CN115436545A - 气体预浓缩仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及气体预浓缩仪，属于挥发性有机物气体分析技术领域，主要应用于气相色谱‑质谱进样前处理仪器设备。相关技术对于高、低浓度样品用同样路径方式进样时，浓缩效率低下。本申请提供的一种气体预浓缩仪，首先将气体样品送入气体除杂冷阱组且第二多通切换阀处于连通负压抽离机构的第二进气状态，气体样品快速在气体除杂冷阱组中富集并进行浓缩。气体除杂冷阱组中的气体样品浓缩到额定量后，第二多通切换阀处于将气体除杂冷阱组中的浓缩之后的气体样品通入气体聚焦峰形冷阱中的第二送样状态，以使得经过除杂以及浓缩之后的气体样品在气体聚焦峰形冷阱中进行进一步浓缩并将浓缩之后的气体样品快速通入气相色谱‑质谱仪器中，从而提高检测效率。

Description

气体预浓缩仪

技术领域

本申请涉及挥发性有机物气体分析技术领域，尤其是涉及气体预浓缩仪。

背景技术

气相色谱-质谱联用技术利用了气相色谱优良的分离性和质谱鉴定的高选择性，可实现复杂混合有机物的定性及定量测定。当前，一台气相色谱-质谱（GC-MS）仪器在进样高、低浓度挥发性有机化合物气体时，进样方式主要有以下几种：注射器+螺口针头+定量管、注射器+高压旋转阀、主泵或辅泵进样以及固体吸附法进样等。其中注射器+螺口针头+定量管最省，实验室多采用，而工厂用通过主泵或辅泵进样为多。

然而，气相色谱-质谱（GC-MS）仪器在同时针对高、低浓度挥发性有机化合物气体样品进样时，如果高、低浓度样品用同样路径方式进样，那么低浓度样品就需要大量的时间进行预浓缩，从而造成时间上的浪费，导致高、低浓度挥发性有机化合物气体的检测效率低下。

发明内容

为了提高挥发性有机化合物气体的检测效率，本申请提供气体预浓缩仪。

本申请提供的气体预浓缩仪，采用如下的技术方案。

一种气体预浓缩仪，包括：

样品供气机构，用于储存多组不同的待测试样品，所述样品供气机构包括用于向该气体预浓缩仪以及气相色谱-质谱仪器中通入内标气体以对气体样品中不同浓度的变化进行补偿监测的内标供气组件；

样品浓缩机构，连通所述样品供气机构，所述样品浓缩机构设置有用于去除气体样品中的二氧化碳以及水分并对气体样品进行浓缩的气体除杂冷阱组以及用于进一步浓缩气体样品并将浓缩之后的气体样品快速通入气相色谱-质谱仪器中的气体聚焦峰形冷阱；

负压抽离机构，连通所述样品浓缩机构以将所述样品供气机构中的气体抽入所述样品浓缩机构中；

所述气体除杂冷阱组与所述气体聚焦峰形冷阱之间连通有第二多通切换阀，所述第二多通切换阀具有连通所述气体除杂冷阱组和所述负压抽离机构的第二进气状态以及用于将浓缩之后的气体样品通入气体聚焦峰形冷阱中的第二送样状态；所述气体聚焦峰形冷阱包括第三冷阱外壳，所述第三冷阱外壳内部设置有用于容置冷冻介质的第三冷冻腔室，所述第三冷冻腔室内设置有用于供高、低浓度挥发性有机化合物气体流通的化合物通道以及用于供预热介质通过的升温通道，所述化合物通道设置于所述升温通道内部，所述第三冷冻腔室能够对所述化合物通道和所述升温通道同时进行降温。

通过采用上述技术方案，内标供气组件首先向样品浓缩机构中通入内标气体，以用于以对气体样品中不同浓度的变化进行补偿监测。内标加载完成之后，样品供气机构向样品浓缩机构中通入待测试样品，负压抽离机构将样品供气机构中的气体抽入样品浓缩机构中。首先气体样品进入气体除杂冷阱组且第二多通切换阀处于连通负压抽离机构的第二进气状态，气体样品快速在气体除杂冷阱组中富集并进行浓缩。气体除杂冷阱组中的气体样品浓缩到额定量后，第二多通切换阀处于将气体除杂冷阱组中的浓缩之后的气体样品通入气体聚焦峰形冷阱中的第二送样状态，以使得经过除杂以及浓缩之后的气体样品在气体聚焦峰形冷阱中进行进一步浓缩并将浓缩之后的气体样品快速通入气相色谱-质谱仪器中。在气相色谱-质谱（GC-MS：Gas Chromatography-Mass Spectrometer）仪器同时针对高、低浓度挥发性有机化合物气体样品进样前，首先将高、低浓度挥发性有机化合物气体通入到该气体聚焦峰形冷阱的化合物通道中，利用第三冷冻腔室内部的冷冻介质将样品冻结。由于化合物通道设置于升温通道内部，当冻结结束后，通过升温通道迅速对冻结的样品进行加热，短时间将化合物通道内的挥发性有机化合物解析出并向气相色谱中的色谱柱转移，脱附出全部的挥发性有机化合物，利用挥发性有机化合物自身的特性，在气相色谱-质谱出的峰形较高、尖、分离完整、不拖尾且数据有效性高。气体除杂冷阱组以及气体聚焦峰形冷阱能够对气体样品进行快速浓缩，从而提高挥发性有机化合物气体的检测效率。

