CN111480073B - 用于实时监测化学样品的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了系统和方法，其改善了痕量挥发性化学物质的测量，诸如通过气相色谱法(GC)和气相色谱/质谱法(GCMS)进行的测量。第一捕集系统可包括串联的多个毛细管柱和流体耦接到第一检测器的富集柱。第一捕集系统可保留和分离样品中的化合物，包括C3烃和比C3烃更重的化合物(例如最高C12烃，或沸点为约250℃的化合物)，并且可将化合物从富集柱转移至第一检测器。第二捕集系统可接收第一捕集系统未保留的化合物，并且可包括流体耦接到一个或多个第二检测器的填充捕集器、极性柱和PLOT柱。第二捕集系统可从样品中去除水，并且可分离和检测包含C2烃和甲醛的化合物。

Description

用于实时监测化学样品的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年11月22日提交的美国临时专利申请No.62/589,798的权益，该临时专利申请的全部公开容出于所有目的全文以引用方式并入本文，并要求2018年9月5日提交的美国临时专利申请No.62/727,200的权益，该临时专利申请的全部公开内容出于所有目的全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及预浓缩化学样品的系统和方法，更具体地讲，涉及具有多个不同种类的捕集器的系统，这些捕集器用于将化学样品的各种化合物预浓缩并分离成单独的样品流以通过气相色谱法进行分析。
背景技术
在空气或其它基质中以低至亚PPB水平分析挥发性化学物质可能需要在注入气相色谱仪(GC)之前预浓缩样品，因为大多数检测器不够灵敏而无法在亚PPB水平分析化学物质。可在室外和室内空气中测量挥发性化学物质，以确定它们对那些区域内生活的人群造成的风险。此外，这些化合物中的许多可在存在日光的情况下与氮氧化物(NOx)反应以产生光化学烟雾诸如臭氧。由于这两个原因，对VOC的全面监测在世界范围内变得越来越普遍。对于一些化合物而言，典型的关注范围以低至0.001PPBv开始，这取决于它们的毒性、致癌特性、或它们对臭氧产生速率的影响。为了检测这些浓度的化合物，可将体积在0.2-1升范围内的样品预浓缩，从而在引入GC毛细管柱之前得到2-100微升范围内的最终体积。该预浓缩可允许使用低流量毛细管GC系统以足够快的速率注入样品以实现高色谱分辨率。
过去的挑战是开发这种预浓缩系统和分析仪：能够回收轻如乙烷、乙烯和乙炔(C2烃)的化合物，同时还能够以良好的精度回收较重的化合物诸如C12烃(正十二烷等)而不使用低温冷却或电子冷却。换句话讲，在许多情况下，需要预浓缩和分析包含沸点范围为-90℃至230℃的化合物的样品。捕集此范围化合物的许多方法涉及将捕集器冷却至低于亚环境温度，以便增加每个捕集器的吸附强度。一般来讲，每冷却35℃吸附剂强度大约提升至十倍，因此将已为高强度的捕集器冷却至亚环境温度，会使它们的强度更高。遗憾的是，在一些情况下，以这种方式冷却捕集器可能不允许水蒸汽通过这些捕集器。在大多数情况下，大多数水必须在注入毛细管GC之前去除，因为空气中0.5-3％的正常水浓度(5-3000万PPB)可能太高而不能被GCMS系统处理，因为毛细管柱和质谱仪检测器的性能可能受到负面影响。即空气中水蒸汽的浓度可使GC柱过载并且可在质谱仪中产生信号抑制。另外，在大多数情况下，必须去除水而不损失所关注的极性或非极性VOC。
用于在现场实时分析期间测量C2-C12烃的一些方法可使用复杂的电子冷却，这可能不允许消除水蒸汽。为了移除过量的水蒸汽，一些系统可使初始空气样品通过可吸收和消除大部分水的膜。遗憾的是，该方法还可消除极性VOC，诸如包含氧气的那些(醇、酮、醛、酯等)，因此这些分析仪可能无法测量存在于空气中的一些有毒化学物质，并且它们可能无法回收对城市空气中的臭氧形成速率具有影响的所有化合物。这可防止这些极性VOC(PVOC)在实时监测期间被准确地测量，这是有问题的，因为PVOC可在一些位置占总VOC库存的至多一半。
一些除水系统使用电子冷却通过将第一捕集器冷却至约-30℃来选择性地冻结水，这通过将样品流降低至-30℃的露点来移除大部分水。然后在-20至-30℃下，在含有多种吸附剂的第二阶段捕集器上发生VOC的捕集。遗憾的是，这些系统在注入样品和烘烤之后冷却回来可能花费太长时间而不能用单个预浓缩系统进行实时分析，因此这些系统必须使用两个单独的系统，其中一个系统在注入、烘烤和冷却的同时另一个系统在捕集样品。遗憾的是，这显著增加了成本，并且使得更难获得良好的系统精度，因为两个单独的系统交替地生成数据，从而可能需要对两个系统执行单独的校准。
许多实时分析仪利用GC中的两个火焰离子化检测器(FID)和两个单独的柱来测量C2-C12烃，而不使用质谱仪来确认化合物种类。每种化合物的鉴定依赖于对每种化合物保持一致的洗脱时间(保留时间-RT)。遗憾的是，许多空气样品可包括数千种VOC，其浓度可基于化学精炼器的接近程度而广泛变化，这些化学精炼器产生用于当今塑料及合成物的沸点较低的前体。在不使用质谱法来识别目标VOC并将目标VOC与其它干扰化合物分离的情况下，依赖于双FID分析仪的系统可能遭受正偏压，因为化合物被错误地识别。
发明内容
本公开的一些实施方案涉及包括用于分析化学样品的气相色谱法的系统和方法，这些化学样品诸如包含挥发性有机化合物(例如沸点在-100℃至250℃之间的化合物)的化学样品。另外，本公开的一些实施方案可在不低温冷却或电子冷却那些实施方案的组成部份的情况下分析一系列化合物。本公开的一些实施方案包括多毛细管柱捕集系统(MCCTS)，其可包括以增加的强度(即对所关注的特定化合物的化学亲和力)布置的多个毛细管柱。然而，在一些实施方案中，当为达到检测限(通常为200-400cc)需要大体积取样时，MCCTS可能无法在空气中充分捕集最轻的目标化合物，诸如约-90℃下沸腾的C2烃和甲醛。因此，除了一个或多个MCCTS之外，本公开的一些实施方案还包括一个或多个填充捕集器和/或毛细管柱。这些实施方案的填充柱和毛细管柱可流体耦接到MCCTS，并且可捕获(或捕集)MCCTS可能无法充分保留的化合物(例如C2烃和甲醛)。这些系统可包括额外的柱以有利于从所关注的有机化合物(例如C2烃和甲醛)中移除水蒸汽。此外，这些系统可包括两个或更多个不同的检测器以检测不同类别的化合物。例如，该系统可包括用于检测化合物诸如C2烃和甲醛的火焰离子化检测器和/或光致电离检测器，以及用于检测C3-C12烃的质谱检测器。其它检测器类型是可能的，诸如脉冲放电检测器或声学检测器。
本专利申请中所述的实施方案包括优于通过气相色谱法进行化学分析的其它系统和技术的多个优点。例如，所有捕集器和烘箱温度可在35℃或更高的温度下操作，从而消除了对低温冷却或电子冷却的需要。MCCTS的使用可消除使用填充捕集器浓缩C2-C12化合物的现有技术系统中的许多缺陷。例如，MCCTS可消除由于填充捕集器中的吸附剂的膨胀和收缩而发生的沟道效应。在MCCTS的毛细管捕集器中使用小得多的吸附剂颗粒可导致MCCTS更快释放化学物质以及在每次分析之后更快地清除化学物质。这对于混合物中较重VOC的快速注入和清除可能特别重要。因此，MCCTS可有利于快速系统清理(即复位)，其夹带量远少于使用填充捕集器的系统。最后，双钝化不锈钢真空罐可用于以基本上恒定的速率收集实时空气样品，与收集一小时样品的每个真空罐交替。基本上恒定的取样可导致更准确的结果，尽管在分析之间在烘烤和冷却捕集器上花费了任何时间。当进行小时分析时，每个罐可在一小时内收集样品，这相对于直接捕集样品的系统而言是有利的，并且最初不会在罐中收集样品，因为由于需要在下一个样品预浓缩之前解吸、烘烤和冷却捕集器，这些系统每小时仅可在15-30分钟内取样。在本文所述的系统中，一个罐可取样一小时，而另一个罐可被分析并重新抽空以对下一个小时取样事件做准备。此外，该系统可用于固定式实验室，在该实验室中收集所有空气样品并使用惰性真空取样容器递送至实验室。并且一些实施方案可在移动实验室中操作，该移动实验室可被驱动到将执行空气分析的位置。最后，该系统可用于在永久或半永久监测工位处连续监测空气，测试0.001PPB至PPM水平的数百种化合物，包括美国《1990年(清洁空气法)修正案》中指定的一些化合物。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个示例的用于通过气相色谱法预浓缩和分析化学样品中的各种化合物的系统100的示例性框图。
图2A示出了根据本公开的第一捕集系统204的一个示例。
图2B示出了根据本公开的示例性第二捕集系统224。
图2C示出了用于预浓缩和分析根据本公开的化学样品内的一组或多组化合物的示例性系统200。
图3示出了根据本公开的用于分析化学样品的示例性过程300。
具体实施方式
在以下描述中，参考附图，附图形成描述的一部分，并且在附图中，以例示的方式示出可实践的具体示例。应当理解，在不脱离本公开的示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可进行结构改变。
图1示出了根据本公开的一个示例的用于通过气相色谱法预浓缩和分析化学样品中的各种化合物的系统100的示例性框图。图1的系统100包括样品102、第一捕集系统104、第一检测器110、第二捕集系统124以及一个或多个第二检测器120。在一些实施方案中，附加的或另选的部件是可能的。此外，系统100可被修改为包括下文参考图2A-C所述的部件中的一个或多个。
