CN106373855A - 一种快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，气体连接管路一端为空气入口，连通试剂瓶、三通管道，另一端与试剂气体进样管的入口端相连；液体连接管路一端设置于液体样品瓶中，连通液体采样泵、膜进样装置，另一端设置于与废液瓶中；膜进样装置包括膜固定上盖、片状膜、膜固定底座和加热棒；膜固定底座与样品分子进样管的入口端相连；真空紫外灯电离源包括真空紫外灯、电离源腔体，真空紫外灯置于电离源腔体内，沿真空紫外灯光线出射方向有推斥电极组和孔电极；推斥电极组分别与试剂气体进样管的出口端及样品分子进样管的出口端连接；孔电极与质量分析器连接。本发明能实现快速、实时的分析气体和液体中的有机污染物。

Description

一种快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置

技术领域

本发明涉及一种质谱装置，具体的说是一种快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置。

背景技术

空气和水是人类赖以生存的自然资源。随着社会的发展，工业化进程的加快，空气和水体污染问题日益严重。空气和水中的挥发性有机物（VOCs）具有致病、致癌、致突变的作用，对人体产生各种急、慢性损坏。目前，常用的VOCs检测主要是采用气质联用仪进行气质联用检测，以及利用气相色谱仪进行顶空气相色谱法检测。这两种检测方法成本高、耗时长，无法满足目前对空气和水体环境污染检测的需要。因此制造能快速、实时的现场分析有机污染物的装置对空气和水体环境污染监测具有重要的意义。

膜进样质谱通过膜渗透实现进样，能快速检测水中痕量VOCs，被广泛应用于水体环境污染检测。样品通过渗透蒸发原理透过膜进入质谱电离区，这种技术简单，无需或只需较少样品前处理，灵敏度高，能够在较短时间内完成多组分混合溶液的同时分析检测；在水中挥发性有机物分析检测中，常用的膜为硅橡胶膜，即聚二甲基硅氧烷制成；水样中的VOCs由于自身形状、大小以及在膜中的溶解度不同，导致其在膜中的渗透率不同，渗透率大的组分透过膜被检测。一般环境样品基质为水，VOCs能快速透过膜，而水则很少能透过，因此VOCs透过膜时可以实现富集。

真空紫外灯电离源具有体积小，功耗低，灵敏度高，寿命长，谱图简单等优点，适合于复杂样品分析及样品的在线监测，过程监控等领域。真空紫外光能够使电离能（IE）低于其光子能量10.6eV的有机物分子发生软电离，便于谱图的解析。利用这种单光子电离质谱技术，环境中绝大部分VOCs都能够得到很好的电离。但是，真空紫外灯的电离效率与物质的电离能和电离截面相关，对于电离能高于10.0ev以及电离截面较小的化合物，其电离效率会大大减小。李海洋等人对真空紫外灯电离源进行改进，在中等气压条件下，采用高浓度二溴甲烷作为反应试剂气体，通过光电离产生足够的二溴甲烷试剂离子，然后再与样品离子发生电荷转移及加和反应，大大提高待测物的检测灵敏度。但电离源对湿度要求较高，气体样品需要经过nafion管干燥，液体样品则无能为力，膜进样装置恰好具有除水的功效，非常适合于这种电离源结合使用，因此，研究如何将膜进样装置与电离源相结合，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明公开了一种快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，将膜进样装置与电离源相结合，能实现快速、实时的现场分析气体和液体中的有机污染物。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，包括气体连接管路、试剂瓶、液体样品瓶、液体采样泵、液体连接管路、废液瓶、膜进样装置、真空紫外灯电离源和质量分析器，所述真空紫外灯电离源包括真空紫外灯、电离源腔体，电离源腔体一侧通过阀门和真空泵连接，所述气体连接管路一端为空气入口，且依次连通所述试剂瓶、三通管道，另一端与试剂气体进样管的入口端相连，三通管道的第三端口与试剂气体尾气口连接；所述液体连接管路一端设置于液体样品瓶中，且依次连通液体采样泵、膜进样装置，另一端设置于与废液瓶中；所述膜进样装置包括膜固定上盖、片状膜、膜固定底座、加热棒和温度传感器；片状膜置于膜固定上盖和膜固定底座之间，膜固定上盖设置有液体入口和液体出口，所述液体入口通过液体连接管路与液体采样泵连通，所述液体出口通过液体连接管路与废液瓶相连；加热棒和温度传感器置于膜固定底座内部；膜固定底座与样品分子进样管的入口端相连；所述真空紫外灯置于电离源腔体内部，沿真空紫外灯光线出射方向依次设置有推斥电极组和孔电极所述推斥电极组中的第一片电极分别与试剂气体进样管的出口端及样品分子进样管的出口端连接；所述孔电极与质量分析器连接。

