一种有机氚氧化燃烧管以及有机氚氧化燃烧方法

摘要

本发明提供一种有机氚氧化燃烧管以及有机氚氧化燃烧方法。该有机氚氧化燃烧管包括：划分为第一部分和第二部分的长石英管，第一部分设置有样品舟，构成样品燃烧区；以及容置于第二部分的短石英管，内部填充有催化剂，构成催化氧化区；其中，样品燃烧区和催化氧化区分别由加热装置加热，第一部分的管子末端构成为第一进气口，第二部分的管壁上设有第二进气口和排气口。本发明利用此有机氚氧化燃烧管实现的有机氚氧化燃烧方法可以进行两端通气，从而保证样品燃烧区氧气含量低，催化氧化区氧气含量高，有效防止样品处理过程中产生明火燃烧、样品氧化不充分等问题，生成水颜色清澈，且样品处理量大；所述装置结构合理，催化剂更换方便，安全实用高效。

权利要求

1.一种有机氚氧化燃烧管，其特征在于，包括：

沿着长度方向划分为第一部分和第二部分的长石英管，在所述第一部分内设置有样品舟，构成样品燃烧区；以及容置于所述长石英管的第二部分的内部的短石英管，所述短石英管朝向第一部分敞开，所述短石英管内填充有催化剂，构成催化氧化区，所述短石英管内填充的催化剂两端分别通过石英孔板和石英棉夹紧；

其中，所述样品燃烧区和催化氧化区分别由可控温的加热装置加热，所述长石英管的第一部分的管子末端构成为第一进气口以供氧气和载气进入所述样品燃烧区，所述长石英管的第二部分的管壁上设有第二进气口和排气口，所述第二进气口设置在所述第一进气口和所述排气口之间，所述第二进气口与所述长石英管和短石英管的管壁之间的间隙连通以供氧气通过该间隙进入所述催化氧化区，所述长石英管和短石英管的管壁之间的间隙为1-

4mm，所述短石英管上设有与所述排气口对应的开口，所述短石英管的远离所述第一部分的末端通过无孔石英板封闭，在所述长石英管的第一部分的临近第一进气口处设有流量二极管，所述第二进气口与所述排气口之间的长石英管与短石英管之间的间隙通过玻璃磨口密封，所述长石英管和短石英管通过夹紧装置固定。

2.一种有机氚氧化燃烧方法，其特征在于，包括：

a)提供一种根据权利要求1所述的有机氚氧化燃烧管，在样品舟中装入样品；

b)通过可控温的加热装置采用一定的加热程序分别对样品燃烧区和催化氧化区进行加热，同时调节通过第一进气口进入样品燃烧区的氧气和载气的流量，以及通过第二进气口进入所述催化氧化区的氧气的流量，使所述样品燃烧区中的样品在低氧条件下燃烧，样品经过燃烧获得的完全燃烧产物和未完全燃烧产物进入催化氧化区，使所述未完全燃烧产物经过催化剂在高氧条件下进行充分氧化；

c)样品经过充分氧化燃烧后的产物由乙醇-液氮冷阱冷凝收集；

所述步骤b)还包括：

在样品燃烧前，仅对催化氧化区进行加热，使催化剂保持在380℃-500℃之间，同时，分别从第一进气口和第二进气口通入气体进行冲洗，使第一进气口进入的氧气与载气的流量分别为0.1-0.2L/min和0.8-0.9L/min，第二进气口进入的氧气的流量为0.4-0.6L/min；

在所述冲洗的过程中，针对碳含量≤50％的样品，第一进气口进入的氧气含量为10％-

20％；针对碳含量>50％的样品，第一进气口进入的氧气含量为20％-30％；

所述步骤b)还包括：

经过所述冲洗之后，保持从所述第一进气口和第二进气口通入气体的流量不变，对样品燃烧区进行加热使样品燃烧，当温度达到550-650℃时，进一步调节使通过第一进气口进入的氧气与载气的流量分别为0.8-1.0L/min和0-0.2L/min，使剩余样品充分燃烧，通过第二进气口进入的氧气的流量保持不变，直至温度到达750-850℃，保持一段时间至样品燃烧完全。

