CN102235946A

CN102235946A - 一种吹扫捕集-热解析装置

Info

Publication number: CN102235946A
Application number: CN 201010157997
Authority: CN
Inventors: 关亚风
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-11-09

Abstract

本发明涉及一种解析流路无阀切换、气体流路用常温阀切换的吹扫捕集-热解析装置。适合液体、固体样品或气体样品中挥发性有机化合物的吸附富集。方法原理是：样品中的挥发性组份在吹扫气体的带动下进入填装有吸附固定相的吸附柱中，挥发组份被吸附固定相吸附，吸附完毕后用热解吸或溶剂脱附的方法使被吸附的组份解析出来，进入色谱仪或其它分析系统中做分析。基本装置包括：一只稳压或温流阀，一只气体阻尼器、一只常温用六通2位阀、一个吹扫池、一只内径不同的微型三通、一只吸附柱、吸附富集柱的加热保温箱和一个解析组分样品传输管。

Description

一种吹扫捕集-热解析装置

技术领域

本发明涉及样品前处理领域，具体地涉及一种吹扫-捕集仪或吹扫捕集-热解析装置。

背景技术

在饮用水安全、环境保护、食品安全等领域，需要对地表水、地下水、饮用水、饮料、茶叶等农副产品、以及食品中所含挥发性有机污染物(VOCs)进行分析，并且设立了相应的国家标准。不同国家在不同时期采用不同形式的样品预处理技术，诸如液-液萃取，液-固萃取，吹扫-捕集，固相萃取，固相微萃取等技术来实现对样品中目标组份的选择性富集和解析，满足分析仪器对样品中目标组分检测限的要求。

吹扫捕集-热解析技术由于避免使用有机溶剂、对环境没有二次污染，而成为目前最常用的样品预处理技术，并且成为中国和发达国家的分析标准方法所指定的样品预处理技术。目前国际上商品化的吹扫捕集设备基本上被美国的Tekmar公司(现被美国Teledyne公司并购而成为TeledyneTekmar)和O.I.Analytical公司的产品所垄断。它们的产品使用吹扫技术--用气体提出液体中的挥发组分，捕集技术——用吸附柱将挥发性有机物吸附在填料表面，然后热解析，将VOCs传输到气相色谱仪中分离分析。它们的技术中都无例外地使用耐高温切换阀(六通、八通或十通阀)来实现捕集和热脱附功能转变时流路的切换，热解析的组分经过这个阀进入传输线。阀与吸附柱同时加热或者阀单独加热恒温，以避免对有机组分的吸附。即使在较高温度下，阀对化学性质活泼的组分仍有一定的吸附作用，导致这类组分部分损失。由于耐高温阀只有极少数厂家生产，而且需要气动或电动驱动才能实现自动控制，因此价格很高。这个阀还是个消耗品。既增加了仪器的制造成本，又增加了用户的运行成本。

另外一种方案是使用Dean-Switch原理的压差切换控制技术()，但是要使用至少4个流路控制和两个压力切换部件，如美国Agilent公司在二维气相色谱仪中使用的技术微孔板Dean-Switch和电子流量控制系统()，也可以用于吹扫捕集-热解析装置中。这种方案避免在热解析流路使用阀件，因此具有良好的惰性和避免死体积，但是设备成本仍然很高，甚至高于用阀直接切换的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种解析流路无阀切换的吹扫捕集-热解析装置，用微型三通和外置的普通六通阀替代耐高温切换阀，提高热解析路径的惰性，同时明显降低装置的成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种吹扫捕集-热解析装置，所述装置由稳流阀、稳压或稳流阀、气体阻尼器、六通2位阀、吹扫池、微型三通、吸附捕集柱、加热器、样品传输管)组成；

六通2位阀的①位通过管路与吹扫池出口相连，吹扫池入口通过管路经稳压或稳流阀)与外界辅助气A相连；

六通2位阀的②位通过管路与吸附捕集柱的一端相连，吸附捕集柱的另一端与微型三通的一端接口相连，微型三通的中间接口与样品传输管相连，微型三通的另一端接口与常规六通2位阀的⑤位相连；

六通2位阀的③位通过管路经稳流阀与外界辅助气B相连；六通2位阀的④位通过管路经气体阻尼器连接于③位和稳流阀间的管路上；六通2位阀的⑥位放空；

微型三通和吸附捕集柱置于加热器的加热区内，并且分别与吸附柱、六通阀和脱附样品的传输管气路相连。

本发明采用一只普通的六通2位阀和一只微型三通，利用稳流阀的恒流特性和样品传输管的阻力，切换六通阀改变辅助气B气体的流向，使辅助气主要吹扫吸附柱，另一路经过阻尼器后进入微型三通的b端吹扫，防止样品进入b端积存。热脱附样品经过微型三通即进入样品传输管，不需要经过切换阀。微型三通和吸附柱都位于加热箱内，而六通2位阀则位于箱外。