可选的，所述气体聚焦峰形冷阱还包括热量传导管、设置于所述热量传导管内的热量均布管以及设置于所述热量均布管内的第三化合物管，所述化合物通道形成于所述第三化合物管内，所述升温通道形成于所述热量均布管和所述热量传导管之间。

通过采用上述技术方案，热量均布管设置于热量传导管内，第三化合物管设置于热量均布管内，从而实现化合物通道直径一致，升温通道距离化合物通道内的间距均匀，保证升温通道迅速对化合物通道内冻结的样品进行加热的过程中，冻结的化合物受热均匀，解析出的峰形更加稳定。

可选的，所述气体除杂冷阱组包括与所述样品供气机构连通的气体脱水冷阱以及与所述第二多通切换阀连通的气体脱二氧化碳冷阱，所述气体脱水冷阱与所述气体脱二氧化碳冷阱之间连通有第一多通切换阀，所述第一多通切换阀具有连通所述负压抽离机构的第一进气状态以及将经过所述气体脱水冷阱浓缩之后的气体样品通入所述气体脱二氧化碳冷阱中的第一送样状态。

通过采用上述技术方案，气体脱水冷阱包括两个部分，分别是连通样品供气机构的气体脱水冷阱以及连通第二多通切换阀的气体脱二氧化碳冷阱。当第一多通切换阀处于第一进气状态时，负压抽离机构将样品供气机构中的气体样品抽入气体脱水冷阱进行脱水并进行浓缩；当第一多通切换阀处于第一送样状态时，负压抽离机构将气体脱水冷阱中浓缩的气体样品抽入气体脱二氧化碳冷阱中进行进一步除杂与浓缩，以分步提高气体样品浓度和浓缩效率。

可选的，所述气体脱水冷阱包括第一冷阱外壳和第一化合物管，所述第一冷阱外壳内部设置有用于容置冷冻介质的第一冷冻腔室，所述第一冷冻腔室能够对所述第一化合物管进行降温，所述第一化合物管穿设于所述第一冷阱外壳并伸入所述第一冷冻腔室内，所述第一冷冻腔室内还设置有用于对所述第一化合物管进行加热的加热承载组件。

通过采用上述技术方案，在气相色谱-质谱（GC-MS）仪器针对挥发性有机化合物气体样品进样前，首先将挥发性有机化合物气体样品通入到该气体脱水冷阱的第一化合物管中，通过第一冷冻腔室内的冷冻介质将样品中的挥发性有机化合物、水和二氧化碳等全部冷凝捕获。经过额定时间的冷凝之后，再通过加热承载组件对第一化合物管进行加热，从而在解析出挥发性有机化合物的过程中，利用挥发性有机化合物和水份有着不同的蒸汽压，将水份留在该气体脱水冷阱中，然后脱附出需要的全部的挥发性有机化合物，从而改善样品脱水过程导致极性有机化合物在气相色谱-质谱上无数据结果，数据偏离真实性的问题。

可选的，所述气体脱二氧化碳冷阱包括第二冷阱外壳和第二化合物管，所述第二冷阱外壳内部设置有用于容置冷冻介质的第二冷冻腔室，所述第二冷冻腔室能够对所述第二化合物管进行降温，所述第二化合物管穿设于所述第二冷阱外壳并伸入所述第二冷冻腔室内，所述第二冷冻腔室内还设置有用于对所述第二化合物管进行加热的加热组件，所述第二化合物管内还填充有用于吸附挥发性有机化合物但不吸收水分及二氧化碳的有机吸附物。

通过采用上述技术方案，使用有机吸附物对挥发性有机化合物进行吸附，有机吸附物的特点是不吸收水份及二氧化碳但对挥发性有机化合物有很强的吸附力，所以此气体脱二氧化碳冷阱不需在深冷的环境下工作，在此温度下二氧化碳不被冷凝而直接被排出，从而提高该气体脱水冷阱对于二氧化碳的去除能力。

可选的，所述样品供气机构包括用于容置多种不同的气体样品并供气的自动进样器、连通所述自动进样器用于控制各个进样通道开关的多个样品阀以及用于将各个进样通道的气体汇总之后从一个出口输出的第一多通连接阀。

通过采用上述技术方案，自动进样器能够容置多种不同的气体样品，提高该气体预浓缩仪的测试灵活性。多个样品阀能够控制各个进样通道的开关，通过第一多通连接阀将各个进样通道的气体汇总之后从一个出口输出，从而实现无人值守的进样工作且操作简单。

可选的，所述第一多通连接阀的出口依次连通有用于对样品气体进行初级过滤的过滤器以及用于对所述自动进样器向所述样品浓缩机构中通入样品气体进行流量限制的定量环。

通过采用上述技术方案，过滤器用于对样品气体进行初级过滤，由于各个冷阱具有饱和状态，因此定量环能够对自动进样器向样品浓缩机构中通入样品气体进行流量限制，改善由于冷阱超过饱和状态导致测试偏差的问题。

可选的，所述负压抽离机构包括用于对该气体预浓缩仪进行试漏、抽真空、进样、转移和吹扫管道的真空泵、用于清洗该气体预浓缩仪的管道时打开的常闭放空阀以及同时连通所述样品浓缩机构、所述放空阀以及所述真空泵的第二多通连接阀。

通过采用上述技术方案，真空泵经连通第二多通连接阀控制样品浓缩机构中的气体流动，需要对该气体预浓缩仪进行试漏、抽真空、进样、转移和吹扫管道时，放空阀与真空泵配合，实现主要的动力作用。

