CN105203357A - 一种离子迁移谱的在线膜进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离子迁移谱膜进样装置，包括膜装置、样品富集腔、两个两位三通阀；膜装置有加热装置，膜将膜腔室分为膜外腔和膜内腔，膜外腔与采样泵相连通，膜内腔和样品富集腔在抽气泵作用下产生负压，进样时，样品在浓差扩散、热运动扩散和压差扩散的三重作用快速通过膜，使得样品透过膜的速率，透过率和残留清除率得到很大改善。样品富集腔还可以用来富集痕量样品。该进样主要用于气体进样，也可用于液体进样。能实现间断进样和连续进样两种方式。

Description

一种离子迁移谱的在线膜进样装置

技术领域

本发明涉及样品的快速采集和进样技术。具体地说是以半透膜为分离膜的离子迁移谱膜进样装置。该装置主要应用于离子迁移谱的气体快速进样，也可用于液体进样。

背景技术

离子迁移谱早在上世纪70年代便作为一种新的分析技术出现，该技术本身具有灵敏度高、分析速度快设备相对简单、成本低和易于小型化等特点，使其在反恐安检、毒品稽查、化学战剂预警检测等方面具有广泛的应用。

目前离子迁移谱的进样方法有：直接吸入法、膜进样、热解吸和激光解吸等，其中膜进样是一种分离选择式进样方式，它的进样原理是样品在膜的一侧先溶入膜中，然后在膜中扩散到另一侧，再从膜中溶出来，从而实现样品从膜一侧到另一侧的进样过程，一般通过膜的动力是浓差扩散力，因此只有能有效溶入膜的物质才能通过膜，水分子一般不能通过膜，可以有效的除去进入仪器气体中的大部分水分子，限制团簇的形成进而提高仪器的灵敏度，同时也可以选择性的让感兴趣的物质透过膜，从而提高仪器的抗干扰能力。由于膜的隔离从而使得样品透过膜的效率很低，一般透过率在10-20％，这也进一步降低了仪器的检测限。样品通过膜是溶进溶出的过程，从而增加了进样时间。

在公开的美国专利中US4311669，US4378499，US5491337中，样品通过膜，只是采用了浓差扩散的方式，没有考虑到压差也可以提过样品透过效率，在中国专利200510028968.6中虽然考虑了压力差，膜的一侧有采样气体，另一侧没有载气透过膜的样品，这样的进样效率不高，同时进样过程是通过微型抽气泵的，这样很容易使得样品污染微型抽气泵，造成残留。鉴于此，我们设计一种膜进样装置，即考虑了浓差扩散，也考虑了压差，还有加热装置使得扩散运动加速。即提高了膜的透过率，也加快了响应时间，由于膜加热的，样品不容易残留膜上，解决了样品残留和膜污染问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子迁移谱的膜进样装置。该进样器能够提高样品透过率、减少响应时间和样品残留。膜进样器主要用于气体进样，也可用于液体进样。可实现间断进样和连续进样两种方式。

本发明的目的可以通过下述装置得以实现：

一种离子迁移谱用的在线膜进样装置，包括膜装置、样品富集腔、两个两位三通阀；

膜装置为内部中空结构，作为膜腔，内部空腔处设有半透膜，半透膜将膜腔分成左右两个独立的腔室，为膜内腔和膜外腔，以便气体流过吹扫膜两边表面；

膜外腔设有两个与外界相连通的孔，作为采样口和采样出气口，采样出气口与采样泵相连；膜内腔也设有两个与外界相通孔，分别作为载气入口和载气出口；

样品富集腔为中空腔体，膜装置上的载气出口与其相连通，样品富集腔上还设有两个出气孔，一为抽气口，一为样品富集腔的样品出气口；

膜内腔的载气入口与第一个两位三通阀的常开端相连，第一个两位三通阀的公共端与载气气源相连；

第二个两位三通阀的常开端与样品富集腔样品出气口相连，第二个两位三通阀的公共端与离子迁移谱进样口相连；两个两位三通阀的常闭端相连；

样品富集腔抽气口经一开关阀相连与抽气泵相连，开关阀使气体只能使样品富集腔从此口流出，不能让气体从此口进入；通过阀和抽气泵不断动作实现膜内腔气压的不断变换；

膜装置上设有加热装置。

膜装置的外壳体为膜的支撑和加热架，于外壳体上设有电加热棒(即膜装置上设有的加热装置)和温度传感器，实现膜装置的加热和温度控制。

膜两侧分别安装有不锈钢网，作为膜的支撑体。

如果采集的是气体样品，采样泵为抽气泵，如果是液体样品，采样泵为蠕动泵；

半透膜为聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)。

样品富集腔或为空的富集腔，或为富集装置trap。

膜装置上的温度控制范围为50-200度

该膜装置有两种工作模式：一为间歇式进样模式，采样时，通过两位三通阀的控制，膜内腔和样品富集腔处于密闭的状态，在抽气泵的作用下使得膜内腔实验负压，样品在浓差扩散、热运动扩散和压差扩散的三重作用快速通过膜进入样品富集腔。而载气则通过两位三通阀的另一回路进入离子迁移谱中，使得在采样时离子迁移谱内部工作气氛没有发生变化。进样时，通过两位三通阀的控制，使得载气通过膜内腔和样品富集腔，将样品带入离子迁移谱，实现进样。采样时样品没有通过负压抽气泵，不存在污染泵情况，增加一个采样泵使得稍远距离的样品都能采集到。一为连续式进样模式，两位三通阀不用控制，样品主要通过浓差扩散和热运动扩散透过膜实现连续进样，但当离子迁移谱工作在负压状态下，也有压差扩散驱动力使得样品通过膜；

