CN103760283A - 一种吸附热解吸进样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸附热解吸进样装置，包括多位阀、富集管、色谱柱、流量调节单元和控制单元，所述富集管第一端口与所述多位阀相连，其特点是：所述吸附热解吸进样装置还包括压力调节单元和切换单元；所述压力调节单元的第一端口和第二端口分别与所述多位阀和所述色谱柱相连；所述切换单元设置在富集管第二端口与多位阀之间的流路上、并与所述压力调节单元的第三端口相连；所述切换单元在控制单元的控制下使多位阀选择性地与所述富集管第二端口或压力调节单元第三端口之间的流路相连通；所述流量调节单元设置在载气入口和切换单元之间的流路上。本发明还提供了一种吸附热解吸进样方法。本发明避免了预解吸过程中切阀产生的压力波动问题。

Description

一种吸附热解吸进样装置及方法

技术领域

本发明涉及一种进样装置及方法，尤其是一种吸附热解吸进样装置及方法。

背景技术

吸附热解吸是一种富集分析样品中挥发性和半挥发性组分的预处理技术，该方法不需使用任何有机溶剂，操作方便，灵敏度高，检测限达到10^-9级。目前该方法已应用于环境样品、食品饮料、药物、植物、矿物分析等多种领域，几乎任何含有挥发性有机物的样品都能使用该技术进行分析，大大拓展了气相色谱的分析范围。

吸附热解吸一般包括两个过程：吸附过程和热解吸过程。请参阅图1，吸附过程是用采样泵100吸入气体或惰性载气吹扫样品上方的挥发性组分使其通过填充特定吸附剂的采样管20，被测定的某些挥发性物质就会被吸附剂选择性的吸附，从而可以达到富集样品中的目标检测物质的目的。请参阅图2，热解吸过程就是将加热装置50对吸附了待检测物质的采样管20加热，使被吸附的物质解吸出来，由惰性载气高纯氮气或高纯氦气带入气相色谱仪中被色谱柱30分离并被检测器40检测。采样管20一般被称为吸附管或富集管。

目前常见热解吸进样方式有两种：

一种是直接进样，请参阅图2，样品加热的同时，载气直接将富集管解吸出来的目标物直接带入色谱柱。因为富集管加热升温到目标值需要一定的时间，而加热过程中载气会持续的将样品缓慢带入色谱柱，则这种进样方式会导致解吸到色谱柱中的目标物峰展宽较为严重，导致方法的检出限较差。

另一种方式包括预解吸步骤，请参阅图3和图4，通过一个多位阀60对气路进行切换，首先对富集管20进行升温预解吸，平衡一段时间后(此时载气不流过富集管)，样品在高温下先解吸在富集管中后再切阀进行气路切换，瞬间将富集管中的解吸好的目标物带入色谱柱30。

这种方式可以大大提高整个方法的检出限，但是，预解吸与解吸过程富集管所处流路完全不同，当多位阀切阀时会使富集管所在流路压力突变，导致柱前压波动明显，会影响进样的重复性。且如果样品中含有大量水分，预解吸过程中由于加热水汽膨胀，在进行解吸时，样品通过的管路温度会低于富集管预解吸时的温度，则会导致样品损失。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种可有效解决热解吸过程中出现的峰展宽问题，避免了预解吸过程中切阀产生的压力波动问题，并可防止预解吸过程中出现样品损失的吸附热解吸装置及方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种吸附热解吸进样装置，包括多位阀、富集管、色谱柱、流量调节单元和控制单元，所述富集管第一端口与所述多位阀相连，其特点是：所述吸附热解吸进样装置还包括压力调节单元和切换单元；