可选的，所述样品供气机构还包括清扫供气组件，所述清扫供气组件用于对整个气体预浓缩仪内部管路进行残留气体样品的清扫，所述清扫供气组件包括用于盛装氮气的清扫进样器以及连通清扫进样器与第一多通连接阀入口的氮气阀，在氮气阀和清扫进样器之间连通有用于控制清扫进样器启闭的针型阀。

通过采用上述技术方案，需要对整个气体预浓缩仪内部管路进行清洗时，首先开启针型阀，以使得清扫进样器内的氮气能够流出，再通过开启氮气阀将氮气通入到整个气体预浓缩仪内部管路中，从而完成整个气体预浓缩仪内部管路清扫。

可选的，所述样品浓缩机构还包括冷阱短路阀，所述冷阱短路阀连通所述第一多通连接阀与所述气体脱二氧化碳冷阱的入口。

通过采用上述技术方案，当针对某种特定的气体样品不需要启用气体脱水冷阱时，通过打开冷阱短路阀，以使得样品供气机构中的气体直接进入气体脱二氧化碳冷阱中，提高该气体预浓缩仪的使用灵活性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.浓缩效率高。首先气体样品进入气体除杂冷阱组且第二多通切换阀处于连通负压抽离机构的第二进气状态，气体样品快速在气体除杂冷阱组中富集并进行浓缩。气体除杂冷阱组中的气体样品浓缩到额定量后，第二多通切换阀处于将气体除杂冷阱组中的浓缩之后的气体样品通入气体聚焦峰形冷阱中的第二送样状态，以使得经过除杂以及浓缩之后的气体样品在气体聚焦峰形冷阱中进行进一步浓缩并将浓缩之后的气体样品快速通入气相色谱-质谱仪器中。气体脱水冷阱包括两个部分，分别是连通样品供气机构的气体脱水冷阱以及连通第二多通切换阀的气体脱二氧化碳冷阱。当第一多通切换阀处于第一进气状态时，负压抽离机构将样品供气机构中的气体样品抽入气体脱水冷阱进行脱水并进行浓缩；当第一多通切换阀处于第一送样状态时，负压抽离机构将气体脱水冷阱中浓缩的气体样品抽入气体脱二氧化碳冷阱中进行进一步除杂与浓缩，以分步提高气体样品浓度和浓缩效率。

2.无人值守、操作简单。自动进样器能够容置多种不同的气体样品，提高该气体预浓缩仪的测试灵活性。多个样品阀能够控制各个进样通道的开关，通过第一多通连接阀将各个进样通道的气体汇总之后从一个出口输出，从而实现自动进样。

3.高低浓度适用性广。该气体预浓缩仪内置定量环，高达1000倍以上的浓缩率，满足高浓度样品分析的进样应用需求，有效提升分析仪器检测下限，精度优于国家标准。

4.运行稳定、智能烘烤。气路的组成形态更加丰富、灵活、多变，更能适应更先进的分析方法。并且在气路切换、时间控制上更精准更合理。丰富的气路变化，精准控制能够大幅提升仪器的精度。

附图说明

图1是本申请实施例中气体预浓缩仪的整体原理图；

图2是本申请实施例中展示第一多通切换阀由第一进气状态（状态A）切换至第一送样状态（状态B）后，样品浓缩机构的原理图；

图3是本申请实施例中展示第二多通切换阀由第二进气状态（状态A）切换至第二送样状态（状态B）后，样品浓缩机构的原理图；

图4是本申请实施例中气体脱水冷阱的整体剖面结构示意图；

图5是本申请实施例中加热承载组件的结构示意图；

图6是本申请实施例中气体聚焦峰形冷阱的整体剖面结构示意图；

图7是本申请实施例中第三冷阱管道的结构剖视图。

附图标记说明：

7、样品供气机构；71、自动进样器；72、样品阀；73、第一多通连接阀；74、过滤器；75、定量环；76、三通分路阀；77、内标供气组件；771、内标进样器；772、内标阀；78、清扫供气组件；781、清扫进样器；782、针型阀；783、氮气阀；8、样品浓缩机构；81、加热炉；82、冷阱短路阀；83、第一冷阱液氮阀；100、气体脱水冷阱；110、第一冷阱外壳；111、第一冷冻腔室；112、第一冷阱底壳；1121、第一环形密封槽；113、第一冷阱上盖；1131、温控器；114、第一隔温底板；120、第一化合物管；121、第一外延部；122、第一受冷部；130、加热承载组件；131、固定板；132、发热棒；133、均热石棉层；134、固定块；84、第一多通切换阀；85、第二冷阱液氮阀；200、气体脱二氧化碳冷阱；86、第二多通切换阀；87、第三冷阱液氮阀；300、气体聚焦峰形冷阱；310、第三冷阱外壳；311、第三冷冻腔室；312、第三冷阱底壳；3121、第三环形密封槽；313、第三冷阱上盖；314、第三隔温底板；320、第三冷阱管道；321、热量传导管；322、热量均布管；323、第三化合物管；324、第三外延部；325、第三受冷部；330、吹气阀；88、气相色谱供气口；89、GC-MS传输线；9、负压抽离机构；91、真空泵；92、放空阀；93、第二多通连接阀；94、流量计；95、传感器；96、流量阀。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开气体预浓缩仪。

图1展示了该气体预浓缩仪的原理图，气体预浓缩仪包括样品供气机构7、样品浓缩机构8以及负压抽离机构9。样品供气机构7用于储存多组不同的待测试样品，样品浓缩机构8连通样品供气机构7以对样品供气机构7中的气体样品进行除杂浓缩，负压抽离机构9作为气动力源连通样品浓缩机构8以将样品供气机构7中的气体抽入样品浓缩机构8中。

