CN112103171B - 被动进样装置及应用 - Google Patents

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Abstract

一种被动进样装置及应用，该被动进样装置包括采样泵、采样口、采样气路管道、空腔、废气排放口以及气孔单元；其中，所述空腔上设有气孔单元，空腔中的气体通过气孔单元进入离子迁移谱检测器的漂移管内；所述采样口、空腔和废气排放口通过采样气路管道连通；所述采样泵设置在采样气路管道上，用于实现空腔内的气体压强产生脉冲波动。本发明能实现痕量样品的快速进样，可以提高离子迁移谱检测器对痕量样品的检测灵敏度，缩短响应时间，同时简化离子迁移谱检测器的结构。

Description

被动进样装置及应用
技术领域
本发明属于痕量物质快速检测技术，具体涉及一种被动进样装置及应用。
背景技术
离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）是从二十世纪六十年代末发展起来的一种新的检测技术，传统的离子迁移谱(TOF-IMS，Time Of Flight IMS)与飞行时间质谱分析技术有些类似，但IMS不像质谱分析那样需要高真空条件，而是在大气压强下工作。痕量爆炸物、毒品及化学战剂现场快速检测是推动IMS发展的主要原因之一。与一般化学分析仪器相比，IMS有体积小、重量轻、功耗低的优点，它对炸药、毒品等物质的探测灵敏度高达10-8—10-14ｇ或者ppb－ppt量级，特别适合用于行李包裹中此类违禁物品的实时检测。
作为一种针对痕量物质现场快速检测的高灵敏检测装置，离子迁移谱检测装置在正常工作时需保持漂移管内漂移气体（一般为空气、氮气或者惰性气体）的干燥洁净，这就对离子迁移谱检测器的进样方式及装置提出一定要求。为了提高离子迁移谱检测器的抗干扰能力，降低外界环境水汽及杂质的影响，大多数漂移管为封闭式结构，被测样品通过半透膜进入漂移管。由于半透膜对化学战剂、爆炸物以及可挥发有机污染物等的透过率比较高，而对水汽的透过率较低，样品气体中所含有的被测物成分可以通过半透膜，并被内部载气带入漂移管离化区，而水汽等干扰物质通过半透膜的速度很慢，大部分被挡在漂移管外。膜进样方法有效降低了环境中水汽等干扰物质对离子迁移谱检测器的影响，是一种适用于离子迁移谱的成本低、适应性广、使用简单、便于自动工作的进样方法。
此外，还有一些离子迁移谱检测器采用微孔或毛细管进样方法。如一些采用气相色谱（GC）作为离子迁移谱预分离装置的系统，经过色谱柱（通常为毛细管色谱柱）分离后的样品气体通过毛细管或微孔以恒定的流量进入离子迁移谱检测器的漂移管中。
现有采用微孔/毛细管进样方式的离子迁移谱检测器需与气相色谱等预分离装置联用，利用气相色谱柱出气口样品气体的正压实现进样，进样量由色谱柱中的气流量决定。现有膜进样方法中待测样品完全依靠该成分在半透膜前后分压的不同而自由扩散通过半透模，由于样品渗透效率及速度与半透膜温度有很大关系，故一般需要将半透膜温度稳定在50℃~300℃之间的某个温度，而且由于待测样品分子在半透膜中的扩散过程限制还造成离子迁移谱检测器响应增加、灵敏度降低等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种被动进样装置及应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种被动进样装置，包括采样泵、采样口、采样气路管道、空腔、废气排放口以及气孔单元；其中，
所述空腔上设有气孔单元，空腔中的气体通过气孔单元进入离子迁移谱检测器的漂移管内；
所述采样口、空腔和废气排放口通过采样气路管道连通；
所述采样泵设置在采样气路管道上，用于实现空腔内的气体压强产生脉冲波动。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的被动进样装置在离子迁移谱检测领域的应用。
基于上述技术方案可知，本发明的被动进样装置及应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：
1、本发明能实现痕量样品的快速进样，可以提高离子迁移谱检测器对痕量样品的检测灵敏度，缩短响应时间，同时简化离子迁移谱检测器的结构；
2、本发明采用微孔或毛细管进样方式，利用采样泵实现痕量被测物的进样，从而简化离子迁移谱检测器的结构，并实现离子迁移谱检测器对痕量样品的高灵敏、快速检测；
