CN111812344A - 用于气体检测的膜进样装置和进样方法 - Google Patents

Abstract

一种用于气体检测的膜进样装置和进样方法，该装置包括腔体、进气通路、出气通路、第一气室、第二气室、膜以及连接检测仪器通路，第一气室和第二气室形成在腔体内并由膜隔开，第一气室与进气通路和出气通路分别连通，第二气室与连接检测仪器通路连通，待检测的气体样品通过进气通路进入第一气室中，并选择性透过膜进入到第二气室中，剩余气体通过出气通路排出，连接检测仪器通路连接检测仪器，使第二气室中处于低压环境，膜在第一气室和第二气室的气压差作用下向第二气室内侧发生凹陷形变，减小膜的厚度，增大膜的面积，提高进样效率，进而提高检测灵敏度，降低检测限，还可以通过设置气压差实时精确调控膜的状态，选择不同的进样效果，满足不同的检测需求。

Description

用于气体检测的膜进样装置和进样方法

技术领域

本发明涉及分析仪器领域，特别是涉及一种用于气体检测的膜进样装置和进样方法。

背景技术

进样系统是样品检测中的重要技术之一。进样系统的优劣，会影响样品前处理的复杂程度、样品检测的灵敏度、检出限等，对能否实现样品的现场实时检测有着至关重要的作用。

目前，质谱法被认可为化学分析的“黄金标准”，膜进样和直接进样法与质谱法结合被广泛应用于气体样品的检测。其中膜进样无需复杂的样品前处理，能够实现选择性进样，减少干扰，对待测有机物等物质具有一定的富集功能。与其他进样方法相比，膜进样还具有结构简单、无附加溶剂等优点。同时膜越薄，样品渗透效率越高，响应时间越短。此外，不同的应用场合可能需要不同面积和厚度的膜用于进样，满足检测需求。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种用于气体检测的膜进样装置和进样方法，以提高进样效率，缩短样品检测响应时间，进而提高检测灵敏度、降低检测限。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于气体检测的膜进样装置，包括腔体、进气通路、出气通路、第一气室、第二气室、具有选择透过性的膜以及连接检测仪器通路，所述第一气室和所述第二气室形成在所述腔体内并由所述膜隔开，所述第一气室与所述进气通路和所述出气通路分别连通，所述第二气室与所述连接检测仪器通路连通，待检测的气体样品通过所述进气通路进入所述第一气室中，并选择性透过所述膜进入到所述第二气室中，剩余的气体通过所述出气通路排出，所述连接检测仪器通路连接检测仪器，使所述第二气室中处于低压环境，所述膜在所述第一气室和所述第二气室的气压差作用下向所述第二气室内侧发生凹陷形变，从而在进样时改变所述膜的厚度与面积。

进一步地：

还包括设置在所述第二气室内的隔板，所述隔板上开设有供样品通过的孔，所述隔板用于控制所述膜发生形变的程度。

所述隔板以相对于所述膜固定位置的间距固定或可调的方式设置在所述第二气室内。还包括设置在所述腔体上与所述隔板相连的隔板调控机构，所述隔板调控机构、所述隔板与所述第二气室以活塞形式配合，所述隔板调控机构控制所述隔板在所述第二气室内以活塞运动的方式调节与所述膜固定位置的间距，形成活塞式隔板调控系统。