以下针对上述三个机构分别进行详细说明。

参照图1，样品供气机构7包括依次连通的多路自动进样器71、多个样品阀72、第一多通连接阀73、过滤器74、定量环75以及三通分路阀76。其中多路自动进样器71能够根据样品种类进行不同选择，在本实施例中，采用16路自动进样器71，自动进样器71与4个样品阀72并联连通形成4条进样通道，实现多组气体样品的无人值守自动进样，提高进样效率。第一多通连接阀73为7通阀，其具有1个出口和6个入口。第一多通连接阀73的入口同时连通4个样品阀72的出口，且第一多通连接阀73的出口依次连通过滤器74、定量环75以及三通分路阀76，以使得第一多通连接阀73能够将各个进样通道的气体汇总之后从一个出口输出。过滤器74用于对样品气体进行初级过滤，三通分路阀76能够将第一多通连接阀73的出口气体根据指令分流输出。由于样品浓缩机构8具有饱和状态，因此定量环75能够对自动进样器71向样品浓缩机构8中通入样品气体进行流量限制，改善由于样品浓缩机构8超过饱和状态导致测试偏差的问题。

参照图1，为了应对气体样品中不同浓度的变化，改善不同浓度的气体样品检测出现偏差的问题，样品供气机构7还包括内标供气组件77。内标供气组件77用于在进行气体样品浓缩前向样品浓缩机构8中通入内标气体，以对气体样品中不同浓度的变化进行补偿监测。其中，内标气体指在气体定量分析中添加于检材内的一种适当的标准化合物纯品，其测得值是计算被测组分含量的参比依据。内标供气组件77包括用于容置内标气体的内标进样器771以及连通内标进样器771与第一多通连接阀73入口的内标阀772，通过控制内标阀772的启闭以控制内标的加载。内标加载完成之后，样品供气机构7向样品浓缩机构8中通入待测试样品，负压抽离机构9将样品供气机构7中的气体抽入样品浓缩机构8中。

参照图1，样品浓缩机构8完成对于一组样品的除杂与浓缩过程之后，需要对整个气体预浓缩仪内部管路进行清洗，从而便于处理下一组样品。因此，样品供气机构7还包括清扫供气组件78，清扫供气组件78用于对整个气体预浓缩仪内部管路通入氮气进行残留气体样品的清扫。清扫供气组件78包括用于盛装氮气的清扫进样器781以及连通清扫进样器781与第一多通连接阀73入口的氮气阀783，在氮气阀783和清扫进样器781之间连通有用于控制清扫进样器781启闭的针型阀782。需要对整个气体预浓缩仪内部管路进行清洗时，首先开启针型阀782，以使得清扫进样器781内的氮气能够流出，再通过开启氮气阀783将氮气通入到整个气体预浓缩仪内部管路中。

参照图1，样品浓缩机构8主要包括加热炉81、气体除杂冷阱组、气体聚焦峰形冷阱300、第一多通切换阀84以及第二多通切换阀86。加热炉81主要用于把第一多通切换阀84以及第二多通切换阀86进行加热减少其吸附及残留，气体除杂冷阱组用于去除气体样品中的二氧化碳以及水分并对气体样品进行浓缩，气体聚焦峰形冷阱300用于进一步浓缩气体样品并将浓缩之后的气体样品快速通入气相色谱-质谱仪器中，第一多通切换阀84以及第二多通切换阀86用于对样品浓缩机构8中的管路进行选择性切换连接。以下进行详细说明。

参照图1，第一多通切换阀84具有1-6号连通口，第一多通切换阀84具有第一进气状态（状态A）和第一送样状态（状态B）。当第一多通切换阀84处于第一进气状态时，1、6号口相通，2、3号口相通，4、5号口相通；当第一多通切换阀84处于第一送样状态时，1、2号口相通，3、4号口相通，5、6号口相通。同样地，第二多通切换阀86具有1-6号连通口，第二多通切换阀86具有第二进气状态（状态A）和第二送样状态（状态B）。当第二多通切换阀86处于第二进气状态时，1、6号口相通，2、3号口相通，4、5号口相通；当第二多通切换阀86处于第二送样状态时，1、2号口相通，3、4号口相通，5、6号口相通。

参照图1，气体除杂冷阱组包括气体脱水冷阱100以及气体脱二氧化碳冷阱200。当需要向气体脱水冷阱100通入样品气体时，第一多通切换阀84处于第一进气状态。此时，三通分路阀76的其一出口与第一多通切换阀84的1号口连通，第一多通切换阀84的6号口与气体脱水冷阱100的进气口连通，气体脱水冷阱100的出气口与第一多通切换阀84的3号口连通，第一多通切换阀84的2号口与负压抽离机构9连通，从而保证气体脱水冷阱100迅速对气体样品进行除杂和浓缩。

当气体脱水冷阱100中的气体样品达到浓缩要求的标定量时，参照图2，第一多通切换阀84由第一进气状态切换至第一送样状态。此时，三通分路阀76关闭以停止进样，气体脱水冷阱100的原进气口变换为出气口并与第一多通切换阀84的6号口连通，此时第一多通切换阀84的5、6号口相通。第一多通切换阀84的5号口通过第二多通切换阀86连通气体脱二氧化碳冷阱200，以使得经过气体脱水冷阱100进行除杂与浓缩的气体样品抽入气体脱二氧化碳冷阱200中进行进一步除杂与浓缩，以分步提高气体样品浓度和浓缩效率。