3、本发明采用隔膜泵作为采样泵，隔膜泵是容积泵的一种特有形式，靠电机驱动偏心轮带动泵内部的橡胶膜片做往复运动，使得膜片与泵头形成的密封工作腔大小呈周期变化；因此，气体在工作腔变大时通过进气口单向阀进入工作腔，工作腔变小时通过出气口单向阀吐出工作腔，泵依此往复完成输送气体的过程；受隔膜泵原理限制，在气路中隔膜泵进气口、出气口的气压及流量均具有一定的脉冲波动。
附图说明
图1是本发明实施例1中的被动进样装置结构示意图；
图2是本发明实施例2中的被动进样装置结构示意图；
图3是本发明实施例3中的被动进样装置结构示意图；
图4是本发明实施例4中的被动进样装置结构示意图；
图5是本发明实施例5中的被动进样装置结构示意图；
图6是本发明实施例6中的被动进样装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
为了解决现有技术中离子迁移谱检测器进样方法的不足，本发明的目的是提供一种用于离子迁移谱检测器的被动进样装置及应用，被动进样装置由采样泵、采样口、采样气路管道、空腔、废气排放口以及气孔单元构成。当采样泵运转时，其出气口处的气体压强脉冲波动传递到空腔，空腔处的样品气体在此非平衡态气体压强脉冲波动作用下通过气孔单元进入离子迁移谱检测器的漂移管，实现样品气体的进样。本发明能实现痕量样品的快速进样，有效提高离子迁移谱检测器的响应速度及检测灵敏度。
本发明公开了一种被动进样装置，包括采样泵、采样口、采样气路管道、空腔、废气排放口以及气孔单元；其中，
所述空腔上设有气孔单元，空腔中的气体通过气孔单元进入离子迁移谱检测器的漂移管内；
所述采样口、空腔和废气排放口通过采样气路管道连通；
所述采样泵设置在采样气路管道上，用于实现空腔内的气体压强产生脉冲波动。
在本发明的一些实施例中，所述采样泵设置在空腔和采样口之间，或者，
在本发明的一些实施例中，所述采样泵设置在空腔和废气排放口之间。
在本发明的一些实施例中，所述被动进样装置还包括气路阀门；
在本发明的一些实施例中，所述气路阀门设置在空腔和采样口之间，或者，
在本发明的一些实施例中，所述气路阀门设置在空腔和废气排放口之间。
在本发明的一些实施例中，所述气路阀门和采样泵分别设置在空腔的两侧。
在本发明的一些实施例中，所述气路阀门包括三通阀门，三通阀门的第一阀门口和第二阀门口与采样气路管道直接连接，第三阀门口通过连通管与采样气路管道连接。
在本发明的一些实施例中，当气路阀门设置在空腔和废气排放口之间时，连通管与采样气路管道的连接处设置在气路阀门和废气排放口之间；气路阀门与废气排放口之间的采样气路管道内的气阻小于连通管内的气阻；
在本发明的一些实施例中，当气路阀门设置在空腔和采样口之间时，连通管与采样气路管道的连接处设置在气路阀门和采样口之间；气路阀门与采样口之间的采样气路管道内的气阻小于连通管内的气阻。
在本发明的一些实施例中，所述采样泵包括膜片泵、旋片泵或者风扇中的任一种。
在本发明的一些实施例中，所述气孔单元包括微孔或毛细管中的任一种。
在本发明的一些实施例中，所述采样口和废气排放口分别设置在采样气路管道两端口。
本发明该公开了如上所述的被动进样装置在离子迁移谱检测领域的应用。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种用于离子迁移谱检测器的被动进样装置，所述被动进样装置由采样泵1、采样口2、采样气路管道3、空腔4、废气排放口5以及微孔6（即气孔单元）构成；
所述采样泵1包括但不限于膜片泵，其特征是出气口气压及流量具有一定的脉冲波动；
所述空腔4位于采样口2及废气排放口5之间，通过采样泵1和采样气路管道3连接，其特征是采样泵1运转时，空腔4内气体压强有一定波动；
所述微孔6位于空腔4与离子迁移谱检测器的漂移管7之间，样品气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内。
本发明被动式进样装置工作过程及原理是：采样泵1运转时，受隔膜泵原理限制，其出气口处出现气体压强脉冲波动；由于空腔4与废气排放口5之间的采样气路管道3存在一定气阻，采样泵1出气口的气体压强脉冲波动可沿采样气路管道3传递到空腔4；在此非平衡态气体压强脉冲波动作用，空腔4处的气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内，实现样品气体的进样。从采样口2进入采样气路管道3、空腔4但未进入离子迁移谱检测器漂移管7的样品气体从废气排放口5排出。
实施例2
如图2所示，被动进样装置由采样泵1、采样口2、采样气路管道3、空腔4、废气排放口5以及微孔6构成；
所述采样泵1包括但不限于膜片泵，其特征是进气口气压及流量具有一定的脉冲波动；
