本发明涉及一种高纯有机物纯度测量装置，特别涉及一种基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置。
背景技术：
目前，我国普遍采用气相色谱法测量有机物纯度，对纯度大于95％的有机物样品，其纯度测量不确定度为0.3％，并不能满足超净高纯有机物纯度的测量需求。凝固点下降法是基于溶剂的依数性原理，当稀溶液冷却到凝固点时,当只析出纯溶剂时,凝固点降低的数值与稀溶液中所含溶质的数量成正比，与溶质的种类无关。凝固点下降法适用于纯度在98％以上有机物纯度的测量，其扩展不确定度可达0.004％，且对于纯度越高的有机物样品，其准确性也更好。因此，凝固点下降法测量有机物纯度是一种准确可靠的经典的测量方法。
现有技术中尚没有可靠的基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种适用于凝固点下降法测量有机物纯度的高纯有机物纯度测量装置。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其特征是：包括杜瓦瓶、样品绝热环境提供单元、样品池，所述杜瓦瓶包括瓶体和与瓶体可拆卸连接的上盖，所述上盖的下部具有球缺形状的隔热真空室，所述隔热真空室的球冠面位于所述杜瓦瓶内部，所述上盖上设置有线路管、液氮液位计、液氮输送管、抽真空管、氮气泄压管，所述样品池内设置有加热器阱，所述加热器阱内设置有加热器，所述样品池的外侧设置有铂电阻温度传感器，所述样品池上设置有两根与其内部相通的毛细管，所述样品绝热环境包括设置在所述样品池外围的多层绝热屏和真空室，每层绝热屏外均缠绕有锰铜线作为加热器，所述样品池悬吊在最内层的绝热屏内，相邻的两层绝热屏中的内层绝热屏悬吊在外层绝热屏内，最外层的绝热屏悬吊在所述真空室内，所述真空室设置在所述杜瓦瓶内，所述真空室上部设有法兰密封连接，所述真空室与所述隔热真空室之间通过真空室连接管连通，在所述样品池与内层的绝热屏之间、相邻的绝热屏之间分别设置有多对反串的热电偶，样品池内的加热器、各热电偶、铂电阻温度传感器、各绝热屏的加热器的导线均通过所述真空室连接管和所述线路管引出至杜瓦瓶外部。
本发明中，设置在样品池的加热器阱内的加热器用于对样品池内的样品进行加热，设置在样品池外侧面的铂电阻传感器用于检测样品池的温度，设置在样品池外围的多层绝热屏和真空室用于给样品提供绝热环境，设置在样品池与绝热屏之间、绝热屏与绝热屏之间的热电偶用于测量温差，以便于控制样品池与绝热屏之间的温差为0.001℃。本发明使用时，液氮输送管与液氮供给装置连接，抽真空管与抽真空设备连接，样品池内的加热器、各热电偶、铂电阻温度传感器、各绝热屏的加热器分别连接样品熔化电功供给与测量单元和样品熔化温度测量单元，通过液氮供给装置向杜瓦瓶内通入液氮，利用液氮来降低杜瓦瓶内的温度，给样品提供低温测量环境，通过抽真空设备给真空室和隔热真空室抽真空，通过样品熔化电功供给与测量单元和样品熔化温度测量单元控制样品池的加热及进行数据采集。本发明中的隔热真空室在抽真空后，其球缺内形成真空，可有效降低杜瓦瓶内部与实验室环境的热量交换。本发明中的样品池上设置的两根毛细管用于洗净样品池，使用时，把其中一个毛细管接通高纯气体，通过高速气流把样品池中液体从另一个毛细管排出，经过多次操作洗净样品池。
进一步的，为便于连接及保证测量过程的安全性，所述杜瓦瓶的瓶体与上盖之间采用法兰连接。
进一步的，为保证真空室的密封性，所述真空室的上部法兰之间设置有聚四氟乙烯密封垫，两个法兰的密封面上分别设置有两道截面为三角形的密封环，两个法兰之间通过弹簧螺栓连接。通过法兰密封面上设置的两道截面为三角形的密封环与聚四氟乙烯密封垫进行配合可大大提高法兰密封效果，提高真空室的密封效果，将真空室与杜瓦瓶隔绝开来。两个法兰之间通过弹簧螺栓连接，利用弹簧螺栓压紧法兰，弹簧始终处于压紧状态，在整个试验过程中，弹簧螺栓自动施压，保持两个法兰的密封环一直压紧聚四氟乙烯密封垫，不会因为真空室的温度下降、抽真空等因素失效，保证真空室的密封性。
进一步的，所述真空室连接管一端与所述隔热真空室的底部固定连接，其另一端与所述真空室的上部的法兰固定连接。
