CN106872623A - 一种二维气相色谱接口 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维气相色谱接口，由冷阱1、冷阱2、冷喷头、热喷头和多位选择阀组成。冷阱中填充有固体吸附剂；通过冷喷头、热喷头喷出的冷、热氮气对冷阱进行降温和升温，达到吸附、释放目标组分的目的。该装置实现了单次进样的真二维气相色谱分析，避免了传统真二维气相色谱分析需要多次进样的问题，简化了操作，节省了成本。

Description

一种二维气相色谱接口
技术领域
本发明属于分析仪器领域，具体地涉及一种二维气相色谱接口装置。
背景技术
目前分离分析挥发和半挥发有机组分的仪器有全二维气相色谱-质谱联用仪和真二维气相色谱-质谱联用仪。研究结果已经发现全二维气相色谱仪远不能满足天然药物、植物激素和环境样品中可挥发组分的分离分析，特别是痕量组分的定性定量分析。目前国际上最好的全二维气相色谱-质谱联用仪定性的可靠性不到5％，这是因为它的第二维只能用1～2米长的分离柱，而对一般异构体分离需要15～30米长的柱子，所以分离严重不足，而且使用TOF-MS对单体组分定性的可靠性低于6％。真二维气相色谱-质谱联用仪具有很好的分离能力，它的第二维色谱柱可以使用任意长度，质谱部分可以使用四级杆或磁质谱，对单体组分定性的可靠性在25％以上。但是每次进样后，第二维只能从第一维分离的馏分中切割一窄段馏分作进一步的详细分离分析，每段馏分的分析时间约2个小时，而复杂样品组分需要多达十几次的切割分离，因此需要相应次数的进样和切割，分析一个样品的时间长达几十个小时。在寻找优化条件的时候，所需要的时间会更长。如果采用多台真二维气相色谱-质谱联用仪分析同一个样品，可以缩短分析时间75％，但是不能减少进样次数，而且仪器成本太高，定量的误差因不同台仪器性能的差异和多次进样分析不同馏分段的组分而远高于用单台仪器分析。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种二维气相色谱接口。利用此接口，第二维可以采用n(n≥2)根常规气相色谱柱，一次进样可以同时分离分析n段馏分，不仅提高了分析速度n倍，而且提高了分析定量的精度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种二维气相色谱接口，包括冷阱1、冷阱2、冷喷头、热喷头和多位选择阀；所述冷阱1和冷阱2为内部填充吸附剂的熔融石英毛细管；冷阱1的入口连接第一维气相色谱的出口；冷阱1的出口与冷阱2的入口之间用石英毛细管连接；冷阱2的出口连接多位选择阀的入口；所述多位选择阀有1个入口，N个出口，N为大于等于2的整数；多位选择阀的第1至n个出口分别连接第二维气相色谱的n根色谱柱，1≤n≤N-1；多位选择阀余下的N-n个出口均通过阻尼管与大气相通；
所述冷喷头和热喷头为金属管，且与氮气源连接；所述冷喷头与氮气源的连接通路上设有通过冷却介质的夹套，夹套被制冷压缩机制冷至一定的温度，通过夹套的氮气流即被制冷。，使冷喷头喷射出温度低于零度的冷氮气；所述热喷头与氮气源的连接通路外设有插入加热棒的铝块，加热棒将铝块加热至一定的温度。通过连接通路的氮气流被加热至一定的温度。，使热喷头喷射出温度≥300℃的热氮气；所述冷喷头与热喷头的气体出射方向垂直相交，冷喷头与热喷头喷出的冷氮气与热氮气交汇形成一交汇区；所述冷阱1和冷阱2紧密并排平行穿过交汇区，且它们轴向与冷喷头、热喷头的气体出射方向垂直相交；冷阱1和冷阱2内带吸附剂的区域均位于交汇区内。
所述冷阱1和冷阱2为长5～15mm，内径0.53mm的石英毛细管，内部填充的吸附剂为石墨化炭黑，填充长度为2～5mm。
所述冷喷头和热喷头的喷口内径为3～5mm。
所述阻尼管为内径100微米的石英毛细管，其长度依据第二维气相色谱柱所需的流量进行调节。
所述冷喷头喷射出的冷氮气的温度为零下18℃至零下20℃。
所述冷阱1与冷阱2之间的石英毛细管内径为120～180微米。
所述冷喷头和热喷头喷射出的气体流量大于等于60mL/min。
所述吸附剂为60-80目。
该接口装置的工作原理是：常开冷喷头喷射冷氮气流，使冷阱1和冷阱2处于低温。此时多位选择阀的出口设置为阻尼管，目标组分从第一维气相色谱中流出后被冷阱1内的吸附剂吸附保留。然后开启热喷头，短暂喷射热氮气后，冷阱1内吸附的目标组分被释放，传输至冷阱2。关闭热喷头，在冷氮气的作用下目标组分又被冷阱2内的吸附剂保留。再次开启热喷头，并转动多位选择阀，将其出口设置为连接第二维气相色谱柱，冷阱2内的目标组分被释放并传输至第二维气相色谱进行再次分离。如此反复。多位选择阀一般处于放空位置，即出口设置为阻尼管，与大气相通。仅当冷阱2释放相应目标组分时，才转动至出口连接第二维分离色谱柱。冷喷头设置为常开状态，热喷头间歇开启，因为制热速度非常快，当热喷头开启时，能迅速使冷阱内的目标组分热脱附。当第二维色谱采用n根色谱柱时，该接口可以将第一维流出的n个区段依次转移至第二维色谱的n根色谱柱进行分析，构成二维n阵列气相色谱系统，实现单次进样的真二维气相色谱分离，避免了传统真二维气相色谱需要多次进样的问题。由于第二维的n根色谱柱独立运行，因此可以设置不同的程序升温条件，极大地提高了分离效率。
本发明的技术方案具有以下优点：
1.两个冷阱中均填充有吸附剂石墨化炭黑，能够有效吸附挥发性组分。
2.与传统的中心切割方式不同，本发明的技术方案能在一次进样条件下，对第一维气相色谱流出物的n个区段依次转移至第二维进行分离，n取决于第二维的色谱柱数量，实现了单次进样的真二维色谱分离，极大地缩短了分析时间。
3.接口结构简单，成本较低。
附图说明
图1为应用例1中的第一维色谱图(a)和切割后的第一维色谱图(b)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种二维气相色谱接口，包括冷阱1、冷阱2、冷喷头、热喷头和多位选择阀组成。
冷阱1和冷阱2为长10mm，内径0.53mm的石英毛细管，内部填充的60-80目的石墨化炭黑，填充长度为3mm。冷阱1的入口连接第一维气相色谱的出口；冷阱1的出口与冷阱2的入口之间用内径150微米的石英毛细管连接。冷阱2的出口连接多位选择阀的入口；多位选择阀有1个入口，6个出口；多位选择阀的第1至4个出口分别连接第二维气相色谱的4根色谱柱；多位选择阀余下的2个出口均通过阻尼管与大气相通，阻尼管为长700mm，内径100微米的石英毛细管。
冷喷头和热喷头为金属管，优选不锈钢管，内径4mm。冷喷头和热喷头与高压氮气连接。冷喷头与高压氮气的连接通路上设有通过冷却介质的夹套，夹套被制冷压缩机制冷，使冷喷头喷射出的冷氮气温度为零下20℃。热喷头与高压氮气的连接通路上外设有插入加热棒的铝块，加热棒将铝块加热使热喷头喷射出的热氮气温度为300℃。所述冷喷头与热喷头的气体出射方向垂直相交，冷喷头与热喷头喷出的冷氮气与热氮气交汇形成一交汇区；冷阱1和冷阱2紧密并排平行穿过交汇区，且它们轴向与冷喷头、热喷头的气体出射方向垂直相交；冷阱1和冷阱2内带吸附剂的区域均位于交汇区内。
冷喷头和热喷头喷射出的气体流量等于60mL/min。
设置冷喷口为常开喷射方式，热喷口的喷射周期为30秒，喷射时间为200毫秒。
应用例1
如实施例1所述的装置，其中，第一维色谱柱为30m×0.32mm i.d.×1μmOV-1石英毛细管气相色谱柱。取精油样品，进样1微升，第一维色谱分离条件为初温40℃保持3分钟，10℃/min升温至200℃，保持20min。第一维色谱柱出口用石英压接头与冷阱1连接。
取第一维色谱的相应分离区段，转动多位阀，将相应的区段传输至第二维色谱分离柱。第二维色谱的其中一个分离柱为30m×0.25mm i.d.×1μmFFAP石英毛细管气相色谱柱，色谱分离条件为初温40℃保持5分钟，10℃/min升温至200℃，保持20min。第一维分离色谱图和切割相应区段后的第一维色谱图见图1，可以看出，切割操作不会对第一维分离造成影响。

