CN111579678A - 一种双通道全二维气相色谱系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种双通道全二维气相色谱系统。所述双通道全二维气相色谱系统包括第一通道全二维气相色谱模块、第二通道全二维气相色谱模块和调制模块；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块共用所述调制模块；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块之间设置有中心切割器。本申请有效提升复杂样品的分离效果和分析效率，为复杂样品分析提供了一种高效、经济、实用的双通道全二维气相色谱分析。

Description

一种双通道全二维气相色谱系统

技术领域

本申请涉及气相色谱分离领域，尤其涉及一种双通道全二维气相色谱系统。

背景技术

气相色谱分离技术主要包括一根色谱柱(一维气相色谱)分离、中心切割气相色谱技术及全二维气相色谱技术。当样品组成较为复杂时，单根色谱柱往往很难兼顾各种组分的分离效果，经常出现色谱峰重叠或基质干扰等问题。中心切割气相色谱技术可将一根色谱柱上分离效果不理想的部分组分、切割分流至另外一根适宜的色谱柱上单独分离，在一定程度上兼顾了样品中不同性质组分的分离。全二维气相色谱技术将第一根色谱柱上分离后的组分切割成多份小片断，并依次注入第二根色谱柱进行二次分离，全部组分均经过两根色谱柱的分离，具有高峰容量、高灵敏度和高分辨率等特点，较好地解决了峰重叠和基质干扰等问题。

目前，全二维气相色谱的第一维色谱柱为主分离柱，第二维色谱柱通常较短，当样品中组分性质多样且差别较大时，为了兼顾不同性质组分的分离效果，往往需要使用较长的第一维色谱柱，总体分析时间也相应延长。如浓度、沸点和极性范围跨度均较大的大气挥发性有机物，用全二维气相色谱分离时，为了兼顾不同沸点范围组分的分离效果，需要使用60m甚至更长的第一维色谱柱、低于室温的起始炉温和较慢的升温速率，来改善较早出峰的低沸点组分的分离效果，但这样一来较晚出峰的组分的保留时间更加滞后，总分析时间延长，影响分析效率。此外，当样品组成非常复杂时，两根色谱柱搭配的全二维气相色谱仍然可能出现部分组分的峰重叠问题。

基于以上全二维气相色谱技术存在的问题，现有技术中未给出有效的解决办法。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种双通道全二维气相色谱系统。

本申请提供了一种双通道全二维气相色谱系统，所述双通道全二维气相色谱系统包括第一通道全二维气相色谱模块、第二通道全二维气相色谱模块和调制模块；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块共用所述调制模块；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块之间设置有中心切割器。

可选地，所述第一通道全二维气相色谱模块包括第一通道第一维色谱柱、第一调制柱和第一通道第二维色谱柱；所述第二通道全二维气相色谱模块包括依次连接的第二通道第一维色谱柱、第二调制柱和第二通道第二维色谱柱；所述第一通道第一维色谱柱、所述中心切割器、所述第一调制柱和所述第一通道第二维色谱柱依次连接；所述中心切割器还连接所述第二通道第一维色谱柱。

可选地，所述中心切割器用于切换第一单通道、双通道并行、色谱柱加长的单通道、组合式单通道的全二维气相色谱分离；所述第一通道全二维气相色谱模块构成所述第一单通道；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块构成所述双通道并行；所述第一通道全二维气相色谱模块的第一通道第一维色谱柱与所述第二通道全二维气相色谱模块组合构成所述色谱柱加长的单通道；所述第一通道全二维气相色谱模块的第一通道第一维色谱柱与所述第二通道全二维气相色谱模块的第二调制柱及第二通道第二维色谱柱组合构成所述组合式单通道，其中所述第二通道第一维色谱柱不进行气相色谱分离。

可选地，所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端，用以构成所述第一单通道；所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端并达到预设分流出口切换时间后，所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，并在达到下一个预设分流出口切换时间后，所述中心切割器的分流出口用于再次切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端，用以构成所述双通道并行；所述中心切割器的分流出口用于直接切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，用以构成所述色谱柱加长的单通道；所述中心切割器的分流出口用于直接切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，且所述第二通道第一维色谱柱不进行气相色谱分离，用以构成所述组合式单通道。

可选地，在构成的所述色谱柱加长的单通道中，所述第二通道第一维色谱柱采用与所述第一通道第一维色谱柱相同或相似吸附涂层的色谱柱；在构成的所述组合式单通道中，所述第二通道第一维色谱柱采用脱活熔融石英管，所述第二通道第二维色谱柱采用与所述第一通道第二维色谱柱不同吸附涂层的色谱柱。

可选地，所述调制模块包括热源、冷源及与所述热源和所述冷源连接的调制控制器；所述第一调制柱的调制位点和所述第二调制柱的调制位点重叠设置于所述热源和所述冷源的气流交汇点。

可选地，所述第一调制柱的本体和所述第二调制柱的本体重叠设置，或者，所述第一调制柱的本体和所述第二调制柱的本体呈角度设置。

可选地，所述双通道全二维气相色谱系统还包括检测模块；所述检测模块包括互相连接的检测器和切换阀；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块均与所述切换阀连接，所述切换阀用于为所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块选择连接的检测器。