进一步的，所述推斥电极组和孔电极均为中间设置有孔的平板结构，并且均为平行、绝缘、同轴放置。

进一步的，所述推斥电极组和孔电极的电极片形状为圆环状或者方环状，由金属制成或在电极片外层镀有金属。

进一步的，所述传输电极组中电极片数量为一片或者多片，电极片的孔径为1~50mm。

进一步的，所述孔电极的孔径为0.5~5mm。

进一步的，所述片状膜为疏水性半透膜。

进一步的，所述片状膜由聚二甲基硅氧烷制成。

进一步的，试剂气体进样管和样品分子进样管的内径为Φ50～530μm，长度均为5～200cm。

进一步的，所述推斥电极组和孔电极上，沿真空紫外灯光线出射方向按照从高到低依次施加不同轴向电压，并在轴线方向上形成大小为5~500V/cm的传输电场。

进一步的，所述质量分析器为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器或离子阱质量分析器。

以上所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，用于检测气体时，将待测气体经气体连接管路引入，气体通过试剂瓶再经过三通管道分流，大部分气体从试剂气体尾气口排出，少量气体经过试剂气体进样管进入电离源进行电离，再通过质量分析器进行分析；用于检测液体时，将待测液体放入液体样品瓶中，待测液体通过液体连接管路进入膜进样装置，通过片状膜和加热棒的渗透蒸发效应，使液体中的有机污染物成为气态化合物通过样品分子进样管进入电离源进行电离，最后通过质量分析器进行分析。本方法无需或只需较少地进行样品前处理，灵敏度高，能够在较短时间内完成空气和多组分混合溶液中有机污染物的同时分析检测，尤其适用于实现空气和痕量水中挥发性有机物的快速高灵敏检测，在环境分析领域具有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

液体样品瓶1，空气入口2，气体连接管路3，试剂瓶4，三通管道5，试剂气体尾气口6，液体入口7，膜固定上盖8，真空紫外灯9，电离源腔体10，试剂气体进样管11，推斥电极组12，孔电极13，离子14，样品分子进样管15，挡板阀16，真空泵17，膜固定底座18，温度传感器19，加热棒20，片状膜21，液体出口22，液体连接管路23，废液瓶24，液体采样泵25。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。

如图1所示，一种快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，包括气体连接管路3、试剂瓶4、液体样品瓶1、液体采样泵25、液体连接管路23、废液瓶24、膜进样装置、真空紫外灯电离源和质量分析器，其中，质量分析器在图中省略画出。气体连接管路3一端为空气入口，且依次连通所述试剂瓶4、三通管道5，另一端与试剂气体进样管11的入口端相连，三通管道5的第三端口与试剂气体尾气口6连接；液体连接管路23一端设置于液体样品瓶1中，且依次连通液体采样泵25、膜进样装置，另一端设置于与废液瓶24中； 膜进样装置包括膜固定上盖8、片状膜21、膜固定底座18、加热棒20和温度传感器19；片状膜21置于膜固定上盖8和膜固定底座18之间，膜固定上盖设置有液体入口7和液体出口22，所述液体入口7通过液体连接管路23与液体采样泵25连通，所述液体出口22通过液体连接管路23与废液瓶24相连；加热棒20和温度传感器19置于膜固定底座18内部；膜固定底座18与样品分子进样管15的入口端相连；真空紫外灯电离源包括真空紫外灯9、电离源腔体10，电离源腔体10一侧通过挡板阀16和真空泵17连接，电离源腔体10内的真空度维持在1~10Torr，真空紫外灯9置于电离源腔体10内部，沿真空紫外灯9光线出射方向依次设置有推斥电极组12和孔电极13；推斥电极组中的第一片电极分别与试剂气体进样管11的出口端及样品分子进样管15的出口端连接；所述孔电极与质量分析器连接。

在本实施例中，推斥电极组12和孔电极13均为中间设置有孔的平板结构，并且均为平行、绝缘、同轴放置，真空紫外灯9产生的通过推斥电极12中间的孔进行电离，在推斥电极的电场作用下加速运动，再经过孔电极13整形形成离子流，最后进入质量分析器进行分析。推斥电极组12和孔电极13上，沿真空紫外灯9光线出射方向按照从高到低依次施加不同轴向电压并在轴线方向上形成大小为5~500V/cm的传输电场。优选的，本实施例的推斥电极组12和孔电极13的电极片形状为圆环状，且由金属制成；推斥电极组12和孔电极13的电极片也可以采用方环状，金属材质也可用外层镀有金属的其它材质替换。