样品传输管的一端连接在微型三通的中间出口，另一端插入气相色谱仪的进样口内，或者放空；传输管的内径小于200微米，可以用弹性石英毛细管，毛细管外面用电热丝加热，并于电热丝外套有保温套构成。

所述的六通2位阀为转阀、膜阀或拉片阀，或是由6只二通阀或4只三通阀组合形成与六通2位阀相同的流路控制功能，或用八通2位阀或十通2位阀或2只4通阀来实现所需要的流路控制功能。

本发明具有如下优点：

本发明只使用1只稳流阀或电子流量控制器，1只气体阻尼器，1只普通六通2位阀和一个微型三通，就实现了热解析流路的无阀切换和流路的高惰性。本发明省去了1只耐高温多通阀，这种阀价格高昂，而且全世界只有极少数公司能够生产。这个阀占了商品的吹扫捕集-热解析仪硬件成本的1/3以上。所以本发明的吹扫捕集-热解析装置的成本比现有报道的技术都低得多。另一路稳压阀或稳流阀给样品池提供吹扫气体，将液体或固体样品中的可挥发组分吹扫出来，带入吸附柱中被吸附富集。由于加热箱内没有阀件，因此所需体积很小，所需要的加热功率也相应减小。进一步降低了制造成本并且降低了功率消耗。

本发明适合液体、固体样品或气体样品中挥发性有机化合物的吸附富集。方法原理是：样品中的挥发性组份在吹扫气体的带动下进入填装有吸附固定相的吸附柱中，挥发组份被吸附固定相吸附，吸附完毕后用热解吸或溶剂脱附的方法使被吸附的组份解析出来，进入色谱仪或其它分析系统中做分析。基本装置包括：一只稳压或温流阀，一只气体阻尼器、一只常温用六通2位阀、一个吹扫池、一只内径不同的微型三通、一只吸附柱、吸附富集柱的加热保温箱和一个解析组分样品传输管。通过转动六通2位阀改变微型三通两端的压差，实现吸附柱在吸附捕集-热脱的功能改变时对气体流路的切换，使得高温热解析的脱附气体流路中没有切换阀。不仅避免阀体对活性样品的吸附，而且避免使用价格昂贵的耐高温阀，提高系统可靠性并降低装置成本。本装置特别适合饮用水、地表水和低黏度液体样品中挥发性和半挥发性有机组分的吹扫-捕集，或对样品中挥发性组分的顶空吸附富集，用热解吸方法将吸附组分在线转移并传输至毛细管气相色谱中分离分析。

附图说明

图1是所发明的解析流路无阀切换的吹扫捕集-热解析装置原理图；图1a是对样品吹扫捕集时的流程图；图1b是热解析时的流程图；

图中：100-稳流阀或者电子流量调节器；102-气体阻尼器；200-六通2位阀；300-样品吹扫池；400-微型三通，其中a端连接吸附柱，b端连接六通阀；500-吸附柱；600-加热箱；700-样品传输管。

图2、吹扫-捕集-热解析-气相色谱分析水中VOC组分。

图3、分析水中萘、苊、芴、菲、蒽、荧蒽6个组分的谱图。

具体实施方式

如图1所示，本发明装置的具体操作如下。

一种吹扫捕集-热解析装置，由稳流阀100、稳压或稳流阀110、气体阻尼器102、常规六通2位阀200、吹扫池300、微型三通400、吸附捕集柱500、加热器600、样品传输管700组成；

六通2位阀200的①位通过管路与吹扫池300出口相连，吹扫池300入口通过管路经稳压或稳流阀110与外界辅助气A相连；

六通2位阀200的②位通过管路与吸附捕集柱500的一端相连，吸附捕集柱500的另一端与微型三通400的一端接口相连，微型三通400的中间接口与样品传输管700相连，微型三通400的另一端接口与六通2位阀200的⑤位相连；

六通2位阀200的③位通过管路经稳流阀100与外界辅助气B相连；六通2位阀200的④位通过管路经气体阻尼器102连接于③位和稳流阀100间的管路上；六通2位阀200的⑥位放空；

微型三通400和吸附捕集柱500置于加热器600的加热区内，并且分别与吸附柱、六通阀和脱附样品的传输管气路相连。

所述辅助气A进入吹扫池，经过吹扫样品后流出的气体经过六通阀(200)之后进入吸附柱(500)，吸附柱的出口流过微型三通的a端，由b端流出，如图1a所示；

吸附柱完成吸附后，加热器600启动加热，同时六通阀200转向位置2，流路如图1b所示，辅助气B吹扫吸附柱和微型三通的b端，使热解析的样品只流经微型三通的a端进入样品传输管700；

