CN108508113A - 单级热脱附解吸系统 - Google Patents

Abstract

本发明为单级热脱附解吸系统，解决已有系统会损坏填料和色谱柱，色谱峰分辨率低，分吸数据不准确的问题。切换阀V5的第1、2通道对称.同一载气获得的两个不同压力输出的第1、2气源P1、P2分别与第1、2通道连接，第2气源P2的压力大于第1气源P1的压力，切换阀V5的输出接连接热脱附到气相色谱仪的传输线，样品管的载气输入口接第1开关阀V1,排气口接第3开关阀V3,解吸气出口接第1通道、第2开关阀V2，第1气源P2分别接第1、2开关阀V1、V2,样品管有加热器。

Description

单级热脱附解吸系统

技术领域

本发明与气相色谱仪的样品热脱附处理装置有关。

背景技术

气相色谱仪分吸的样品一般是气体或者可以通过汽化或者其他方式变成气体的样品。热脱附又叫热解吸，就是通过加热的方式用惰性气体将需要的组分洗脱出来的一种方法。热脱附进样技术就是将热脱附出来的组分送入气相色谱仪的方法。

由于空气中有害的有机物含量较低，一般仪器不能直接检测，需要通过吸附浓缩方式采样再解吸送入气相色谱仪检测。样品采样过程是借助于真空泵抽取空气通过样品管的填料吸附要检测的组分，空气中既含有大量氧气又含有水蒸气，在吸附样品时也有空气和水进入样品管，样品管内的填料在高温下容易受到氧气破坏，样品管内水分进入气相色谱柱会损坏色谱柱和某些检测器，并且给数据带来不稳定。为了消除这两种因素的影响，在二级热脱附中正向吹扫和解吸过程是一致的，即一部分到冷阱、一部分分流出去，挥发性强的被吹出的到冷阱部分被冷阱聚焦，无论是氧气和水分吹扫到冷阱部分与分流部分比例不会变化，不会影响检测结果。现在凡是涉及到的自动热脱附一般都是两级热脱附，具有制冷功能的冷阱聚焦一级脱附（解吸）出来的样品，再对冷阱加热瞬时解吸送入气相色谱仪以提色谱峰高分辨率。但是二级热脱附仪器复杂、成本高，不方便大量推广。

单纯的一级脱附是没有冷阱的，如果还是一般吹扫方法会造成样品丢失。传统的一级热脱附（又称热解吸）是直接对样品管加热同时通以惰性气体将样品从样品管吸附剂中脱附出来由载气将样品送入气相色谱仪分吸。存在以下问题：1、色谱峰分辨率低。由于样品管体积大内部填料温度上升速度慢，组分前后出来的时间长，就是前面已经出来了，后面的还在管子吸附剂里面，导致色谱峰分辨率低，满足不了毛细管色谱柱分辨率的要求，色谱峰分辨率低。2、样品管体积较大导致脱附速度慢。按照标准需要采集3升气体（如GBZT300.60—2017中华人民共和国国家职业卫生标准）就需要能填充足够多的填料的样品管，体积较大，一般采用国际标准的外径1/4英寸、内径0.18英寸的管子，由于内部填料温度上升慢、管子体积大导致脱附速度慢，导致样品进入气相色谱仪色谱柱的速度时间过长，满足不了毛细管色谱柱分辨率的要求；3、损害填料。样品管内有空气，填料也吸附有空气，在高温下氧气会损害填料，如果直接吹扫可能会导致挥发性的组分丢失；4、水分和样品一同解吸进入气相色谱仪会损坏色谱柱。在采样过程中有一定量的水分进入样品管（这取决于样品空气湿度），水分和样品一同解吸进入气相色谱仪会损坏色谱柱和导致分吸数据不确定度大大增加。

发明内容

本发明和目的是提供一种色谱峰分辨率高，不会损害填料和色谱柱，不会导致挥发性的组分丢失，分吸数据准确的单级热脱附解吸系统。

本发明是这样实现的：

单级热脱附解吸系统，切换阀V5的第1、2通道对称. 同一载气获得的两个不同压力输出的第1、2气源P1、P2分别与第1、2通道连接，第2气源P2比第1气源P1的压力大00Kpa。