在图1所示的系统100中，样品102包括输入(传入)系统100的气体。例如，如下文参考图2A更详细描述的，系统100可从多种不同的气体输入中选择输入，并且样品102可指系统100的单个所选择的气体输入。更具体地讲，系统100可选择保持(即收集)在真空罐中的气体样品102。还如下文更详细描述的，系统100可被设计成从至少两个此类样品中进行选择(例如以实现实时或连续取样)。如本领域的技术人员可以理解的，现有真空系统可以恒定的流速将环境空气的样品(即气体样品)收集到不止一个惰性真空罐中，以有利于连续(或大致连续)取样。例如，系统100能够与图1中未示出的两个真空罐(或真空系统)结合操作，以在预定时间段(例如一小时)内收集样品102，作为收集到罐中的平均值。此外，系统100可根据用户定义的计划表(例如每小时)通过在第一时间段(例如第一小时)期间以恒定流速收集第一实时样品来进行分析。然后，在接下来的(第二)时间段(例如第二小时)期间，系统100也可以恒定的流速收集第二实时样品，同时系统100分析其在第一时间段期间收集的第一实时样品。在系统100分析第一实时样品之后，其可将第一真空罐抽空，并且其可基于用户指令开始在第三时间段(例如第三小时)内收集第三实时样品，系统可能同时分析在第二时间段(或第二小时)期间收集的第二实时样品。并且如本领域技术人员可以理解的，系统100可被编程为以后续分析之间的延迟或以大于一小时(例如2小时、3小时、4小时、6小时或8小时等)的时间段收集和分析样品(即通过气相色谱法)。
因此，系统100可收集样品102，该样品致使(例如为平均值，其包括)取样空气质量中挥发性有机化合物浓度的甚至短期波动，同时系统100在用户限定的定时器时间段期间(例如每小时平均值)收集样品102。换句话讲，用户可以用大于或小于一小时的分析频率(即用于收集样品的时间段)对系统100进行编程。例如，代替每小时对平均浓度进行取样，系统100还能够每2小时、3小时、4小时、6小时、8小时或12小时或更长时间一次地分析样品102。并且由于实时取样器在整个积分周期内(例如在连续六小时内)仍在收集，因此可获得任何合适的积分周期内空气中化学物质的浓度的真实平均值。并且，如可以理解的，积分周期的持续时间的增加可对应于所需的GC分析(即在每个积分周期结束时发生的分析)的总量的减少。如本领域所理解的，用于气相色谱法的部件可在那些部件需要维护(即停机时间)之前工作有限的时间量。因此，在收集装置(例如真空罐)中收集样品102以允许系统100在指定时间段内以较少的总气相色谱法分析操作，延长了系统100在其需要例行维护(即停机时间)之前可操作的时间。
如图1所示，系统100还可包括第一捕集系统104。如下文参考图2-3更详细描述的，系统100包括第一捕集系统104，以将样品102中特定的一组化合物(如C3-C12烃)保留(捕集)，并通过气相色谱法分析其保留的那些化合物。还如下文参考图2A更详细描述的，第一捕集系统104的实施方案包括两个或更多个多毛细管柱捕集器，以保留可能存在于样品102中的化合物的子组。例如，基于由系统100取样的空气(或其它气体)的组成，样品102可包含第一捕集系统104保留的C3烃和更重的化合物(例如C3-C12烃)。并且样品102还可包含通过第一捕集系统104的较轻化合物(例如C2烃、甲醛或水蒸汽)。因此，如果样品102包括C3-C12烃，则第一捕集系统104可将样品102分离(即将样品102内的所关注化合物分离)成两组；并将一组化合物(例如C3-C12烃)保留在样品102中，并将其余的样品102(例如水蒸汽、C2烃和甲醛)传送到下游，以在第二捕集系统124中进行气相色谱法分析。
如图1所示，第一捕集系统104流体耦接到第一检测器110。如下文参考图2A更详细描述的，第一捕集系统104将其从样品102中保留的化合物预浓缩，以有利于通过气相色谱法分析那些保留的化合物的分布。因此，图1所示的系统100可包括气相色谱法富集柱(focusing column)(未示出)，作为第一捕集系统104的部分，或者在第一捕集系统104和第一检测器110之间。第一检测器110可接收由第一捕集系统保留的化合物(例如C3-C12烃)作为这些化合物的气相色谱法分析的部分。并且如本领域技术人员可理解的，由第一捕集系统104保留的化合物的气相色谱法分析可包括预浓缩阶段，以有利于将化合物最佳(快速)转移至第一检测器110。即第一捕集系统104可使从样品102中保留的化合物通过富集捕集器，然后将它们转移至第一检测器110以通过气相色谱法进行化学分析。系统100的第一检测器110的示例包括质谱检测器。系统100还可包括化学分离柱，诸如在第一捕集系统104和第一检测器110之间的流动通道中的GC柱。因为水蒸汽和大量气体可能不会被第一捕集系统104保留，所以这些化合物在第一捕集系统104从样品102中保留的化合物(例如C3-C12烃)的气相色谱法分析期间不会进入第一检测器110。
示例性系统100还包括第二捕集系统124，如将在下文中参考图2-3更详细地描述。在许多实施方案中，第二捕集系统124捕集(保留)并预浓缩用于气相色谱法分析的化学样品的较轻化合物，诸如C2烃和甲醛。另外，一种或多种其它化合物诸如水和大量气体可穿过第一捕集系统104的一部分以进入第二捕集系统124。第二捕集系统124将非极性样品化合物诸如C2烃与极性化合物诸如甲醛和水蒸汽分离，并且可将C2烃转移至第二柱(例如下文参考图2B详细描述的PLOT柱222B)，而不也转移大部分水蒸汽。在将C2烃转移至第二柱(例如下图2B的PLOT柱222B)期间，C2烃(例如乙烯、乙炔和乙烷)可彼此分离(即分解成单独的色谱峰)，使得当它们最终从第二柱(例如图2B的PLOT柱222B)洗脱时，它们可彼此分开测量。在洗脱C2烃之前，可停止C2烃通过极性柱转移至第二柱。然后，第二捕集系统124将水蒸汽(或大多数水蒸汽)与其它极性化合物(例如甲醛)分离，因此水蒸汽可从系统100中排出。然后，第二捕集系统124可将剩余的极性化合物(例如甲醛)转移至第二柱(即图2B的PLOT柱222B)。系统100或第二捕集系统124可预热第二(强)柱(图1中未示出)，并且在达到解吸温度后，从第二柱转移所关注的化合物(例如C2烃和甲醛)至第二检测器120，其中三种C2烃和甲醛彼此分离(分解)，从而可以准确地测量它们。如本领域技术人员可以理解的，第二检测器可以是用于执行气相色谱法的任何适当的检测器，诸如火焰离子化检测器。然而，在一个示例中，第二检测器120包括与火焰离子化检测器串联的光致电离检测器(PID)，使得转移至第二检测器120的化合物首先进入PID，然后进入FID(根据两个检测器的串联构造)。在一些示例中，脉冲放电检测器(PDD)、声学检测器或其它检测器也可用于优化灵敏度和定量。此外，在一些实施方案中，第二检测器120可包括在一个或多个检测器之前的富集柱。
因此，第二捕集系统124可将C2烃转移至第二检测器120以对那些化合物执行化学分析，而不允许水蒸汽进入第二检测器120。
因此，系统100可用于对被分离成不同流诸如C3烃和更重的化合物、C2烃(例如乙烷、乙烯和乙炔)和甲醛的样品进行单独的化学气相色谱法分析，同时还预浓缩这些样品流并从样品中去除大量气体和水蒸汽。下文参考图2-3更详细地描述了本公开(或根据另一实施方案的公开)的另一个示例，其包括气相色谱法系统200、第一捕集系统204、第二捕集系统224和包括第一捕集系统204及第二捕集系统224的系统200，以及这些系统的操作。
图2A示出了根据本公开的第一捕集系统204的一个示例。图2A所示的第一捕集系统204包括第一多毛细管柱捕集器212和第二多毛细管柱捕集器232。图2A所示的示例性第一捕集系统204还包括化学分离柱236和第一检测器210。在不脱离本公开的范围的情况下，图2A所示的第一捕集系统204和可与图2A所示的示例一定程度不同的第一捕集系统的其它实施方案可类似于上文参考图1所述的第一捕集系统104。
如图2A所示，示例性第一捕集系统204包括作为其样品源202的多路流选择阀。样品源202能够可切换地耦接到多个样品流，诸如内部标准物202A、第一校准标准物202B、第二校准标准物202C、填充气体(Blank Gas)202D、第一实时样品202E和第二实时样品202F。另外或另选的流是可能的。作为具体示例，第一实时样品202E可以存储在圆筒或真空罐中，并且耦接到选择阀202的其它流同样可以是存储的样品或标准物或来自一些其它装置的输入。
第一捕集器212和第二捕集器232可各自包括多个毛细管柱208A-C和238A-C，这些毛细管柱可被构造成捕集样品内的化学化合物的子组。例如，第一多毛细管柱捕集器212和第二多毛细管柱捕集器232的毛细管柱208A-C和毛细管柱238A-C中的每个可由保留化学样品的一种或多种化合物的吸附剂内部涂覆。
毛细管柱可为用于GC和/或GCMS的“开放管状”结构(例如管)，其具有涂覆其内壁的吸附剂(例如小吸附剂颗粒或薄膜聚合物)。毛细管柱的强度对应于其吸附被允许流动通过管柱的样品内的一种或多种化合物的亲和力(或趋势)。例如，低强度毛细管柱对吸附或吸收样品内的一种或多种化合物具有相对低的亲和力。并且相比之下，高强度毛细管柱可具有相对高的亲和力以吸附或吸收相同(或基本上类似)样品内的一种或多种化合物。毛细管柱的强度可随其物理特性(例如其长度、其内径、涂覆在其内壁上的吸附剂等)中的一者或多者而变。
如图2A所示，第一捕集器212可包括彼此串联耦接的弱柱208A、中等柱208B和强柱208C。其它数量的毛细管柱是可能的。柱208A-C以增加对化学样品的一种或多种化合物的化学亲和力的顺序流体耦接，但应当理解，在本公开的其它示例中可使用更少或更多的按顺序增大化学亲和力(即强度)的柱。系统200可包括更强的柱(例如208C和238C)以保留样品的较轻化合物；然而，强柱可能不容易(或不能完全)释放样品中的较重化合物。因此，系统200可包括一根或多根相对于较强柱子较弱的柱子，这些较弱的柱子可在较强柱子前面(即相对于当第一次输入到系统200时样品流动的方向)使用，以在较弱柱子中捕集较重的化合物并且防止(或减少)可能以其它方式被较强柱子捕集的较重的化合物。系统200中从较强柱的输入中过滤较重化合物的弱柱的这种布置可有利于在解吸期间(例如当解吸气体以与在捕集期间样品行进方向相反的方向流动时)回收较重化合物。
类似地，第二捕集器232包括以类似于第一捕集器212的柱208A-C的方式布置的弱柱238A、中等柱238B和强柱238C。第一捕集器212和第二捕集器232的柱208A-B和238A-C中的每个的长度可从0.1米到若干米(例如两米、三米或五米)变化。弱柱208A可为0.53mm内径100％聚二甲基硅氧烷柱，中等柱208B可为0.53mm内径多孔层开放管状(PLOT)Q柱(例如0.5至2米长)，并且强柱208C可为0.53mm内径碳分子筛PLOT柱(例如0.1至4米长)。第一捕集器212和第二捕集器232可包括具有相对较小内径(例如0.021"或更小)的毛细管柱208A-C和238A-C。