可选地，所述检测器包括第一检测器和第二检测器；所述切换阀为四口切换阀；所述四口切换阀的两个入口分别连接所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块；所述四口切换阀的两个出口分别连接所述第一检测器和所述第二检测器；所述四口切换阀用于两个入口和两个出口的连通位置切换，用以为所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块选择连接的检测器。

可选地，所述双通道全二维气相色谱系统还包括第一检测器和第二检测器；所述第一检测器与所述第一通道全二维气相色谱模块连接；所述第二检测器与所述第二通道全二维气相色谱模块连接。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的双通道全二维气相色谱系统共用一个调制模块，并在第一通道全二维气相色谱模块和第二通道全二维气相色谱模块之间设置中心切割器，从而利用中心切割器的切割分流功能兼顾不同性质组分，在由第一通道全二维气相色谱模块和第二通道全二维气相色谱模块单独或组合构成的全二维气相色谱分离通道之间，进行通道快速简便灵活切换和结合使用，并且不增加额外的调制器成本和消耗，同时整体分离能力是两条全二维气相色谱通道各自分离能力的加和，可有效提升复杂样品的分离效果和分析效率，为复杂样品分析提供了一种高效、经济、实用的双通道全二维气相色谱分析。特别地，可以有效解决大气挥发性有机物等组成多样且组分性质差别较大的复杂样品的分离分析问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的双通道全二维气相色谱系统的一种示意图；

图2为本申请实施例提供的双通道全二维气相色谱系统的另一种示意图；

图3a、3b为本申请实施例的四口切换阀的两种切换位置示意图；

图4为本申请实施例提供的省去四口切换阀的双通道全二维气相色谱系统示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

本发明实施例提供一种双通道全二维气相色谱系统，如图1、图2、图4所示，所述双通道全二维气相色谱系统包括第一通道全二维气相色谱模块、第二通道全二维气相色谱模块和调制模块；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块共用所述调制模块；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块之间设置有中心切割器3。所述中心切割器可选择市场销售的用于中心切割分流分析技术的中心切割器，例如，安捷伦公司的DeanSwitch微板流控中心切割器。

本发明实施例中双通道全二维气相色谱系统搭建在气相色谱仪上，本发明实施例的双通道全二维气相色谱系统共用一个调制模块，并在第一通道全二维气相色谱模块和第二通道全二维气相色谱模块之间设置中心切割器，从而利用中心切割器的切割分流功能兼顾不同性质组分，在由第一通道全二维气相色谱模块和第二通道全二维气相色谱模块单独或组合构成的全二维气相色谱分离通道之间，进行通道的快速简便灵活切换和结合使用，并且不增加额外的调制器成本和消耗，同时整体分离能力是两条全二维气相色谱通道各自分离能力的加和，可提升复杂样品的分离效果和分析效率，为复杂样品分析提供了一种高效、经济、实用的双通道全二维气相色谱分析。特别地，可以有效解决大气挥发性有机物等组成多样且组分性质差别较大的复杂样品的分离分析问题。

可选地，所述第一通道全二维气相色谱模块包括第一通道第一维色谱柱(本文中也可以描述为A通道第一维色谱柱)2、第一调制柱8和第一通道第二维色谱柱(本文中也可以描述为A通道第二维色谱柱)10；所述第二通道全二维气相色谱模块包括依次连接的第二通道第一维色谱柱(本文中也可以描述为B通道第一维色谱柱)4、第二调制柱9和第二通道第二维色谱柱(本文中也可以描述为B通道第二维色谱柱)11；所述第一通道第一维色谱柱2、所述中心切割器3、所述第一调制柱8和所述第一通道第二维色谱柱10依次连接；所述中心切割器3还连接所述第二通道第一维色谱柱4。所述调制模块包括热源6、冷源7及与所述热源6和所述冷源7连接的调制控制器5。所述第一通道第一维色谱柱2与进样口1连接。

其中，色谱柱均采用毛细管色谱柱，根据实际检测样品的组成和浓度选择适合的色谱柱类型和规格。通常情况下，A通道第一维色谱柱采用非极性毛细管柱，推荐规格为30m×0.32mm i.d.×1.0μm film(对于大气挥发性有机物分析)，或30m×0.25mm i.d.×0.25μm film(通用样品分析)；A通道第二维色谱柱采用中等极性或强极性毛细管柱，推荐规格为1～3m×0.18mm i.d.×0.18μm film；B通道第一维色谱柱采用PLOT毛细管柱或非极性毛细管柱，推荐规格为30m×0.32mm i.d.×1.0μm film(对于大气挥发性有机物分析)，或30m×0.25mm i.d.×0.25μm film(通用样品分析)；B通道第二维色谱柱采用中等极性或强极性毛细管柱，推荐规格为1～3m×0.18mm i.d.×0.18μm film；第一调制柱和第二调制柱均采用脱活熔融石英管(1m×0.18mm i.d.)。根据实际样品情况和分析需求可对色谱柱的搭配进行优化。