参照图2，当需要向气体脱二氧化碳冷阱200中通入除杂与浓缩后的气体样品时，第二多通切换阀86处于第二进气状态。此时，第一多通切换阀84的5号口与第二多通切换阀86的1号口连通，第二多通切换阀86的6号口与气体脱水冷阱100的进气口连通，气体脱水冷阱100的出气口与第二多通切换阀86的3号口连通，第二多通切换阀86的2号口与负压抽离机构9连通，从而气体脱水冷阱100迅速对气体样品进行除杂和浓缩。

当气体脱二氧化碳冷阱200中的气体样品达到浓缩要求的标定量时，参照图3，第二多通切换阀86由第二进气状态切换至第二送样状态。气体脱二氧化碳冷阱200的原进气口变换为出气口并与第二多通切换阀86的6号口连通，此时第二多通切换阀86的5、6号口相通。第二多通切换阀86的5号口连通气体聚焦峰形冷阱300，以使得经过气体脱二氧化碳冷阱200进行除杂与浓缩的气体样品抽入气体聚焦峰形冷阱300中。

参照图3，第二多通切换阀86的4号口连通有气相色谱供气口88，气相色谱供气口88用于向气体聚焦峰形冷阱300中通入载气。载气的作用是以一定的流速载带气体样品或经气化后的样品气体一起进入色谱柱进行分离，再将被分离后的各组分载入检测器进行检测，最后流出色谱系统放空或收集，载气只是起载带而基本不参于分离作用。气体聚焦峰形冷阱300的出口连通有GC-MS传输线89，GC-MS传输线89的出口与气相色谱的分离柱子口用管接头连接，其主要作用是恒温100度将气体聚焦峰形冷阱300内的全部的挥发性有机化合物输送到气相色谱的分离柱内进行分离。经过除杂以及浓缩之后的气体样品在气体聚焦峰形冷阱300中进行进一步浓缩并将浓缩之后的气体样品快速通入气相色谱-质谱仪器中，在气相色谱-质谱仪器中的峰形较高、尖、分离完整、不拖尾且数据有效性高，从而改善气体样品产生扩散而导致较早出现的峰的响应减弱，峰形重叠的问题。

参照图1，样品浓缩机构8还包括冷阱短路阀82，冷阱短路阀82的入口连通三通分路阀76的另一出口，冷阱短路阀82的出口连通第一多通切换阀84的4号口，从而在第一多通切换阀84处于第一进气状态、第二多通切换阀86处于第二进气状态时连通气体脱二氧化碳冷阱200的入口。当针对某种特定的气体样品不需要启用气体脱水冷阱100时，通过打开冷阱短路阀82，以使得样品供气机构7中的气体直接进入气体脱二氧化碳冷阱200中，提高该气体预浓缩仪的使用灵活性。

以下针对气体脱水冷阱100、气体脱二氧化碳冷阱200以及气体聚焦峰形冷阱300进行详细说明。

参照图1和图4，一种用于气体脱水冷阱100，包括第一冷阱外壳110、第一化合物管120和第一冷阱液氮阀83。第一冷阱外壳110大体呈空心长方体设置，其内部设置有用于容置冷冻介质的第一冷冻腔室111，第一冷冻腔室111能够对第一化合物管120进行降温。在本实施例中，冷冻介质为部分气化的液氮，液氮由第一冷阱液氮阀83控制并通入第一冷冻腔室111。第一化合物管120由一种特殊的1/8″英寸OD（outside diameter）不锈钢管制成，为了提高该气体脱水冷阱100的饱和阈值，第一化合物管120的内部涂布有薄膜硅烷化涂层，薄膜硅烷化涂层用于对极性挥发性有机化合物进行吸附，从而提高对于极性挥发性有机化合物吸附的稳定性与容量。第一化合物管120穿设于第一冷阱外壳110并伸入第一冷冻腔室111内。

具体地，参照图4，第一冷阱外壳110包括第一冷阱底壳112以及第一冷阱上盖113。第一冷阱底壳112大体呈上方开口的空心长方体结构，第一冷阱上盖113密封盖覆于第一冷阱底壳112的开口端面，第一冷阱底壳112的侧壁对侧设置有用于通入冷冻介质的通孔，从而在第一冷阱底壳112内部形成第一冷冻腔室111。为了提高第一冷阱底壳112与第一冷阱上盖113之间的密封性，在第一冷阱底壳112的开口端面开设有第一环形密封槽1121，并在第一环形密封槽1121内安装有环状密封垫圈（图中未示出）。第一冷阱上盖113通过边沿设置的螺栓压紧于第一冷阱底壳112的开口端面并抵紧环状密封垫圈，从而保证第一冷阱底壳112与第一冷阱上盖113之间密封。

参照图4，为了将第一冷阱外壳110与第一冷阱外壳110的安装基础进行分隔，在第一冷阱底壳112远离第一冷阱上盖113所在的侧面固定设置有第一隔温底板114，第一隔温底板114的轮廓大于第一冷阱底壳112在第一隔温底板114上的投影，从而改善在对第一冷阱外壳110进行降温的过程中，第一冷阱外壳110以外的温度对于第一冷阱外壳110的影响。在本实施例中，第一隔温底板114由电木材料制成。

参照图4和图5，第一化合物管120具有穿设于第一冷阱外壳110并伸出的第一外延部121以及回环设置以减小占用体积的第一受冷部122，第一受冷部122设置于第一冷冻腔室111内并与第一外延部121连通。在本实施例中，第一受冷部122大体呈“U”形回环设置，从而降低第一受冷部122在第一冷阱外壳110内所占用的空间。在其他的实施例中，能够根据需要将第一受冷部122设置成多圈的螺旋回环形设置，从而提高第一化合物管120在第一冷冻腔室111内的长度，提高冷冻效果。