说明书

一种有机氚氧化燃烧管以及有机氚氧化燃烧方法

技术领域

[0001] 本发明涉及有机氚活度测定领域，更具体地涉及一种有机氚氧化燃烧管以及有机氚氧化燃烧方法。

背景技术

[0002] 有机氚活度测量的过程是生物样品经冷冻干燥、高温氧化燃烧、收集生成水、最后液闪测定生成水中的氚活度。在这一系列的过程中的难点之一则是如何实现有机氚的充分氧化和生成水的完全捕集。目前，有机氚的氧化燃烧和生成水的捕集方面仍存在一些问题，如生物样品易产生明火燃烧、石英氧化燃烧管易爆裂、样品氧化不完全、未完全燃烧产物积至氧化燃烧管进气端管壁、样品处理效率低等。

[0003] 现有技术中已有多种有机氚氧化燃烧装置问世，但是这些装置由于只能一端通气，而容易引起样品爆燃，进而导致管内压力骤增有爆裂风险，同时产生大量未完全燃烧产物，使得催化氧化区来不及氧化，从而造成氧化燃烧失败。

[0004] 因此，有必要提供一种新的有机氚氧化燃烧装置以及相应的有机氚氧化燃烧方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种有机氚氧化燃烧管以及有机氚氧化燃烧方法，从而解决现有技术中的容易产生明火燃烧、氧化燃烧管爆裂风险、氧化不充分的缺陷。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

[0007] 根据本发明的第一方面，提供一种有机氚氧化燃烧管，包括：沿着长度方向划分为第一部分和第二部分的长石英管，在所述第一部分内设置有样品舟，构成样品燃烧区；以及容置于所述长石英管的第二部分的内部的短石英管，所述短石英管朝向第一部分敞开，所述短石英管内填充有催化剂，构成催化氧化区；其中，所述样品燃烧区和催化氧化区分别由可控温的加热装置加热，所述长石英管的第一部分的管子末端构成为第一进气口以供氧气和载气进入所述样品燃烧区，所述长石英管的第二部分的管壁上设有第二进气口和排气口，所述第二进气口与所述长石英管和短石英管的管壁之间的间隙连通以供氧气进入所述催化氧化区，所述短石英管上设有与所述排气口对应的开口，所述短石英管的远离第一部分的末端通过无孔石英板封闭。

[0008] 通过无孔石英板封闭，使得气体经过催化氧化区之后只能进入排气口，将气体导入后续收集系统，实现有机氚的收集，以备后续测量。

[0009] 在所述长石英管的第一部分的的临近第一进气口处设有流量二极管。

[0010] 在所述样品燃烧区和催化氧化区之间设有朝着所述催化氧化区突出的导气口。较佳地为喇叭状导气口。

[0011] 所述长石英管和短石英管的管壁之间的间隙为1-4mm。较佳地为2-3mm。

[0012] 所述长石英管和短石英管在所述第二部分的管子末端处通过夹紧装置固定。

[0013] 所述短石英管内填充的催化剂两端分别通过石英孔板和石英棉夹紧。防止气体在流量大的条件下从催化剂和反应器器壁等处的缝隙直接通过，不经过催化剂催化。

[0014] 本发明中优选使用锰铈催化剂或钯催化剂，较佳地为球形，其催化温度为380-500℃，优选为450℃，且装填密实，而现有技术中采用的螺旋状的氧化铜丝，其催化温度高达850℃，若氧化燃烧管后端接有机橡胶管，则容易受高温影响产生有机污染，并且容易短路。

[0015] 所述第二进气口设置在所述第一进气口和所述排气口之间，所述第二进气口与所述排气口之间的长石英管与短石英管之间的间隙通过玻璃磨口密封。

[0016] 根据本发明，该装置所适用的样品包括植物叶片、果实、动物组织、土壤等各种环境样品。

[0017] 根据本发明的第二方面，提供一种有机氚氧化燃烧方法，包括：a)提供一种如上所述的有机氚氧化燃烧管，在样品舟中装入样品；b)通过可控温的加热装置采用一定的加热程序分别对样品燃烧区和催化氧化区进行加热，同时调节通过第一进气口进入样品燃烧区的氧气和载气的流量，以及通过第二进气口进入所述催化氧化区的氧气的流量，使所述样品燃烧区中的样品在低氧条件下燃烧，样品经过燃烧获得的完全燃烧产物和未完全燃烧产物进入催化氧化区，使所述未完全燃烧产物经过催化剂在高氧条件下进行充分氧化；c)样品经过充分氧化燃烧后的产物由乙醇-液氮冷阱冷凝收集。