可选地，双通道全二维气相色谱系统还可以包括两个柱温箱，便于选择和控制适宜的柱温和升温速率条件。A通道第一维色谱柱2和B通道第一维色谱柱4共用一个柱温箱，即第一柱温箱，A通道第二维色谱柱10和B通道第二维色谱柱11共用第二柱温箱，以便按照第一维色谱柱和第二维色谱柱分别控制和优化分离条件。根据实际情况，也可选择不设第二柱温箱，两条通道的第一维色谱柱和第二维色谱柱全部共用一个柱温箱。还可选择每个色谱柱均使用单独的柱温箱，A通道第一维色谱柱使用第一柱温箱，A通道第二维色谱柱使用第二柱温箱，B通道第一维色谱柱使用第三柱温箱，B通道第二维色谱柱使用第四柱温箱。

在一些实施方式中，所述第一调制柱8的调制位点G和所述第二调制柱9的调制位点H重叠设置于所述热源6和所述冷源7的气流交汇点。其中，可选地，如图1所示，所述第一调制柱8的本体和所述第二调制柱的本体9重叠设置，或者，如图2所示，所述第一调制柱8的本体和所述第二调制柱9的本体呈角度设置。

详细地，在本实施方式中，通过双通道全二维气相色谱共用一个调制模块，该调制模块为冷热型调制模块，即，由一个调制模块(本文中也可以描述为调制器)同时控制A、B两条通道的全二维调制过程。冷热型调制模块的调制原理是通过对调制柱的调制位点交替加热或致冷进行组分的周期性收集和释放，本实施方式中在不增加调制模块的情况下，用一个冷热调制模块(包括热源和冷源及其控制器等)同时控制分属于两条通道的两根调制柱的全二维调制过程，实现双通道全二维气相色谱共用一个调制器。具体的，如图1所示，第一调制柱8和第二调制柱9分别属于A、B两条全二维色谱通道，将第一调制柱8的调制位点G和第二调制柱9的调制位点H紧密叠合，放置于热源6的热气流出口正前方和冷源7的冷气流出口正下方，即，热、冷气流的交汇处。在调制控制器5的控制下，热源6和冷源7按照一定的间隔和持续时长周期性地释放气流，气流交汇处交替受到热气的加热作用或冷气的致冷作用，当冷源7喷冷氮气时，两根调制柱的调制位点G和H同时被致冷，已进入两根调制柱的组分同时被冷冻在各自调制柱内的调制位点处，当热源6喷热空气时，两根调制柱的调制位点G和H同时受热，被冷冻收集在两根调制柱内的组分在载气的带动下，同时从各自的调制柱中快速释放流出，沿各自调制柱的出口流向所连接通道的第二维色谱柱进行二次分离，两根调制柱的调制位点G和H周期性地同时受冷或同时受热，从而周期性地同时收集或释放各自调制柱内的组分，两根调制柱互不影响，实现双通道全二维气相色谱共用调制器且同时并行。

其中，如图1所示，第一调制柱8的本体和第二调制柱9的本体及两个调制位点G和H之间上下有一定间隔，未完全重叠，是为了较清楚地显示出两根调制柱及其各自的出入口连接情况，在实际系统中两根调制柱为重叠状态，可平行缠绕在同一个调制柱架上，这样易于调整和固定两根调制柱的位置且保证两个调制位点G和H紧密贴合，且无需增加额外的调制柱架，节省柱温箱空间。也可如图2所示，两根调制柱的本体呈一定夹角放置，但两个调制位点G和H须紧密贴合。

在本实施方式中，调制模块可选地采用ZOEX公司的冷热喷气式调制器，该调制器不需要进行任何软硬件改动，可直接适用于本发明实施例的系统。其它采用加热和致冷方式实现全二维调制的调制器，只要能够使两根调制柱的调制位点共用一套热源和冷源，也可用于本发明实施例提供的双通道全二维气相色谱系统。不同构造的调制器可能需要对硬件结构进行一定改进，如雪景公司的固态热调制器，是通过调制柱在加热腔和致冷模块之间的往复运动实现全二维调制，若采用该固态热调制器构建共用一个调制器的双通道全二维气相色谱，需将该固态热调制器上的调制柱穿行孔径扩大或并排增加一道，使能容纳两根调制柱穿行，同时改进拨动调制柱的抓手，使之可以同时控制两根调制柱在加热腔和致冷模块之间往复进出。

在一些实施方式中，所述双通道全二维气相色谱系统还包括检测模块；所述检测模块包括互相连接的检测器和切换阀；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块均与所述切换阀连接，所述切换阀用于为所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块选择连接的检测器。可选地，所述检测器包括第一检测器12和第二检测器13；所述切换阀为四口切换阀14；所述四口切换阀14的两个入口分别连接所述第一通道第二维色谱柱和所述第二通道第二维色谱柱；所述四口切换阀的两个出口分别连接所述第一检测器12和所述第二检测器13；所述四口切换阀14用于两个入口和两个出口的连通位置切换，用以为所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块选择连接的检测器。