参照图4和图5，为了便于对第一化合物管120进行加热，在第一冷阱外壳110的第一冷冻腔室111内还设置有加热承载组件130。加热承载组件130包括固定板131、发热棒132以及均热石棉层133，固定板131固定设置于第一冷阱底壳112内，发热棒132固定安装于固定板131的上表面。为了提高加热效率，在本实施例中，发热棒132的数量设置为2根。第一受冷部122环绕发热棒132设置，进一步提高发热棒132向第一化合物管120传递热量的均匀性。同时，为了提高发热棒132的安装稳定性，在固定板131的上表面还设置有固定块134，固定块134底部开设有2个吻合发热棒132外周面的固定凹槽，以使得固定块134能够将发热棒132压紧固定于固定块134上。均热石棉层133套设于发热棒132的外周面，从而保证发热棒132向第一化合物管120所传递的热量更加均匀，从而便于冻结的化合物受热均匀稳定，解析出的峰形更加稳定。

参照图4，由于该气体脱水冷阱100在对挥发性有机化合物气体样品进行处理的过程中，需要严格控制低温以及高温的具体温度。在第一冷阱上盖113远离发热棒132所在的侧面设置有温控器1131，同时在第一冷阱底壳112内设置有用于监测第一化合物管120内温度的温度探头（图中未示出），温度探头、发热棒132均与温控器1131电性连接，温控器1131根据温度探头的温度数据调整发热棒132的发热功率，从而保证该气体脱水冷阱100的温度更加稳定。

该气体脱水冷阱100的控温方法为：

冷冻温度0度~-196度（标准-80度）；

冷冻时间0分~20分（标准15分）；

加热脱附温度0度~250度（标准230度）；

脱附流速0ml~100ml每分（标准20ml每分）；

脱附时间0秒~3600秒（标准90秒）；

烘烤温度0度~250度（标准240度）；

清洗流速0ml~100ml每分（标准100ml每分），清洗流速为脱附出需要的全部的挥发性有机化合物，清洗并将杂质排出该气体脱水冷阱100内的气体流速；

清洗时间0秒~3600秒（标准240秒），清洗时间为脱附出需要的全部的挥发性有机化合物，清洗并将杂质排出该气体脱水冷阱100内的时间；

吹扫流速0ml~100ml每分（标准100ml每分）；

吹扫时间0秒~3600秒（标准30秒）；

冷/热恒温范围0~50度（标准5度）；

冷/热恒温时间0秒~3600秒（标准10秒）。

气体脱水冷阱100的实施原理为：在气相色谱-质谱（GC-MS）仪器针对挥发性有机化合物气体样品进样前，首先将挥发性有机化合物气体样品通入到该气体脱水冷阱100的第一化合物管120中，通过第一冷冻腔室111内的冷冻介质将样品中的挥发性有机化合物、水和二氧化碳等全部冷凝捕获。经过额定时间的冷凝之后，再通过加热承载组件130对第一化合物管120进行加热，从而在解析出挥发性有机化合物的过程中，利用挥发性有机化合物和水份有着不同的蒸汽压，将水份留在该气体脱水冷阱100中，然后脱附出需要的全部的挥发性有机化合物，从而改善样品脱水过程导致极性有机化合物在气相色谱-质谱上无数据结果，数据偏离真实性的问题。

参照图1和图4，气体脱二氧化碳冷阱200与气体脱水冷阱100的结构类似，不同之处在于，气体脱二氧化碳冷阱200内部设置第二化合物管，第二化合物管内还可填充用于吸附挥发性有机化合物但不吸收水分及二氧化碳的有机吸附物，有机吸附物由聚2，6一二苯基对苯醚高分子线性聚合物和活性炭混合组成，并在第二化合物管的两端用长5mm，重0.5g的玻璃棉进行填堵。有机吸附物的特点是不吸收水份及二氧化碳但对挥发性有机化合物有很强的吸附力，所以此气体脱二氧化碳冷阱200不需在深冷的环境下工作，在此温度下二氧化碳不被冷凝而直接被排出，从而提高该气体脱水冷阱100对于二氧化碳的去除能力。其他具体结构不做赘述，参考气体脱水冷阱100的结构即可。

参照图6，一种气体聚焦峰形冷阱300，包括第三冷阱外壳310以及第三冷阱管道320，第三冷阱管道320部分位于第三冷阱外壳310内部。具体地，第三冷阱外壳310包括第三冷阱底壳312以及第三冷阱上盖313。第三冷阱底壳312大体呈上方开口的空心长方体结构，第三冷阱上盖313密封盖覆于第三冷阱底壳312的开口端面，从而在第三冷阱底壳312内部形成第三冷冻腔室311。为了提高第三冷阱底壳312与第三冷阱上盖313之间的密封性，在第三冷阱底壳312的开口端面开设有第三环形密封槽3121，并在第三环形密封槽3121内安装有环状密封垫圈（图中未示出）。第三冷阱上盖313通过边沿设置的螺栓压紧于第三冷阱底壳312的开口端面并抵紧环状密封垫圈，从而保证第三冷阱底壳312与第三冷阱上盖313之间密封。

