CN104716003A - 一种用于质谱的脉冲喷雾式膜进样装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于质谱的脉冲喷雾式膜进样装置，包括一密闭的腔体，其中部通孔处设置有一进样膜。该膜将腔体分隔为两个密闭部分：膜的一侧为差分喷雾区，膜的另一侧为样品缓冲区。差分喷雾区的一端与膜相连接密封，另一端开口处设置有一脉冲进样阀。溶液通过注射泵经过流路进入脉冲阀，在真空负压下形成喷雾。最终雾滴喷洒于间隔有一定距离的进样膜上。样品缓冲区的侧壁上设置有紧贴膜的载气口。样品缓冲区的另一端设置有阀门，用于控制进样流量。样品气经过阀门最终进入质谱进行分析。

Description

一种用于质谱的脉冲喷雾式膜进样装置
技术领域
本发明涉及质谱分析领域，特别提供了一种用于质谱的脉冲喷雾式膜进样装置，采用脉冲间歇进样方式，不仅增大溶液与膜的接触表面积，而且增强了剪切作用，及减少膜表面溶剂的吸附，从而提高了样品透过膜的效率而增大灵敏度；而且脉冲式进样可降低试剂消耗量。
背景技术
环境中的挥发性有机物具有致癌和致突变性，对人体产生各种急、慢性损害，因此对于环境中挥发性有机物的在线检测非常有价值。
其中，水环境中的挥发性有机物是关注的重点之一。当前，美国环境总署推荐的检测水中挥发性有机物的方法（EPA601～612、624）主要是吹扫捕集气质联用法。这种方法虽然十分准确，但色谱的分析过程（几分钟到10多分钟）耗时多、成本高，无法满足目前对水样连续监测的需要，另外冗长的离线分析过程可能使样品的某些组分发生改变，从而影响分析结果的准确性。因此发展快速、实时的现场分析方法对水环境污染监测具有重要意义。
文献中采用的膜进样质谱通过膜装置完成进样，能快速的检测环境中痕量的挥发性有机物，被广泛用于痕量挥发性有机物的快速在线检测。样品通过渗透蒸发原理通过膜装置进入到质谱的电离区，操作简单，不需要样品前处理；基本消除了基体干扰，灵敏度高，检测限可以达到10-9（V/V）量级。其中最常用的富集膜是硅橡胶有机膜（PDMS）。当样品流经PDMS膜表面时，样品中的挥发性有机物由于各自的形状、大小以及在膜中溶解度的不同导致在膜中渗透率的不同，渗透率大的组分透过膜时得到富集，而渗透率小的基体如水则很少透过，因此，挥发性有机物通过渗透蒸发（样品液）或溶解扩散效应（样品气）透过膜时可以实现富集，其富集倍数可高达10-100倍。然而，传统的膜进样装置一般采用膜直接与水溶液接触的方式。在这种方式下，样品溶液与膜的接触表面有限，而且试剂消耗量大。再者，膜的表面始终存在极化层，影响对不同样品的响应时间。
本装置为了克服传统膜进样系统的缺点，在膜进样的前端加入脉冲喷雾的方式。在负压和注射泵压力作用下，样品溶液形成雾状液滴，与进样膜接触。其中的挥发性有机物通过渗透蒸发（样品液）或溶解扩散（样品气）原理透过进样膜成为气相有机物。喷雾过程，液滴的动能较大，一定程度上可以增大液滴与膜的剪切作用，且在负压下溶剂迅速挥发，有利于提高溶液中挥发性有机物分子的渗透作用，提高渗透效率而增大灵敏度。
另外，膜后端采用加热气吹扫的方法，提高了样品分子从膜内扩散到样品缓冲区的速度，且有助于缩短进样系统的响应时间和记忆效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种能快速在线富集挥发性有机物的吹扫式膜进样-缓冲腔装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
包括一密闭的腔体，其中部通孔处设置有一进样膜，该膜将腔体分隔为两个密闭部分：膜的一侧为差分喷雾区，膜的另一侧为样品缓冲区；
差分喷雾区的一端与进样膜密封连接，另一端开口处设置有一脉冲进样阀，差分喷雾区的下端设置有抽气接口。
样品缓冲区的一端的侧壁上设置有紧贴进样膜的载气口，样品缓冲区的另一端连接质谱进样口，在样品缓冲区和质谱进样口之间设置有阀门。
膜的一侧为差分喷雾区，膜的另一侧为样品缓冲区，进样膜在样品缓冲区的一侧贴接支撑栅网。
脉冲进样阀与差分喷雾区的另一端连接有注射泵。位于差分喷雾区的气压通过调节抽气口所接的泵的抽速大小来控制，气压在100Pa到10000Pa之间；
载气口通过毛细管与外接气源相连，流速通过调节毛细管的内径和长度或者使用流量控制器调节大小。样品缓冲区体积1～100ml，位于进样膜与阀门之间，可以通过阀门控制进样量。
本装置的工作过程：
样品在注射泵泵的动力作用下通过进入脉冲阀中。在负压和注射泵压力作用下，样品溶液形成雾状液滴，与进样膜接触。其中的挥发性有机物通过渗透蒸发（样品液）或溶解扩散（样品气）原理透过进样膜成为气相有机物，进样膜后的气相有机物通过加热至合适温度的载气吹扫，迅速进入样品缓冲区进行富集，吹扫气的流速可以通过改变毛细管的长度或内径进行调节，当要进行样品检测时，打开样品缓冲区后的真空阀，气相有机物通过质谱进样管进入质谱仪进行分析。分析完毕后，可通过纯净水冲洗样品流通腔部分，采用质谱仪侧抽阀和吹扫气将缓冲腔内的残留有机物带走，无记忆效应。
本发明的优点：
本装置能够实现快速在线环境中的挥发性有机物的检测，实现直接进样在线分析。本装置可与质谱仪联用，采用脉冲间歇进样方式，不仅增大溶液与膜的接触表面积，而且增强了剪切作用，及减少膜表面溶剂的吸附，从而提高了样品透过膜的效率而增大灵敏度；而且脉冲式进样可降低试剂消耗量。另外，加热吹扫的方式，改善了进样系统的响应时间，减少样品的残留。因此该装置适用于质谱对环境水样的在线分析过程。
附图说明
图1为脉冲喷雾式膜进样装置示意图。
具体实施方式
图1为一种用于质谱的脉冲喷雾式膜进样装置，其特征在于：包括一密闭的腔体10，其中部通孔处设置有一进样膜4，该膜将腔体分隔为两个密闭部分：膜的一侧为差分喷雾区11，膜的另一侧为样品缓冲区12；
差分喷雾区11的一端与进样膜4密封连接，另一端开口处设置有一脉冲进样阀3，差分喷雾区11的下端设置有抽气接口6，
样品缓冲区12的一端的侧壁上设置有紧贴进样膜4的载气口7，样品缓冲区12的另一端连接质谱进样口9，在样品缓冲区12和质谱进样口9之间设置有阀门8。
膜的一侧为差分喷雾区11，膜的另一侧为样品缓冲区12，进样膜4在样品缓冲区12的一侧贴接支撑栅网5。
脉冲进样阀3与差分喷雾区11的另一端连接有注射泵2。位于差分喷雾区11的气压通过调节抽气口6所接的泵的抽速大小来控制，气压约为1000Pa；
载气口7通过毛细管与外接气源相连，流速通过调节毛细管的内径和长度或者使用流量控制器调节大小。
样品缓冲区体积50ml，位于进样膜4与阀门8之间，可以通过阀门8控制进样量。
所用的进样膜为聚二甲基硅氧烷膜（PDMS膜），膜中无微孔,为均匀的致密膜，膜面积在50～100mm2，厚度为20～100μm，并采用圆形的支撑栅网支撑5以防止两侧气压差过大而破坏膜结构。