进一步的，所述真空室、所述绝热屏均为圆筒状结构。
进一步的，所述液氮输送管通于所述杜瓦瓶的底部。
进一步的，所述铂电阻温度传感器通过胶粘结固定在所述样品池的外壁中心位置。
本发明的有益效果是：本发明通过采用杜瓦瓶，通过杜瓦瓶中的液氮及真空装置来提供试样的低温绝热环境，可减少试样在凝固点附近由于热辐射、空气对流造成的热量交换，以保证实验过程的准确可靠；真空环境下多层防辐射绝热屏的设计能够进一步提高样品池试样环境的绝热性能。本发明可为被测样品提供严格的绝热环境，具有极高的测量准确性和可靠性，可作为某些物质纯度测量的标准装置和标准物质的研发装置，用以实现纯度测量的量值溯源。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的结构示意图；
图2是图1中的样品池部分的结构示意图；
图3是本发明中的真空室的结构示意图；
图4是本发明中的真空室的法兰密封结构示意图；
图5是图4中的上法兰的示意图；
图6是图4中的下法兰的示意图；
图7是本发明具体实施方式中的仪表连接示意图；
图8是具体实施方式中未加入样品的空白样品池的时间-温度曲线；
图9是具体实施方式中加入苯的样品池的时间-温度曲线；
图10是具体实施方式中未加入样品的空白样品池的电功-温度曲线；
图11是具体实施方式中加入苯的样品池的电功-温度曲线；
图12是具体实施方式中内插法扣除空白样品池吸收热量的被测样品的电功-温度曲线；
图中，1、线路管，2、液氮液位计，3、液氮输送管；4、抽真空管；5、氮气泄压管；6、杜瓦瓶的上盖；7、螺栓；8、隔热真空室；9、真空室的球冠面；10、真空室连接管；11、真空室的法兰；111、真空室的下法兰，112、真空室的上法兰，12、弹簧螺栓；13、密封环；14、聚四氟乙烯密封垫；15、真空室；16、绝热屏；17、绝热屏吊线；18、支撑杆；19、绝热屏；20、毛细管；21、样品池；22、加热器阱，23、杜瓦瓶，24、铂电阻温度传感器，25、挂钩，26、加热器，27、热电偶。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如附图1-图6所示，一种基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其包括杜瓦瓶23、样品绝热环境提供单元、样品池21。所述杜瓦瓶23采用不锈钢板材加工而成，所述杜瓦瓶23包括瓶体和上盖6，瓶体与上盖6之间采用法兰连接结构形式，所述上盖6的下部具有球缺形状的隔热真空室8，所述隔热真空室8的球冠面9位于所述杜瓦瓶23内部。所述上盖6上设置有线路管1、液氮液位计2、液氮输送管3、抽真空管4、氮气泄压管5。优选，所述液氮输送管3通于所述杜瓦瓶23的底部。所述样品池21采用紫铜管加工，所述样品池21内设置有加热器阱22，所述加热器阱22内设置有加热器，用于加热样品。所述样品池21的外侧设置有铂电阻温度传感器24，优选，所述铂电阻温度传感器24的长度为样品池的四分之一，其通过胶粘结固定在所述样品池21的外壁中心位置。所述样品池21上设置有两根与其内部相通的毛细管20。两根毛细管20的作用是：用注射器把被测样品注入样品池中，把其中一个毛细管接通高纯气体，通过高速气流把样品池中液体从另一个毛细管排出，经过多次操作洗净样品池。所述样品绝热环境包括设置在所述样品池21外围的多层绝热屏和真空室15，绝热屏采用紫铜板加工而成，并镀镍增加光洁度，绝热屏优选为筒状结构。所述真空室15为筒状结构，所述真空室15上部设有法兰11，包括上法兰112和下法兰111，上法兰112和下法兰111之间设置有聚四氟乙烯密封垫14，上法兰112和下法兰111的密封面上分别设置有两道截面为三角形的密封环13，上法兰112和下法兰111之间通过弹簧螺栓12连接，弹簧始终处于压紧状态。所述真空室15设置在所述杜瓦瓶23内。在每个绝热屏侧面与上下底面上均涂敷一层耐低温导热绝缘漆，每层绝热屏外均缠绕有锰铜线作为加热器。