样品传输管700的一端连接在微型三通400的中间出口，另一端插入气相色谱仪的进样口内，或者放空；传输管的内径小于200微米，可以用弹性石英毛细管，毛细管外面用电热丝加热，并于电热丝外套有保温套构成。

吹扫-捕集开始时加热箱600处于常温，调整好稳流阀100的流量，使热解析的流量为1～10mL/min，具体值视色谱仪所用色谱柱的内径而定。调整好稳压或稳流阀110使样品吹扫气流量在10～100mL/min，具体值由吹扫条件设定。六通2位阀处于图1a的位置。将样品装入吹扫样品池300中，连接好与吹扫池的管路，开始吹扫。根据需要可以对吹扫池外加恒温。吹扫设定时间后，将六通2位阀转到图1b的位置，同时加热箱快速升温到热解析温度，解析出来的样品经过微型三通400和传输管700，进入气相色谱仪分离分析，或其它设备中。

本发明还适合直接萃取水样品中的半挥发有机组分(SVOC)，此的吸附柱要填充吸附剂颗粒较大的固定相、且疏松填充以减小对水流的阻力，或者集束型萃取柱(“一种集束毛细管固相微萃取装置”，专利申请号：200710159032.6)。水样品用辅助载气压力驱动，缓慢通过吸附柱，然后连续用气体吹扫吸附柱1分钟除水。然后将六通2位阀转向如图1b所示的位置，启动加热器使加热箱快速升温，热脱附的组分通过微型三通和样品传输管进入气相色谱仪或其它设备中。

实施例1：

取加C₂～C₄的VOC标样的水样品25mL于吹扫瓶300中，调整(110)使吹扫气体流量在60mL/min，调整(100)流量在5mL/min，吹扫6min。吸附柱为OV-1+Tenax+碳分子筛，热解析温度290℃，传输管外热温度200℃，用Agilent 6890Plus分析，分析谱图如图2所示。

组分	保留时间(min)	组分	保留时间(min)
				乙烷	1.922	正丁烷	6.767
乙烯	2.928	乙炔	7.690
				丙烷	3.877	反-2-丁烯	9.365
丙烯	5.837	1-丁烯	9.798
				异丁烷	6.448	顺-2-丁烯	10.949
		1，3-丁二烯	15.924

实施例2：

利用本发明装置，用涂渍聚甲基硅氧烷酮的集束毛细管萃取柱作为吸附柱，直接萃取水中的痕量多环芳烃等有机污染物。用萘、苊、芴、菲、蒽、荧蒽六种多环芳烃配制成每种含20μg/L水标样200mL。样品吹扫池更换成直接进水样品的气压式样品瓶，萃取柱的脱附温度280℃，传输管外套加热210℃。用Agilent 6890Plus分析，分析谱图如图3所示。

Claims

1.一种吹扫捕集-热解析装置，其特征在于：所述装置由稳流阀(100)、稳压或稳流阀(110)、气体阻尼器(102)、六通2位阀(200)、吹扫池(300)、微型三通(400)、吸附捕集柱(500)、加热器(600)、样品传输管(700)组成；

六通2位阀(200)的①位通过管路与吹扫池(300)出口相连，吹扫池(300)入口通过管路经稳压或稳流阀(110)与外界辅助气A相连；

六通2位阀(200)的②位通过管路与吸附捕集柱(500)的一端相连，吸附捕集柱(500)的另一端与微型三通(400)的一端接口相连，微型三通(400)的中间接口与样品传输管(700)相连，微型三通(400)的另一端接口与六通2位阀(200)的⑤位相连；

六通2位阀(200)的③位通过管路经稳流阀(100)与外界辅助气B相连；六通2位阀(200)的④位通过管路经气体阻尼器(102)连接于③位和稳流阀(100)间的管路上；六通2位阀(200)的⑥位放空；

微型三通(400)和吸附捕集柱(500)置于加热器(600)的加热区内，并且分别与吸附柱、六通阀和脱附样品的传输管气路相连。

2.根据权利要求1所述的吹扫捕集-热解析装置，其特征在于：样品传输管(700)的一端连接在微型三通(400)的中间出口，另一端插入气相色谱仪的进样口内，或者放空；传输管的内径小于200微米，可以用弹性石英毛细管，毛细管外面用电热丝加热，并于电热丝外套有保温套构成。

3.根据权利要求1所述的吹扫捕集-热解析装置，其特征在于：所述的六通2位阀(200)为转阀、膜阀或拉片阀，或是由6只二通阀或4只三通阀组合形成与六通2位阀相同的流路控制功能，或用八通2位阀或十通2位阀或2只4通阀来实现所需要的流路控制功能。