详细地，本实施方式中的检测模块包括第一检测器12、第二检测器13和四口切换阀14。四口切换阀14位于A、B两个全二维色谱通道与两个检测器之间，可通过切换位置使A、B两个通道分别选择与两个检测器中的一个连接，且可互换检测器。具体的，A通道全二维气相色谱模块的出口，即A通道第二维色谱柱10的出口，连接四口切换阀14的C入口端，B通道全二维气相色谱模块的出口，即B通道第二维色谱柱11的出口，连接四口切换阀14的E入口端，四口切换阀14的F出口端连接第一检测器12，四口切换阀14的D出口端连接第二检测器13，四口切换阀14可选择两个入口端分别与其中一个出口端相通，如图3所示的两种阀位置，当四口切换阀14的C入口与F出口相通且E入口与D出口相通时(图3a)，A通道全二维气相色谱模块的信号由第一检测器12检测，同时B通道全二维气相色谱模块的信号由第二检测器13检测；当四口切换阀14的C入口与D出口相通且E入口与F出口相通时(图3b)，A通道全二维气相色谱模块的信号由第二检测器13检测，同时B通道全二维气相色谱模块的信号由第一检测器12检测。通过四口切换阀14的位置切换，可为A、B两个全二维气相色谱通道灵活选择各自适宜的检测器，两个检测器可同时运行，各自检测其中一个通道的信号，互不干扰，且可在不更换硬件连接的情况下快速实现两通道互换检测器，有利于获取更多的信息和满足不同样品测试需求。所述四口切换阀使用市场销售的用于两个入口与两个出口两两相连，且两个入口和两个出口连通位置可切换的二进二出四口切换阀，例如VICI公司的四口切换阀。

优选的，根据实际检测样品的组分和含量的不同，所述第一检测器12和第二检测器13可以选用合适类型的检测器，所述检测器选自FID检测器(氢火焰离子化检测器)、NPD检测器(氮磷检测器)、FPD检测器(火焰光度检测器)、TCD检测器(热导池检测器)、PID检测器(光离子化检测器)、ECD检测器(电子捕获检测器)、QMSQ检测器(四极杆质谱检测器)或TOFMS(飞行时间质谱检测器)。对于大气挥发性有机物的检测，可以选择FID检测器和质谱检测器，其中FID检测器对碳氢化合物有定量优势，质谱检测器可对未知化合物进行定性。

在一些实施方式中，所述双通道全二维气相色谱系统还包括检测模块，检测模块包括第一检测器和第二检测器；所述第一检测器与所述第一通道全二维气相色谱模块连接；所述第二检测器与所述第二通道全二维气相色谱模块连接。

也就是说，若实际工作中无需用到检测器切换功能，也可将上个实施方式中的检测模块简化，省去四口切换阀14，简化为图4所示的双通道全二维色谱系统，即，A通道第二维色谱柱10的出口直接连接第一检测器12，B通道第二维色谱柱11的出口直接连接第二检测器13。适合仅使用相同检测器的样品分析，或双通道各自使用固定检测器的分析。例如，当分析方法固定和目标组分已知，对相同组成的不同批次样品进行检查和分析，两个通道采用相同或固定不变的检测器，无需更换检测器的情况。当选择单通道运行方式时，不使用的检测器可关闭。图4所示的简化系统可以达到以下效果：a.分析中只需用到一种检测器，即第一检测器和第二检测器相同；b.A、B两条通道各自对应使用一种检测器且固定不变，不需要在两个通道之间更换检测器。

在一些实施方式中，实现双通道并行分析和同时检测的全二维气相色谱分析，两条通道可采用不同的全二维色谱柱搭配，可将部分或全部组分切割分流至其中任一通道，既可兼顾不同性质组分在各自适宜的全二维色谱通道内同步并行分离，也可实现双通道并行模式和单通道分离模式之间的快速切换和结合运用。也就是说，所述中心切割器用于切换第一单通道、双通道并行、色谱柱加长的单通道、组合式单通道的全二维气相色谱分离；所述第一通道全二维气相色谱模块构成所述第一单通道；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块构成所述双通道并行；所述第一通道全二维气相色谱模块的第一通道第一维色谱柱与所述第二通道全二维气相色谱模块组合构成所述色谱柱加长的单通道；所述第一通道全二维气相色谱模块的第一通道第一维色谱柱与所述第二通道全二维气相色谱模块的第二调制柱及第二通道第二维色谱柱组合构成所述组合式单通道，其中所述第二通道第一维色谱柱不进行气相色谱分离。

详细地，实例1：第一单通道(A通道)全二维气相色谱

所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端，用以构成所述第一单通道；也就是说，将中心切割器3的分流出口设置为A出口端且保持不变，则样品经A通道第一维色谱柱2分离后，全部经中心切割器3的A出口端进入第一调制柱8进行全二维调制，再经A通道第二维色谱柱10进行二次分离，最后经四口切换阀14选择由第一检测器12或第二检测器13检测，还可通过再次进样和切换四口切换阀14的位置更换检测器，从而得到组分在两个不同检测器上的检测结果进行对比分析，如无需更换检测器，可将不使用的检测器关闭。此实例为第一单通道全二维气相色谱分离模式，全部组分由A通道全二维气相色谱模块分离，适合分析组成较复杂的样品，以及检查共流出组分。

