一种符合人体工学进样装置的设计

徐艺容 杨俊波 李豪 李彤 刘洋

云南电网有限责任公司昆明供电局 云南 昆明 650000

摘要：本文介绍了一种符合人体工学的新型进样装置。该装置提供了一种简便、快速、可靠的气相色谱进样方式，与传统的气相色谱进样注射装置不同的是该新型进样装置更加符合人体工学，更便于实验人员操作，并且解决了一系列传统进样装置存在的问题，使得进样结果更加精准稳定可控。

关键词：进样装置；人体工学；稳定可控

Design of an Ergonomic sampling device

XU Yirong, YANG Junbo, LI Hao, L Tong, LIU Yang, HU Pengwei, RAN Yuqi, XU Zehao, HE Yanqi, ZHAO Yinjie, ZHONG Xing, WANG Qingbo

(Kunming Electric Power Supply Bureau, Yunnan, Kunming, 650000)

Abstract: This paper introduces a new type of injection device which accords with ergonomics. The device provides a simple, fast and reliable gas chromatographic injection mode. Different from the traditional gas chromatographic injection device, the new type of injection device is more ergonomic and more convenient for the experimenter to operate, a series of problems of the traditional injection device are solved, which makes the injection result more accurate, stable and controllable.

Keywords: Injection Device ; Ergonomics ; Stability and controllability

1. 前言

气相色谱主要由气路系统、进样系统、分离系统、检测及温控系统、记录系统组成，主要利用物质的极性、沸点等特性差异来实现混合物的分离^[1]，气相色谱技术已成为目前石油化工、食品安全等领域应用最为广泛的检测技术，在电力行业，气相色谱技术已被广泛用于油气组分的定性和定量分析^[2]。

大量研究表明，对于气相色谱而言进样系统的稳定性对于检测结果的准确性有着至关重要的影响。目前，在通常情况下，气相色谱进样主要运用针管注射装置并以人工手动注射为主要进样方式，虽然该种进样方式简便灵活，但是也存在着许多弊端和缺陷^[3]。

为此，我们在现有针管注射装置的基础上，结合实验人员的操作习惯，改进了现有针管注射装置的弊端和缺陷。 我们的设计方案在实例中也得到了有效验证，确保了进样的实用性和方便性，同时也大幅度提升了实验的重复性。

2. 进样装置的设计

2.1传统进样装置缺陷分析

首先，传统进样时，实验人员需要双手拿握注射装置，以确保注射装置筒塞不会下滑以及确保进样时注射装置的稳定。其次，对于注射装置的读数可能会由于刻度线不清晰或是实验人员不正确的读数方法或读数习惯而产生一定的误差。然后，由于气相色谱仪内部存在一定的气压，注射完毕后需要用力按紧注射装置筒塞，防止其不会被气相色谱仪内部气压顶出。此外，转移过程中可能会出现气体逸漏的风险并且由于不同实验人员的操作习惯可能会导致实验重复性较差。

2.2进样装置结构

基于上述问题，我们对进样装置进行了改造。

进样装置的构造图见图1。

图中1为本发明的镜面辅助读数装置，2为本发明的人工力学持握装置，3为本发明的向下卡锁装置，4为本发明的向上卡锁装置，5为本发明的筒塞装置，6为本发明的针筒装置，7为本发明的照明辅助装置，8为本发明的镜面背景板，9为本发明的进样塞装置

从构造图中可以看出，我们在普通的针管注射装置的基础上增加了手持握把、可调节定位装置、卡锁装置、读书照明装置。

手持握把可以在一定程度上方便进样操作、规范进样手法且提升实验重复性。首先手持握把的设计完全符合实验人员的手型和操作习惯，避免了因拿握不稳而打碎注射装置情况的发生。同时，由于注射装置针头细长的特点，在进样过程中很容易因为实验人员注射手法的原因而发生弯折，手持握把能使实验人员用力均匀而稳定，因此就能很好地解决这一问题。

