CN117460943A - 用于化合物痕量水平分析的气体采样系统和方法 - Google Patents

Abstract

混合气体采样设备(100)可以结合全空气和基于吸附剂两者的采样器的功能。该采样设备可以用于收集从轻到非常重的有机化合物，随后热解吸到GC或GCMS中进行定量测量。该采样设备将收集的气相基质的样本隔离在样本容器(132)中，该样本容器具有来自可移除样本提取设备(150)的吸附剂元件(202、256a、256b、256c)。通过在采样后通过该样本提取设备在该腔室上抽吸真空来操作该采样设备，然后在真空下使用静态扩散提取来完成较重有机化合物的提取以允许较重化合物在吸附剂上的最佳沉积。冷却真空容器以将多余的水(450)抽吸回到该容器中，从而使附接的吸附剂元件(202、256a、256b、256c)脱水，为热解吸进入GC或GCMS做准备，消除该MS分析仪中的干扰。

Description

用于化合物痕量水平分析的气体采样系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年5月28日提交的美国临时申请第No.63/194,879号的权益，该申请的全部公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及化学分析，并且更特别地涉及气体样本的收集和挥发性有机化合物(VOC)和半挥发性有机化合物(SVOC)的回收以供通过GC或GCMS进行分析。本公开的一些实施例涉及设计成能够在包含高湿度水平或甚至蒸汽的应用中进行气体采样和化合物回收的系统。

背景技术

用于确定气相基质(诸如室内空气、周围空气、工作场所空气、围栏管线监测、炼油厂气流和烟道气排放)中SVOC至VOC水平的系统和方法已经实施了几十年。此类系统和过程在准确测量各种浓度下的所有感兴趣的化合物方面表现出许多局限性。

在一些示例中，永久性或便携式实时分析仪已经被用于进行这些测量，但是实际上这些“现场”分析仪中没有一个能够处理高湿度样本，同时覆盖测量所有VOC至存在的SVOC化合物(其可以包括数千或甚至数十万种化合物)所需的大范围的化合物检测。此外，对于许多应用来说，此类分析仪的价格可能令人望而却步。一般来说，当样本中的水分含量达到高PPM至百分比时，几乎所有的化学分析仪都会出现干扰。作为示例，用于由GCMS检测的样本中的水过多会损坏检测装备(例如，损坏GC色谱柱)或抑制响应(例如，由于降低了MS的灵敏度)。

全气体采样设备可以通过允许水在设备中凝结出来处理多余的水，但是，这些方法都有各种缺点。首先，如果让收集的化学物质长时间暴露在水中等待分析的话，收集的化学物质中的许多会与冷凝水发生反应。此外，许多SVOC会粘到容器的壁，除非将容器加热到更高的温度以将低挥发性化合物驱回气相。然而，以此方式加热容器壁继而还会增加被引回到气相中的水蒸气的量，这再次给GCMS分析带来了问题。对于许多SVOC来说，需要相对较高的温度来将它们基本上转移回气相，这不仅会将太多的水转移到分析系统中，而且会导致许多化合物在较高的温度和高的水浓度两者存在下发生反应。因此，在采样期间控制气体温度的问题、输送到GCMS之前水的减少以及回收VOC和SVOC两者的需要已经导致所有现有的采样设备在从周围温度到300摄氏度的采样条件和从0到50％的湿度浓度下定量测量失败。