这些柱细节仅以举例的方式提供，并且应当理解，可根据本公开的示例使用附加或另选的柱。例如，柱208C(例如捕集器204中的最强柱)可以是非常强的PLOT柱，诸如碳分子筛。一般来讲，柱208中的一个或多个可以是基于聚合物的壁涂覆式开放管状(WCOT)柱或多孔层开放管状(PLOT)柱。在一些实施方案中，捕集器204和捕集器232内的柱可利用GC柱接头(诸如玻璃压力配合接头或任何低体积连接)流体耦接在一起。
第一捕集器212还包括加热器216A，该加热器可以是用于加热第一捕集器212内的毛细管柱208A-C(或以其它方式控制其温度)的任何合适的装置。例如，毛细管柱208可容纳在烘箱或芯轴(如，铝或铜)内，以允许柱208A-C的温度一致，无论是清洁过程中捕集化合物(如在冷温度下，例如20-50℃)或回吸化合物(如在热温度下，例如100-300℃)还是用于样品分析。加热可通过使电流通过柱上的电阻涂层或套管来执行，或通过围绕柱的缠绕加热线来执行。另选地，可通过将柱208A-C的芯轴构造成与加热板物理接触(即热耦接它们)来加热柱208A-C。在一些示例中，加热器216可包括外部风扇或鼓风机216B，该外部风扇或鼓风机可将烘箱(以及因此捕集器204和/或柱208A-C)的温度降低至环境温度(例如25℃或35℃)或更低。
如图2A所示，第一捕集系统204可流体耦接到化学分离柱236诸如GC柱和第一检测器210诸如MS检测器。化学分离柱236和第一检测器210可接收由第一捕集系统2A浓缩的样品。
如图2A所示，第一捕集器212在靠近第一捕集器212的弱柱208a的第一末端处流体耦接至样品源202和第二捕集器232。因此，在第一捕集阶段期间，样品在第一方向上从弱柱208A向强柱208C流动(例如如图2A所示，从左到右通过第一捕集器212)。在该第一捕集阶段期间，样品的一些化合物(例如C2烃、甲醛、大量气体、以及水)不被第一捕集器212保留。未被第一捕集器212保留的化合物能够离开第一捕集器212，以便使用不同的捕集系统诸如参考图1和图2B-2C所述的第二捕集系统124或224，进行进一步的分析和移除大量气体和水蒸汽。然而，第一捕集器212确实保留的化合物(例如C3-C12烃)可由第一捕集系统204富集并由第一检测器210分析，如现在将描述的。
在解吸过程期间，由第一捕集器212保留的化合物能够以相反方向从强柱208c向弱柱208a流动并进入第二捕集器232。相似地，化合物能够在捕集期间沿着从第二捕集器的弱柱238a朝向第二捕集器232的强柱238c的方向流动，并且能够在解吸期间沿着相反方向流动。该方法减少了样品化合物的带宽以改善化学分析结果的灵敏度。
在从第二捕集器232解吸化合物之后，可将化合物快速注入化学分离柱236中，然后注入第一检测器210中进行化学分析。第一捕集系统204和第二捕集系统224，如下参考图2B-C所述，可以基本上同时的方式处理不同组的化合物。例如，当第一捕集系统204和第一检测器210处理(例如捕集、检测和分析)一组化合物时，第二捕集系统224和一个或多个第二检测器220可处理(例如捕集、分离、浓缩或分析)样品中未被第一捕集系统204保留的其它化合物，如下文参考图2B-2C所述。
图2B示出了根据本公开的示例性第二捕集系统224。第二捕集系统224包括阀系统240、压力/流量控制器242和244、填充捕集器222A、极性柱228、输入端口A(耦接到参考图1-2A更详细地描述的第一捕集系统104或204的输出)、分流端口(或分流出口)226A、PLOT柱222B、解吸气体阀226B、耦接到极性柱228的3通阀226C、分流端口226A和PLOT柱222B，以及一个或多个第二检测器220。附加或另选的部件是可能的。
图2B所示的示例性第二捕集系统224被构造成捕集、预浓缩和分析可包括具有低沸点(例如-50℃至-100℃)的温室气体(例如碳氟化合物和氯氟烃)的轻质化合物(例如C2烃和甲醛)。因此，进入入口端口A的气体应在允许进入第二捕集系统224之前被过滤(例如使用第一捕集系统104或204或另一合适的过滤器)。
如图2B所示，阀系统240可包括阀，该阀能够控制第一捕集系统204的第一捕集器212、填充捕集器222A、极性柱228以及体积/流量控制器242和244之间的流体耦接和流体流动，从而控制样品(或样品的部分)进出系统200的各个阶段的流动。例如，阀系统240包括或为旋转阀，该旋转阀具有位置1和2在其中连接的装载位置和位置2和3在其中连接的注入位置。当阀系统240处于装载位置时，样品(例如样品的轻质化合物，诸如C2烃和甲醛)可以从第一捕集系统204的第一捕集器212转移至填充捕集器222A，并且当阀系统240处于注入位置时，样品可以从填充捕集器222A向极性柱228和PLOT柱222B转移出去。此外，阀系统240可以是旋转阀，该旋转阀被构造成有利于流体流动通过第二捕集系统224(例如以在阀系统240处于装载位置的情况下在填充捕集器222A处执行捕集过程，以及在阀系统240处于注入位置的情况下从填充捕集器222A执行解吸过程)，如下文参考图2C更详细地描述。
如上所述，第二捕集系统224可包括填充捕集器222A。在本公开的一些实施方案中，填充捕集器222A可为高容量C2/CH2O捕集器。也就是说，填充捕集器222A可包含强吸附剂，该强吸附剂可保留上文参考图2A描述的第一捕集系统204未保留的那些化学化合物(例如C2烃和甲醛)。因此，填充捕集器222A可能够捕集200-500cc的样品或标准气体，而不损失样品可能含有的C2烃或甲醛，并且允许足够体积的样品达到这些化合物所需的检测限值。
此外，图2B所示的示例性第二捕集系统224包括极性柱228，诸如离子液柱或具有极性化合物的合适保留特性的其它气相色谱柱。极性柱228能够基本上保留样品中存在的极性化合物(例如甲醛和水蒸汽)，并且在基本上相同的操作温度下，基本上通过(即不保留)非极性化合物(例如C2烃)。极性柱228的长度可在大约5-30米之间，具有大约0.25至0.53毫米(例如大约0.32毫米)的内径。
还如上所述，第二捕集系统224可包括具有相对较强(例如高化学亲和力)吸附剂的PLOT柱222B，以保留所关注的化合物并且在经由第二检测器220(例如火焰离子化检测器和/或光致电离检测器)检测之前富集该化合物。在一些实施方案中，PLOT柱222B是强碳分子筛或Carboxen PLOT柱。PLOT柱222B的长度可为约10米，并且内径可为约0.53毫米。PLOT柱222B的一个端部可以与第二检测器220流体耦接。
第二捕集系统224还可包括3通阀226C，如图2B所示。3通阀226C可以是3通电磁阀，该3通电磁阀可操作以选择性地将极性柱228与PLOT柱222B连接，或者将极性柱228与分流端口226A连接。
另外，该系统可包括火焰离子化检测器和/或光致电离检测器作为一个或多个第二检测器220，并且其可在解吸过程期间从PLOT柱222B接收(并测量)化合物。一个或多个第二检测器220可以是与火焰离子化检测器串联的光致电离检测器。在许多情况下，火焰离子化检测器可以高可靠性检测C2烃，并且光致电离检测器可以高可靠性检测甲醛。因此，应当理解，“一个或多个第二检测器220”是指这些检测器中的一个、串联布置的这些检测器中的两个、或适于检测特定样品中所关注化合物的一些其它检测器。
填充捕集器222A可使用Dean开关或根据其它阀开关技术和构型通过阀系统240或开关阀流体耦接到极性柱228。例如，在解吸期间，可操作六端口双位开关阀以将填充捕集器222A的一个端部放置成与极性柱228的一个端部流体连通。因此，在第二捕集系统224的解吸过程中：一种或多种化合物可从填充捕集器222A转移至极性柱228和PLOT柱222B。在该时间期间，3通阀226C可以打开极性柱228和PLOT柱222B之间的流动路径，同时关闭极性柱228和分流端口226A之间的路径。
在阀系统240和3通阀226C如上所述构造的情况下，并且在预热填充捕集器222A之后，解吸气体能够流动通过填充捕集器222A，同时加热继续到指定温度(例如100-300℃范围内的解吸温度)，并且由填充捕集器222A保留的化合物能够朝极性柱228流动。样品的一种或多种极性化合物可以被极性柱228保留，而非极性化合物可以移动到PLOT柱222B上并且在进入PLOT柱222B之后彼此分离，该PLOT柱可以经由3通阀226C流体地耦接到极性柱228。进入PLOT柱222B的化合物可以减慢(以比进入之前更慢的速率流动通过柱222B)并且在PLOT柱222B内分解或分离。
系统224还可以包括分流端口(或分流出口)226A，该分流端口(或分流出口)设置在极性柱228和PLOT柱222B之间，并且能够经由3通阀226C与极性柱228流体连通(例如基于3通阀226C的操作)。分流端口226A可有利于从极性柱228清除水蒸汽的过程。相关地，本公开的一些实施方案可包括解吸气体阀226B，以选择性地使解吸气体流入PLOT柱222B的一个端部，以将所关注的化合物从PLOT柱222B朝向第二检测器220转移(即以在PLOT柱222B处执行解吸和检测过程)。