还包括贴合所述膜设置在所述膜下的膜支架，所述膜支架上开设有的孔，以控制所述膜的有效使用面积和可变形程度。

还包括气压调节管路，用于调节所述气压差，和/或冲洗所述腔体内残留的待检测物质。

所述腔体包括腔身和腔盖，所述腔盖密封地盖合在所述腔身上，所述进气通路和所述出气通路设置在所述腔盖上。

所述进气通路或所述出气通路连接气泵或样品传输系统，以控制所述气体样品流过所述第一气室。

一种气体检测设备，包括检测仪器和所述的膜进样装置。优选地，所述检测仪器为质谱仪。

一种用于气体检测的膜进样方法，使用所述的膜进样装置向检测仪器进样。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种用于气体检测的膜厚可变的膜进样装置和进样方法，其中，待检测的气体样品通过进气通路进入第一气室中，并选择性地透过膜而进入到第二气室中，通过连接检测仪器通路进入检测仪器被分析检测，而剩余的气体通过出气通路排出，所述第二气室中处于低压环境，所述膜在所述第一气室和所述第二气室的气压差作用下向所述第二气室内侧发生凹陷形变，从而在进样时改变所述膜的厚度与面积。由于膜在气压差的作用下凹陷形变时膜会变薄，膜面积变大，膜变薄时样品进样效率提高，而膜面积增大时还有利于待测物质富集，从而本发明通过实现进样时实时减小膜的厚度和增大膜的面积，能够缩短响应时间、提高进样效率，进而提高检测灵敏度、降低检测限。通过气压差的控制，还可实时改变膜的厚度和面积，满足不同的检测需求。

本发明的膜进样装置设计巧妙、结构简单，没有复杂的样品前处理过程，可以通过建立膜的厚度和面积与膜变形高度的关系，在不更换进样装置的前提下，实时精确调控膜的状态，选择不同的进样效果。它能解决传统进样方法膜状态固定，进样效率低的问题，使得待测信号获得更强的灵敏度和更小的检测限，并有效地缩短响应时间。本发明为分析领域提供更有效的进样方式，对环境科学等研究领域具有重大的意义。

本发明优选的方案还可以获得进一步的优点。例如，通过设置隔板，可以控制膜发生形变的程度，避免膜过于薄、膜面积过于大造成进样量过大，破坏质谱的真空环境，还可以防止膜破裂，还可以防止膜变形使得与腔身连接的通路(连接检测仪器通路、气压调节管路)堵住。通过以可调方式设置隔板，通过调节进气通路/出气通路的状态以及通过设置气压调节管路等，可以根据需求控制隔板的高度和膜两侧的气压差，更加实时精确地调控膜的状态，获得不同的进样效果，满足不同的检测需求。

附图说明

图1是本发明一种实施例的用于气体检测的膜厚可变的膜进样装置的结构示意图。

图2是本发明一种实施例的用于气体检测的膜厚可变的膜进样装置与膜支架、气压调节管路、样品传输系统、阀构成的进样结构示意图。

图3是本发明一种实施例的用于气体检测的膜厚可变的膜进样装置与膜支架、气压调节管路、活塞式隔板调控系统构成的进样结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1，本发明实施例提供一种用于气体检测的膜进样装置，包括腔体(其可包括腔盖1和腔身7)、进气通路2、出气通路3、第一气室4、第二气室9、具有选择透过性的膜5以及连接检测仪器通路8，所述第一气室4和所述第二气室9形成在所述腔体内并由所述膜5隔开，所述第一气室4与所述进气通路2和所述出气通路3分别连通，所述第一气室4也起到所述进气通路2和所述出气通路3之间的气体通道的作用，所述第二气室9与所述连接检测仪器通路8连通，待检测的气体样品通过所述进气通路2进入所述第一气室4中，并选择性透过所述膜5进入到所述第二气室9中，剩余的气体通过所述出气通路3排出，所述连接检测仪器通路8连接检测仪器，使所述第二气室9中处于低压环境，所述膜5在所述第一气室4和所述第二气室9的气压差作用下向所述第二气室9内侧发生凹陷形变，从而在进样时改变所述膜5的厚度与面积。

根据本发明实施例的膜进样装置，在进样过程中，由于膜在气压差的作用下凹陷形变时，膜会变薄，膜面积变大，膜变薄时样品进样效率提高，而膜面积增大时还有利于样品富集，从而，通过实现进样时实时减小膜的厚度和增大膜的面积，能够缩短响应时间、提高进样效率，进而提高检测灵敏度、降低检测限。通过气压差的控制，还可实时改变膜的厚度和面积，通过设置气压差精确调控膜的状态，选择不同的进样效果，满足不同的检测需求。

在优选的实施例中，所述膜进样装置还包括设置在所述第二气室9内的隔板6，所述隔板6上开设有供样品通过的孔，所述隔板6具有一定的支撑能力，用于控制所述膜5发生形变的程度。通过设置隔板6，可以控制膜5发生形变的程度，避免膜过于薄、膜面积过于大造成进样量过大，破坏质谱的真空环境，可以防止膜破裂，还可以防止膜变形使得与腔身连接的通路(连接检测仪器通路、气压调节管路)堵住。