发明内容

本公开涉及化学分析，并且更特别地，涉及在低湿度水平到高湿度水平收集气体样本和从气体样本中回收挥发性有机化合物(VOC)和半挥发性有机化合物(SVOC)、以及用于制备回收的化合物以供GC或GCMS分析的技术(例如，通过富集、脱水、浓缩和下面描述的其他技术)。在一些示例中，在样本已经被收集之后的样本容器的初始排空期间，可以使用“主动采样”或动态顶空采样(DHS)方法。在形成真空并且已经移除真空源后，较重的SVOC的任何其余转移都是扩散进行的。因此，在一些示例中，混合采样系统可以在主动模式和被动(扩散)模式两者下操作，而其他采样系统只能在主动采样模式或DHS下操作。在一些示例中，用于回收VOC和SVOC的气体采样系统可以描述样本容器、真空套管和样本提取设备的组件。在一些示例中，用于回收VOC和SVOC的气体采样系统可以描述没有样本提取设备的组件。在此类示例中，真空套管或其他附接件可以用于将样本提取设备联接到样本容器(例如，在实验室)。在一些示例中，从收集在样本容器中的气相基质样本中回收化合物可能需要第一样本提取设备和第二样本提取设备，该第一样本提取设备具有针对VOC至轻SVOC优化的(一个或多个)吸附剂元件，该第二样本提取设备具有针对SVOC优化的(一个或多个)吸附剂元件。

在一些示例中，描述了一种呼吸采样系统，其中呼吸采样器入口具有高流量端口，该高流量端口可选择性地用于排空样本容器，并且用患者呼气的最后一部分填充样本容器以回收患者呼吸中的气相和气溶胶和/或液滴中包含的各种化学物质和化合物两者。

附图说明

图1A和图1B图示了根据本公开的一些实施例的用于回收VOC和SVOC的气体采样系统的示例配置。

图2A和图2B图示了根据本公开的一些实施例的样本提取设备的示例，该样本提取设备可以在热解吸进入GC或GCMS之前富集包含VOC和SVOC两者的样本。

图3图示了根据本公开的一些实施例的放置在实验室隔离套管中的样本提取设备的示例。

图4A和图4B图示了根据本公开的一些实施例的包括用于收集气体样本并且回收VOC和SVOC的样本提取设备的混合采样系统的示例。

图5图示了根据本公开的一些实施例的示例性过程，该过程用于操作混合采样系统以使用单个样本提取设备对气相基质进行采样，并且用于保持来自采样气体的化合物与样本提取设备的(一个或多个)吸附剂元件接触的条件。

图6图示了根据本公开的一些实施例的使用双样本提取设备操作混合采样系统以对气相基质进行采样的示例性过程。

图7图示了根据本公开的一些实施例的使用双样本提取设备和用于不同样本提取设备的不同化合物回收过程来操作混合采样系统以对气相基质进行采样的示例性过程。

图8图示了根据本公开的其中呼吸入口处于“流动关闭”向上位置的一些实施例的示例性呼吸采样系统。

图9图示了根据本公开的一些实施例的图8的示例性呼吸采样器，其中呼吸入口处于“流动打开”位置以允许样本容器的预排空。

图10图示了根据本公开的一些实施例的示例性呼吸采样系统，其中呼吸入口处于“流动转向”位置，与联接在上方“准备采样”位置的一次性嘴件联接以允许移除患者呼出呼吸的初始部分。

图11图示了根据本公开的一些实施例的示例性呼吸采样系统，其中呼吸入口处于“流动打开”位置，与处于向下的“收集呼吸”位置的一次性嘴件联接以允许对患者呼出呼吸的最后一部分进行采样。

图12图示了根据本公开的一些实施例的示例性呼吸采样系统，其中呼吸入口和一次性嘴件被替换为样本提取设备。

图13图示了根据本公开的一些实施例的用于操作呼吸采样系统以收集呼吸样本并且从样本中回收化合物的示例性过程。

具体实施方式

在下面的描述中，参考了构成了说明书的一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践的具体示例。应理解的是，在不脱离本公开的示例的范围的情况下，可以使用其他示例，并且可以进行结构改变。