所述空腔4位于采样口2及采样泵1之间，通过采样气路管道3连接；采样泵1出气口与废气排放口5通过采样气路管道3连接；
所述微孔6位于空腔4与离子迁移谱检测器的漂移管7之间，样品气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内。
本发明被动式进样装置工作过程及原理是：采样泵1运转时，受隔膜泵原理限制，其进气口、出气口处出现气体压强及流量脉冲波动；由于空腔4与采样口2之间的采样气路管道3存在一定气阻，采样泵1进气口的气体压强脉冲波动可沿采样气路管道3传递到空腔4；在此非平衡态气体压强脉冲波动作用，空腔4处的气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内，实现样品气体的进样。从采样口2进入采样气路管道3、空腔4但未进入离子迁移谱检测器漂移管7的样品气体从废气排放口5排出。
实施例3
如图3所示，被动进样装置由采样泵1、采样口2、采样气路管道3、空腔4、废气排放口5以及微孔6、气路阀门8构成；
所述采样泵1位于采样口2与空腔4之间，通过气路3与二者连接；利用采样泵1可推动气体从采样口2向空腔4流动，采样泵1包括但不限于膜片泵、旋片泵或者风扇；
所述气路阀门8位于空腔4与废气出口5之间，通过气路3与二者连接；气路阀门8可控制气路3的快速通断，包括但不限于两通电磁阀；
所述微孔6位于空腔4与离子迁移谱检测器的漂移管7之间，样品气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内。
本发明被动式进样装置工作过程及原理是：气路阀门8导通，采样泵1运转，样品气体从采样口2流过空腔4、气路阀门8后从废气出口5流出；在忽略采样泵1进气口、出气口处可能的气体压强及流量脉冲波动情况下，空腔4内气体压强处于稳定状态；控制气路阀门8从导通状态快速转换为截断状态，此时空腔4内气体压强出现上升脉冲；在此非平衡态气体压强脉冲作用下，空腔4处的气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内，实现样品气体的进样。从采样口2进入采样气路管道3、空腔4但未进入离子迁移谱检测器漂移管7的样品气体从废气排放口5排出。
实施例4
如图4所示，被动进样装置由采样泵1、采样口2、采样气路管道3、空腔4、废气排放口5以及微孔6、气路阀门8构成；
所述气路阀门8位于采样口2与空腔4之间，通过气路3与二者连接；气路阀门8可控制气路3的快速通断，包括但不限于两通电磁阀；
所述采样泵1位于空腔4与废气出口5之间，通过气路3与二者连接；利用采样泵1可抽取气体从采样口2向空腔4流动，采样泵1包括但不限于膜片泵、旋片泵或者风扇；
所述微孔6位于空腔4与离子迁移谱检测器的漂移管7之间，样品气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内。
本发明被动式进样装置工作过程及原理是：气路阀门8导通，采样泵1运转，样品气体从采样口2流过气路阀门8、空腔4后从废气出口5流出；在忽略采样泵1进气口、出气口处可能的气体压强及流量脉冲波动情况下，空腔4内气体压强处于稳定状态；控制气路阀门8从导通状态快速转换为截断状态后又立即恢复为导通状态，此时空腔4内气体压强先后出现下降、上升脉冲；在此非平衡态气体压强脉冲作用下，空腔4处的气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内，实现样品气体的进样。从采样口2进入采样气路管道3、空腔4但未进入离子迁移谱检测器漂移管7的样品气体从废气排放口5排出。
实施例5
如图5所示，被动进样装置由采样泵1、采样口2、采样气路管道3、空腔4、废气排放口5以及微孔6、气路阀门8构成；
所述采样泵1位于采样口2与空腔4之间，通过气路3与二者连接；利用采样泵1可推动气体从采样口2向空腔4流动，采样泵1包括但不限于膜片泵、旋片泵或者风扇；
所述气路阀门8位于空腔4与废气出口5之间；气路阀门8为三通阀门，包括但不限于三通电磁阀门，可控制①口与②口导通或者①口与③口导通，气路阀门8的①口与空腔4通过气路3连接，气路阀门8的②口及③口分别通过两根气路3与废气出口5连接，其中与气路阀门8的②口相连的气路气阻较小，而与气路阀门8的③口（即第三阀门口）相连的气路（即连通管9）气阻较大。
所述微孔6位于空腔4与离子迁移谱检测器的漂移管7之间，样品气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内。