因此，示例性第二捕集系统224可用于预浓缩和进行一种或多种样品化合物的分析，并用于从系统中去除水蒸汽和大量气体。例如，在非极性C2烃已完全或基本通过极性柱228到达PLOT柱222B之后(或者在一些实施方案中，已经进一步转移至第二检测器220之后)，分流端口226A可与极性柱228流体耦接(例如通过打开二者之间的3通阀226C并关闭PLOT柱222B处的3通阀226C)。然后可将极性柱228略微加热至介于40℃和60℃之间的吹扫温度，同时流体耦接到分流端口226A，以从极性柱228基本上或完全清除水蒸汽。极性柱228能够在加热至40℃至60℃范围内的温度时保留甲醛，从而允许水蒸汽从系统224中清除，而不损失检测化学样品中的甲醛的能力。如下文参考图3更详细地描述的，在去除水之后，系统200可以通过转动(即切换)3通阀226C来恢复极性柱228和PLOT柱222B之间的流体连通，以使系统200能够将极性化合物(例如甲醛)从极性柱228转移至PLOT柱222B(即在PLOT柱222B上保留具有C2烃的剩余极性化合物)，然后进行PLOT柱222B上(或之内)的所有化合物的解吸过程(转移)、检测和分析。在系统200的一些示例中，C2烃在通过PLOT柱222B时分离(例如乙炔、乙烯和乙烷以不同的速率通过)。在系统200将剩余的极性化合物(例如甲醛)转移至PLOT柱222B之后，系统200可以预热PLOT柱222B而基本没有流动通过PLOT柱222B发生，直到其被加热到解吸温度为止。一旦将PLOT柱222B加热到解吸温度，系统200就可以打开解吸气体阀226B以使解吸气体流动(即根据解吸气体阀226B中的流动方式)，从而快速地将完全分离的C2烃和甲醛递送到一个或多个第二检测器220。C2烃和甲醛两者的快速转移可增加一个或多个第二检测器220中每种化合物的浓度(即增大所得的信号强度)，但也可减小峰宽以产生非常窄的峰-大多数毛细管GC系统的目标。
图2C示出了用于预浓缩和分析根据本公开的化学样品内的一组或多组化合物的示例性系统200。如图2C所示，系统200包括第一捕集系统204(上文已参考图2A更详细地描述)、第一检测器210(或第一化学分析装置)、第二捕集系统224(上文已参考图2B更详细地描述)、一个或多个第二检测器220(或第二化学分析装置)，其中包括填充捕集器222A、开关阀240、压力控制系统244、极性柱228、分流端口226A、解吸气体阀226B、3通阀226C和PLOT柱222B。系统200还可包括一个或多个处理器(例如控制器、微处理器、计算机、计算机系统等)(未示出)，其运行容纳在非暂态计算机可读介质上的软件和/或指令，以用于控制系统200的一个或多个部件的操作。此外，如本领域的技术人员可以理解的，系统200可以包括被构造成控制系统200内的某些部件连同系统200的任何其它部件(诸如阀系统240、3通阀226C和解吸气体阀226B)的操作的一个或多个处理器。
如图所示，系统200包括多通道流选择阀202以在各种流体输入之间进行选择，从而流入系统200(例如流入第一捕集系统204的第一捕集器212的一个端部)。输入包括内部标准物202A、第一校准标准物202B、第二校准标准物202C、填充气体202D、第一实时样品202E和第二实时样品202F。附加的或另选的输入是可能的。积分样品是指在用户限定的积分周期的整个持续时间内收集到真空罐中的空气，但是在不脱离本公开的范围的情况下，其它取样技术也是可能的。通过将大约100-500cc的空气从样品容器抽入第一捕集系统204，可将积分样品输入系统200。上文参考图1描述了时间积分样品的其它示例。
系统200的操作可开始于允许内部标准物202A气体通道经由多通道阀202流入第一捕集系统204，然后是校准标准物202B,202C中的任一个(例如至校准系统200)，或者通过在多通道阀202处选择第一实时样品202E或第二实时样品202F(例如样品或化学样品)或者从保持远程收集的样品容器的自动取样器(未示出)选择来开始。第一捕集系统204的第一捕集器212可保留一组化合物(例如C3-C12烃)，而固定气体(例如氮气、氧气、氩气、CO2、甲烷)和其它化合物(例如水蒸汽、C2烃、甲醛和沸点低于-50℃的轻度游离物)穿过第一捕集器212而基本上不保留在第一捕集器212内。
未被第一捕集器212保留的化合物可流动通过开关阀(或阀系统)240，然后流动通过可流体耦接到第一捕集系统204的第一捕集器212的第二捕集器224的填充捕集器222A。可用强吸附剂诸如碳分子筛将填充捕集器222A填充，该强吸附剂可保留第一捕集系统204中的多毛细管柱捕集器212未保留的化合物(例如甲醛、C2烃和水蒸汽)。例如，第二捕集系统224的填充捕集器222A可足够强(即基于柱的长度、内径和/或内部吸附剂涂层具有足够的化学亲和力)，以在大约35℃下的100cc至500cc空气的预浓缩过程中保留所关注化合物(例如C2烃和甲醛)。
由图2C所示的系统200捕集的气体的体积可通过当今捕集系统所采用的若干体积测量技术(例如质量流量控制器、已知体积的贮存器中的压力增加等)中的一种来测量。如图2C所示，该系统可包括用于该目的的体积/压力控制器242。在一些示例中，所测量的气体的体积(例如通过体积/压力控制器242)可构成不被第一捕集器212或填充捕集器222A捕集的化学物质的体积，其包括固定气体(例如N2、O2、Ar、甲烷以及CO2和H2O中的一些至大部分)，并且当执行痕量分析时，通常可表示样品的98-99％。因此，在许多实施方案中，在体积测量(例如通过体积控制器242)之前收集样品的部分(例如由第一捕集器212或填充捕集器222A保留的任何化合物)对体积测量的准确性的影响可以忽略不计。
在将C3烃和更重的化合物捕集在第一捕集系统204的第一捕集器212内之后，可通过多通道选择阀202引入惰性气体(如氦气)，以将任何剩余的空气和水从第一捕集系统204的第一捕集器212中清除出来，同时还清除空气，并且在一些实施方案中，还可从第二捕集系统224的填充捕集器222A清除一些水蒸汽。在第一捕集系统204的初始操作(即第一吸附过程)期间，第一捕集系统204的第一捕集器212可被加热并以比通过捕集器212的气体体积相对更小的气体体积朝向第二捕集器232反吹扫。即通过第一捕集器212的气体的体积将C3烃和其它较重的化合物“富集”到第一捕集系统204的第二捕集器232上，以允许它们更快速地注入GCMS柱236。然后可在无流动条件下(例如没有流动通过第二捕集器232的大量气体)，预热第二捕集器232(例如预热至100℃至300℃范围内的解吸温度)，以当载气用于反吹扫第二捕集器232以将第二捕集器232保留的化合物(例如C3-C12烃)递送至第一检测器210(或第一化学分析装置)时，有利于更快的注入速率。
在将第一捕集系统204的第二捕集器232(或富集捕集器)预热和注入化学分离柱236的同时或与其分开，第二捕集系统224的填充捕集器222A也可被预热，以允许更快地从填充捕集器222A注入极性柱228中，并且可在单独的GC烘箱内或在单独的柱芯轴内操作，其中它们的相关加热器紧邻化学分离柱236。在加热填充捕集器222A之后，阀系统240可旋转至第二状态并有利于保留在柱222A中的化合物(例如C2烃、甲醛和任何剩余的水蒸汽)从柱222A至极性柱228的反吹扫过程。在系统200的一些示例中，填充捕集器222A的向前吹扫可使填充捕集器222A充当分离柱并进一步将C2烃彼此分离(即除了可在PLOT柱222B中发生的C2烃和甲醛的任何分离之外)。因此，对于系统200的一些示例，填充捕集器222A的向前吹扫过程可以是将由填充捕集器222A保留的化合物(例如C2烃、甲醛和任何剩余的水)转移至极性柱228和PLOT柱222B的有利方法。例如，填充捕集器222A的向前吹扫过程可包括切换在端口3和端口4处互相连接到阀240的两条管线(图2B和图2C)。并且在包括填充捕集器222A的向前吹扫的系统200的示例中，甚至可以在第二检测器220处进一步分离C2烃和甲醛(即超过原本会单独在PLOT柱222B中发生的分离)。
极性柱228可为极性“离子液体”柱，其比非极性化合物更易于保持极性化合物。因此，从填充捕集器222A吹扫到极性柱228中的任何C2烃可穿过极性柱228，因为它们是非极性的。在一些实施方案中，非极性化合物(例如C2烃)快速流动通过极性柱228(即基于流动通过极性柱228的速率和极性柱对非极性化合物的低亲和力)并到达PLOT柱222B。换句话讲，填充捕集器222A的反吹扫可有利于最初由填充捕集器222A保留的任何C2烃穿过极性柱228并经由3通阀226C，在PLOT柱222B处于第一温度(例如30-40℃)时转移至该PLOT柱中，如上文参考图2B更详细地描述。
通过极性柱228的气体流可到达分流端口226A，并且可从极性柱228吹扫或清除大量水蒸汽而不清除掉保留的甲醛。即系统200中的极性柱228可在40-60℃的温度之间保持甲醛；然而，在相同的温度范围下，允许通过分流端口226A消除最初由柱228保留的95％-99％或更多的水蒸汽。
在经由分流端口(或分流通风口)226A(即并且3通阀226C在分流端口226A处关闭)清除水蒸汽的过程之后，一个或多个加热器可加热极性柱228以有利于甲醛从极性柱228释放和流动至PLOT柱222B(例如通过打开极性柱228和PLOT柱222B之间的3通阀226C，然后使气体从选择阀240流动并通过柱228,222B)。然后，系统200可以基本上停止气体通过PLOT柱222B的流动，从而一旦(预热的)PLOT柱222B到一个或多个第二检测器220的流动恢复(例如通过打开解吸气体阀226B)，就允许预热PLOT柱222B以有利于从PLOT柱222B快速注入化合物(例如C2烃和甲醛)。也就是说，在解吸和转移至一个或多个第二检测器220进行检测之前不久加热PLOT柱222B可以减小一个或多个第二检测器220的信号-峰宽度并增加其总体灵敏度。
在C2烃已经彼此分离之后并且在化合物通过PLOT柱222B洗脱以被一个或多个第二检测器220检测到之前，可以停止通过PLOT柱222B的流体的流动。在水消除之后并且在将甲醛添加到PLOT柱222B之后，可将PLOT柱222B预热至解吸温度(例如100℃至300℃)以降低其对已经分离的C2烃和甲醛的亲和力。系统200可以打开解吸气体阀226B以使载气(解吸气)流入PLOT柱222B中，并且可以基本上高的流速将所关注的化合物(例如乙炔、乙烯、乙烯和甲醛)从PLOT柱222B吹扫到一个或多个第二检测器220。例如，通过PLOT柱222B的气体的流速可以导致一个或多个第二检测器220处的峰宽减小约2-3秒。
在将C3烃和更重的化合物(例如沸点在-50℃至250℃范围内的化合物)注入化学分离柱236和第一检测器210中，并且将其它化合物注入第二检测器220中之后，可开始烘烤系统200中的所有捕集器的过程。在烘烤期间，系统200可被加热到150-230℃范围内的烘烤温度，以去除系统200中剩余的任何痕量的化学物质。在烘烤过程之后，系统200可例如经由风扇216A和236B和/或附加的或另选的风扇冷却，然后系统200可准备好根据上述相同的步骤和总体操作来捕集和分析下一个样品。