实例2：双通道并行全二维气相色谱

所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端并达到预设分流出口切换时间后，所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，并在达到下一个预设分流出口切换时间后，所述中心切割器的分流出口用于再次切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端，用以构成所述双通道并行；也就是说，首先进行A通道全二维气相色谱分离(同实例1)，检查和确定需要切割分流的共流出组分在A通道第一维色谱柱2上的保留时间范围(即双通道并行时需要预设的分流出口切换时间)，然后第二次进样时通过设置中心切割器3的分流出口切换时间实现双通道并行：将需要切割分流的共流出组分开始流出的时刻设为第一次切换时间，将需要切割分流的共流出组分全部流出的最后时刻设为第二次切换时间，即，第二次进样开始运行后，在中心切割器3达到预设的分流出口第一次切换时间之前，从A通道第一维色谱柱2末端流出的组分经中心切割器3的A出口端进入第一调制柱8和A通道第二维色谱柱10进行A通道全二维气相色谱分离，在中心切割器3达到预设的分流出口第一次切换时间后，共流出组分开始从A通道第一维色谱柱2末端流出，且经中心切割器3切换后分流至B出口端进入B通道第一维色谱柱4分离，再经第二调制柱9和B通道第二维色谱柱11进行B通道全二维色谱分离，在中心切割器3达到预设的分流出口第二次切换时间后，需要分流至B通道的共流出组分已全部从A通道第一维色谱柱2末端流出并被切割分流，剩余后流出的组分经中心切割器3切换后从A出口端进入第一调制柱8和A通道第二维色谱柱10进行A通道全二维色谱分离，从而实现被切割分流的共流出组分(中心切割器3的分流出口第一次切换后至第二次切换前从A通道第一维色谱柱2流出的组分)在B通道全二维色谱模块上分离的同时，其余组分(包括在中心切割器3的分流出口第一次切换前和第二次切换后从A通道第一维色谱柱2流出的组分)在A通道全二维色谱模块上分离的双通道同步并行的全二维气相色谱分离模式，最后经四口切换阀14选择其中一个通道由第一检测器12检测，同时另一个通道由第二检测器13检测，双通道同时分离和同时检测，还可通过再次进样和切换四口切换阀14的位置互换检测器，得到两条通道在两个不同检测器上的检测结果。双通道并行的全二维气相色谱分离模式利用中心切割气相色谱技术将两个全二维气相色谱结合在一起交互使用，将单一全二维气相色谱很难兼顾的分离需求分流至另一个适宜的全二维气相色谱中，可使不同性质的组分在两个全二维色谱通道中同时得到较好的分离，系统整体柱容量为两个全二维气相色谱各自柱容量的加和，适合分析含有多种不同性质组分的复杂样品，以及单通道全二维气相色谱分离效果不理想的共流出组分。

实例3：色谱柱加长的单通道(即第一维色谱柱加长的B通道全二维气相色谱)

所述中心切割器的分流出口用于直接切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，用以构成所述色谱柱加长的单通道；可选地，在构成的所述色谱柱加长的单通道中，所述第二通道第一维色谱柱采用与所述第一通道第一维色谱柱相同或相似吸附涂层的色谱柱。也就是说，B通道第一维色谱柱4采用与A通道第一维色谱柱2相同或相似吸附涂层的色谱柱，将中心切割器3的分流出口设置为B出口端且保持不变，则样品经A通道第一维色谱柱2分离后，全部经中心切割器3的B出口端进入B通道第一维色谱柱4继续分离，由于B通道第一维色谱柱4与A通道第一维色谱柱2的吸附涂层相同或相似，二者可看作一根延长的色谱柱，组分在B通道第一维色谱柱4上的分离相当于A通道第一维色谱柱2的延续，然后经第二调制柱9进行全二维调制，再经B通道第二维色谱柱11进行二次分离，最后经四口切换阀14选择由第一检测器12或第二检测器13检测，还可通过再次进样和切换四口切换阀14的位置更换检测器，得到组分在两个不同检测器上的检测结果，如无需更换检测器，可将不使用的检测器关闭。此实例是色谱柱加长的单通道全二维气相色谱分离模式，第一维分离柱由具有相同或相似吸附涂层的A通道第一维色谱柱2和B通道第一维色谱柱4共同承担，第二维分离柱由B通道第二维色谱柱11承担(可与A通道第二维色谱柱10相同或不同)，是较A通道全二维气相色谱(实例1)主分离柱加长的全二维气相色谱，适合样品组成较复杂，需要60m甚至更长的第一维色谱柱的全二维色谱分离。此实例不仅可将系统快速转换为第一维色谱柱加长的全二维气相色谱，有利于分析和比较组分在不同长度第一维色谱柱搭配下的分离效果，还可与A通道全二维气相色谱(实例1)交互使用，通过中心切割器3的切换将A通道全二维气相色谱中分离效果不理想的部分组分切割分流至B通道进行第一维分离柱加长的全二维气相色谱分离，形成双通道并行的全二维色谱分离方式，即实例2的形式之一。