在优选的实施例中，所述隔板6以相对于所述膜5固定位置的间距固定或可调的方式设置在所述第二气室9内。

参阅图2，本发明实施例提供一种用于气体检测的膜进样装置，所述膜进样装置包括腔体(其可包括腔盖1和腔身7)、进气通路2、出气通路3、第一气室4、第二气室9、具有选择透过性的膜5以及连接检测仪器通路8，所述第一气室4和所述第二气室9形成在所述腔体内并由所述膜5隔开，所述第一气室4与所述进气通路2和所述出气通路3分别连通，所述第一气室4也起到所述进气通路2和所述出气通路3之间的气体通道的作用，所述第二气室9与所述连接检测仪器通路8连通，待检测的气体样品通过所述进气通路2进入所述第一气室4中，并选择性透过所述膜5进入到所述第二气室9中，剩余的气体通过所述出气通路3排出，所述连接检测仪器通路8连接检测仪器。在本实施例中，所述膜进样装置还包括连接所述进气通路2的所述样品传输系统12，所述样品传输系统12与所述进气通路2之间保证密封，所述样品传输系统12向所述进气通路2进样。样品传输系统12可控制进气的关闭或开通，也可控制进气的流速和时间。

参阅图2，在优选的实施例中，所述膜进样装置还包括设置于所述出气通路3上的所述阀13，所述阀可以为脉冲阀、球阀、针阀等，所述阀13控制所述出气通路3的关闭或开通，也可控制出气流量。

参阅图2，在优选的实施例中，所述膜进样装置还包括气压调节管路11，所述气压调节管路11与所述第二气室9连通，用于调节所述气压差，和/或冲洗所述腔体内残留的待检测物质。

参阅图2，在优选的实施例中，所述膜进样装置还包括贴合所述膜5设置在所述膜5下的膜支架10，所述膜支架10上开设有孔，其可以包括不同形状不同大小的孔，以控制所述膜5的有效使用面积和可变形程度。

在上述优选实施例中，当所述第一气室4与所述第二气室9本身的气压差不足以使所述膜5发生形变或者充分变形时，可通过关闭所述阀13，所述样品传输系统12向所述进气通路2中进样增大所述第一气室4的气压，通过控制所述样品传输系统12的进样速度和进样时间，控制所述第一气室4中的气压。通过所述气压调节管路11可以调节所述第二气室9的气压，进而增大所述第一气室4与所述第二气室9的气压差，使膜发生变形。通过控制第一气室4与第二气室9的气压差可以精确控制膜的变形程度，而所述隔板6可以保证膜变形之后不会堵住所述连接检测仪器通路8和所述气压调节管路11。

参阅图3，在优选的实施例中，所述膜进样装置还包括设置在所述腔体上与所述隔板6相连的隔板调控机构，所述隔板调控机构、所述隔板6与所述第二气室9以活塞形式配合，所述隔板调控机构控制所述隔板6在所述第二气室9内以活塞运动的方式调节与所述膜5固定位置的间距，形成活塞式隔板调控系统14。

参阅图3，在优选的实施例中，所述膜进样装置还包括贴合所述膜5设置在所述膜5下的膜支架10，所述膜支架10上开设有的孔，以控制所述膜5的有效使用面积和可变形程度。

参阅图3，在优选的实施例中，所述膜进样装置还包括气压调节管路11，用于调节所述气压差，和/或冲洗所述腔体内残留的待检测物质。

在上述优选实施例中，通过以可调方式设置隔板6，以及通过设置气压调节管路11，通过设置进气通路、出气通路的状态等，可以根据需求控制隔板6的高度和膜5两侧的气压差，配合膜支架10可以更加实时精确地调控膜5的状态，获得不同的进样效果，满足不同的检测需求。

在优选的实施例中，所述腔体包括腔身和腔盖，所述腔盖密封地盖合在所述腔身上，所述进气通路2和所述出气通路3设置在所述腔盖上。

在优选的实施例中，所述进气通路2或所述出气通路3连接气泵，以驱动所述气体样品流过所述第一气室4。

本发明实施例还提供一种气体检测设备，包括检测仪器和所述的膜进样装置。优选地，所述检测仪器为质谱仪。

本发明实施例还提供一种用于气体检测的膜进样方法，使用所述的膜进样装置向检测仪器进样。

本发明的膜进样装置设计巧妙、结构简单，没有复杂的样品前处理过程，可以通过建立膜的厚度和面积与膜变形高度的关系，在不更换进样装置的前提下，实时精确调控膜的状态，选择不同的进样效果。它能解决传统进样方法膜状态固定，进样效率低的问题，使得待测信号获得更高的灵敏度和更小的检测限，并有效地缩短响应时间。本发明为分析领域提供更有效的进样方式，对环境科学等研究领域具有重大的意义。