计算机接口可以维护和控制系统200的时序及其各个部件的操作。例如，计算机接口可以控制样品的浓度，并且可以与一个或多个真空罐的操作同步并且在用户限定的积分时间段内同步(例如以允许系统200例如每小时、每隔一小时、每隔三小时等操作)。
图3示出了根据本公开的用于分析化学样品的示例性过程300。在一些实施方案中，运行容纳在非暂态计算机可读介质上的软件和/或指令的一个或多个处理器(例如控制器、微处理器、计算机、计算机系统等)可用于执行或有利于过程300的一个或多个步骤。
在过程300的步骤302中，可将样品(例如一定体积的空气)递送到系统200的第一捕集系统204。在一些实施方案中，在将样品递送到系统200之前，可将校准标准物(例如上文参考图2C详细描述的校准标准物1202A或校准标准物2 202B)递送到系统200(未示出)。此外，可将内部标准物添加到系统200(未示出)。另选地，在系统校准期间，内部标准物和一个或多个校准标准物可被递送到系统200。样品可以是实时样品，诸如实时样品202E或实时样品202F。或者其可来自直接连接到系统200的非实时取样容器，或者通过多样品自动取样器2-50或更多样品容器以进行高生产率分析。校准标准物、样品和其它气体诸如内部标准物或填充气体可通过可操作地耦接到流选择阀202的自动取样器耦接到系统。一般来讲，自动取样器可增加附加的样品容量。内部标准物和校准标准物可通过入口阀202直接连接到系统200。因此，样品可进入第一捕集系统200的第一捕集器212。如上文参考图2A-C所述，第一捕集系统204的第一捕集器212可为多毛细管柱捕集系统(MCCTS)，其由一系列保持强度从最弱到最强增加的多个毛细管柱组成。
在过程300的步骤304中，第一捕集系统204、第一捕集系统的第一捕集器212可捕集样品的较重化合物(例如C3烃及以上)。在步骤304期间，第一捕集系统204的第一捕集器212可处于30-40℃(例如35℃)范围内的捕集温度，这可导致样品化合物被保留在第一捕集器212中。
在过程300的步骤306中，较轻的样品化合物(例如C2烃和甲醛)、大量气体和水蒸汽可穿过第一捕集系统204的第一捕集器212并进入第二捕集系统224的填充捕集器222A。如上文参考图2A-C所述，第二捕集系统224的填充捕集器222A可以是填充捕集器，该填充捕集器含有强吸附剂的以保留未被第一捕集系统204的第一捕集器212捕集的C2烃和甲醛。
因此，过程300的步骤302-306可将较重的化合物(例如C3烃和更重的)与较轻的化合物(例如C2烃和甲醛)分离。较重的化合物可使用第一捕集系统204捕集，而较轻的化合物可穿过第一捕集系统204。另外，并且如上文参考图2B更详细地描述，第二捕集系统224可接收来自第一捕集系统204的轻质化合物，并且可从轻质化合物(例如C2烃和甲醛)中去除水蒸汽，并最终将它们转移至一个或多个第二检测器220以进行化学分析。这些过程可同时执行或连续执行。
在过程300的步骤308中，可将第一捕集系统204的第一捕集器212加热至解吸温度(例如100-300℃)，从而降低一种或多种捕集化合物对捕集器212的亲和力。
在过程300的步骤310中，可将第一捕集系统204的第一捕集器212反吹扫至第一捕集系统204的第二捕集器232。如上文参考图2A-2C所述，第一捕集系统的第二捕集器232可进一步将样品富集成较小的体积。以这种方式富集样品可通过分别增加峰高和减小峰宽来改善信噪比并改善化学分析结果的色谱分辨率。
在过程300的步骤312中，可将第一捕集系统204的第二捕集器232加热至解吸温度(例如100-300℃)，从而降低一种或多种捕集化合物对捕集器232的亲和力。
在过程300的步骤314中，可将第一捕集系统204的第二捕集器232反吹扫至第一检测器210。化合物可在进入检测器(例如MS)之前穿过化学分离柱236(例如GC柱)。
在过程300的步骤315中，可使用第一检测器210对一种或多种较重化合物(例如C3烃和更重的)进行化学分析。
因此，过程300的步骤308-315可用于富集和分析化学样品的一种或多种较重的化合物，诸如C3烃和更重的。在步骤308-315期间、之前或之后，过程300可前进至步骤316-344。
在过程300的步骤317中，3通阀226C可以在极性柱228和PLOT柱222B之间打开，并且3通阀226C可以在极性柱228和分流端口226A之间关闭。以这种方式操作3通阀将极性柱228和PLOT柱222B流体耦接，同时关闭分流端口226A，这可以允许一种或多种化合物通过极性柱228流动至PLOT柱222B而不通过分流端口226A离开系统，如下文将描述的。
在过程300的步骤316中，可将包含C2烃、甲醛和水蒸汽的第二捕集系统224的填充捕集器222A加热至解吸温度(例如100-300℃)，以准备将这些化合物转移至第二捕集系统224的其余部分。
在过程300的步骤318中，阀系统240可被掷动到其另选位置，以允许通过第二捕集系统224的填充捕集器222A的流反向。
在过程300的步骤320中，可对第二捕集系统224的填充捕集器222A进行反吹扫(例如使用高纯度压力受控氦气244)。即当化合物朝向极性柱228和PLOT柱222B进入填充捕集器222A时，通过填充捕集器222A的流可以在与流的方向相反的方向上行进。在一些示例中，并且如上所述，系统200可以使用类似于填充柱的填充捕集器222A，并将填充捕集器222A朝向极性柱228和PLOT柱222B正吹扫，并且从而可以在由填充捕集器222A保留的化合物(例如C2烃和甲醛)抵达极性柱228和PLOT柱222B之前将该化合物分离。在过程300的步骤322中，样品的一种或多种极性化合物(例如甲醛和水蒸汽)可由极性柱228保留。
在过程300的步骤324中，样品的一种或多种非极性化合物(例如C2烃)可流动通过极性柱228并且由PLOT柱222B保留和分离(或进一步分离)。步骤322-324可完全或部分同时发生。
因此，步骤316-324可分离未被第一捕集系统204的第一捕集器212保留的样品的极性和非极性组分。非极性化合物诸如C2烃可由PLOT柱222B富集和分离，而极性化合物诸如水蒸汽和甲醛可由极性柱228保留。
在过程300的步骤326中，系统200(或者，在一些实施方案中，第二捕集系统224)可以关闭极性柱228和PLOT柱222B之间的3通阀226C，并且3通阀226C可以在极性柱228和分流端口226A之间打开。
在过程300的步骤328中，系统200可将极性柱228加热至介于40℃和60℃之间的吹扫温度或水转移温度。将极性柱228加热至吹扫或水转移温度可有利于通过分流端口226A从极性柱228消除水，而不消除所关注的化合物(例如甲醛)，如上文参考图2B-C所述。
在过程300的步骤330中，系统200可将由极性柱228保留的任何水转移至分流端口226A。即保留在极性柱228上的任何水蒸汽可经由3通阀226C通过分流端口226A从第二捕集系统224(并且更一般地，系统200)推出。这可通过有利于载液朝向分流端口226A流动通过极性柱228(同时极性柱228被加热至介于40℃和60℃之间的水转移温度)来实现。由于甲醛的洗脱体积远大于40-60℃下水的洗脱体积，因此甲醛可在步骤330期间保留在极性柱228上。
在过程300的步骤332中，系统200可以在分流端口226A处关闭3通阀226C。
在过程300的步骤334中，系统200可将极性柱228加热至介于100-300℃之间的解吸温度。此外，在系统200的许多实施方案中，在预热步骤334期间，系统200基本上防止流动通过极性柱228(例如“无流动”条件)，以使得一旦在预热步骤334之后开始流动通过极性柱228，化合物就能够从极性柱228快速转移至PLOT柱222B。
在过程300的步骤336中，系统200可以打开极性柱228和PLOT柱222B之间的3通阀226C。
在过程300的步骤338中，可将任何剩余的极性化合物(例如甲醛)从极性柱228转移至PLOT柱222B。在步骤338期间，PLOT柱222B可以处于30-40℃(例如35℃)范围内的捕集温度，并且气体可以通过极性柱228流动至PLOT柱222B。因此，剩余的极性化合物(例如甲醛)可转移至PLOT柱222B并由其保留。
在过程300的步骤340中，系统200(或在一些实施方案中，第二捕集系统224)可以关闭极性柱228和PLOT柱222B之间的3通阀226C。例如，系统200可以基于从极性柱228转移至PLOT柱222B的体积来控制3通阀226C。并且在许多实施方案中，系统200可以足够小的体积(例如使用足够小体积的转移过程)将甲醛从极性柱228转移至PLOT柱222B，以诸如在最终PLOT柱222B解吸阶段(即下文所述的过程300的步骤346)之前防止或减少过早洗脱到第二检测器220的C2烃。
在过程300的步骤342中，系统200可以对PLOT柱222B执行预热过程(即将PLOT柱222B预热到100-300℃之间的解吸温度)。例如，在一些实施方案中，一个或多个加热器(例如加热丝、GC烘箱、芯轴加热器等)可以在解吸/检测步骤之前预热PLOT柱222B，以便于注入由PLOT柱222B保留和分离的所有化合物(例如C2烃和甲醛)。并且在该解吸温度下，C2烃和甲醛对PLOT柱222B的亲和力可降低，这可允许C2烃和甲醛快速注入第二检测器220中，如下文将描述的。流体流入或流出PLOT柱222B可以停止，直到系统200在解吸步骤期间开始将化合物转移至第二检测器220。即系统200可以执行过程300的步骤342，而基本上不流动通过PLOT柱222B。通过停止气体流入系统200的各种输入，或者通过关闭柱222B的一个端部处的阀，系统200能够减少、显著减少或防止气体流动通过PLOT柱222B。例如，关闭PLOT柱222B处的3通阀和关闭解吸气体阀226B可以防止气体流动至PLOT柱222B，诸如在上文所述预热过程期间。
在过程300的步骤344中，系统200可以打开解吸气体阀226B以有利于解吸气体流入PLOT柱222B。
