[發(fā)明專利]一種升華水汽及同位素分餾在線測量裝置及其測量方法

在審

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• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115684053A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 闞瑞峰;孟杰;曹乃亮;許振宇;姚路;李想;王興平;燕前葉;盧文振
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 袁由茂

本發(fā)明公開了一種升華水汽及同位素分餾在線測量裝置及其測量方法，它涉及對含水模擬月壤低溫升華水汽的收集，采用激光吸收光譜進(jìn)行在線測量水汽濃度及同位素組成的裝置和方法。它包括低溫升華單元，冷阱收集單元，溫控單元，激光光譜測量單元，電路控制及信號采集單元。其步驟包括含水模擬月壤不同低溫環(huán)境升華，冷阱收集升華水汽，空心管加熱提取水汽，激光光譜測量水含量和同位素組成。實(shí)現(xiàn)含水模擬月壤不同低溫工況下升華前后的水汽及同位素組成的在線測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光吸收光譜技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種升華水汽及同位素分餾在線測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)

在宇宙化學(xué)中，D/H比通常用于追蹤太陽系行星或小行星中水的來源。對月球水的含量和來源進(jìn)行探測對未來月球基地、載人探月活動提供重要支撐。但是目前對月球水冰的探測是基于鉆孔、樣品提取/轉(zhuǎn)移和加熱分析的步驟，考慮到月球表面存在的超高真空條件及在升溫提取、轉(zhuǎn)移的流程，存在樣品提取和轉(zhuǎn)移期間失去所有水冰含量的風(fēng)險。此外，如果期間只有部分水冰損失，會引入氫同位素的分餾，從而使殘余冰樣品的同位素分析不確定。因此，需要對含水月壤在不同低溫環(huán)境下由于升華造成的水汽含量變化及同位素分餾進(jìn)行研究。然而，以往國際上都是通過冷阱收集升華的水汽，然后轉(zhuǎn)移到質(zhì)譜儀中離線測量。這種方式操作復(fù)雜，設(shè)備價格昂貴，同時可能會在轉(zhuǎn)移過程中引入不必要的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種升華水汽及同位素分餾在線測量裝置及其測量方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一方面公開了一種升華水汽及同位素分餾在線測量裝置，包括：

樣品管；

低溫升華單元，其包括初級冷阱、次級冷阱、連接所述初級冷阱和次級冷阱的三通閥V1；

冷阱收集單元，其包括收集冷阱、連接所述收集冷阱和三通閥V1的開關(guān)閥V2；

光譜測量單元，其包括用于獲取激光吸收光譜數(shù)據(jù)的激光測量機(jī)構(gòu)、開關(guān)閥V3；所述激光測量機(jī)構(gòu)連接于開關(guān)閥V2和開關(guān)閥V3之間；

溫控單元，其用于對所述低溫升華單元、冷阱收集單元和光譜測量單元進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述收集冷阱包括收集腔室、收集管312，其中，所述收集管312設(shè)于收集腔室中，且，所述收集管312與開關(guān)閥V2的進(jìn)口端連接。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述初級冷阱和收集腔室中均充有液氮。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述次級冷阱中充有無水乙醇。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述激光測量機(jī)構(gòu)包括真空罐，以及，設(shè)于所述真空罐中的ICL激光器、光譜腔、溫度測量模塊、壓力測量模塊。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述壓力測量模塊包括用于監(jiān)控光譜腔內(nèi)水汽壓力的第一真空計(jì)、用于監(jiān)控真空罐內(nèi)壓力大小的第二真空計(jì)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：還包括與所述開關(guān)閥V3連接的真空泵。

本發(fā)明另一方面公開了入任一項(xiàng)所述的一種升華水汽及同位素分餾在線測量裝置的測量方法，包括以下步驟：

步驟A：將裝有樣品的樣品管置于初級冷阱中，使樣品管與三通閥V1的第一進(jìn)口連接，同時打開開關(guān)閥V2、開關(guān)閥V3；

步驟B：開啟真空泵抽真空，然后關(guān)閉開關(guān)閥V2和開關(guān)閥V3；

步驟C：將所述樣品管移入次級冷阱中，使樣品管與三通閥V1的第二進(jìn)口連接，樣品在次級冷阱中低溫升華，升華產(chǎn)生的水汽進(jìn)入收集管312中被收集；