Claims (6)

1.一种用于质谱的脉冲喷雾式膜进样装置，其特征在于：包括一密闭的腔体（10），其中部通孔处设置有一进样膜（4），该膜将腔体分隔为两个密闭部分：膜的一侧为差分喷雾区（11），膜的另一侧为样品缓冲区（12）； 
差分喷雾区（11）的一端与进样膜（4）密封连接，另一端开口处设置有一脉冲进样阀（3），差分喷雾区（11）的下端设置有抽气接口（6）。 
样品缓冲区（12）的一端的侧壁上设置有紧贴进样膜（4）的载气口（7），样品缓冲区（12）的另一端连接质谱进样口（9），在样品缓冲区（12）和质谱进样口（9）之间设置有阀门（8）。 
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：膜的一侧为差分喷雾区（11），膜的另一侧为样品缓冲区（12），进样膜（4）在样品缓冲区（12）的一侧贴接支撑栅网（5）。 
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：脉冲进样阀（3）与差分喷雾区（11）的另一端连接有注射泵（2）。 
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：位于差分喷雾区（11）的气压通过调节抽气口（6）所接的泵的抽速大小来控制，气压在100Pa到10000Pa之间。 
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：载气口（7）通过毛细管与外接气源相连，流速通过调节毛细管的内径和长度或者使用流量控制器调节大小。 
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：样品缓冲区体积1～100ml，位于进样膜（4）与阀门（8）之间，可以通过阀门（8）控制进样量。 
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