本发明提供的进样器，简单实用、操作方便、适用性广。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

图1本发明的结构示意图。

图2在线连续测量5ppm水杨酸甲酯样品进样过程图

具体实施方式

本发明提供一种手持式取样器，具体结构示意图见图1。

膜装置2的中间为膜腔，膜4将膜腔分成膜外腔19和膜内腔18，膜外腔19有采样口1和采样出气口20与外界相通；膜内腔18有载气入口5和载气出口16与外界相通。膜4的两边分别有一个不锈钢网3支撑架，膜装置工作时，通过加热棒17和温度传感器6加热和测温控制下，要先将其加热到一定温度，目前使用温度范围为50-200度。载气出口16与样品富集腔7相连，样品富集腔7有一个抽气孔13和样品出气口8。两位三通阀9的常开端与载气入口5相连，两位三通阀12的常开端与样品出气口8相连，它们的常闭端相连，这样构成了两路气体流路。

间歇进样时：

在采样泵21的作用下，样品通过采样口1进入膜外腔19，使得样品到达膜外表面，多余的样品从采样出气口20流出。于此同时，两位三通阀9和12动作，两位三通阀9和12公共端与常闭端联通，载气10流经常闭端进入离子迁移谱11，而膜内腔18和样品富集腔7形成密闭空间，开关阀14打开，抽气泵15启动，将这一密闭空间抽成负压，在浓差扩散、热运动扩散和压差扩散的三种力的共同作用下，样品迅速通过膜4，在样品富集腔7中富集。采样结束后进样，此时可以停止采样，也可以不停止，但是开关阀14要关闭。然后两位三通阀9和12动作，两位三通阀9和12公共端与常开端联通，载气10经过膜内腔18和样品富集腔7，将样品载带进入离子迁移谱11这样就完成采样进样。由于整个过程是采样和进样不同步进行所以称之为间歇式进样。

进样过程也可以这样进行，采样开始时如上面过程，只是在采样结束后先将开关阀14关闭，一段时间后再切换载气10流过负压密闭空间，进样，这个方式使得富集效果更好一些。

连续进样时：

在这种方式下两位三通阀9和12、开关阀14和抽气泵15不需要工作。载气10通过两位三通阀9，载气入口5膜内腔18样品富集腔7和两位三通阀12进入离子迁移谱11。样品在采样泵21的作用下，样品通过采样口1进入膜外腔19，到达膜外表面，多余的样品从采样出气口20流出。样品只能在浓差扩散和热运动扩散驱动下通过膜，然后由载气带入离子迁移谱11。如果离子迁移谱11工作在负压状态下，同样有压差扩散驱动力。

图2为采用本发明设计的膜进样装置在线连续测量5ppm的水杨酸甲酯的进样过程图，从测量的数据可以看出在进样第2秒时水杨酸甲酯的峰已达到149mV的信号，5秒信号到达270mV，响应速度快，样品透过率高。基本认为在线连续测量水杨酸甲酯的响应时间在5秒内。此时测量参数数膜温度为180℃，膜内腔压力为56KPa，无富集。

Claims (7)

1.一种离子迁移谱用的在线膜进样装置，其特征在于：

包括膜装置、样品富集腔、两个两位三通阀；

膜装置为内部中空结构，作为膜腔，内部空腔处设有半透膜，半透膜将膜腔分成左右两个独立的腔室，为膜内腔和膜外腔，以便气体流过吹扫膜两边表面；

膜外腔设有两个与外界相连通的孔，作为采样口和采样出气口，采样出气口与采样泵相连；膜内腔也设有两个与外界相通孔，分别作为载气入口和载气出口；

样品富集腔为中空腔体，膜装置上的载气出口与其相连通，样品富集腔上还设有两个出气孔，一为抽气口，一为样品富集腔的样品出气口；

膜内腔的载气入口与第一个两位三通阀的常开端相连，第一个两位三通阀的公共端与载气气源相连；

第二个两位三通阀的常开端与样品富集腔样品出气口相连，第二个两位三通阀的公共端与离子迁移谱进样口相连；两个两位三通阀的常闭端相连；

样品富集腔抽气口经一开关阀相连与抽气泵相连，开关阀使气体只能使样品富集腔从此口流出，不能让气体从此口进入；通过阀和抽气泵不断动作实现膜内腔气压的不断变换；

膜装置上设有加热装置。

2.如权利要求1所述的进样装置，其特征在于：膜装置的外壳体为膜的支撑和加热架，于外壳体上设有电加热棒和温度传感器，实现膜装置的加热和温度控制。

3.如权利要求1所述的进样装置，其特征在于：

所述膜两侧分别安装有不锈钢网，作为膜的支撑体。

4.如权利要求1所述的进样装置，其特征在于：

如果采集的是气体样品，采样泵为抽气泵，如果是液体样品，采样泵为蠕动泵。

5.如权利要求1所述的进样装置，其特征在于：半透膜为聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)。

6.如权利要求1所述的进样装置，其特征在于：所述样品富集腔或为空的富集腔，或为富集装置trap。

7.如权利要求1所述的进样装置，其特征在于：所述膜装置上的温度控制范围为50-200度。