CN101113968A - 利用离子迁移谱仪在线测定易制毒化学品的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种利用离子迁移谱仪在线测定易制毒化学品的方法，采用空气作为样品气体和漂移气体，应用PDMS膜进样、紫外灯电离、非放射性离子迁移谱在线检测分析易制毒化学品。其装置组成为：一样品进气管通过一富集膜与离子迁移谱仪的离子化室连接；离子迁移谱仪的离子化室内安装有紫外灯作为电离源；离子迁移谱仪的离子化室一侧设有一废气出气口，相对应的另一侧设有一样品载气进气口；在离子迁移谱仪的迁移管内检测端设有漂移气进气口，形成离子迁移谱仪内气路的自循环；废气出气口连接一分子筛净化器，将废气净化为净化气，该净化气分别进入离子化室和迁移管；其中进入离子化室的净化气为样品载气，进入漂移气进气口的净化气为迁移管的漂移气。

Description

利用离子迁移谱仪在线测定易制毒化学品的方法及装置

技术领域

本发明涉及利用离子迁移谱仪在线测定易制毒化学品的方法。

本发明还涉及用于实现上述方法的装置。

背景技术

自上世纪90年代以来，随着国际间冰毒、摇头丸等合成毒品滥用问题的不断发展蔓延，中国易制毒化学品流入非法渠道用于制毒问题也日益严重。发展一种快速简易的在线测定易制毒化学品的方法对于进一步依法严格易制毒化学品管理，保障合法的生产经营活动，防止流入非法渠道用于制造毒品，从源头上减少毒品生产，降低毒品危害，将起到十分重要的作用。

离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry，IMS)技术20世纪70年代出现的一种分离检测技术，与传统的质谱、色谱仪器相比，它具有结构简单，灵敏度高，分析快速可靠的特点。能够在大气环境中对微量物质进行检测，适于现场使用。因此可将该技术应用到易制毒化学品的在线检测。现有的离子迁移谱一般是以⁶³Ni放射性元素作为电离源，⁶³Ni电离环发射出的β粒子能力可高达到几十KeV，不但能够电离易制毒化学品分子，而且还会把N₂、O₂和水蒸汽电离，N₂、O₂和水蒸汽电离产生的离子很容易与样品气体分子发生离子分子反应，得到多种产物，从而使测得的谱线非常复杂。UV-IMS主要由离子化室、离子门、漂移区和检测器组成。样品由样品气体带入离子化室后被紫外灯照射电离产生分子离子，如式1所示：

A+hυ＝A⁺+e    (1)

离子在电场的驱使下通过周期性开启的离子门进入漂移区。在与逆流的中性漂移气体分子不断碰撞的过程中，由于这些离子在电场中各自迁移速率不同，使得不同的离子得到分离，先后到达收集极被检测。因此已知测试条件，通过确定迁移时间就可确定分析目标物质的存在，而应用峰面积或峰高可确定相应物质的浓度。

尽管其概念很简单，但是由于其是在大气压力下工作，漂移管内相关的气体分子、离子的运动规律十分复杂，使得IMS分析形成的谱图形状强烈依赖于分析条件，例如在迁移区的电场强度、需要分析的气体流量以及漂移气体的种类和流量。特别是在不同的温度和湿度等条件下，离子化产物会有很大的不同，这会导致IMS检测的效果差别很大。因此没有一个标准方法来应用IMS技术，并且每种分析必须单独研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用离子迁移谱在线测定易制毒化学品的方法。

本发明的又一目的在于提供一种实现上述方法的装置。

为实现上述目的，本发明提供的利用非放射性离子迁移谱在线分析易制毒品的方法，是将样品经一富集膜进入离子迁移谱仪的离子化室；离子化室中的电离源能量为10.6eV，使样品电离能低于10.6eV的分子电离进入迁移管内检测，能量高于10.6eV的分子排出离子化室。

所述的方法，其中样品气体为大气采样。

所述的方法，其中能量高于10.6eV的分子排出离子化室后，经过分子筛净化分流成两支气流，其中一支气流进入离子化室作为样品载气；另一支进入迁移管作为吹扫迁移管的漂移气。

本发明提供的用于实现上述方法的装置，其组成为：

一样品进气管通过一富集膜与离子迁移谱仪的离子化室连接，由该渗透膜的隔离，将离子迁移谱仪形成不受外界条件影响的封闭体系；

离子迁移谱仪的离子化室内安装有紫外灯作为电离源；

离子迁移谱仪的离子化室一侧设有一废气出气口，相对应的另一侧设有一样品载气进气口；在离子迁移谱仪的迁移管内检测端设有漂移气进气口，形成离子迁移谱仪内气路的自循环；

废气出气口连接一分子筛净化器，将废气净化为净化气，该净化气分别进入离子化室和迁移管；其中进入离子化室的净化气为样品载气，进入漂移气进气口的净化气为迁移管的清洁气；漂移气与样品载气之间的流量比为3∶1至5∶1。