所述样品池21通过其上部的挂钩25悬吊在最内层的绝热屏内，相邻的两层绝热屏中的内层绝热屏通过绝热屏吊线17悬挂在外层绝热屏上部设置的支撑杆18上，最外层的绝热屏悬吊在真空室15内，其悬挂在真空室15的下法兰上。在所述真空室15与所述隔热真空室8之间设置有真空室连接管10，真空室连接管10一端与所述隔热真空室8的底部固定连接，其另一端与所述真空室15的上法兰112固定连接，真空室15与隔热真空室8之间通过真空室连接管10连通。在所述样品池21与内层的绝热屏之间、相邻的绝热屏之间分别设置有多对反串的热电偶。样品池21内的加热器26、各热电偶、铂电阻温度传感器、各绝热屏的加热器的导线均通过所述真空室连接管10和所述线路管1引出至杜瓦瓶23外部。
如附图7所示，本发明使用时，设有温控仪、可编程恒流源、标准电阻、数据采集仪表与各加热器、热电偶、传感器连接。其中，绝热屏的加热器、样品池与绝热屏的热电偶均与温控仪连接，通过温控仪对样品池于绝热屏之间的温差进行控制；标准电阻与样品池内的加热器、数据采集仪表的电流通道串联，与其电压通道并联，然后连接可编程恒流源的电压输出端子，可编程恒流源与工控机连接。通过测量标准电阻两端的电压，加热时间与电阻标准值计算样品的加热电功。样品池的铂电阻温度传感器与温度测量仪表连接，温度测量仪表与工控机连接。
本实施例中，样品池21的加热器26与0.01欧标准电阻串联，通过是的科技的34970a型数据采集仪表采集标准电阻的电压，根据标准电阻的标准值计算出通过样品池的加热器26的电流。采用是的科技的34420a型七位半纳伏/微欧表采集样品池21的温度。采用是的科技的e3641a型可编程恒流源对样品池的加热器26提供电能。采用湖岸公司的350型温控仪(带3060热电偶卡)采集样品池与绝热屏间的温差、绝热屏与绝热屏间的温差，以及对绝热屏输出电能。当内层温度高于外层温度时，温差为负值。34420a型七位半纳伏/微欧表、e3641a型可编程恒流源通过r232接口与研华科技的610h型工控机连接，34970a型数据采集仪表、350型温控仪通过gpib接口与研华科技的610h型工控机连接。采用爱德华公司的next400型分子泵机组与真空室连接管连接。采用西亚公司的ydz-200型液氮罐与液氮输送管3连接。采用vbnet语言编写控制与分析软件，工作过程如下：启动软件，分别对软件注册信息、ni-visa安装信息、34420a型仪表、34970a型仪表、e3641a型仪表与350型仪表的通讯连接等进行检测，检测通过后进入测试界面，检测失败后给出信息。在测试界面上，首先对各个基本参数、控制参数进行设置，更新数据库信息。基本参数主要包括样品质量、样品摩尔质量、温差采集通道、电功输出通道、温度点、pid参数等；控制参数主要包括温度、温差温度范围与稳定时间，加热器电阻值、输出电压、输出电流、加热时间、数据采集个数与数据滤波范围等。向杜瓦瓶中通入液氮，温度降低到设置温度，打开真空阀，开启真空泵，把真空室15抽至真空度低于10-5bar。运行程序，软件开始对样品池的温度、样品池与绝热屏温差、绝热屏间温差进行判断，当样品池与绝热屏温差、绝热屏间温差大于设置温差时，350型温控仪启动电功输出，按照设置pid参数对输出电功大小调整，直到样品池温度稳定在设置时间与设置温度变化范围内，样品池与绝热屏温差、绝热屏间温差稳定在设置时间与设置温差变化范围内。停止温度与温差判断时钟，开启e3641a型可编程恒流源电功输出时钟，350型温控仪控制绝热屏温差追踪样品池温度，保持样品池与内绝热屏的温差在0.001℃，加热到设定加热时间时，关闭电功输出时钟，开启温度与温差判断时钟。电功输出过程采集初始的电功，中间电功与结束时的电功，取平均电功进行计算，加热时间取加热过程系统运行的时间参与计算。样品池的温度数据滤波为调整仪表采用电源的周期积分时间和限幅滤波相结合。标定不同温度点的样品池加热器电阻的阻值，得到电阻与温度的曲线，采用标定电阻值计算加热器放出的热量。样品的加热电功为相应温度下加样的加热电功扣除空白样品池的加热电功，测量软件首先对未加样品的空白样品池进行测量，获得不同温度下空白样品池需要的电功，然后再向样品池中加入样品，获得加样的样品池的电功，软件通过内插法对空白样品池加热电功进行扣除。