气相色谱柱温箱自锁机构的研究

邓金兰

摘 要：气相色谱箱自锁机构包括温控模块、加热装置、箱体和箱门，自锁机构与温控模块通信连接，温控模块根据箱体内部温度发出电信号并输送至自锁机构，自锁机构根据所述电信号来控制箱门的打开/关闭状态。

关键词：气相色谱箱；自锁机构；应用研究

中图分类号：TS206.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）13-0075-02

1 背景技术

气相色谱仪应用在火灾调查、石油、化工、生物化学、医药卫生、食品工业、环保等方面，气相色谱仪在我国的市场应用非常广泛。气相色谱法是用惰性气体作流动相，以固定液或固体吸附剂作为固定相的色谱法，它除用于定量和定性分析外，还能测定样品在固定相上的分配系数、活度系数、分子量和瑞盛比表面积等物理化学常数，简单的说就是一种对混合气体中各组成分进行分析检测的仪器[1]。

气相色谱仪中最重要的组成部分就是气相色谱柱温箱，气相色谱柱温箱的结构主要包括箱体、安装在箱体的色谱柱、温控模块以及加热装置，其工作过程是待检测的样品被送进柱温箱后，样品在色谱柱内流动相和固定相分配系数的不同而实现分离。

用气相色谱实验过程中，实验人员未等待柱温箱的温度下降后，误将柱箱门打开，很容易就将柱温箱里面的部件，例如熔断片、加热装置、传感器等部件损坏，进而造成气相色谱柱温箱不能够正常工作，并且有可能造成实验人员的安全问题。气相色谱柱温箱体自锁机构的应用，可以有效地防止以上问题的出现，促进产业的升级，提高我国气相色谱仪器技术水平，提高市场的竞争能力。

目前市上场上销售的气相色谱仪的柱温箱没有保护设施，实验人员的错误操作容易造成仪器的损坏，影响结果的稳定性。气相色谱箱自锁机构的研究的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种使用安全、工作条件更稳定的气相色谱仪。

2 国内外发展现状与趋势

中国市场是世界气相色谱仪厂商竞争最主要的区域，据统计现在国内使用最多的品牌是安捷伦、岛津、赛默飞世尔、戴安等，这几大品牌的产品在世界市场占有率超过50%，国内生产的气相色谱仪在国内市场占有率不到5%。销售额的差异说明我国气相色谱的产品質量和技术水平和国外气相色谱的水平还存在很大的差巨，我国气相色谱仪器的生产技术有待进一步的提高[2]。

近几年气相色谱技术的发展方向只要集中在综合性能的提高，及具体应用相结合的专用分析系统上或技术附件的开发，发展上总体进入了相对稳定的阶段，但各个功能安全的细节仍需要不断的提升。对于我国气相色谱仪器生产企业来说，如何研发出具有自主知识产权，不断提高改进现有技术水平，则成为其发展的主要方向[3]。

3 研究内容

3.1 气相色谱箱自锁机构通过以下技术方案实现：

提供一种气相色谱柱温箱，包括温控模块、加热装置、箱体和箱门，加热装置安装在箱体内，箱体与箱门通过转轴铰接，箱体和箱门之间设置有自锁机构，自锁机构与温控模块通信连接，温控模块根据箱体内部温度发出电信号并输送至自锁机构，自锁机构根据所述电信号来控制箱门的打开/关闭状态。

自锁机构包括自锁电路、与自锁电路连通的电磁铁，温控模块与自锁电路电连接并控制自锁电路的导通/断开，电磁铁安装在箱体，箱门安装有与电磁铁相吸附的吸附件。

电磁铁材料选用通电螺线管，设置两个电磁铁，分别安装在箱体靠近箱门的一面的内部上端部和下端部。电磁铁相吸附的吸附件选用铁片材料，色谱柱温箱还设置有散热装置，用于降低箱体内部的温度。温控模块包括温度传感器，用于检测箱体内部的温度并发出电信号，箱体为方形状。