本公开涉及化学分析，并且更特别地，涉及在气流中可能包含或可能不包含冷凝的湿气液滴的气体样本的收集以及随后从气体样本中回收挥发性有机化合物(VOC)和半挥发性有机化合物(SVOC)，该气体样本具有宽范围的湿气或湿度水平，并且处于从0到300摄氏度的任何初始气相样本温度；以及用于制备回收的化合物以供GC或GCMS分析的技术(例如，通过富集、脱水、浓缩和下面描述的其他技术)。本公开的实施例允许在感兴趣的现场或场所(例如，炼油厂气流、过程气流、烟道气排放、工作场所空气、围栏管线监测、周围空气、室内空气和其他气相基质)处采样和回收VOC和SVOC。在一些示例中，根据本公开的采样过程的实施例可以包括使用预排空样本容器(例如，已经抽吸真空的容器)在感兴趣的位置主动收集气相基质样本。预排空样本容器可以具有对应于任何给定示例或实施例的特定应用所需的检测极限的体积。在一些示例中，在样本收集的时间和/或位置处，样本提取设备可以可选地集成到采样器中以允许在容器中收集的样本的至少一部分被回收到样本提取设备上(例如，当另外的样本继续被收集时，或在转移到分析实验室期间)。在一些示例中，样本容器可以用于收集样本，而不需要在收集地点/场所处存在(一个或多个)任何样本提取设备，并且稍后当样本容器被返回到实验室环境以分析其内容物时，样本容器被联接到(一个或多个)样本提取设备。

由本公开的实施例描述的当前方法允许在现场(通常称为“在实地”)收集VOC、SVOC、有机化合物和任何数量的化合物，而不需要共存分析仪(从而降低成本和复杂性，并且提高可以在现场外分析的化合物的范围和带宽)。特别地，本公开的实施例允许所有感兴趣的VOC和SVOC被回收，同时在GCMS分析之前最小化最终提取的样本的水含量。实际上，所有气相基质都可以通过本公开实施例所述的方法进行采样，但是下述方法特别适用于收集高温气流或高水分含量气流(例如，水蒸气含量为50％或更多的气流)中的轻VOC至重SVOC。由本公开的实施例描述的采样器独特地能够收集烟道气，用于比替代方法更宽范围的化合物的分析。

该采样器还可以处理小水滴和气溶胶，使其成为收集呼吸样本进行GCMS分析的理想选择。呼吸样本中的气溶胶给其他替代采样技术带来了问题，这是因为气溶胶中的感兴趣的化学物质难以到达分析仪和/或会对仅用于挥发性化学物质吸附和解吸的(一个或多个)采样设备造成不期望的污染两者。呼吸样本中的气溶胶可能包含蛋白质、碳水化合物、脂质、细菌和其他非挥发物，当热解吸时(例如，在200-300摄氏度范围内的温度下)，这些非挥发物会分裂成原始样本中从未存在的人工化合物(artifact compound)。这些由热解吸导致的分解所生成的人工化合物仍然会出现在GCMS分析中，从而使关于存在于实际原始样本(例如，由在实地的样本容器收集的样本)中的化合物的实际含量和/或身份的问题复杂化。

在一些实施例中，基于联接到附接到样本容器的入口的可以调整限流器或控制器，环境气相基质样本可以在一段时间段(例如，采样时段)内被收集到样本容器中，如下文更详细描述的。在一些实施例中，通过使用具有可以推入和拉出样本容器的样本入口的替代设计，可以在仅几秒(例如，8-10秒、10-12秒等)的量级上收集高流量呼吸样本，如下面更详细描述的。

图1A和图1B图示了根据本公开的一些实施例的用于回收VOC和SVOC的气体采样系统的示例配置。图1A特别地图示了根据本公开的一些实施例的混合采样系统100的横截面侧视图，该混合采样系统400包括用于对气相基质进行采样并且从样本中收集VOC和SVOC的样本提取设备150。系统100图示了实施例，其中样本收集设备(例如，样本容器132)与样本提取设备(例如，设备150)共存，并且样本收集设备联接到样本提取设备。系统100(图1A)的配置可以用于收集具有一定湿度范围的气相样本(例如，从低湿度到高湿度，包括包含蒸汽的气相基质)，并且在采样间隔期间基本上回收气相基质的样本中包含的VOC和SVOC。在一些实施例中，真空套管102具有对应于允许气体通过入口114行进进入和离开样本容器132的阀的侧端口112。可以使用侧端口112在样本容器132内产生真空以移除预先存在的气体(例如，容器中原始的清洁氮气)以提供在样本收集期间吸入气流所需的真空。在一些实施例中，对应于包含在样本容器132的内部腔室中的样本的大量气体可以通过样本提取设备150的侧阀114移除，使得这些气体和包含在样本中的一些化合物与定位在样本提取设备150的下开口附近的一个或多个吸附剂元件(在图1A中没有附图标记图示)接触。