所述压力调节单元的第一端口和第二端口分别与所述多位阀和所述色谱柱相连；

所述切换单元设置在富集管第二端口与多位阀之间的流路上、并与所述压力调节单元的第三端口相连；

所述切换单元在控制单元的控制下使多位阀选择性地与所述富集管第二端口或压力调节单元第三端口之间的流路相连通；

所述流量调节单元设置在载气入口和切换单元之间的流路上。

作为优选，所述切换单元与富集管第二端口相连。

作为优选，所述切换单元与所述多位阀一次连接后与所述富集管第二端口相连。

进一步，所述压力调节单元包括压力传感器和比例阀。

进一步，所述流量调节单元为质量流量计。

作为优选，所述切换单元为三通阀。

进一步，所述多位阀为六通阀或十通阀。

进一步，在载气与多位阀相连通的流路上设置压力传感器。

本发明还提供了一种吸附热解吸进样方法，包括以下步骤：

A、富集管采样：

样品通入富集管进行采样；

B、预解吸：

所述富集管第一端口与色谱柱相连通，载气不经过富集管进入色谱柱；调节载气流量及流路压力，使柱前压平衡至与解吸进样状态下的压力一致；

控制单元控制对富集管加热实现样品解吸；

C、载气通入富集管将富集管内的样品带入色谱柱。

进一步，在步骤A中，采用上述任一所述的吸附热解吸进样装置；

切换单元接通富集管第二端口与多位阀之间的流路，使样品通入富集管进行采样；

在步骤B中，切换单元断开富集管第二端口与多位阀之间的流路、并接通多位阀与压力调节单元第三端口之间的流路，接通富集管第一端口与压力调节单元第一端口之间的流路，使载气不经过富集管进入色谱柱；

流量调节单元调节载气流量、压力调节单元调节压力，使柱前压平衡至与解吸进样状态下的压力一致；

在步骤C中，切换单元断开多位阀与压力调节单元第三端口之间的流路、并接通富集管第二端口与多位阀之间的流路，使载气通入富集管，载气将富集管内的样品从富集管第一端口带入色谱柱。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、创新的流路设计，可消除热解吸进样过程中多位阀切阀过程中压力波动问题，解决目前热解吸进样过程中产生的进样不稳定问题；

可进行稳定的预解吸进样，防止预解吸过程中出现样品损失，有效解决了热解吸过程中出现的峰展宽问题，可大大提高热脱附方法的重复性和检出限；

结合多位阀和电磁阀，以及电子流量和压力控制，可实现多种吸附热解吸的操作模式，包括富集管采样、预解吸和解吸进样等多种模式，满足不同条件下的应用。

附图说明

图1为背景技术中直接进样方式采样过程示意图；

图2为背景技术中直接进样方式解吸过程示意图；

图3为背景技术中通过采用多位阀进样的预解吸进样流路示意图；

图4为背景技术中通过采用多位阀进样的解吸进样流路示意图；

图5为实施例1中的采样流路示意图；

图6为实施例1中的预解吸流路示意图；

图7为实施例1中的解吸流路示意图；

图8为实施例2中的采样流路示意图；

图9为实施例2中的预解吸流路示意图；

图10为实施例2中的解吸流路示意图；

图11为实施例3中的采样流路示意图；

图12为实施例3中的预解吸流路示意图；

图13为实施例3中的解吸流路示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图5～图7，一种吸附热解吸进样装置，包括多位阀11、富集管21、色谱柱31、压力调节单元41、切换单元51、流量调节单元61和控制单元(图中未标出)。

本实施例所述多位阀11为十通阀；

所述富集管第一端口211与所述多位阀11的第9接口相连。

所述压力调节单元41的第一端口411和第二端口412分别与所述多位阀11的第10接口和所述色谱柱31相连；

所述切换单元51设置在富集管第二端口212与多位阀11之间的流路上、并与所述压力调节单元41的第三端口413相连；

所述切换单元51与富集管第二端口212直接相连或所述切换单元51与所述多位阀11一次或多次连接后再与所述富集管21第二端口212相连；

所述流量调节单元61设置在载气入口71和切换单元51之间的流路上；所述流量调节单元61为质量流量计EFC。

本实施例所述压力调节单元41包括压力传感器414和比例阀415。所述切换单元51为三通阀。所述切换单元51与富集管第二端口212直接相连，即所述切换单元51的R口直接与富集管21第二端口212相连，A口与多位阀11的第2接口相连，P口与压力调节单元41的第三端口413相连；流量切换单元61与载气入口71和多位阀11的第5接口相连。

所述切换单元51在控制单元的控制下使多位阀11选择性地与所述富集管21第二端口212或压力调节单元41第三端口413之间的流路相连通。

本实施例还提供了一种吸附热解吸进样方法，包括以下步骤：

A、提供本实施例的吸附热解吸进样装置，富集管采样

切换单元接通富集管第二端口与多位阀之间的流路，使样品通入富集管进行采样，具体如下：

请参阅图5，控制单元控制多位阀11和切换单元51，使多位阀11的第8接口和第9接口相连通、第2接口和第3接口相连通，切换单元51的R口和A口相连通；样品与多位阀11的第8接口相接通；同时，控制单元控制富集管采样条件，实现富集管采样；控制单元控制富集管采样条件进行富集管采样时本领域的现有技术，在此不再赘述；

B、预解吸

切换单元断开富集管第二端口与多位阀之间的流路、并接通多位阀与压力调节单元第三端口之间的流路，使所述富集管第一端口与色谱柱相连通，载气不经过富集管进入色谱柱；调节载气流量及流路压力，使柱前压平衡至与解吸进样状态下的压力一致；控制单元控制对富集管加热实现样品解吸；具体如下：