切换阀V5的输出接连接热脱附到气相色谱仪的传输线11，样品管9的载气输入口接第1开关阀V1,排气口接第3开关阀V3, 解吸气出口接第1通道、第2开关阀V2，第1气源P2分别接第1、2开关阀V1、V2, 样品管9有加热器10，将热脱附气送入气相色谱仪的步骤如下：

1）样品管9装载进入系统后的状态为切换阀V5的第1、2通道分别接堵头和气相色谱仪，全部开关阀关闭，

2）第2、3开关阀打开，第2气源P2的气经第2开关阀V2、样品管9、第3开关阀V3完成对样品管的反向吹扫，

3）当完成对样品管的反向吹扫后，全部开关阀关闭，系统处于水分已经清除和无氧状态，这时由加热器10完成对样品管9的加热，

4）当完成密闭加热后，第1开关阀V1打开、切换阀V5切换，第1通道接气相色谱仪，样品管内9的样品在高温下被第2气源P2的载气快速洗脱，洗脱气经切换阀V5快速进入气相色谱仪色谱柱。

在这个过程中，根据需要打开第4开关阀V4，第1调节阀V6改变分流来调节进入气相色谱仪的量。

所述的加热器10为可移动的由两个相同半圆柱组成的能完成360°柱面加热的加热器。

解吸气出口接第4开关阀V4，第4开关阀接第1流量调节阀V6,第3开关阀接第2流量调节阀V7，在步骤4）中，根据需要打开第4开关阀V4，第1调节阀V6改变分流来调节进入气相色谱仪的量。

步骤3）中密闭加热的时间根据填料和分吸的样品不同而在10—360秒内改变。

第1气源P2比第2气源P1的压力大30—200Kpa。

第2气源P2的压力为90—300Kpa。

本发明的优点如下：

本发明采用反向吹扫、密闭加热、高压进样的技术。

密闭加热和高压进样提高了组分的色谱峰分辨率，得到了比较理想的效果。

本发明采用了密闭加热方式，根据分吸的样品不同一般密闭加热时间为10秒到6分钟，使被吸附的组分在解吸温度上升到设定值时处于即将脱离吸附剂的激活状态，在下一个状态开关阀V1和切换阀V5同时打开，载气通过样品管把被吸附的组分瞬时洗脱出来进入气相色谱仪色谱柱，获得好的分辨率。进样完成后回到原来关闭状态。同时在密闭加热状态样品管内部压力高于常温状态压力，需要高压的载气，高压载气脱附（解吸）也加快了解吸速度，提高色谱峰分辨率。

本发明为保护仪器和填料及为满足包括一级脱附（解吸）的特点必须反向吹扫，使系统处于水分已经清除和无氧状态。

360°柱面均匀加热区别于单一开口的槽型加热器，可以提高了组分的色谱峰分辨率。因为单一开口的槽型加热器不能完成样品管圆周的均匀加热导致后续组分脱附（或解吸）的速度不一致、冷边脱附（解吸）滞后、导致色谱峰展宽、分辨率低。

需要注意的是，样品管直接脱附（解吸）进样不能沿进样方向进行水分和空气吹扫，那会丢失样品导致无法接受的结果。

本发明也可以用于二级热脱附和其它与吸附脱附（解吸）有关的色谱技术。

附图说明

图1为本发明当样品管装载进入系统后状态图。

图2为本发明反向吹扫状态图。

图3为本发明实现接触式的360°柱面均匀加热状态图。

图4为本发明洗脱气进入气相色谱仪状态图。

具体实施方式

单级热脱附解吸仪，切换阀V5的第1、2通道对称. 同一载气获得的两个不同压力输出的第1、2气源P1、P2分别与第1、2通道连接，P2>P1，切换阀V5的输出接连接热脱附到气相色谱仪的传输线11，样品管9的载气输入口接第1开关阀V1,排气口接第3开关阀V3, 解吸气出口接第1通道、第2、4开关阀V2、V4，第1气源P2分别接第1、2开关阀V1、V2，第4开关阀接第1流量调节阀V6,第3开关阀接第2流量调节阀V7，有可移动的由两个相同半圆柱组成的能完成360°柱面加热的加热器10。