以下结合附图进一步描述本发明的具体实施例。

参阅图1，在一种具体实施例中，一种用于气体检测的膜厚可变的膜进样装置，包括腔盖1、进气通路2、出气通路3、第一气室4、膜5、隔板6、腔身7、连接检测仪器通路8，所述腔盖上连接进气通路2和出气通路3，所述腔盖上有第一气室4，所述腔身7与所述腔盖1之间保持密封条件，所述膜5固定在所述腔盖1和所述腔身7之间，所述腔身7内位于膜5的下侧具有第二气室9，所述腔身7上有与第二气室9相通的连接检测仪器通路8，所述隔板6在所述腔身中，并与第二气室9的底部保持一定距离，所述隔板6上有孔，便于样品通过。待检测的气体样品通过进气管路2进入到气体通路4中，并选择性地透过膜5而进入到第二气室9中，进而进入到检测仪器如质谱仪中被分析检测，而多余的气体通过出气通路3排出。连接检测仪器通路8连接检测仪器如质谱仪，使第二气室9中处于低压环境，膜5在第一气室4和第二气室9气压差的作用下会向第二气室9内侧凹陷发生形变，同时膜变薄、膜面积变大，膜越薄、面积越大样品进样效率越高，利用隔板6可以控制膜发生形变的程度，可以防止膜破裂，还可以防止膜变形使得与腔身连接的通路(连接检测仪器通路、气压调节管路)堵住。

在不同的实施例中，具有选择透过性的所述膜5的材料可以是聚二甲基硅氧烷、硅胶等。所述样品气体与进气通路连接。所述腔身通过所述连接检测仪器通路和所述质谱仪之间密封。可以通过进气通路增加样品压强，进而增加第一气室4中的压强，从而增大膜5两侧的气压差，进一步提高进样效率，同时改变膜厚。所述进气通路2和所述出气通路3可连接金属管或硅胶管或石英毛细管。连接检测仪器通路的内径优选小于1.6mm。

在不同的实施例中，所述待检测的气体样品可以通过泵或其他样品传输系统进入到所述进气通路中，进而通过第一气室，多余的气体通过泵或者自发从出气通路排出。也可以是所述出气通路连接泵将气体排出，样品气在真空环境和泵的抽力作用下自发通过进气通路进入到第一气室中。还可以是所述待检测的气体样品通过泵或其他样品传输系统进入到所述进气通路中，所述出气通路关闭，进而调节所述第一气室的气压。本发明对气体导入和流出的方式、进气通路和出气通路的开关方式和时序不加限制。对气体的流速和进样时间等不加限制。

所述隔板可固定在某一高度，也可方便更改位置；所述隔板可通过直接卡在腔身中固定在某一位置，也可通过支撑杆等方式固定。所述隔板可以与腔身四周卡死或者留有一定间隔。本发明对所述隔板的控制方式不加限制。

所述腔身的大小不加限制。对所述腔身、腔盖、隔板的材料不加限制，优选地所述隔板材料为金属或特氟龙或peek等,所述腔盖的材料为金属或特氟纶或peek或有机玻璃等，所述腔身的材料为金属或特氟纶或peek等。

对隔板孔的大小、形状、数量等不做具体要求。

参阅图2，在另一种具体实施例中，与前述实施例不同之处在于还包括膜支架10、气压调节管路11、样品传输系统12、阀13。膜支架10贴合膜5，对膜支架的材料不加限制，膜支架10上可以开不同形状、不同大小的孔，控制膜的有效使用面积和可变形程度。气压调节管路11可根据需要控制通气的种类、时间等，平衡腔身内的气压，并冲洗腔身内残留的待测物质。样品传输系统12给进气通路2输送样品，且样品传输系统12的出口处与进气通路2之间保证密封，防止漏气。阀13用于控制所述出气通路3的开关，与样品传输系统12配合控制第一气室4内的压强。本发明对样品传输系统12的进样流速和时间不加限制，对样品传输系统12和阀13的时序不加限制，可根据实际需求进行优化匹配。