在过程300的步骤346中，系统200(或第二捕集系统224)可执行解吸过程，以将最初由PLOT柱保留的化合物(例如C2烃和甲醛)转移至一个或多个第二检测器220并对那些化合物执行化学分析。系统200可以通过打开解吸气体阀226B(如上面参考步骤346所述)恢复气体流入(并因此流出)PLOT柱222B，并且因此使保留在PLOT柱222B上的化合物快速流动至一个或多个第二检测器220。
系统200(使用一个或多个第二检测器220)可以分析从PLOT柱222B转移至第二检测器220的化合物。例如，一个或多个第二检测器220可以是光致电离检测器和/或火焰离子化检测器中的一个或多个，如上面参考图2B更详细地描述的。另外，在一些实施方案中，系统200可以分析在步骤315和步骤346期间由一个或多个第二检测器220生成的信号。更具体地讲，一个或多个计算机系统可以与系统200交互(或包括在其中)，并且可以秒为单位(例如对于一些实施方案，在2-3秒之间)确定在步骤315或346期间生成的信号峰值的宽度，并且可以确定在由系统200执行的过程300的实施方案期间生成的一个或多个峰值之间的相对量值。可以理解，系统200可基于每个峰的面积来确定每种化合物的量(例如系统200可将一个或多个峰与电子器件、一个或多个计算机系统、一个或多个微处理器等集成在一起)。此外，系统200(或系统200的微处理器)可将面积计数乘以响应因子。在一些示例中，该系统可基于由系统200利用输入到系统200的已知浓度(标准)的样品执行的校准过程来确定一个或多个响应因子。另选地或除此之外，可预先确定一个或多个响应因子并将其提供给系统200。并且还可以理解，系统200可以基于系统200的共注入(同时输入)的内部标准物的响应来调整一个或多个响应因子。
在过程300的步骤348中或在对样品的所有化合物执行化学分析之后(例如过程300的步骤315和346)，可烘烤系统200，然后冷却至初始捕集温度，以对下一次运行做准备。在烘烤期间可将系统加热到100-300℃范围内的温度，以移除系统200内剩余的任何化合物，从而清洁系统200以用于下一次运行。在烘烤之后，系统200可返回到30-40℃(例如35℃)范围内的初始捕集温度，以允许捕集下一个样品的化合物。
因此，根据上文，本公开的一些实施方案包括用于分析化学样品的系统，其包括：第一捕集系统，该第一捕集系统被构造成捕集化学样品的一种或多种第一化合物；第二捕集系统，该第二捕集系统包括填充捕集器、极性柱、输出端口和PLOT柱，其中：极性柱串联耦接到PLOT柱，该第二捕集系统流体耦接到第一捕集系统，并且第二捕集系统被构造成捕集化学样品的一种或多种第二化合物和化学样品的一种或多种第三化合物；以及一个或多个阀，所述一个或多个阀被构造成：在第一捕集过程期间：有利于化学样品沿第一方向流入第一捕集系统的部分中，其中在第一捕集过程期间化学样品的一种或多种第一化合物被捕集在第一捕集系统的部分中；并且有利于化学样品的一种或多种第二化合物和化学样品的一种或多种第三化合物流动通过第一捕集系统的部分并流动至第二捕集系统的填充捕集器，在第二捕集系统的第一解吸过程期间：有利于解吸气体流动通过第二捕集系统的填充捕集器；将化学样品的一种或多种第二化合物和化学样品的水蒸汽转移至第二捕集系统的极性柱；并且将化学样品的一种或多种第三化合物通过第二捕集系统的极性柱转移并进入第二捕集系统的PLOT柱，并且在清除过程期间，有利于所述水蒸汽从极性柱流动至第二捕集系统的排气端口。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该系统还包括流体耦接到第一捕集系统的化学分离柱和与化学分离柱串联流体耦接的第一检测器。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该系统还包括流体耦接到第二捕集系统的一个或多个第二检测器。除此之外或另选地，在一些实施方案中，一个或多个第二检测器包括串联流体耦接到第二捕集系统的PLOT柱的两个第二检测器。除此之外或另选地，在一些实施方案中，保留在第一捕集系统中的一种或多种第一化合物为C3烃或比C3烃更重的化合物或具有比C3烃更高沸点的化合物中的一种或多种。除此之外或另选地，在一些实施方案中，一种或多种第二化合物包含甲醛。除此之外或另选地，在一些实施方案中，一种或多种第三化合物为C2烃。除此之外或另选地，在一些实施方案中，一种或多种第三化合物包含乙烷、乙烯或乙炔中的至少一者。除此之外或另选地，在一些实施方案中，一个或多个阀被进一步构造成：在清除过程之后，将一种或多种第二化合物从极性柱转移至PLOT柱，以及在将一种或多种第二化合物转移至PLOT柱之后，将一种或多种第二化合物和一种或多种第三化合物从PLOT柱转移至一个或多个第二检测器。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该系统还包括一个或多个加热器，所述一个或多个加热器被构造成在一种或多种第三化合物已转移至PLOT柱之后并且在清除过程之前将极性柱加热至介于40摄氏度和60摄氏度之间的清除温度，其中极性柱在清除过程期间保持在清除温度处。除此之外或另选地，在一些实施方案中，第一捕集系统包括：第一捕集器，其包括串联的多个第一毛细管柱，这些多个第一毛细管柱按照增大对样品的一种或多种第一化合物的化学亲和力的顺序布置。除此之外或另选地，在一些实施方案期间，第一捕集系统还包括第二捕集器，并且在发生在第一捕集过程之后的第一捕集系统的第一解吸过程期间，样品的一种或多种第一化合物沿相反方向从第一捕集系统的第一捕集器流动至第二捕集系统的第二捕集器。除此之外或另选地，在一些实施方案中，第一捕集系统的第二捕集器包括串联的多个第二毛细管柱，这些多个第二毛细管柱按照增大对样品的一种或多种第一化合物的化学亲和力的顺序布置。
本公开的一些实施方案涉及一种方法，该方法包括在第一捕集过程期间：有利于化学样品沿第一方向流入第一捕集系统的部分中，其中在第一捕集过程期间化学样品的一种或多种第一化合物被捕集在第一捕集系统的部分中；并且有利于化学样品的一种或多种第二化合物和化学样品的一种或多种第三化合物流动通过第一捕集系统的部分并流动至流体耦接到第一捕集系统的第二捕集系统，其中化学样品的一种或多种第二化合物和化学样品的一种或多种第三化合物在第一捕集过程期间不被第一捕集系统保留；在第二捕集系统的第一解吸过程中：有利于解吸气体流动通过第二捕集系统的填充捕集器；将化学样品的一种或多种第二化合物和化学样品的水蒸汽转移至第二捕集系统的极性柱；以及将化学样品的一种或多种第三化合物通过第二捕集系统的极性柱转移并进入第二捕集系统的PLOT柱，该极性柱和PLOT柱串联连接，并且在清除过程期间，当样品的一种或多种第二化合物保留在极性柱上时，有利于水蒸汽从极性柱流动至第二捕集系统的输出端口。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该方法还包括使用流体耦接到第一捕集系统的化学分离柱分离样品的一种或多种第一化合物；以及使用与化学分离柱串联流体耦接的第一检测器执行样品的一种或多种第一化合物的化学分析。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该方法还包括使用流体耦接到第二捕集系统的一个或多个第二检测器，对样品的一种或多种第二化合物和样品的一种或多种第三化合物执行化学分析。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该方法还包括在清除过程之后，将一种或多种第二化合物从极性柱转移至PLOT柱，以及在将一种或多种第二化合物转移至PLOT柱之后，将一种或多种第二化合物和一种或多种第三化合物从PLOT柱转移至一个或多个第二检测器。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该方法还包括通过一个或多个加热器，在一种或多种第三化合物已转移至PLOT柱之后并且在清除过程之前，将极性柱加热至介于40摄氏度和60摄氏度之间的清除温度，其中极性柱在清除过程期间保持在清除温度处。除此之外或另选地，在一些实施方案中，第一捕集系统包括：第一捕集器，其包括串联的多个第一毛细管柱，这些多个第一毛细管柱按照增大对样品的一种或多种第一化合物的化学亲和力的顺序布置。除此之外或另选地，在一些实施方案期间，第一捕集系统还包括第二捕集器，并且在发生在第一捕集过程之后的第一捕集系统的第一解吸过程期间，样品的一种或多种第一化合物沿相反方向从第一捕集系统的第一捕集器流动至第二捕集系统的第二捕集器。
尽管已参考附图全面地描述了示例，但应当注意，各种改变和修改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。此类改变和修改应当理解为包括在由所附权利要求限定的本公开的示例的范围内。

Claims (20)

1.一种用于分析化学样品的系统，包括：
第一捕集系统，所述第一捕集系统被构造成捕集所述化学样品的一种或多种第一化合物；
第二捕集系统，所述第二捕集系统包括填充捕集器、极性柱、输出端口和PLOT柱，其中：
所述极性柱串联耦接到所述PLOT柱，
所述第二捕集系统流体耦接到所述第一捕集系统，并且
所述第二捕集系统被构造成捕集所述化学样品的一种或多种第二化合物和所述化学样品的一种或多种第三化合物；以及
一个或多个阀，所述一个或多个阀被构造成：
在第一捕集过程期间：
促进所述化学样品在第一方向上流入所述第一捕集系统的一部分中，其中在所述第一捕集过程期间所述化学样品的所述一种或多种第一化合物被捕集在所述第一捕集系统的所述一部分中；并且
促进所述化学样品的所述一种或多种第二化合物和所述化学样品的所述一种或多种第三化合物流动通过所述第一捕集系统的所述一部分并流动至所述第二捕集系统的所述填充捕集器，
在所述第二捕集系统的第一解吸过程期间：
促进解吸气体流动通过所述第二捕集系统的所述填充捕集器；
将所述化学样品的所述一种或多种第二化合物和所述化学样品的水蒸汽转移至所述第二捕集系统的所述极性柱；并且