参照图1和图6，第三冷阱底壳312的侧壁对侧设置有用于通入冷冻介质的通孔，第三冷阱底壳312的外部设置有液氮瓶和第三冷阱液氮阀87。在本实施例中，冷冻介质为部分气化的液氮，液氮由第三冷阱液氮阀87控制并通入第三冷冻腔室311。为了将第三冷阱外壳310与第三冷阱外壳310的安装基础进行分隔，在第三冷阱底壳312远离第三冷阱上盖313所在的侧面固定设置有第三隔温底板314，第三隔温底板314的轮廓大于第三冷阱底壳312在第三隔温底板314上的投影，从而改善在对第三冷阱外壳310进行降温的过程中，第三冷阱外壳310以外的温度对于第三冷阱外壳310的影响。在本实施例中，第三隔温底板314由电木材料制成。

参照图7，第三冷阱管道320由热量传导管321、热量均布管322以及第三化合物管323同轴套设构成。热量均布管322同轴设置于热量传导管321内，第三化合物管323同轴设置于热量均布管322内，从而实现热量均布管322距离第三化合物管323的间距均匀。第三化合物管323内形成有化合物通道，热量均布管322和热量传导管321之间形成有升温通道。化合物通道用于供高、低浓度挥发性有机化合物气体流通，升温通道用于供预热介质通过。具体地，预热介质为预热氮气。预热氮气由设置于气体聚焦峰形冷阱300外部的吹气阀330控制。通过在热量均布管322和热量传导管321之间通入预热的气体，从而对热量均布管322进行均匀加热。

参照图6，第三冷阱管道320具有穿设于第三冷阱外壳310并伸出的第三外延部324以及回环设置以减小占用体积的第三受冷部325，第三受冷部325设置于第三冷冻腔室311内并与第三外延部324连通。在本实施例中，第三受冷部325大体呈“U”形回环设置，从而降低第三受冷部325在第三冷阱外壳310内所占用的空间。在其他的实施例中，能够根据需要将第三受冷部325设置成多圈的螺旋回环形设置，从而提高第三冷阱管道320在第三冷冻腔室311内的长度，提高冷冻效果。

以下按照该气体聚焦峰形冷阱300的实施原理对第三冷阱管道320的具体结构进行详细说明。第三冷阱管道320由热量传导管321、热量均布管322以及第三化合物管323同轴套设构成。在气相色谱-质谱（GC-MS）仪器同时针对高、低浓度挥发性有机化合物气体样品进样前，首先将高、低浓度挥发性有机化合物气体通入到该气体聚焦峰形冷阱300的第三化合物管323中，利用第三冷冻腔室311内部的冷冻介质将样品冻结，从而将气相挥发性有机化合物气体样品固结浓缩为固相。

由于第三化合物管323设置于热量均布管322与热量传导管321之间，当冻结结束后，通过在热量均布管322和热量传导管321之间通入预热的气体，通过热量均布管322迅速对冻结的样品进行加热,短时间将化合物通道内的挥发性有机化合物解析出并向气相色谱中的色谱柱转移，脱附出全部的挥发性有机化合物。由于该气体聚焦峰形冷阱300在对挥发性有机化合物气体样品进行处理的过程中，需要严格控制低温以及高温的具体温度，温度探头用于监测第三化合物管323内的温度，从而保证该气体聚焦峰形冷阱300具有更稳定的控温方式。

该气体聚焦峰形冷阱300的控温方法为：

冷冻温度0度~-196度（标准-180度）；

冷冻时间0分~20分（标准15分）；

加热脱附时间0秒~3600秒（标准30秒）；

清洗时间0秒~3600秒（标准240秒），清洗时间为脱附出需要的全部的挥发性有机化合物，清洗并将杂质排出该气体聚焦峰形冷阱300内；

冷/热恒温范围0~50度（标准5度）；

冷/热恒温时间0秒~3600秒（标准10秒）。

参照图6，为了提高提高该气体聚焦峰形冷阱300的饱和阈值，第三化合物管323的内部涂布有薄膜硅烷化涂层，薄膜硅烷化涂层用于对极性挥发性有机化合物进行吸附，从而提高对于极性挥发性有机化合物吸附的稳定性与容量。极性是指一共价键或一个共价分子中电荷分布的不均匀性，如果电荷分布得不均匀，则称该键或分子为极性。同时，若将第三冷阱管道320中的第三化合物管323绕弯的角度小于90度就会破坏薄膜硅烷化涂层，并不利于挥发性有机化合物的脱附。因此第三化合物管323呈“U”形回环设置，从而保证第三化合物管323每一弯折处的弯折角度均匀分布且大于90度。

在本实施例中，热量传导管321由铜管构成，有利于在将有机物化合物气体样品进行冻结的过程中，第三冷阱管道320能够快速将内部有机物化合物气体样品的热量进行吸收；热量均布管322由聚四氟乙烯管构成，由于聚四氟乙烯管无极性，耐热及不吸水，又是一种优良的电绝缘材料，有利于在升温通道迅速对冻结的样品进行加热的过程中，热量均布管322外周壁的热量能够更加均匀地传导到第三化合物管323内，从而便于冻结的化合物受热均匀，解析出的峰形更加稳定。

参照图1，负压抽离机构9包括真空泵91、放空阀92以及第二多通连接阀93。真空泵91用于对该气体预浓缩仪进行试漏、抽真空、进样、转移和吹扫管道，放空阀92为常闭状态，放空阀92用于清洗该气体预浓缩仪的管道时打开，第二多通连接阀93具有三个入口与两个出口。真空泵91连通有流量计94并与第二多通连接阀93的其一出口连通，放空阀92与第二多通连接阀93的另一出口连通。第一多通切换阀84的2号口通过流量阀96与第二多通连接阀93的其一入口连通，第二多通切换阀86的2号口与第二多通连接阀93的其二入口连通，第二多通连接阀93的其三入口连通有传感器95，用于实时读取该气体预浓缩仪管道内的压力变化，从而反馈不同状态的信息。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围。其中，相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，上面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体预浓缩仪，其特征在于，包括：