下文结合图2A至图2C更详细描述的样本提取设备150一般具有朝向样本容器132定位的下开口，使得样本容器132内的内容物(例如，VOC和SVOC)可以根据下文更详细描述的样本回收过程进入样本提取设备150的下开口。为了简化图示，样本提取设备150被图示为插入到真空套管102中，真空套管102连接地联接到样本容器132。样本容器132可以表示由玻璃或陶瓷去活化不锈钢制成的可以用于快速捕获样本的真空采样罐。已经发现使用真空采样罐来捕获和分析SVOC的常规或替代方法是无效的，这是因为SVOC可能会丢失在真空采样罐的内表面上。

在一些示例中，真空套管102可以具有轴部分106，该轴部分106被配置为将样本提取设备150的一部分(例如，设备150的对应于高度H1的部分)保持或定位在相对于样本容器132的开口和/或侧端口112的入口114的特定位置处。如系统100所示(以及图3A和图3B)，样本提取设备150延伸到入口114的开口上方的位置，该开口将入口连接到轴部分106。

图1B图示了不包括任何样本提取设备并且被配置为对气相基质进行采样的混合采样系统170的横截面侧视图。系统170图示了实施例，其中帽附接件160联接到真空套管102的上开口，并且可以对应于系统170用于将气相基质的样本收集到样本容器132中的实施例。在一些实施例中，一旦系统170已经收集了它的气相基质的样本(例如，在现场，或在采样后取得样本容器的实验室环境中)，帽附接件160可以用如图1A中所示的样本提取设备150代替。

当执行经典的动态顶空采样以通过样本提取设备150(其在实验室中被引入)从样本容器132中提取已知体积时，可以使用此方法。当在实验室中增加提取设备150，接着产生真空以从气相和容器132的内壁两者提取VOC和SVOC两者时，也可以应用此方法。图1B的系统170可以用于降低送到在现场的采样设备的成本，或在一些情况下降低非实验室人员使用该设备的复杂性。

图1B所示的系统170的配置可以对应于在实验室中配置的系统，以单独采样具有一定湿度范围的气相基质(例如，从低湿度到高湿度，包括包含蒸汽的气相基质)。然后，系统170可以在现场或在实地使用以收集气相基质的样本。系统170随后可以用于在采样间隔期间至少部分回收气相基质的样本中包含的VOC和SVOC(例如，当帽附接件160被样本提取设备150代替时，如图1A中示出的)。无论提取设备150是在气相基质采样过程之前还是之后插入，整个系统(例如，系统100或170)都必须被分析清洁并且没有所有背景VOC和SVOC，从而不会污染结果或对结果产生正偏差。

在系统100的此类配置中，由样本容器132进行的气相基质采样和由样本提取设备150进行的VOC/SVOC回收可以在不重叠的时间间隔期间发生(例如，化合物可以在从容器132收集样本起的稍后时间由设备150回收)。在一些实施例中，真空套管104具有对应于允许气体通过入口114行进进入和离开样本容器132的阀的侧端口112。在一些实施例中，在从气相基质收集样本之前，样本容器132的内部腔室可以通过侧端口112排空任何气体以形成真空。