加热器10的结构与专利号为201310023569.5，名称：热脱附一级样品管加热器的技术方案相同。

单级热脱附解吸仪的将热脱附气送入气相色谱仪的方法，步骤如下：

1）样品管自动装载进入系统后的状态为切换阀V5的第1、2通道分别接堵头和气相色谱仪，全部开关阀关闭，

2）第2、3开关阀打开，第2气源P2（250Kpa）的气经第2开关阀V2、样品管9、第3开关阀V3、第2流量调节阀V7完成对对样品管的反向吹扫，

3）当完成对样品管的反向吹扫后阀后，全部开关阀关闭，内部系统处于水分已经清除和无氧状态，这时由可移动的由两个相同半圆柱组成的能完成360°柱面加热的加热器10完成对样品管9的包裹，实现接触式的360°柱面均匀加热，密闭加热的时间根据填料和分吸的样品在10—360秒内改变。

4）当完成密闭加热后，第1开关阀V1打开、切换阀V5切换，第1通道接气相色谱仪，样品管内9的样品在高温下被第2气源P2的载气快速洗脱，经切换阀V5快速洗脱气进入气相色谱仪色谱柱，在这个过程中，根据需要打开第4开关阀V4，第1调节阀V6改变分流来调节进入气相色谱仪的量。

工作过程：图1为当样品管自动装载进入系统后的状态。

当阀V2和V3打开时载气通过V2经样品管9、阀V3和V7就可以完成对样品管的反向吹扫。如图2所示。

当完成对样品管的反向吹扫后阀回到图3状态，内部系统处于水分已经清除和无氧状态，这时由可移动的由两个相同半圆柱组成的能完成360°柱面加热的加热器10完成对样品管的包裹实现接触式的360°柱面均匀加热。对样品管的密闭加热能使填料温度上升到组分脱附（解吸）温度，密闭加热的目的是使被填料吸附的组分与填料之间处于组分即将脱离填料的激活状态，为下一步组分快速脱离填料做准备。

当完成密闭加热一切就绪后，V1打开、切换阀V5切换，样品管内9的样品在高温下被载气P2通过V1经样品管、经切换阀V5快速洗脱进入气相色谱仪色谱柱。在这个过程中，可以根据需要打开V4，也可以调节V6改变分流来调节进入气相色谱仪的量。

Claims (6)

1. 单级热脱附解吸系统，其特征在于切换阀V5的第1、2通道对称. 同一载气获得的两个不同压力输出的第1、2气源P1、P2分别与第1、2通道连接，第2气源P2的压力大于第1气源P1的压力，切换阀V5的输出接连接热脱附到气相色谱仪的传输线（11），样品管（9）的载气输入口接第1开关阀V1,排气口接第3开关阀V3, 解吸气出口接第1通道、第2开关阀V2，第1气源P2分别接第1、2开关阀V1、V2, 样品管（9）有加热器（10），将热脱附气送入气相色谱仪的步骤如下：

1）样品管装载进入系统后的状态为切换阀V5的第1、2通道分别接堵头和气相色谱仪，全部开关阀关闭，

2）第2、3开关阀打开，第2气源P2的载气经第2开关阀V2、样品管9、第3开关阀V3完成对样品管的反向吹扫，

3）当完成对样品管的反向吹扫后，全部开关阀关闭，系统处于水分已经清除和无氧状态，这时由加热器（10）完成对样品管（9）的密闭加热，

4）当完成密闭加热后，第1开关阀V1打开、切换阀V5切换，第1通道接气相色谱仪，样品管内的样品在高温下被第2气源P2的载气快速洗脱，洗脱气经切换阀V5快速进入气相色谱仪色谱柱。

2.根据权利要求1所述的单级热脱附解吸系统，其特征在于所述的加热器（10）为可移动的由两个相同半圆柱组成的能完成360°柱面加热的加热器。

3.根据权利要求1所述的单级热脱附解吸系统，其特征在于解吸气出口接第4开关阀V4，第4开关阀接第1流量调节阀V6,第3开关阀接第2流量调节阀V7，在步骤4）中，根据需要打开第4开关阀V4，第1调节阀V6改变分流来调节进入气相色谱仪的量。

4.根据权利要求3所述的单级热脱附解吸系统，其特征在于步骤3）中密闭加热的时间根据填料和分吸的样品不同而在10—360秒内改变。

5.根据权利要求1所述的单级热脱附解吸系统，其特征在于第2气源P2比第1气源P1的压力大30—200Kpa。

6.根据权利要求1所述的单级热脱附解吸系统，其特征在于第2气源P2的压力为90—300Kpa。