)流回路在充電過(guò)程中繼續(xù)對(duì)預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱和在放電過(guò)程抑制電流尖峰。

優(yōu)選地，預(yù)濃縮管加熱電路對(duì)預(yù)濃縮管的加熱方式為多次循環(huán)加熱。

另一方面，本發(fā)明提供了一種預(yù)濃縮管快速加熱方法，該方法包括以下步驟：在工作狀態(tài)下從直流電源中吸取電能，并存貯在電容中；待充電完成后終止充電過(guò)程并啟動(dòng)放電過(guò)程，通過(guò)電容放電對(duì)預(yù)濃縮管進(jìn)行加熱。

本發(fā)明能夠減少預(yù)濃縮管加熱的時(shí)間，以及提高預(yù)濃縮管加熱的溫度和提高儀器靈敏度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種預(yù)濃縮管快速加熱電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示預(yù)濃縮管快速加熱電路的原理圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中關(guān)鍵信號(hào)在一個(gè)充放電周期的波形示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中預(yù)濃縮管電壓變化的實(shí)測(cè)波形圖；

圖5是是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種預(yù)濃縮管快速加熱電路方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種預(yù)濃縮管快速加熱電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，預(yù)濃縮管快速加熱電路包括、充電驅(qū)動(dòng)電路10、放電驅(qū)動(dòng)電路20、電容30、第一開(kāi)關(guān)51、第二開(kāi)關(guān)52、電感60和預(yù)濃縮管70；其中，充電驅(qū)動(dòng)電路10導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)51，從電源上獲取能量并存儲(chǔ)在電容30中；在充電驅(qū)動(dòng)電路10充電過(guò)程結(jié)束后斷開(kāi)所述第一開(kāi)關(guān)51；放電驅(qū)動(dòng)電路20導(dǎo)通第二開(kāi)關(guān)52，電容30通過(guò)電感60進(jìn)行放電，并對(duì)預(yù)濃縮管70進(jìn)行加熱。

本發(fā)明能夠減少預(yù)濃縮管加熱的時(shí)間，以及提高預(yù)濃縮管加熱的溫度和提高儀器靈敏度。

圖2是圖1所示預(yù)濃縮管快速加熱電路的原理圖。下面結(jié)合圖2具體介 紹本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)濃縮管快速加熱電路的工作原理。

充電驅(qū)動(dòng)電路10包括電解電容c1、電容c2、電阻r1、電阻r3、電阻r4和集成電路ic1。

放電驅(qū)動(dòng)電路20包括電容c3、電容c5、電阻r2、電阻r5、電阻r6、電阻r7、電阻r8、二極管d1、nmos管q3和集成電路ic2。

集成電路ic1和集成電路ic2為nmos管的驅(qū)動(dòng)芯片，當(dāng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，輸出低電平；當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，輸出高電平。

如圖2所示，集成電路ic1的1腳接電源，并且連接電解電容c1的正極，電解電容c1的負(fù)極接地；充電控制信號(hào)s1通過(guò)電阻r3和r4分壓后連接到集成電路ic1的2腳；集成電路ic1的3腳懸空；集成電路ic1的4腳接地；集成電路ic1的5腳、6腳連接，同時(shí)連接nmos管q1的源極、電阻r1、電容c3、nmos管q2的漏極和電解電容c4的正極，電解電容c4的負(fù)極接地；集成電路ic1的7腳接nmos管q1的柵極；集成電路ic1的8腳接電容c2，電容c2的另一端接電源，nmos管q1的漏極和電阻r1的一端接電源。

如圖2所示，集成電路ic2的1腳與5腳和6腳相連，同時(shí)接電容c5的一端、二極管d2的陰極、電感l(wèi)1的一端和nmos管q2的源極，二極管d2的陽(yáng)極接地；集成電路ic2的2腳接nmos管q3的漏極，同時(shí)接電阻r5的一端；集成電路ic2的3腳接r5的一端，同時(shí)接二極管d1的陰極和電容c5的一端，同時(shí)二極管d1的陽(yáng)極接15v電源；放電控制信號(hào)通過(guò)電阻r6和電阻r7分壓后接到nmos管q3的柵極，nmos管q3的源極接到電阻r8的一端，電阻r8的另一端接地；集成電路ic2的4腳接電容c3；集成電路ic2的7腳接電阻r2的一端，同時(shí)接nmos管q2的柵極；集成電路ic2的8腳接電阻r8的一端；預(yù)濃縮管的一端接電感l(wèi)1，另一端接地。

s1和s2為主控制器提供的兩路控制信號(hào)，主控制器可以是單片機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和數(shù)字信號(hào)處理器等。

28v電源從電容c1兩端輸入。

nmos管q1、nmos管q2和nmos管q3工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)是當(dāng)柵極為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)nmos管q1、nmos管q2和nmos管q3斷開(kāi)；當(dāng)柵極為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)nmos管q1、nmos管q2和nmos管q3導(dǎo)通。濃縮管快速加熱電路的電路工作可分為三個(gè)過(guò)程：?jiǎn)?dòng)過(guò)程、充電過(guò)程和放電過(guò)程。