[0018] 根据该方法可以进行两端通气，样品燃烧区氧气含量低，催化氧化区氧气含量高，有效防止了样品处理过程中产生明火燃烧、样品氧化不充分等问题。

[0019] 样品经过燃烧获得的完全燃烧产物和未完全燃烧产物在流量二极管的作用下单向流动进入催化氧化区。

[0020] 所述步骤b)还包括：在样品燃烧前，仅对催化氧化区进行加热，使催化剂保持在380℃-500℃之间，同时，分别从第一进气口和第二进气口通气进行冲洗，使第一进气口进入的氧气与载气的流量分别为0.1-0.2L/min和0.8-0.9L/min，第二进气口进入的氧气的流量为0.4-0.6L/min。

[0021] 优选地，在所述冲洗的过程中，针对碳含量≤50％的样品，第一进气口进入的氧气含量为10％-20％；针对碳含量>50％的样品，第一进气口进入的氧气含量为20％-30％。

[0022] 优选地，所述步骤b)还包括：经过充分冲洗之后，保持气体的流量不变，对样品燃烧区进行加热使样品燃烧，当温度达到550-650℃时，较佳地为600℃时，进一步调节使通过第一进气口进入的氧气与载气的流量分别为0.8-1.0L/min和0-0.2L/min，使剩余样品充分燃烧，通过第二进气口进入的氧气的流量保持不变，直至温度到达750-850℃，保持一段时间至样品燃烧完全。

[0023] 当样品燃烧区的温度达到600℃左右时，样品大部分已氧化或炭化，此时调节通过第一进气口进入的气体流量，使氧气流量大于载气流量，既可使剩余样品充分燃烧，又避免了发生爆燃的危险。

[0024] 根据本发明，载气可以是氮气、氩气、氦气等不燃气体中的一种。

[0025] 本发明所提供的方法的关键即在于对气体流量的控制，既保证样品燃烧区氧气含量足够低，使得样品不产生爆燃现象，又保证催化氧化区氧气含量足够高，使得未完全燃烧产物充分氧化。

[0026] 本发明相对现有技术的优点在于：

[0027] 本发明通过在样品燃烧区和催化氧化区分别设置第一进气口和第二进气口，实现两端通气，从而在样品燃烧区中通入低浓度氧气，抑制样品爆燃，避免了石英管的爆裂风险，而在催化氧化区通入高浓度氧气，使未完全氧化的燃烧产物在催化剂作用下和充足氧气条件下得到充分氧化；通过在长石英管的进气端设置流量二极管，阻止了气体向氧化燃烧管的进气端回流，防止部分未完全燃烧产物积至石英管进气端管壁而无法氧化；催化剂装填密实，可有效防止大流量气体条件下的不完全氧化，并且由于催化剂是装载在短石英管中，而短石英管又可方便地从长石英管中拆卸，因此使得更换催化剂易于操作；本发明的样品处理量大，高达40g干物质，在与现有技术相同的处理量下，本发明的装置氧化燃烧更加充分；本发明的样品燃烧区的气体流量高达1L/min，远远高于现有技术中的600ml/min；生物样品氧化燃烧完全，生成水颜色清澈，解决石英管爆裂、未完全燃烧产物沉积的问题。

附图说明

[0028] 图1是根据本发明的一个优选实施例的有机氚氧化燃烧管的结构示意图。

具体实施方式

[0029] 以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

[0030] 如图1所示，是根据本发明的一个优选实施例的有机氚氧化燃烧管，包括：沿着长度方向划分为第一部分(图中左侧)和第二部分(图中右侧)的长石英管1，以及容置于所述长石英管1的第二部分内部的短石英管2，该短石英管2朝向第一部分敞开，其中，在长石英管1的第一部分内设置有样品舟3和流量二极管4，构成样品燃烧区A；短石英管2内填充有催化剂5，催化剂5两端分别通过石英孔板6和优选为4cm厚的石英棉7夹紧，构成催化氧化区B。长石英管1和短石英管2在第二部分的管子末端(图中右侧)处通过三角夹9固定。

[0031] 其中，长石英管1的第一部分的管子末端(图中左侧)构成为第一进气口11，长石英管1的第二部分的管壁上设有第二进气口12和排气口13，第二进气口12位于第一进气口11和排气口13之间，装配好的长石英管1的内壁和短石英管2的外壁之间形成1-4mm的间隙，较佳地为2-3mm的间隙，该第二进气口12与该间隙连通以供氧气通过该间隙后经由短石英管2的敞开端进入催化氧化区B，短石英管2上还设有与排气口13对应的开口21，短石英管2在靠近长石英管1的第二部分的管子末端(图中右侧)部分还通过无孔石英板8封闭，使得氧化产物从该排气口13处排出。