实例4：组合式单通道全二维气相色谱

所述中心切割器的分流出口用于直接切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，且所述第二通道第一维色谱柱不进行气相色谱分离，用以构成所述组合式单通道。可选地，在构成的所述组合式单通道中，所述第二通道第一维色谱柱采用脱活熔融石英管，所述第二通道第二维色谱柱采用与所述第一通道第二维色谱柱不同吸附涂层的色谱柱。也就是说，B通道第一维色谱柱4采用脱活熔融石英管，B通道第二维色谱柱11采用与A通道第二维色谱柱10不同吸附涂层的色谱柱，将中心切割器3的分流出口设置为B出口端且保持不变，则样品经A通道第一维色谱柱2分离后，全部经中心切割器3的B出口端进入B通道第一维色谱柱4，由于组分在脱活熔融石英管上基本无保留，因而快速穿过B通道第一维色谱柱4进入第二调制柱9进行全二维调制，再经B通道第二维色谱柱11进行二次分离，最后经四口切换阀14选择由第一检测器12或第二检测器13检测，还可通过再次进样和切换四口切换阀14的位置更换检测器，得到组分在两个不同检测器上的检测结果，如无需更换检测器，可将不使用的检测器关闭。此实施方式是单通道全二维气相色谱分离模式，第一维分离柱由A通道第一维色谱柱2承担，第二维分离柱由B通道第二维色谱柱11承担，因而可提供与A通道全二维气相色谱(实例1)不同第二维色谱柱搭配的全二维气相色谱，适合分析组成较复杂的样品和检查共流出组分，以及快速切换和比较组分在不同第二维色谱柱搭配下的分离情况，还可与A通道全二维气相色谱(实例1)交互使用，通过中心切割器3的切换将A通道全二维气相色谱中分离效果不理想的部分组分切割分流至B通道进行不同第二维色谱柱搭配的全二维气相色谱分离，形成双通道并行的全二维色谱分离方式，即实例2的形式之一。

在一些具体实施方式中，双通道全二维气相色谱系统包括进样口1、A通道全二维气相色谱模块、B通道全二维气相色谱模块、调制模块及检测模块。A通道全二维气相色谱模块包括A通道第一维色谱柱2、中心切割器3、第一调制柱8和A通道第二维色谱柱10。B通道全二维气相色谱模块包括B通道第一维色谱柱4、第二调制柱9和B通道第二维色谱柱11。调制模块包括调制控制器5、热源6和冷源7。检测模块包括第一检测器12、第二检测器13和四口切换阀14。中心切割器3包括入口端、A出口端、B出口端。四口切换阀14包括C入口端、E入口端、F出口端、D出口端。

进样口1连接A通道第一维色谱柱2的入口，A通道第一维色谱柱2的出口连接中心切割器3的入口端，中心切割器3的A出口端连接第一调制柱8的入口，第一调制柱8的出口连接A通道第二维色谱柱10的入口，A通道第二维色谱柱10的出口连接四口切换阀14的C入口端，中心切割器3的B出口端连接B通道第一维色谱柱4的入口，B通道第一维色谱柱4的出口连接第二调制柱9的入口，第二调制柱9的出口连接B通道第二维色谱柱11的入口，B通道第二维色谱柱11的出口连接四口切换阀14的E入口端，四口切换阀14的F出口端连接第一检测器12，四口切换阀14的D出口端连接第二检测器13。第一调制柱8为A通道的全二维调制柱，第二调制柱9为B通道的全二维调制柱，第一调制柱8的调制位点G和第二调制柱9的调制位点H叠合放置于热源6和冷源7的气流作用交汇位置，热源6和冷源7受调制控制器5的控制，当冷源喷冷氮气时，调制位点G和H同时受冷气流作用快速致冷，当热源喷热空气时，调制位点G和H同时受热气流作用被快速加热，从而实现第一调制柱8和第二调制柱9共用一个全二维调制器。

进行样品分析时，样品由进样口1进入A通道第一维色谱柱2进行分离，中心切割器3可选择性地将A通道第一维色谱柱2出口流出的组分部分或全部切割分流到中心切割器3的不同出口，既可由A出口端302分流进入第一调制柱8和A通道第二维色谱柱10，进行A通道全二维色谱分离；又可由B出口端分流进入B通道第一维色谱柱4、第二调制柱9和B通道第二维色谱柱11，进行B通道全二维色谱分离。中心切割器3起到选择性地控制组分分流和在A、B两条全二维色谱通道之间切换的作用：当中心切割器3对部分组分进行切割分流时，两个通道内的组分在各自的通道内同步进行全二维色谱分离，系统运行方式为A、B双通道同步并行方式；当中心切割器3将全部组分分流至其中一个通道时，系统状态转换为单通道全二维色谱运行方式，同时中心切割器3对另一条通道保持载气吹扫保护，以防止系统加热过程中共用柱温箱的色谱柱受损。