所述的装置，其中富集膜为聚二甲基硅氧烷膜。

所述的装置，其中样品进气管连接一进气泵，以控制样品进气管的进样量。

所述的装置，其中进气泵连接一纯净气进气管，该纯净气进气管和样品进气管之间由一阀门控制切换。

所述的装置，其中进气泵为薄膜泵。

所述的装置，其中该阀门为电磁阀。

所述的装置，其中废气出气口连接一废气泵，以控制内气路的自循环速度。

所述的装置，其中废气泵为薄膜泵。

所述的装置，其中离子迁移谱仪工作温度为25-70℃，富集膜保持在30-50℃。

由于本发明具有直接从大气采样的接口设计，减小了连续测量中温度、空气湿度对灵敏度的影响，且分析时间小于1分钟。

附图说明

图1为本发明提供的装置示意图。

图2为实施例1测试的空气中纯易空气中纯易制毒化学品的紫外离子迁移谱图。

图3为实施例2测试的麻黄碱与丙酮混合物的紫外离子迁移谱图。

图4为实施例3测试的不同浓度的麻黄碱的紫外离子迁移谱图，从B到F浓度逐步增加1ppb-100ppb。

图5为实施例4测试的胡椒醛在不同温度下的紫外离子迁移谱图。

图6为实施例5测试的甲苯在不同的样品气体与漂移气体之比的谱图。

图7为实施例6测试的通过指数稀释得到不同浓度丙酮的紫外离子迁移谱图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作描述，为简明起见，其中涉及到的公知技术就没有作展开叙述。

本发明是将公知的离子迁移谱仪与外界之间设置一富集膜，从而使离子迁移谱谱仪形成一个不受外界环境影响的封闭系统，以消除外界温度、湿度的变化对检测的影响。在离子化室内采用真空紫外灯作为电离源，产生10.6ev的光子，可以电离电离能低于10.6ev的分子，却不能电离N₂、O₂和水蒸汽，从而大大减少了离子的种类，得到非常清晰的待测物的迁移谱图。

如图1所示，离子迁移谱仪的进气端设置一PDMS(聚二甲基硅氧烷)富集膜4。待测样品由进样泵2控制进样速度(该进样泵2可以采用公知的薄膜泵)，从样品进气管3进入样品室14，该待测样品中的待测成份通过富集膜4渗透进入离子化室13后，待测样品中能量低于10.6ev的分子被紫外灯电离而通过离子门5进入迁移管8，由法拉第盘9检测。

离子迁移谱仪的离子化室一侧设有一废气出气口13，进入离子化室中但未通过离子门5的气体(称为废气)，经废气出气口13排出，由分子筛净化器7进行过滤、干燥的净化处理。处理后的净化气通过分流器10分成样品载气11和漂移气12；其中样品载气11重新进入离子化室，作为载气将通过富集膜4的样品带入离子化室。漂移气12进入迁移管8，对迁移管8和法拉第盘9进行清洁吹扫，以便进行再一个测试品的检测。由此形成离子迁移谱仪内气路的自循环。上述的漂移气与样品载气之间的流量比控制在3∶1至5∶1。

为实现控制内气路的自循环速度，废气出气口13通过一废气泵6连接分子筛净化器7。该废气泵6可采用公知的薄膜泵。

当一个测试周期完成后，由一纯净气进气管1进入纯净气对富集膜4进行清扫，该纯净气进气管1和样品进气管3之间的切换由一阀门(公知技术，图中未示)控制。该纯净气进气管1的进气流速也是由进气泵2控制。阀门可采用公知的电磁阀。

本发明的装置中，离子迁移谱仪在开机时即通过纯净进气管1吸入经活性炭净化的空气冲洗PDMS富集膜4，同时在离子迁移谱仪的内部气体开始自循环，废气出气口13通过一个隔膜泵6吸入，通过分子筛净化器7净化后由一分流器10分成样品载气11和漂移气12。测定时，样品通过一个电磁阀切换到样品进气管3吸入进样品室14(图1箭头所示)，然后待测样品渗透通过PDMS富集膜4进入离子迁移谱仪的离子化室5被离子化。样品被紫外灯离子化后通过离子门5进入迁移管8，最后到达法拉第盘(9)被检测。检测完成后又通过电磁阀切换回纯净进气管1吸入活性炭净化的空气冲洗PDMS富集膜4。

本发明通过下述实施例子进一步描述。

测试结果以紫外离子迁移谱图的形式给出，其中横坐标以毫秒为单位，表示相应离子的在迁移管中的飞行时间，峰的强度以毫伏(mV)为单位。

在所有测试中所应用的电场强度均为311V/cm。为了有利于易制毒化学品渗透通过富集膜，进样系统保持在30-50℃，以提高仪器的检测灵敏度。

实施例一

针对空气中是否含有一种纯的易制毒化学品成分进行监测，所述测试应用净化后的空气作为样品气体和漂移气体。样品气体的流量为100ml/min，漂移气体的流量等于300ml/min，从而流量比为3∶1。另一隔膜泵从空气中吸入样品气的流量为500ml/min。膜进样室温度为50℃，迁移管温度为25℃，测试结果在图2中给出。