参阅图3，在另一种具体实施例中，与前述实施例不同之处在于还包括膜支架10、气压调节管路11、活塞式隔板调控系统14。膜支架10贴合膜5，对膜支架的材料不加限制，膜支架10上可以开不同形状、不同大小的孔，控制膜的有效使用面积和可变形程度。气压调节管路11可根据需要控制通气的种类、时间等，平衡腔身内的气压，并冲洗腔身内残留的待测物质。活塞式隔板调控系统14可以实时调控隔板的高度，同时活塞式隔板调控系统14与腔身7之间保证密封。本发明对气压调节管路11和连接检测仪器通路8开关的时序不加限制，可根据实际需求进行优化匹配。

本发明实施例的进样装置无需复杂的样品前处理过程，待测样品通过膜排除杂质的干扰、选择性进入到腔身中，进而被质谱检测到。可以根据需求控制膜的厚度和有效使用面积，进而控制膜的进样效率。

本发明实施例通过实时控制膜的有效使用面积、隔板的高度、膜两侧气压差，可实现实时控制膜形变，改变膜的厚度和面积大小。膜越薄，面积越大，进样效率越高，响应时间越短、待测物质富集效果越好，进而提高检测灵敏度、降低检测限。

值得注意的是，本发明并不对进样方法的具体实现控制方式，及进样通道实现的具体手段进行限制。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种用于气体检测的膜进样装置，其特征在于，包括腔体、进气通路、出气通路、第一气室、第二气室、具有选择透过性的膜以及连接检测仪器通路，所述第一气室和所述第二气室形成在所述腔体内并由所述膜隔开，所述第一气室与所述进气通路和所述出气通路分别连通，所述第二气室与所述连接检测仪器通路连通，待检测的气体样品通过所述进气通路进入所述第一气室中，并选择性透过所述膜进入到所述第二气室中，剩余的气体通过所述出气通路排出，所述连接检测仪器通路连接检测仪器，使所述第二气室中处于低压环境，所述膜在所述第一气室和所述第二气室的气压差作用下向所述第二气室内侧发生凹陷形变，从而在进样时改变所述膜的厚度与面积。

2.如权利要求1所述的膜进样装置，其特征在于，还包括设置在所述第二气室内的隔板，所述隔板上开设有供样品通过的孔，所述隔板用于控制所述膜发生形变的程度。

3.如权利要求2所述的膜进样装置，其特征在于，所述隔板以相对于所述膜固定位置的间距固定或可调的方式设置在所述第二气室内。

4.如权利要求3所述的膜进样装置，其特征在于，还包括设置在所述腔体上与所述隔板相连的隔板调控机构，所述隔板调控机构、所述隔板与所述第二气室以活塞形式配合，所述隔板调控机构控制所述隔板在所述第二气室内以活塞运动的方式调节与所述膜固定位置的间距，形成活塞式隔板调控系统。

5.如权利要求1至4任一项所述的膜进样装置，其特征在于，还包括贴合所述膜设置在所述膜下的膜支架，所述膜支架上开设有的孔，以控制所述膜的有效使用面积和可变形程度。

6.如权利要求1至5任一项所述的膜进样装置，其特征在于，还包括气压调节管路，用于调节所述气压差，和/或冲洗所述腔体内残留的待检测物质。

7.如权利要求1至6任一项所述的膜进样装置，其特征在于，所述腔体包括腔身和腔盖，所述腔盖密封地盖合在所述腔身上，所述进气通路和所述出气通路设置在所述腔盖上。

8.如权利要求1至7任一项所述的膜进样装置，其特征在于，所述进气通路或所述出气通路连接气泵或样品传输系统，以控制所述气体样品流过所述第一气室。

9.一种气体检测设备，其特征在于，包括检测仪器和如权利要求1至8任一项所述的膜进样装置，优选地，所述检测仪器为质谱仪。

10.一种用于气体检测的膜进样方法，其特征在于，使用如权利要求1至8任一项所述的膜进样装置向检测仪器进样。

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