四口切换阀14可选择性地控制A、B两个全二维色谱分离通道的信号由第一检测器12或第二检测器13分别同时记录，既可选择C入口端连通F出口端，同时E入口端连通D出口端，则A通道信号被第一检测器12记录，同时B通道信号被第二检测器13记录；又可选择C入口端连通D出口端，同时E入口端连通F出口端，则A通道信号被第二检测器13记录，同时B通道信号被第一检测器12记录。两个检测器可同时工作，各自检测A、B两个通道中的一个，得到两个通道各自的谱图。还可通过二次进样和切换四口切换阀14的位置，使A、B两通道互换检测器，从而获得两条通道在两个检测器上的检测结果，综合两次进样的检测结果，可对比分析同一通道的组分在不同检测器上的信号响应情况，以及两条通道的所有组分在同一检测器上的信号响应情况，从而提供丰富的检测信息。当系统处在单通道运行方式且无需更换检测器时，不使用的检测器可关闭。四口切换阀14可在不拆装硬件连接的情况下，快速简便地为两个通道选择和切换检测器，既有利于为不同性质组分选择适合的检测器，而且可方便地得到组分在不同检测器上的响应信息。

以空气样品中的挥发性有机物分析为例，由于组分的沸点、性质、浓度等差别较大，采用单一通道的全二维色谱分离时往往很难兼顾各种组分。

采用本双通道全二维色谱系统分析，A通道第一维色谱柱2使用非极性毛细管色谱柱(HP-5MS 30m×0.32mm i.d.×1μm film)，B通道第一维色谱柱4使用常温下对轻烃组分有特殊分离效果的PLOT柱(Rt-Q-BOND 30m×0.32mm i.d.)，A通道第二维色谱柱10和B通道第二维色谱柱11均使用极性毛细管色谱柱(HP-INNOWAX 3m×0.18mm i.d.×0.18μmfilm)，第一调制柱8和第二调制柱9均使用脱活处理的空毛细管柱(3m×0.18mm i.d.)。A通道第一维色谱柱2和B通道第一维色谱柱4共用第一柱温箱，A通道第二维色谱柱10和B通道第二维色谱柱11共用可单独控温的第二柱温箱，调制控制器5的冷热调制周期设为6s，采用恒流模式控制系统载气流速。中心切割器3使用安捷伦公司生产的Dean Switch微板流控中心切割器。第一检测器12采用FID检测器，第二检测器13采用四极杆质谱检测器或飞行时间质谱检测器。四口切换阀14采用VICI公司的二进二出四口切换阀。

第一次进样，采用A通道全二维色谱分离方式进行分析，将中心切割器3的分流出口设置为A出口端且保持不变，经A通道第一维色谱柱2分离后的所有组分经中心切割器3的A出口端依次进入第一调制柱8和A通道第二维色谱柱10，进行A通道全二维色谱分离，四口切换阀14的位置设为C入口端与F出口端1403相通，使A通道的信号由第一检测器12检测。由于低沸点的轻烃和挥发性极强的组分在A通道第一维色谱柱2的保留时间很短，很快穿过A通道第一维色谱柱2共流出，可根据谱图的第一维保留时间确定这些组分在A通道第一维色谱柱2流出的时间。

第二次进样，采用双通道并行全二维气相色谱分离方式，首先将中心切割器3的分流出口设置为A出口端且在程序开始运行后立刻切换至B出口端(比如，在程序开始0.1min后切换)，然后根据第一次进样得到的低沸点共流出组分在A通道第一维色谱柱2的最后流出时间，设定在该时刻将中心切割器3的分流出口再次切换为A出口端，使在A通道第一维色谱柱2上保留时间很短因而最早共流出的低沸点组分从中心切割器3的B出口端流出，进入B通道第一维色谱柱4，该柱为PLOT柱，适合在非低温条件下分离分析低碳烃类组分，于是这部分组分在B通道第一维色谱柱4上的保留时间被拉开了距离，再经第二调制柱9的全二维调制和B通道第二维色谱柱11的二次分离，实现被切割组分在B通道进行全二维色谱分离，与此同时，其余组分在A通道第一维色谱柱2上进行分离，且当中心切割器3的分流出口再次切换至A出口端后，依次进入第一调制柱8和A通道第二维色谱柱10，进行A通道全二维色谱分离，四口切换阀14的位置设为C入口端1401与F出口端相通，E入口端与D出口端相通，使A通道的信号由第一检测器12检测，B通道的信号由第二检测器13检测。综上，通过中心切割器3的切换操作，实现将A通道第一维色谱柱2中最早共流出的低沸点组分切割至B通道进行全二维色谱分离，其余后流出的组分进行A通道全二维色谱分离，被切割分流的低沸点组分在A通道第一维色谱柱2上的保留时间很短，在分析运行开始后不久便被切割分流至B通道，从A通道第一维色谱柱2中后流出的组分沸点较高、碳数较大、在A通道第一维色谱柱2上保留时间较长，当低沸点组分在B通道进行全二维分离时，这些后流出的组分在A通道第一维色谱柱2上完成第一维分离，再经第一调制柱8和A通道第二维色谱柱10的二次分离，进行A通道全二维色谱分离，从而实现两个通道的全二维色谱分离可同步进行。至此，分析系统将性质不同的复杂组分分流至各自适宜的色谱柱进行分离，提高了分离效率，缩短了分离时间。