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中關(guān)鍵信號(hào)在一個(gè)充放電周期的波形示意圖，圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中預(yù)濃縮管電壓變化的實(shí)測(cè)波形圖。

如圖3和圖4所示，電路上電后進(jìn)入啟動(dòng)過(guò)程，主控制器將充電驅(qū)動(dòng)信號(hào)s1設(shè)置為低電平，通過(guò)電阻r3與充電驅(qū)動(dòng)信號(hào)s1相連的集成電路ic1的2腳為低電平，集成電路ic1將7腳設(shè)置為低電平，與集成電路ic1的7腳相連的nmos管q1的柵極為低電平，因此開(kāi)關(guān)nmos管q1斷開(kāi)。同時(shí)，由nmos管q1控制的充電電路不工作。電源通過(guò)電阻r1對(duì)電解電容c4充電，使電解電容c4兩端電壓達(dá)到28v。

預(yù)濃縮管加熱流程啟動(dòng)后首先進(jìn)入放電過(guò)程。主控制器將放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)s2設(shè)置為低電平，通過(guò)電阻r6與放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)s2相連的nmos管q3的柵極為低電平，nmos管q3斷開(kāi)，則電阻r5和電阻r8斷開(kāi)，集成電路ic2的2腳通過(guò)二極管d1和電阻r5連接到電源，電阻r5遠(yuǎn)小于集成電路ic2的2腳的輸入阻抗，則集成電路ic2的2腳為高電平并且將7腳設(shè)置為高電平，與集成電路ic2的7腳相連的nmos管q2的柵極為高電平，開(kāi)關(guān)nmos管q2導(dǎo)通。電解電容c4通過(guò)開(kāi)關(guān)nmos管q2和電感l(wèi)1開(kāi)始放電，放電電流經(jīng)過(guò)預(yù)濃縮管并使預(yù)濃縮管開(kāi)始升溫。

放電過(guò)程結(jié)束后，主控制器將放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)s2設(shè)置為高電平，通過(guò)電阻r6與放電驅(qū)動(dòng)信號(hào)s2相連的nmos管q3的柵極為高電平，則nmos管q3導(dǎo)通，集成電路ic2的2腳電壓由電阻r5和電阻r8分壓提供。由于電阻r5遠(yuǎn)大于電阻r8，集成電路ic2的2腳為低電平并且將7腳設(shè)置為低電平，與集成電路ic2的7腳相連的nmos管q2的柵極為低電平，開(kāi)關(guān)nmos管q2斷開(kāi)。電感l(wèi)1通過(guò)二極管d2繼續(xù)放電加熱預(yù)濃縮管。

放電過(guò)程結(jié)束1微秒后啟動(dòng)充電過(guò)程，主控制器將充電驅(qū)動(dòng)信號(hào)s1設(shè)置為高電平，通過(guò)電阻r3與放充電驅(qū)動(dòng)信號(hào)s1相連的集成電路ic1的2腳為高電平。集成電路ic1將7腳設(shè)置為高電平，與集成電路ic1的7腳相連的nmos管q1的柵極為高電平，因此開(kāi)關(guān)nmos管q1導(dǎo)通。電源通過(guò)nmos管q1給電解電容c4充電。充電過(guò)程結(jié)束2微秒后啟動(dòng)放電過(guò)程。

以上描述了預(yù)濃縮管快速加熱電路工作過(guò)程，循環(huán)該過(guò)程可加熱預(yù)濃縮管，通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)次數(shù)使預(yù)濃縮管達(dá)到設(shè)定溫度。

圖5是是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種預(yù)濃縮管快速加熱電路方法的流程圖。如圖5所示，預(yù)濃縮管的加熱通過(guò)以下步驟完成：充電驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)通第一開(kāi)關(guān)，從電源上獲取能量并存儲(chǔ)在電容中；充電過(guò)程結(jié)束后斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)，延時(shí)2微秒后，通過(guò)放電驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)通第二開(kāi)關(guān)；電容通過(guò)電感放電，并對(duì)預(yù)濃縮管加熱，同時(shí)存儲(chǔ)部分能量在電感中；放電過(guò)程結(jié)束后斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)，同時(shí)斷開(kāi)電感和電容，電感通過(guò)續(xù)流二極管對(duì)預(yù)濃縮管繼續(xù)加熱。預(yù)濃縮管快速加熱電路充放電控制信號(hào)頻率為50khz，占空比2：3，預(yù)濃縮管加熱時(shí)間為60ms，預(yù)濃縮管溫度可達(dá)250℃。

本發(fā)明實(shí)施例解決了現(xiàn)有的熱解吸附裝置體積龐大，在便攜式氣相色譜儀中難以集成，容易對(duì)系統(tǒng)造成污染，以及單次升溫加熱時(shí)間太長(zhǎng)不利于快速定量分析等問(wèn)題。同時(shí)，本發(fā)明能夠減少預(yù)濃縮管加熱的時(shí)間，以及提高預(yù)濃縮管加熱的溫度和提高儀器靈敏度。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。