其中，本实施例的传输电极组12中电极片数量采用4片，电极片的孔径为50mm，孔电极13的孔径为5mm。

为提高检测的准确性和灵敏度，片状膜21为疏水性半透膜，本实施例的片状膜21采用最优的聚二甲基硅氧烷制成。

本实施例的试剂气体进样管11和样品分子进样管15的内径为Φ530μm，长度为200cm。

质量分析器可采用飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器或离子阱质量分析器。

检测液体中的有机污染物时，将待测液体放入液体样品瓶中，待测液体通过液体连接管路23进入膜进样装置，通过片状膜21和加热棒20的渗透蒸发效应，使液体中的有机污染物成为气态化合物通过样品分子进样管15进入电离源进行电离，产生的离子经过推斥电极组12聚焦，再经过孔电极13整形形成离子流，最后通过质量分析器进行分析。

检测气体中的有机污染物时，试剂瓶4中试剂可以选择二溴甲烷、丙酮、乙醇、苯等化合物。进入试剂气体进样口11的试剂气体浓度为10~10000ppmv。

检测气体中的有机污染物时，将待测气体经气体连接管路3引入，气体通过试剂瓶4再经过三通管道5分流，大部分气体从试剂气体尾气口6排出，少量气体经过试剂气体进样管11进入电离源进行电离，产生的离子经过推斥电极组12聚焦，再经过孔电极13整形形成离子流，最后通过质量分析器进行分析。

Claims (10)

1.一种快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，包括气体连接管路、试剂瓶、液体样品瓶、液体采样泵、液体连接管路、废液瓶、膜进样装置、真空紫外灯电离源和质量分析器，所述真空紫外灯电离源包括真空紫外灯、电离源腔体，电离源腔体一侧通过阀门和真空泵连接，其特征在于：

所述气体连接管路（3）一端为空气入口，且依次连通所述试剂瓶（4）、三通管道（5），另一端与试剂气体进样管（11）的入口端相连，三通管道（5）的第三端口与试剂气体尾气口（6）连接；

所述液体连接管路（23）一端设置于液体样品瓶（1）中，且依次连通液体采样泵（25）、膜进样装置，另一端设置于与废液瓶（24）中；

所述膜进样装置包括膜固定上盖（8）、片状膜（21）、膜固定底座（18）、加热棒（20）和温度传感器（19）；片状膜（21）置于膜固定上盖（8）和膜固定底座（18）之间，膜固定上盖设置有液体入口（7）和液体出口（22），所述液体入口（7）通过液体连接管路（23）与液体采样泵（25）连通，所述液体出口（22）通过液体连接管路（23）与废液瓶（24）相连；加热棒（20）和温度传感器（19）置于膜固定底座（18）内部；膜固定底座（18）与样品分子进样管（15）的入口端相连；

所述真空紫外灯（9）置于电离源腔体（10）内部，沿真空紫外灯（9）光线出射方向依次设置有推斥电极组（12）和孔电极（13）；所述推斥电极组中的第一片电极分别与试剂气体进样管（11）的出口端及样品分子进样管（15）的出口端连接；所述孔电极与质量分析器连接。

2.根据权利要求1所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

所述推斥电极组（12）和孔电极（13）均为中间设置有孔的平板结构，并且均为平行、绝缘、同轴放置。

3.根据权利要求1或2所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

所述推斥电极组（12）和孔电极（13）的电极片形状为圆环状或者方环状，由金属制成或在电极片外层镀有金属。

4.根据权利要求1或2所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

所述传输电极组（12）中电极片数量为一片或者多片，电极片的孔径为1~50mm。

5.根据权利要求1或2所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

所述孔电极（13）的孔径为0.5~5mm。

6.根据权利要求1所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

所述片状膜（21）为疏水性半透膜。

7.根据权利要求6所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

所述片状膜（21）由聚二甲基硅氧烷制成。

8.根据权利要求1所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

试剂气体进样管（11）和样品分子进样管（15）的内径为Φ50～530μm，长度均为5～200cm。

9.根据权利要求1所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

所述推斥电极组（12）和孔电极（13）上，沿真空紫外灯（9）光线出射方向按照从高到低依次施加不同轴向电压，并在轴线方向上形成大小为5~500V/cm的传输电场。

10.根据权利要求1所述的快速分析气体或液体中有机污染物的质谱装置，其特征在于：

所述质量分析器为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器或离子阱质量分析器。