将所述化学样品的所述一种或多种第三化合物通过所述第二捕集系统的所述极性柱转移并转移到所述第二捕集系统的所述PLOT柱中，同时将所述化学样品的所述一种或多种第二化合物和所述化学样品的水蒸气保留在所述极性柱中，并且
在将所述化学样品的所述一种或多种第三化合物转移到所述第二捕集系统的所述PLOT柱之后的清除过程期间，促进所述水蒸汽从所述极性柱流动至所述第二捕集系统的输出端口。
2.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，还包括：
流体耦接到所述第一捕集系统的化学分离柱和与所述化学分离柱串联流体耦接的第一检测器。
3.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，还包括：
流体耦接到所述第二捕集系统的一个或多个第二检测器。
4.根据权利要求3所述的用于分析化学样品的系统，其中所述一个或多个第二检测器包括串联流体耦接到所述第二捕集系统的所述PLOT柱的两个第二检测器。
5.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，其中保留在所述第一捕集系统内的所述一种或多种第一化合物为C3烃或比C3烃重的化合物或沸点高于C3烃的化合物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，其中所述一种或多种第二化合物包括甲醛。
7.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，其中所述一种或多种第三化合物为C2烃。
8.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，其中所述一种或多种第三化合物包括乙烷、乙烯或乙炔中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，其中所述一个或多个阀被进一步构造成：
在所述清除过程之后，将所述一种或多种第二化合物从所述极性柱转移至所述PLOT柱，并且
在将所述一种或多种第二化合物转移至所述PLOT柱之后，将所述一种或多种第二化合物和所述一种或多种第三化合物从所述PLOT柱转移至所述一个或多个第二检测器。
10.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，还包括一个或多个加热器，所述一个或多个加热器被构造成在所述一种或多种第三化合物已转移至所述PLOT柱之后并且在所述清除过程之前，将所述极性柱加热至介于40摄氏度和60摄氏度之间的清除温度，其中所述极性柱在所述清除过程期间保持在所述清除温度处。
11.根据权利要求1所述的用于分析化学样品的系统，其中所述第一捕集系统包括：
第一捕集器，所述第一捕集器包括串联的多个第一毛细管柱，所述多个第一毛细管柱按照增大对所述样品的所述一种或多种第一化合物的化学亲和力的顺序布置。
12.根据权利要求11所述的用于分析化学样品的系统，其中：
所述第一捕集系统还包括第二捕集器，并且
在发生在所述第一捕集过程之后的所述第一捕集系统的第一解吸过程期间，所述样品的所述一种或多种第一化合物在相反方向上从所述第一捕集系统的所述第一捕集器流动至所述第一 捕集系统的所述第二捕集器。
13.根据权利要求12所述的用于分析化学样品的系统，其中所述第一捕集系统的所述第二捕集器包括串联的多个第二毛细管柱，所述多个第二毛细管柱按照增大对所述样品的所述一种或多种第一化合物的化学亲和力的顺序布置。
14.一种用于分析化学样品的方法，包括：
在第一捕集过程期间：
促进所述化学样品在第一方向上流入第一捕集系统的一部分中，其中在所述第一捕集过程期间所述化学样品的一种或多种第一化合物被捕集在所述第一捕集系统的所述一部分中；并且
促进所述化学样品的一种或多种第二化合物和所述化学样品的一种或多种第三化合物流动通过所述第一捕集系统的所述一部分并流动至流体耦接到所述第一捕集系统的第二捕集系统，其中所述化学样品的所述一种或多种第二化合物和所述化学样品的所述一种或多种第三化合物在所述第一捕集过程期间不被所述第一捕集系统保留；
在所述第二捕集系统的第一解吸过程期间：
促进解吸气体流动通过所述第二捕集系统的填充捕集器；
将所述化学样品的所述一种或多种第二化合物和所述化学样品的水蒸汽转移至所述第二捕集系统的极性柱；并且
将所述化学样品的所述一种或多种第三化合物通过所述第二捕集系统的所述极性柱转移并转移到所述第二捕集系统的PLOT柱中，同时将所述化学样品的所述一种或多种第二化合物和所述化学样品的水蒸气保留在所述极性柱中，所述极性柱和所述PLOT柱串联连接，并且
在将所述化学样品的所述一种或多种第三化合物转移到所述第二捕集系统的所述PLOT柱之后的清除过程期间，在所述样品的所述一种或多种第二化合物保留在所述极性柱上的同时，促进所述水蒸汽从所述极性柱流动至所述第二捕集系统的输出端口。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
使用流体耦接到所述第一捕集系统的化学分离柱，分离所述样品的所述一种或多种第一化合物；以及
使用与所述化学分离柱串联流体耦接的第一检测器，执行对所述样品的所述一种或多种第一化合物的化学分析。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：
使用流体耦接到所述第二捕集系统的一个或多个第二检测器，执行对所述样品的所述一种或多种第二化合物和所述样品的所述一种或多种第三化合物的化学分析。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在所述清除过程之后，将所述一种或多种第二化合物从所述极性柱转移至所述PLOT柱，以及
在将所述一种或多种第二化合物转移至所述PLOT柱之后，将所述一种或多种第二化合物和所述一种或多种第三化合物从所述PLOT柱转移至所述一个或多个第二检测器。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：
利用一个或多个加热器，在所述一种或多种第三化合物已转移至所述PLOT柱之后并且在所述清除过程之前，将所述极性柱加热至介于40摄氏度和60摄氏度之间的清除温度，其中所述极性柱在所述清除过程期间保持在所述清除温度处。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一捕集系统包括：
第一捕集器，所述第一捕集器包括串联的多个第一毛细管柱，所述多个第一毛细管柱按照增大对所述样品的所述一种或多种第一化合物的化学亲和力的顺序布置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：
所述第一捕集系统还包括第二捕集器，并且
在发生在所述第一捕集过程之后的所述第一捕集系统的第一解吸过程期间，所述样品的所述一种或多种第一化合物在相反方向上从所述第一捕集系统的所述第一捕集器流动至所述第一 捕集系统的所述第二捕集器。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10866220B2 (en) * 2017-05-15 2020-12-15 The Regents Of The University Of Michigan Progressive cellular architecture for microfabricated gas chromatograph
US11927574B2 (en) * 2017-05-15 2024-03-12 The Regents Of The University Of Michigan Progressive cellular architecture for microfabricated gas chromatograph
US11549921B2 (en) 2017-11-22 2023-01-10 Entech Instruments Inc. System and method for real time monitoring of a chemical sample
EP4021606A1 (en) * 2019-10-04 2022-07-06 Entech Instruments Inc. System and method for real time monitoring of a chemical sample
CN111537640B (zh) * 2020-05-18 2023-04-25 北京汽车集团越野车有限公司 一种多用途voc联合检测方法
US11946912B2 (en) 2020-06-30 2024-04-02 Entech Instruments Inc. System and method of trace-level analysis of chemical compounds
WO2022099154A1 (en) * 2020-11-08 2022-05-12 Orono Spectral Solutions, Inc. Apparatus and method to separate individual hydrocarbons from a composition of multiple hydrocarbons in one or more matrices

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4180389A (en) 1978-11-13 1979-12-25 Envirochem Inc. Isolation and concentration of sample prior to analysis thereof
US5288310A (en) 1992-09-30 1994-02-22 The Regents Of The University Of Michigan Adsorbent trap for gas chromatography
US5547497A (en) * 1992-09-30 1996-08-20 Chromatofast, Inc. Apparatus for gas chromatography