实施例二

针对含有丙酮作为故意加入的杂质时，利用本发明的分析条件测定麻黄碱样品。所述测试应用净化后的空气作为样品气体和漂移气体。样品气体的流量为100ml/min，漂移气体的流量等于300ml/min，从而流量比为3∶1。另一隔膜泵从空气中吸入样品气的流量为500ml/min。膜进样室温度为50℃，迁移管温度为25℃。测试结果在图3中给出。根据迁移时间可以很明显地区分出麻黄碱和丙酮。

实施例三

针对含有不同浓度的麻黄碱样品的空气进行测定。样品气体的流量为100ml/min，漂移气体的流量等于400ml/min，从而流量比为4∶1。另一隔膜泵从空气中吸入样品气的流量为500ml/min。膜进样室温度为50℃，迁移管温度为25℃。如图4所示，从图B到图F样品浓度递增，从B的一个峰增加到两个峰。这是由于样品浓度增加后出现了双分子峰。不过单分子峰作为主峰，它的迁移时间一直保持不变，可以根据主峰很容易判断出待测物的种类。

实施例四

图5是不同温度下测得的胡椒醛的离子迁移谱，漂移管工作温度从25℃到100℃。测量时样品气体的流量为100ml/min，漂移气体的流量等于300ml/min，膜进样室温度为30℃。由图中可以看出，待测物的成分和产量与温度有着密切的关系，温度低于70℃时，具有明显的分子离子峰。当温度上升到100℃时，出现了明显的杂质峰，说明待测物离子的成分发生了变化。因此测定时取70℃以下较好。

实施例五

图6是不同的样品气体流量和漂移气体流量比下测得的甲苯的离子迁移谱图，漂移管工作温度25℃。测量时样品气体的流量为100ml/min，漂移气体的流量等于300ml/min，膜进样室温度为50℃。由图中可以看出，当样品气体流量和漂移气体流量比为1∶1到1∶5时，迁移时间和信号强度基本保持不变，但是当样品气体流量和漂移气体流量比为1∶6时，信号强度减小，迁移时间后移。为了保持迁移管的洁净，因此控制漂移气体流量与样品气体流量之间的比等于3∶1到5∶1最佳。

实施例六

图7是通过指数稀释得到0.2ppm到100ppm丙酮的紫外离子迁移谱图，测量时漂移管工作温度30℃。样品气体的流量为100ml/min，漂移气体的流量等于300ml/min，膜进样室温度为50℃。由图中可以看出，通过本发明提供的方法，测定丙酮的线性范围可以达到3个数量级。

Claims (13)

1.一种利用离子迁移谱仪在线测定易制毒化学品的方法，将样品经一富集膜进入离子迁移谱仪的离子化室；离子化室中的电离源能量为10.6eV，使样品电离能低于10.6eV的分子电离进入迁移管内检测，能量高于10.6eV的分子排出离子化室。

2.如权利要求1所述的方法，其中样品气体为大气采样。

3.如权利要求1所述的方法，其中能量高于10.6eV的分子排出离子化室后，经过分子筛净化分流成两支气流，其中一支气流进入离子化室作为样品载气；另一支进入迁移管作为吹扫迁移管的漂移气。

4.用于实现权利要求1、2或3所述方法的装置，其组成为：

一样品进气管通过一富集膜与离子迁移谱仪的离子化室连接，由该渗透膜的隔离，将离子迁移谱仪形成不受外界条件影响的封闭体系；

离子迁移谱仪的离子化室内安装有紫外灯作为电离源；

离子迁移谱仪的离子化室一侧设有一废气出气口，相对应的另一侧设有一样品载气进气口；在离子迁移谱仪的迁移管内检测端设有漂移气进气口，形成离子迁移谱仪内气路的自循环；

废气出气口连接一分子筛净化器，将废气净化为净化气，该净化气分别进入离子化室和迁移管；其中进入离子化室的净化气为样品载气，进入漂移气进气口的净化气为迁移管的漂移气。

5.如权利要求4所述的装置，其中富集膜为聚二甲基硅氧烷膜。

6.如权利要求4所述的装置，其中样品进气管连接一进气泵，以控制样品进气管的进样量。

7.如权利要求6所述的装置，其中进气泵连接一纯净气进气管，该纯净气进气管和样品进气管之间由一阀门控制切换。

8.如权利要求6或7所述的装置，其中进气泵为薄膜泵。

9.如权利要求7所述的装置，其中该阀门为电磁阀。

10.如权利要求4所述的装置，其中废气出气口连接一废气泵，以控制内气路的自循环速度。

11.如权利要求10所述的装置，其中废气泵为薄膜泵。

12.如权利要求4所述的装置，其中离子迁移谱仪工作温度为25-70℃，富集膜保持在30-50℃。

13.如权利要求4所述的装置，其中漂移气与样品载气之间的流量比为3∶1至5∶1。

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