Claims (9)

1.一种二维气相色谱接口，其特征在于：包括冷阱1、冷阱2、冷喷头、热喷头和多位选择阀；所述冷阱1和冷阱2为内部填充吸附剂的熔融石英毛细管；冷阱1的入口连接第一维气相色谱的出口；冷阱1的出口与冷阱2的入口之间用石英毛细管连接；冷阱2的出口连接多位选择阀的入口；所述多位选择阀有1个入口，N个出口，N为大于等于2的整数；多位选择阀的第1至n个出口分别连接第二维气相色谱的n根色谱柱，1≤n≤N-1；多位选择阀余下的N-n个出口均通过阻尼管与大气相通；
所述冷喷头和热喷头为金属管，且与氮气源连接；所述冷喷头与氮气源的连接通路上有制冷区，使冷喷头喷射出温度低于零度的冷氮气；所述热喷头与氮气源的连接通路上有加热区，使热喷头喷塑出温度≥300℃的热氮气；所述冷喷头与热喷头的气体出射方向垂直相交，冷喷头与热喷头喷出的冷氮气与热氮气交汇形成一交汇区；所述冷阱1和冷阱2紧密并排平行穿过交汇区，且它们轴向与冷喷头、热喷头的气体出射方向垂直相交；冷阱1和冷阱2内带吸附剂的区域均位于交汇区内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷阱1和冷阱2为长5～15mm，内径0.53mm的石英毛细管，内部填充的吸附剂为石墨化炭黑，填充长度为2～5mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷喷头和热喷头的喷口内径为3～5mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述阻尼管为内径100微米的石英毛细管，其长度依据第二维气相色谱柱所需的流量进行调节。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷喷头喷射出的冷氮气的温度为零下18℃至零下20℃。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷阱1与冷阱2之间的石英毛细管内径为120～180微米。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷喷头和热喷头喷射出的气体流量大于等于60mL/min。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述吸附剂为60-80目。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述制冷区的结构是于连接通路外设有通过冷却介质的夹套，夹套被制冷压缩机制冷至一定的温度，通过连接通路的氮气流即被制冷；
所述加热区的结构是于连接通路外设有插入加热棒的铝块，加热棒将铝块加热至一定的温度；通过连接通路的氮气流被加热至一定的温度。
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