US5795368A (en) 1996-03-01 1998-08-18 O.I. Corporation Microtrap sample concentrator and methods of use
US5720798A (en) 1996-04-30 1998-02-24 Hewlett-Packard Company Micromachined analyte trap for gas phase streams
DE19960631C1 (de) * 1999-12-16 2001-07-12 Gerstel Systemtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur gaschromatographischen Analyse von Proben
CN1173177C (zh) 2000-09-29 2004-10-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种小体积气体样品的动态预浓缩方法
EP1451553B1 (en) 2001-11-26 2017-08-23 PAWLISZYN, Janusz B. Device and method for micro sorbent extraction and desorption
US6726637B2 (en) 2001-12-06 2004-04-27 Michael Phillips Breath collection apparatus
WO2005040786A2 (en) 2003-10-23 2005-05-06 Perkinelmer Life And Analytical Sciences Analyte pre-concentrator with separated adsorption outflow and desorption inflow
JP4228963B2 (ja) 2004-03-30 2009-02-25 株式会社島津製作所 ガス分析装置
US7279132B2 (en) 2005-01-12 2007-10-09 Delphi Technologies, Inc. Chemical vapor sensor having an active and a passive measurement mode
US7700044B2 (en) 2005-01-12 2010-04-20 Delphi Technologies, Inc. Chemical vapor sensor
WO2007016971A1 (en) * 2005-07-25 2007-02-15 Agilent Technologies, Inc. Fluidic analysis with hydrophobic and hydrophilic compounds trapping
US7736903B2 (en) 2005-10-05 2010-06-15 Delphi Technologies, Inc. Tracer to compensate for environmental variations that influence a chemical vapor sensor measurement
CN100489518C (zh) * 2005-12-22 2009-05-20 北京市劳动保护科学研究所 一种用于环境气体中痕量有机物分析的便携式气相色谱仪
ES2311396B1 (es) 2007-03-09 2009-12-03 Universitat Politecnica De Catalunya Captador dinamico de olores y compuestos toxicos en aire con activacion remota.
US8302458B2 (en) 2007-04-20 2012-11-06 Parker-Hannifin Corporation Portable analytical system for detecting organic chemicals in water
JP5148933B2 (ja) 2007-06-19 2013-02-20 ジーエルサイエンス株式会社 試料濃縮方法及び装置
JP5067873B2 (ja) 2008-03-26 2012-11-07 矢崎総業株式会社 複合するガス状化学物質を選択的に濃縮し検出する装置及び方法
AU2010228936B2 (en) 2009-03-24 2015-07-09 Perkinelmer U.S. Llc Sorbent devices with longitudinal diffusion paths and methods of using them
CN101609072B (zh) 2009-07-15 2011-09-21 武汉市天虹仪表有限责任公司 挥发性有机物连续监测仪
US8388736B2 (en) 2009-10-02 2013-03-05 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Sorbent devices and methods of using them
FR2960448B1 (fr) * 2010-05-25 2012-07-20 Saint Gobain Quartz Sas Procede et dispositif de purification de l'air
CN102375041B (zh) 2011-09-16 2015-03-04 武汉市天虹仪表有限责任公司 一种在线挥发性有机物分析仪及其使用方法
WO2014160208A1 (en) 2013-03-14 2014-10-02 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Devices, systems and methods for analyzing fluid streams
CN103499662B (zh) 2013-09-12 2015-01-28 苏州威阳环保科技有限公司 一种大气挥发性有机物取样分析装置及取样分析方法
CN104597149A (zh) 2013-10-31 2015-05-06 大连大公环境检测有限公司 室内空气挥发性污染物浓度检测方法
US9956544B2 (en) 2014-05-02 2018-05-01 Siluria Technologies, Inc. Heterogeneous catalysts
US9970916B2 (en) 2014-07-29 2018-05-15 Wellntel, Inc. Wellhead water quality detector
CN104297386A (zh) 2014-11-05 2015-01-21 华文蔚 一种吸附热脱附联用气相色谱质谱测定大气中苯系物的方法
CN204630990U (zh) 2015-03-25 2015-09-09 中国石油天然气股份有限公司 一种用于稳定同位素检测的天然气中痕量烃类富集装置
CN104792604A (zh) 2015-04-28 2015-07-22 李勘 电子制冷大气预浓缩仪
CN105044244A (zh) 2015-08-28 2015-11-11 保护伞环保科技成都有限公司 一种装修室内空气邻二甲苯含量的测定方法
CN105044296A (zh) 2015-08-28 2015-11-11 保护伞环保科技成都有限公司 一种装修室内空气间二甲苯含量的测定方法
EP3423821B1 (en) * 2016-04-04 2023-06-21 Entech Instruments Inc. Multi-capillary column pre-concentration system for enhanced sensitivity in gas chromatography (gc) and gas chromatography-mass spectrometry (gcms)
US10261071B2 (en) 2016-07-13 2019-04-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Volatile organic compounds as diagnostic breath markers for pulmonary oxygen toxicity
JP6994020B2 (ja) 2016-09-02 2022-01-14 コーニング インコーポレイテッド ガラス梱包プロセスにおいて揮発性有機化合物を検出するための方法及び装置
US20180246071A1 (en) 2017-02-28 2018-08-30 Entech Instruments Inc. Increasing the Sensitivity of Gas Chromatography and Gas Chromatography-Mass Spectrometry Analysis By Allowing Relatively Large Solvent Volume Injections While Reducing Sample Loss And System Contamination
CN107677739A (zh) 2017-08-30 2018-02-09 广州市赛特检测有限公司 一种检测室内空气中苯的方法
US11549921B2 (en) 2017-11-22 2023-01-10 Entech Instruments Inc. System and method for real time monitoring of a chemical sample

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