读数照明装置由镜面背景板、辅助光源和一个便携式微小太阳能电源构成。镜面背景板位于刻度盘背面，是读数时的辅助装置，是一条细长的镜面，主要利用镜面反射原理，读数时，当刻度线与镜面内所反射的刻度线镜像重合时，就可精确读数，以此达到消除人为因素造成的读数误差。辅助光源位于进样装置针筒上部，在光线条件不足时便于读数、便于形成镜像。便携式微小太阳能电源便于随时为辅助光源充电。

卡索装置是整个进样装置设计中最关键的部件之一，分为上卡索和下卡索，上卡索为定位器顶部的一块磁铁，在取气取满时卡锁，防止筒塞意外滑动造成的气体逸散；下卡索能实现进样完毕后自动闭锁功能，避免针筒被气相色谱仪内部气压弹出，并且也可有效避免在转移过程中气体逸漏的情况。

可调节定位装置也是整个装置的关键部件，对于重复性定量进样实验，在进样前实验人员仅需根据具体进样量调节一次定位装置便可实现多次重复进样，避免多次繁复的操作，大幅提高实验效率的同时降低实验偏差，并且在进样前还可再次通过镜面定位线核对进样量，以保证进样量的准确性；对于单次进样实验，实验人员便可省略前一步骤，只通过镜面定位线核对进样量即可。

2.3 进样装置特点

与传统进样装置相比，本进样装置具有以下优点：

（1）本进样装置采用符合人体工程力学的结构设计，在进样时更加方便实验人员操作，使得上手更加容易，在减少操作时间的同时也减少了人为因素造成的误差。

（2）利用镜面反射原理增加读数的精准性，减小人工读数造成的误差，提高了读数的精确度。

（3）发明采用卡锁装置使得我们在取气进样时，不会造成气体的逸散，同时下部的卡锁装置使得我们进样完成后，不会造成色谱仪内部气压顶出筒塞的情况，确保实验的顺利进行。

（4）由于增加了照明辅助装置，可在光线昏暗时进行读数。

3. 性能验证

基于以上结构设计，我们进行了完整全面的性能验证。

首先，我们挑选了10名实验人员，对新型进样装置进行了进样测试，实验人员均表示新型进样装置比传统进样装置更好使用。

其
次，我们从所需进样时间上（以一次进样为准）与传统进样进样装置进行比较，从图2中可以发现使用新型进样装置进样所需时间比传统装置进样所需时间人均减少了近5%，并且还能保证实验人员进样的稳定性。

然后，我们进行了精确度和重复性的对比，通过表1可看出两种进样装置进样的精确度和重复性也有显著差别，使用新型进样装置的进样量明显更接近于标准值，这意味着在相同的实验条件下，使用新型进样装置可使进样量保持稳定，从而减小实验误差。

最后，我们改变实验条件，更换不同的实验人员和实验仪器，再次进行精确度和重复性的对比，从表2中得出的结论与之前相同，由此可见，新型进样装置确实能有效保证进样量的精确度。

表1 精确度对比表

表2 精确度对比表

总之，新型进样装置无论是从外观还是稳定性，精确度等性能方面，都要明显优异于传统的进样装置。

4. 结语

综上所述，该进样装置有效解决了目前手动进样存在的问题，在很大程度上降低了进样的误差，提高了气相色谱进样的精确度，使得进样步骤更加简便快捷，为进样装置的研究提供了新思路。

未来，进样装置一定会得到更进一步的发展，最终实现全自动可控进样。

参考文献

[1]武传珍，刘浩，鲁传宏. 气相色谱法直接测定车间空气中液化石油气[J]. 卫生防疫，2007，4（6）：95.

[2] 孙守罡. 气相色谱技术在油品分析中的应用探讨[J]. 新材料与新技术，2018,2（44）：71

[3] 周浩林，赵肃丽，张婕，胡平. 一种气相色谱质谱快速进样装置的设计[J]. 分析仪器,2014,1:23