样品供气机构(7)，用于储存多组不同的待测试样品，所述样品供气机构(7)包括用于向该气体预浓缩仪以及气相色谱-质谱仪器中通入内标气体以对气体样品中不同浓度的变化进行补偿监测的内标供气组件(77)；

样品浓缩机构(8)，连通所述样品供气机构(7)，所述样品浓缩机构(8)设置有用于去除气体样品中的二氧化碳以及水分并对气体样品进行浓缩的气体除杂冷阱组以及用于进一步浓缩气体样品并将浓缩之后的气体样品快速通入气相色谱-质谱仪器中的气体聚焦峰形冷阱(300)；

负压抽离机构(9)，连通所述样品浓缩机构(8)以将所述样品供气机构(7)中的气体抽入所述样品浓缩机构(8)中；

所述气体除杂冷阱组与所述气体聚焦峰形冷阱(300)之间连通有第二多通切换阀(86)，所述第二多通切换阀(86)具有连通所述气体除杂冷阱组和所述负压抽离机构(9)的第二进气状态以及用于将浓缩之后的气体样品通入气体聚焦峰形冷阱(300)中的第二送样状态；所述气体聚焦峰形冷阱(300)包括第三冷阱外壳(310)，所述第三冷阱外壳(310)内部设置有用于容置冷冻介质的第三冷冻腔室(311)，所述第三冷冻腔室(311)内设置有用于供高、低浓度挥发性有机化合物气体流通的化合物通道以及用于供预热介质通过的升温通道，所述化合物通道设置于所述升温通道内部，所述第三冷冻腔室(311)能够对所述化合物通道和所述升温通道同时进行降温。

2.根据权利要求1所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述气体聚焦峰形冷阱(300)还包括热量传导管(321)、设置于所述热量传导管(321)内的热量均布管(322)以及设置于所述热量均布管(322)内的第三化合物管(323)，所述化合物通道形成于所述第三化合物管(323)内，所述升温通道形成于所述热量均布管(322)和所述热量传导管(321)之间。

3.根据权利要求1所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述气体除杂冷阱组包括与所述样品供气机构(7)连通的气体脱水冷阱(100)以及与所述第二多通切换阀(86)连通的气体脱二氧化碳冷阱(200)，所述气体脱水冷阱(100)与所述气体脱二氧化碳冷阱(200)之间连通有第一多通切换阀(84)，所述第一多通切换阀(84)具有连通所述负压抽离机构(9)的第一进气状态以及将经过所述气体脱水冷阱(100)浓缩之后的气体样品通入所述气体脱二氧化碳冷阱(200)中的第一送样状态。

4.根据权利要求3所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述气体脱水冷阱(100)包括第一冷阱外壳(110)和第一化合物管(120)，所述第一冷阱外壳(110)内部设置有用于容置冷冻介质的第一冷冻腔室(111)，所述第一冷冻腔室(111)能够对所述第一化合物管(120)进行降温，所述第一化合物管(120)穿设于所述第一冷阱外壳(110)并伸入所述第一冷冻腔室(111)内，所述第一冷冻腔室(111)内还设置有用于对所述第一化合物管(120)进行加热的加热承载组件(130)。

5.根据权利要求3所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述气体脱二氧化碳冷阱(200)包括第二冷阱外壳和第二化合物管，所述第二冷阱外壳内部设置有用于容置冷冻介质的第二冷冻腔室，所述第二冷冻腔室能够对所述第二化合物管进行降温，所述第二化合物管穿设于所述第二冷阱外壳并伸入所述第二冷冻腔室内，所述第二冷冻腔室内还设置有用于对所述第二化合物管进行加热的加热组件，所述第二化合物管内还填充有用于吸附挥发性有机化合物但不吸收水分及二氧化碳的有机吸附物。

6.根据权利要求3所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述样品供气机构(7)包括用于容置多种不同的气体样品并供气的自动进样器(71)、连通所述自动进样器(71)用于控制各个进样通道开关的多个样品阀(72)以及用于将各个进样通道的气体汇总之后从一个出口输出的第一多通连接阀(73)。

7.根据权利要求6所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述第一多通连接阀(73)的出口依次连通有用于对样品气体进行初级过滤的过滤器(74)以及用于对所述自动进样器(71)向所述样品浓缩机构(8)中通入样品气体进行流量限制的定量环(75)。

8.根据权利要求1所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述负压抽离机构(9)包括用于对该气体预浓缩仪进行试漏、抽真空、进样、转移和吹扫管道的真空泵(91)、用于清洗该气体预浓缩仪的管道时打开的常闭放空阀(92)以及同时连通所述样品浓缩机构(8)、所述放空阀(92)以及所述真空泵(91)的第二多通连接阀(93)。

9.根据权利要求1所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述样品供气机构(7)还包括清扫供气组件(78)，所述清扫供气组件(78)包括用于盛装氮气的清扫进样器(781)以及连通清扫进样器(781)与第一多通连接阀(73)入口的氮气阀(783)，在氮气阀(783)和清扫进样器(781)之间连通有用于控制清扫进样器(781)启闭的针型阀(782)。

10.根据权利要求6所述的气体预浓缩仪，其特征在于，所述样品浓缩机构(8)还包括冷阱短路阀(82)，所述冷阱短路阀(82)连通所述第一多通连接阀(73)与所述气体脱二氧化碳冷阱(200)的入口。

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