[0032] 而位于第二进气口12与排气口13之间的长石英管1与短石英管2之间的间隙通过玻璃磨口密封，使通过第二进气口12进入的氧气仅能进入该进气口左侧的间隙而不能进入右侧的间隙中。具体地，较佳地可通过使该处的长石英管2的管壁稍厚一些，且有一定锥度，相应地，该处的短石英管也具有一定锥度，从而使两者相密封配合，避免氧气从该处进入排气口13。

[0033] 长石英管1的第一部分中的样品舟3用于放置待测量的样品，流量二极管4优选被放置于距离长石英管1的管子末端10-20cm处，较佳地为15cm处，阻止气体向第一进气口11回流，防止部分未完全燃烧产物积至长石英管1的第一进气口11附近的管壁而无法氧化。

[0034] 长石英管1的第一部分中在临近第二部分处还设有喇叭状的导气口14，用于将来自样品燃烧区A的氧气和载气以及燃烧产物导入催化氧化区B中。

[0035] 根据本发明的一个优选实施例，该有机氚氧化燃烧管的装配过程包括：首先将催化剂5放置于短石英管2内并通过有孔石英板6和石英棉7夹紧，然后将两石英管装配在一起，两石英管的玻璃磨口接合处涂抹真空油脂保证密封性，注意让短石英管2上的开口21与长石英管1上的排气口13重合，然后用三角夹7在右侧夹紧；将样品盛于样品舟3中送入样品燃烧区A，然后将流量二极管4放入，最后在进气口11处连接上带密封圈的金属法兰，用于进气。

[0036] 根据本发明，通过第一进气口11和第二进气口12通入的气体分别由三个流量计调节。

[0037] 根据本发明的另一优选实施例，本发明提供的有机氚氧化燃烧方法包括以下步骤：

[0038] S1：编辑加热程序：

[0039] 对样品燃烧区A的可控温管式电炉进行加热程序编辑，一般来说，对于不同有机氚氧化燃烧样品有不同加热程序。针对本实施例中的植物类样品，采用如表1所示的加热程序。

[0040] 表1样品燃烧区的加热程序

[0041]温度T 时间t
室温-110℃ 0.5h
110℃-400℃ 2.5h
400℃ 保持1h
400℃-800℃ 1.5h
800℃ 保持1h

[0042] S2：催化剂预热以及气体冲洗：

[0043] 开启催化氧化区B的可控温管式电炉，加热其中的催化剂5使其迅速被加热至450℃左右并保持，同时，分别从第一进气口11和第二进气口12通气进行冲洗，使第一进气口11进入的氧气与载气的流量分别为0.1-0.2L/min和0.8-0.9L/min，此时，氧气流量小于载气流量，避免在样品氧化燃烧过程中发生样品爆燃，第二进气口12进入的氧气的流量为0.4-0.6L/min，该冲洗过程进行约20min。

[0044] 在所述冲洗的过程中，针对碳含量≤50％的样品，第一进气口进入的氧气含量为10％-20％；针对碳含量>50％的样品，第一进气口进入的氧气含量为20％-30％。

[0045] S3：样品氧化燃烧：

[0046] 完成冲洗过程之后，保持气体的流量不变，开启样品燃烧区A的可控温管式电炉，对样品燃烧区A进行加热使样品燃烧，当温度达到600℃时，进一步调节使通过第一进气口11进入的氧气与载气的流量分别为0.8-1.0L/min和0-0.2L/min，使剩余样品充分燃烧，通过第二进气口12进入的氧气的流量保持不变，直至温度到达800℃，保持1h，生物样品全部变白成发松的状态。

[0047] S4：样品氧化燃烧生成的产物由乙醇-液氮冷阱冷凝收集，待液闪测量。

[0048] 本发明这样设计的目的在于，装置可以往催化氧化区额外补充氧气，使得样品燃烧区进入的氧气量减少，使生物样品由于氧气含量低而不会产生明火燃烧，从而避免了由于样品燃烧区内气体压强骤增而导致的石英管爆裂，从催化氧化区补充氧气可以使得未完全氧化的燃烧产物在催化剂作用下和充足氧气条件下完全氧化。

[0049] 因此，本发明不仅提供了一种结构合理，使用方便的有机氚氧化燃烧管，还提供了一种处理样品效率高，效果理想的有机氚氧化燃烧方法。

[0050] 以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。