请参阅图6，控制单元控制多位阀11和切换单元51，使多位阀11的第9接口和第10接口相连通、第1接口和第2接口相连通、第5接口和第6接口相连通，切换单元51的P口和A口相连通；

此时，载气从载气入口71通入，依次经过多位阀11的第5接口、第6接口、第1接口和第2接口，切换单元51的A口和P口，压力调节单元41的第三端口413、第二端口412最后进入色谱柱31；

同时，控制单元控制流量调节单元61调节载气流量、压力调节单元41调节压力，使柱前压平衡至与解吸进样状态下的压力一致；

控制单元控制对富集管加热实现样品解吸：控制单元控制对富集管21加热，此时载气不经过富集管21，使富集管21在预解吸状态下解吸出来的目标物稳定保留在富集管21内；

载气通过切换单元的A口和P口进入压力调节单元并最终进入色谱柱，载气虽然没有经过富集管，但由于富集管的第一端口与压力调节单元之间是连通的，则气体扩散效应使得富集管内的压力与切换单元A口的气体压力是平衡的。

C、解吸进样

切换单元断开多位阀与压力调节单元第三端口之间的流路、并接通富集管第二端口与多位阀之间的流路，使载气通入富集管将富集管内的样品带入色谱柱，具体如下：

请参阅图7，控制单元控制多位阀11使其状态与步骤B中的状态保持一致，使切换单元51的R口和A口相连通；

此时，载气从载气入口71通入，依次经过多位阀11的第5接口、第6接口、第1接口和第2接口，切换单元51的A口和R口，富集管21的第二端口212、第一端口211，多位阀11的第9接口和第10接口，压力调节单元41的第一端口411、第二端口412最后进入色谱柱31。

进样过程中，因柱前压已平衡好，载气可快速稳定的将样品带入色谱柱，有效解决热解吸过程中出现的峰展宽问题。

在切换单元的A口与富集管第二端口接通的瞬间，富集管内的气体压力波动会非常小。这就保证了在切换单元切换过程中保持富集管内部压力的稳定，并可防止预解吸过程中出现样品损失。

因预解吸和进样解吸两种不同状态下，流路仅仅差别一根管路(切换单元11的R口至多位阀的第9接口之间的管路)，且将压力传感器和控制比例阀置于富集管后，可保证切换单元切换过程中，压力波动最小，且可快速的回复，从而保证较好的进样重复性，并提高方法的检出限。

实施例2

请参阅图8～图10，一种吸附热解吸进样装置，与实施例1所述的吸附热解吸进样装置不同的是：

1、所述切换单元52与所述多位阀11一次连接后再与所述富集管21第二端口212相连，即所述切换单元51的R口与多位阀第1接口相连，A口与多位阀11的第6接口相连，P口与压力调节单元41相连；多位阀11的第2接口与富集管21第二端口212相连。

2、所述流量调节单元61设置在多位阀11的第6接口与切换单元52的A口之间；

3、在载气与多位阀相连通的流路上设置压力传感器72。本实施例所述压力传感器72设置在载气入口71和多位阀11的第5接口之间。压力传感器72配合压力调节单元41使用，使得压力调节更加方便。

本实施例还提供了一种吸附热解吸进样方法，与实施例所述的吸附热解吸进样方法不同的是：

1、在步骤A中，提供本实施例的吸附热解吸进样装置；

请参阅图8，控制单元控制多位阀11和切换单元52，使多位阀11的第8接口和第9接口相连通、第2接口和第3接口相连通，切换单元52的R口和A口相连通；样品与多位阀11的第8接口相接通；

2、在步骤B中，请参阅图9，载气从载气入口71通入，依次经过多位阀11的第5接口和第6接口，切换单元52的A口和P口，压力调节单元41的第三端口413、第二端口412最后进入色谱柱31；

3、在步骤C中，请参阅图10，载气从载气入口71通入，依次经过多位阀11的第5接口和第6接口，切换单元52的A口和R口，多位阀11的第1接口和第2接口，富集管21，多位阀11的第9接口和第10接口，压力调节单元41的第一端口411、第二端口412最后进入色谱柱31。