图8是未加入样品的空白样品池的时间-温度曲线，图9是加入苯的样品池的时间-温度曲线，在图8与图9的过程曲线中，采集的每段线段是加热过程结束后，样品热量平衡过程的温度，设置样品温度稳定时间与温度范围，如300秒与0.01℃，满足条件后采集当前温度为平衡温度，然后进入下个加热过程。图10是未加入样品的空白样品池的电功-温度曲线，图11是加入苯的样品池的电功-温度曲线，在图10与图11的过程曲线中，空白样品池的加热电功与样品温度呈线性关系，加苯的样品池的加热电功与样品温度的固相与液相呈线性关系，固-液相温度变化很小。通过对固相数据与固-液相数据做切线交点为起始温度，对固-液相数据与液相数据做切线交点为终止温度。根据初始温度与终止温度，计算出熔化过程样品吸收的总热量，然后用每个温度对应的热量除以总热量获得不同温度下的熔化份数。采用熔化份数的倒数与温度做图，外推得到纯样品的熔点，再根据凝固点下降公式，计算出样品中杂质的含量。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。
1.一种基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其特征是：包括杜瓦瓶(23)、样品绝热环境提供单元、样品池(21)，所述杜瓦瓶(23)包括瓶体和与瓶体可拆卸连接的上盖(6)，所述上盖(6)的下部具有球缺形状的隔热真空室(8)，所述隔热真空室(8)的球冠面(9)位于所述杜瓦瓶(23)内部，所述上盖(6)上设置有线路管(1)、液氮液位计(2)、液氮输送管(3)、抽真空管(4)、氮气泄压管(5)，所述样品池(21)内设置有加热器阱(22)，所述加热器阱(22)内设置有加热器，所述样品池(21)的外侧设置有铂电阻温度传感器，所述样品池(21)上设置有两根与其内部相通的毛细管(20)，所述样品绝热环境包括设置在所述样品池(21)外围的多层绝热屏和真空室(15)，每层绝热屏外均缠绕有锰铜线作为加热器，所述样品池(21)悬吊在最内层的绝热屏内，相邻的两层绝热屏中的内层绝热屏悬吊在外层绝热屏内，最外层的绝热屏悬吊在所述真空室(15)内，所述真空室(15)设置在所述杜瓦瓶(23)内，所述真空室(15)上部设有法兰密封连接，所述真空室(15)与所述隔热真空室(8)之间通过真空室连接管(10)连通，在所述样品池(21)与内层的绝热屏之间、相邻的绝热屏之间分别设置有多对反串的热电偶，样品池(21)内的加热器、各热电偶、铂电阻温度传感器、各绝热屏的加热器的导线均通过所述真空室连接管(10)和所述线路管(1)引出至杜瓦瓶(23)外部。
2.根据权利要求1所述的基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其特征是：所述杜瓦瓶(23)的瓶体与上盖之间采用法兰连接。
3.根据权利要求1所述的基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其特征是：所述真空室(15)的上部法兰之间设置有聚四氟乙烯密封垫(14)，两个法兰的密封面上分别设置有两道截面为三角形的密封环(13)，两个法兰之间通过弹簧螺栓(12)连接。
4.根据权利要求3所述的基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其特征是：所述真空室连接管(10)一端与所述隔热真空室(8)的底部固定连接，其另一端与所述真空室(15)的上部的法兰固定连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其特征是：所述真空室(15)、所述绝热屏均为圆筒状结构。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其特征是：所述液氮输送管(3)通于所述杜瓦瓶(23)的底部。
7.根据权利要求1所述的基于凝固点下降法的高纯有机物纯度测量装置，其特征是：所述铂电阻温度传感器通过胶粘结固定在所述样品池(21)的外壁中心位置。
技术总结