本发明被动式进样装置工作过程及原理是：气路阀门8的①口与②口导通，采样泵1运转，样品气体从采样口2流过空腔4、气路阀门8后从废气出口5流出；在忽略采样泵1进气口、出气口处可能的气体压强及流量脉冲波动情况下，空腔4内气体压强处于稳定状态；控制气路阀门8从①、②口导通状态快速转换为①、③口导通状态，此时因与气路阀门8的③口相连的气路气阻较大，气路阀门8的①口及空腔4内气体压强出现上升脉冲；在此非平衡态气体压强脉冲作用下，空腔4处的气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内，实现样品气体的进样。从采样口2进入采样气路管道3、空腔4但未进入离子迁移谱检测器漂移管7的样品气体从废气排放口5排出。
实施例6
如图6所示，被动进样装置由采样泵1、采样口2、采样气路管道3、空腔4、废气排放口5以及微孔6、气路阀门8构成；
所述气路阀门8位于采样口2与空腔4之间；气路阀门8为三通阀门，包括但不限于三通电磁阀门，可控制①口与②口导通或者①口与③口导通，气路阀门8的①口与空腔4通过气路3连接，气路阀门8的②口及③口分别通过两根气路3与采样口2连接，其中与气路阀门8的②口相连的气路气阻较小，而与气路阀门8的③口相连的气路气阻较大。
所述采样泵1位于空腔4与废气出口5之间，通过气路3与二者连接；利用采样泵1可抽取气体从采样口2向空腔4流动，采样泵1包括但不限于膜片泵、旋片泵或者风扇；
所述微孔6位于空腔4与离子迁移谱检测器的漂移管7之间，样品气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内。
本发明被动式进样装置工作过程及原理是：气路阀门8的①口与③口导通，采样泵1运转，样品气体从采样口2流过气路阀门8、空腔4后从废气出口5流出；在忽略采样泵1进气口、出气口处可能的气体压强及流量脉冲波动情况下，空腔4内气体压强处于稳定状态；控制气路阀门8从①、③口导通状态快速转换为①、②口导通状态，此时因与气路阀门8的②口相连的气路气阻较小，气路阀门8的①口及空腔4内气体压强出现上升脉冲；在此非平衡态气体压强脉冲作用下，空腔4处的气体通过微孔6进入离子迁移谱检测器的漂移管7内，实现样品气体的进样。从采样口2进入采样气路管道3、空腔4但未进入离子迁移谱检测器漂移管7的样品气体从废气排放口5排出。
将以上方案中的微孔6替换为毛细管也可实现本发明的功能，包括在本发明的保护范围之内。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种被动进样装置，包括采样泵、采样口、采样气路管道、空腔、废气排放口以及气孔单元；其中，
所述空腔上设有气孔单元，空腔中的气体通过气孔单元进入离子迁移谱检测器的漂移管内；
所述采样口、空腔和废气排放口通过采样气路管道连通；
所述采样泵设置在采样气路管道上，用于实现空腔内的气体压强产生脉冲波动；
在此非平衡态气体压强脉冲波动作用下，空腔的气体通过气孔单元进入离子迁移谱检测器的漂移管内，实现样品气体的进样。
2.根据权利要求1所述的被动进样装置，其特征在于，
所述采样泵设置在空腔和采样口之间；或者，
所述采样泵设置在空腔和废气排放口之间。
3.根据权利要求1所述的被动进样装置，其特征在于，
所述被动进样装置还包括气路阀门；
所述气路阀门设置在空腔和采样口之间；或者，
所述气路阀门设置在空腔和废气排放口之间。
4.根据权利要求3所述的被动进样装置，其特征在于，
所述气路阀门和采样泵分别设置在空腔的两侧。
5.根据权利要求3所述的被动进样装置，其特征在于，
所述气路阀门包括三通阀门，三通阀门的第一阀门口和第二阀门口与采样气路管道直接连接，第三阀门口通过连通管与采样气路管道连接。
6.根据权利要求5所述的被动进样装置，其特征在于，
当气路阀门设置在空腔和废气排放口之间时，连通管与采样气路管道的连接处设置在气路阀门和废气排放口之间；气路阀门与废气排放口之间的采样气路管道内的气阻小于连通管内的气阻；
当气路阀门设置在空腔和采样口之间时，连通管与采样气路管道的连接处设置在气路阀门和采样口之间；气路阀门与采样口之间的采样气路管道内的气阻小于连通管内的气阻。
7.根据权利要求1所述的被动进样装置，其特征在于，
所述采样泵包括膜片泵。
8.根据权利要求1所述的被动进样装置，其特征在于，
所述气孔单元包括微孔或毛细管中的任一种。
9.根据权利要求1所述的被动进样装置，其特征在于，
所述采样口和废气排放口分别设置在采样气路管道两端口。
10.如权利要求1至9任一项所述的被动进样装置在离子迁移谱检测领域的应用。
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