实施例3

请参阅图11～图12，一种吸附热解吸进样装置，与实施例1所述的吸附热解吸进样装置不同的是：

1、多位阀13是六通阀，压力调节单元43包括压力传感器434和比例阀435；

2、富集管23第一端口231与多位阀13的第6接口相连。

压力调节单元43的第一端口431和第二端口432分别与所述多位阀13的第1接口、色谱柱33相连；

切换单元53与富集管23第二端口232相连，即所述切换单元53的R口与富集管23第二端口232相连，A口与多位阀13的第3接口相连，P口与压力调节单元43的第三端口相连；流量切换单元63与载气入口73和多位阀13的第2接口相连。

所述切换单元53在控制单元的控制下使多位阀13选择性地与所述富集管23第二端口或压力调节单元43第三端口之间的流路相连通。

本实施例还提供了一种吸附热解吸进样方法，与实施例所述的吸附热解吸进样方法不同的是：

1、在步骤A中，提供本实施例的吸附热解吸进样装置；

2、在步骤A中，请参阅图10，控制单元控制多位阀13和切换单元53，使多位阀13的第5接口和第6接口相连通、第3接口和第4接口相连通，切换单元53的R口和A口相连通；样品与多位阀13的第5接口相接通；

3、在步骤B中，请参阅图11，载气从载气入口73通入，依次经过多位阀13的第2接口和第3接口，切换单元53的A口和P口，压力调节单元43第三端口433、第二端口432最后进入色谱柱33；

4、在步骤C中，请参阅图12，载气从载气入口73通入，依次经过多位阀13的第2接口和第3接口，切换单元53的A口和R口，富集管23，多位阀13的第6接口和第1接口，压力调节单元43的第一端口431、第二端口432最后进入色谱柱33。

本发明不仅局限于采用多位阀和切换单元的实施方式，

上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：预解吸时将多位阀提前切换到进样状态下，并将进样压力平衡好，有效解决热解吸过程中出现的峰展宽问题，避免了预解吸过程中切阀产生的压力波动问题，并可防止预解吸过程中出现样品损失。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种吸附热解吸进样装置，包括多位阀、富集管、色谱柱、流量调节单元和控制单元，所述富集管第一端口与所述多位阀相连，其特征在于：所述吸附热解吸进样装置还包括压力调节单元和切换单元；

所述压力调节单元的第一端口和第二端口分别与所述多位阀和所述色谱柱相连；

所述切换单元设置在富集管第二端口与多位阀之间的流路上、并与所述压力调节单元的第三端口相连；

所述切换单元在控制单元的控制下使多位阀选择性地与所述富集管第二端口或压力调节单元第三端口之间的流路相连通；

所述流量调节单元设置在载气入口和切换单元之间的流路上。

2.根据权利要求1所述的吸附热解吸进样装置，其特征在于：所述切换单元与富集管第二端口相连。

3.根据权利要求1所述的吸附热解吸进样装置，其特征在于：所述切换单元与所述多位阀一次连接后与所述富集管第二端口相连。

4.根据权利要求1所述的吸附热解吸进样装置，其特征在于：所述压力调节单元包括压力传感器和比例阀。

5.根据权利要求1所述的吸附热解吸进样装置，其特征在于：所述流量调节单元为质量流量计。

6.根据权利要求1所述的吸附热解吸进样装置，其特征在于：所述切换单元为三通阀。

7.根据权利要求1所述的吸附热解吸进样装置，其特征在于：所述多位阀为六通阀或十通阀。

8.根据权利要求1所述的吸附热解吸进样装置，其特征在于：在载气与多位阀相连通的流路上设置压力传感器。

9.一种吸附热解吸进样方法，包括以下步骤：

A、富集管采样：

样品通入富集管进行采样；

B、预解吸：

所述富集管第一端口与色谱柱相连通，载气不经过富集管进入色谱柱；调节载气流量及流路压力，使柱前压平衡至与解吸进样状态下的压力一致；

控制单元控制对富集管加热实现样品解吸；

C、载气通入富集管将富集管内的样品带入色谱柱。

10.根据权利要求9所述的吸附热解吸进样方法，其特征在于：

在步骤A中，采用权利要求1～8任一所述的吸附热解吸进样装置；

切换单元接通富集管第二端口与多位阀之间的流路，使样品通入富集管进行采样；

在步骤B中，切换单元断开富集管第二端口与多位阀之间的流路、并接通多位阀与压力调节单元第三端口之间的流路，接通富集管第一端口与压力调节单元第一端口之间的流路，使载气不经过富集管进入色谱柱；

流量调节单元调节载气流量、压力调节单元调节压力，使柱前压平衡至与解吸进样状态下的压力一致；

在步骤C中，切换单元断开多位阀与压力调节单元第三端口之间的流路、并接通富集管第二端口与多位阀之间的流路，使载气通入富集管，载气将富集管内的样品从富集管第一端口带入色谱柱。

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