第三次进样，保持与第二次进样相同的中心切割器3切换设置和分离条件，将四口切换阀14的位置进行切换，使两条通道更换检测器，即A通道的信号由第二检测器13检测，B通道的信号由第一检测器12检测。通过第二次和第三次进样，可得到两个通道的质谱图和FID检测谱图，综合两个检测器的信息可进行组分的定性和定量分析。

本发明实施例的双通道全二维气相色谱系统(GC×GC+GC×GC)可在一台气相色谱仪上实现共用一个调制器的双通道全二维气相色谱，可兼顾不同性质组分的多样化分析需求，并可根据实际情况，将几种实施方式交互使用，灵活选择将部分或全部组分切割分流进行适宜的全二维色谱分离分析，可快速简便地在双通道并行的全二维色谱和不同色谱柱搭配的单通道全二维色谱之间切换，且可选择和快速更换检测器，为复杂样品的分析和全二维色谱方法的开发和优化提供了高效、简便的分析系统。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述双通道全二维气相色谱系统包括第一通道全二维气相色谱模块、第二通道全二维气相色谱模块和调制模块；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块共用所述调制模块；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块之间设置有中心切割器。

2.根据权利要求1所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述第一通道全二维气相色谱模块包括第一通道第一维色谱柱、第一调制柱和第一通道第二维色谱柱；所述第二通道全二维气相色谱模块包括依次连接的第二通道第一维色谱柱、第二调制柱和第二通道第二维色谱柱；所述第一通道第一维色谱柱、所述中心切割器、所述第一调制柱和所述第一通道第二维色谱柱依次连接；所述中心切割器还连接所述第二通道第一维色谱柱。

3.根据权利要求2所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述中心切割器用于切换第一单通道、双通道并行、色谱柱加长的单通道、组合式单通道的全二维气相色谱分离；所述第一通道全二维气相色谱模块构成所述第一单通道；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块构成所述双通道并行；所述第一通道全二维气相色谱模块的第一通道第一维色谱柱与所述第二通道全二维气相色谱模块组合构成所述色谱柱加长的单通道；所述第一通道全二维气相色谱模块的第一通道第一维色谱柱与所述第二通道全二维气相色谱模块的第二调制柱及第二通道第二维色谱柱组合构成所述组合式单通道，其中所述第二通道第一维色谱柱不进行气相色谱分离。

4.根据权利要求3所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端，用以构成所述第一单通道；所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端并达到预设分流出口切换时间后，所述中心切割器的分流出口用于切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，并在达到下一个预设分流出口切换时间后，所述中心切割器的分流出口用于再次切换到与所述第一调制柱连接的第一出口端，用以构成所述双通道并行；所述中心切割器的分流出口用于直接切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，用以构成所述色谱柱加长的单通道；所述中心切割器的分流出口用于直接切换到与所述第二通道第一维色谱柱连接的第二出口端，且所述第二通道第一维色谱柱不进行气相色谱分离，用以构成所述组合式单通道。

5.根据权利要求4所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，在构成的所述色谱柱加长的单通道中，所述第二通道第一维色谱柱采用与所述第一通道第一维色谱柱相同或相似吸附涂层的色谱柱；在构成的所述组合式单通道中，所述第二通道第一维色谱柱采用脱活熔融石英管，所述第二通道第二维色谱柱采用与所述第一通道第二维色谱柱不同吸附涂层的色谱柱。

6.根据权利要求2所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述调制模块包括热源、冷源及与所述热源和所述冷源连接的调制控制器；所述第一调制柱的调制位点和所述第二调制柱的调制位点重叠设置于所述热源和所述冷源的气流交汇点。

7.根据权利要求6所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述第一调制柱的本体和所述第二调制柱的本体重叠设置，或者，所述第一调制柱的本体和所述第二调制柱的本体呈角度设置。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述双通道全二维气相色谱系统还包括检测模块；所述检测模块包括互相连接的检测器和切换阀；所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块均与所述切换阀连接，所述切换阀用于为所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块选择连接的检测器。

9.根据权利要求8所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述检测器包括第一检测器和第二检测器；所述切换阀为四口切换阀；所述四口切换阀的两个入口分别连接所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块；所述四口切换阀的两个出口分别连接所述第一检测器和所述第二检测器；所述四口切换阀用于两个入口和两个出口的连通位置切换，用以为所述第一通道全二维气相色谱模块和所述第二通道全二维气相色谱模块选择连接的检测器。

10.根据权利要求1-7任意一项所述的双通道全二维气相色谱系统，其特征在于，所述双通道全二维气相色谱系统还包括第一检测器和第二检测器；所述第一检测器与所述第一通道全二维气相色谱模块连接；所述第二检测器与所述第二通道全二维气相色谱模块连接。

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