采用上述方案，通过箱体和箱门之间设置有自锁机构，自锁机构与温控模块通信连接，温控模块根据箱体内部温度发出电信号并输送至自锁机构，自锁机构根据电信号来控制箱门的打开/关闭状态，这样只需给温控模块设定一个产生自锁效果的温度值，若检测到高于该温度值时，箱门实现自锁状态，这样就能够有效地避免了实验人员误开箱门的问题发生，延长了色谱柱温箱的使用寿命，提高了实验的稳定性和保障了实验人员的安全。

3.2 解决的关键问题

（1）箱体实现自锁采取的方式：除了采用电磁铁这种实现自锁的方式之外，还可以采用卡接、卡合等机械机构来控制箱体的自锁。（2）电磁铁材质的选择：优选的电磁铁为通电螺线管，价格便宜，通电后磁力始终，便于大批量生产。（3）电磁铁设计的数量和位置：优选的电磁铁两个，各个电磁铁安装在箱体靠近箱门的一面的内部，更加美观，并且不会实验结果产生影响；除了安装在内部，各个电磁铁安装在箱体靠近箱门的内侧面，便于安装和加工；电磁铁设置对称分布更好地保障了箱门和箱体紧闭的效果；吸附件选用铁片价格更便宜。（4）箱体自锁温度的准确控制：通过计量检测校准自锁温度，确保箱体自锁温度的准确控制。

3.3 建设指标

主要技术指标符合国家安全标准，气相色谱仪检测器性能和评价指标：箱体自锁温度的准确控制、基线噪声、灵敏度、检测限、响应时间和重复性。检定依据是JJG700-1999《气相色谱仪计量检定规程》。

4 技术路线

申请的气相色谱柱温箱自锁的研制的具体实施方式之一，如图1所示，包括温控模块5、加热装置4、箱体11和箱门12，加热装置4安装在箱体11内，箱体11与箱门12通过转轴铰接，箱体11和箱门12之间设置有自锁机构，自锁机构与温控模块5通信连接，温控模块5根据箱体11内部温度发出电信号并输送至自锁机构，自锁机构根据电信号来控制箱门12的打开/关闭状态。具体地，自锁机构包括自锁电路22、与自锁电路22连通的电磁铁21，温控模块5与自锁电路22电连接并控制自锁电路22的导通/断开，电磁铁21安装在箱体11，箱门12安装有与电磁铁21相吸附的吸附件3。

采用上述方案，通过箱体11和箱门12之间设置有自锁机构，自锁机构与温控模块5通信连接，温控模块5根据箱体11内部温度发出电信号并输送至自锁机构，自锁机构根据电信号来控制箱门12的打开/关闭状态，这样只需给温控模块5设定一个产生自锁效果的温度值，若检测到高于该温度值时，箱门12实现自锁状态，这样就能够有效地避免了实验人员误开箱门12的问题发生，延长了色谱柱温箱的使用寿命，提高了实验的稳定性和保障了实验人员的安全。

5 项目风险预测

（1）可能存在自锁温度控制不准确的风险，可以通过计量校准温度，消除该风险。（2）可能存在箱体门自锁不够密封的风险，可以通过初期多次重复测试和定期的多次重复测试，消除该风险。（3）国内外同类型产品的技术更新改进，本产品的收益可能不达预期。

此项目是基于操作气相色谱仪人员的安全出发的，避免了实验人员误开箱门的不安全问题，并有效的延长色谱柱、气相色谱仪的使用寿命，提高了实验的稳定性。因此项目风险较低，风险评估结果为可接受。

6 项目实施绩效

本项目的开发是以气相色谱仪的生产厂商和使用气相色谱仪的检验检测技术机构为对象的技术性研究，产品的研制会给气相色谱仪生产厂家及检验检测技术机构提供极大的发展空间，产生不可估计的影响。

参考文献

[1]武杰，庞增义等.气相色谱仪器系统[M].北京：化学工业出版社，2007：360.

[2]周雪彬.浅析气相色谱仪的应用现状及发展趋势[J].中国石油和化工标准与质量，2014，（2）：32.

[3]张宝玉.气相色谱仪的应用及发展趋势[J].生命科学仪器，2006，（4）：26-28.