图2A和图2B图示了根据本公开的一些实施例的样本提取设备252和254的示例，可以在热解吸进入GC或GCMS之前富集包含VOC和SVOC两者的样本。参考图1A，在各种实施例中，样本提取设备150可以对应于设备252和254中的任一者。从图2A开始，样本提取设备252(可以主动和/或扩散地采样的设备)可以具有在1/32英寸和3/8英寸之间的直径。(例如，样本提取设备252的外径或内径)。在一些示例中，他尺寸也是可能的。样本提取设备252可以包括管状结构，例如，包括各种通道和/或腔体，如下所述。在一些示例中，样本提取设备252可以由不锈钢或另一种合适的材料(例如，基本上惰性的材料)制成。

样本提取设备252可以包括下部腔体220。在一些示例中，下部腔体220可以包含可以包括例如吸附材料一的个或多个吸附剂元件202。如下文将描述的，在一些示例中，可以选择(一个或多个)吸附剂元件202来收集用于分析的样本。在一些示例中，(一个或多个)吸附剂元件202可以朝向样本提取设备252的提取端212定位。也就是说，(一个或多个)吸附剂元件202可以比其到扩散提取设备的阀端214更靠近样本提取设备252的提取端212。在样本提取期间，样本提取设备252的提取端212可以向样本容器(例如，图1A和图1B的样本容器132)的环境开放，使得被提取或收集的样本可以进入下部腔体220，并且可以吸附或吸收到(一个或多个)吸附剂元件202，如下面将更详细描述的。在一些实施例中，样本提取设备252可以用于执行样本容器的扩散采样，其中化合物基于化合物的扩散而与(一个或多个)吸附剂元件202接触。在一些实施例中，扩散采样发生在不存在使用样本提取设备主动施加到采样系统的任何部件的真空的情况下。在一些实施例中，扩散采样过程发生在封闭系统中。在一些实施例中，封闭系统处于真空下(例如，被排空)。

在扩散提取设备252的阀端214处(例如，扩散提取设备252的相对提取端212)，扩散提取设备252可以包括例如密封柱塞、弹簧和内部密封件。在一些示例中，密封柱塞和内部密封件可选择性地限制流体(例如，气体、液体等)流过密封柱塞或内部密封件与(一个或多个)吸附剂元件202所在的下部腔体220之间的内部通道。例如，当密封柱塞被抵靠密封件向上按压时，通过样本提取设备252的流体流动会受到限制，并且当密封柱塞被移开或以其他方式与密封件分离时，通过样本提取设备252的流体流动会不受限制。在一些示例中，密封柱塞可以经由弹簧抵靠密封件被拉紧，使得在默认配置中，密封柱塞可以抵靠密封件向上按压，从而限制流体流过样本提取设备252。经由使密封柱塞移动远离密封件(例如，经由机械器件，诸如来自上方的销或其他器件)，可以允许流体流(例如，空气被抽吸到真空源)经由样本提取设备252。例如，真空源可以在阀端214处联接到样本提取设备252以打开密封柱塞，并且通过密封柱塞、内部通道和下部腔体220抽吸真空。另外，在一些示例中，密封柱塞可以保持打开(例如，在连续真空排空期间)以通过(一个或多个)吸附剂元件202从样本中蒸发不需要的基质，诸如水或酒精。在一些实施例中，样本提取设备252可以用于执行样本容器的主动采样，有时被称为动态顶空采样(DHS)，其中基于真空源通过设备252提取一定体积的气体，化合物与(一个或多个)吸附剂元件202接触。在一些实施例中，在执行DHS之前，可以冷却整个采样系统以捕获较轻的化合物，并且总体上减少气相中的水量。

作为示例，在样本提取期间，样本可以被收集在样本提取设备252中，可以通过密封柱塞、内部通道和下部腔体220抽吸真空，以便于下部腔体220中的吸附剂202的样本收集。在样本已经被动态/扩散提取设备252收集之后，密封柱塞可以保持关闭(例如，在样本收集期间)并且可以将样本与环境隔离，允许样本在提取和分析之间存储在样本提取设备252中。例如，在没有打开密封柱塞的机械力的情况下，弹簧可以使密封柱塞保持关闭。

例如，样本提取设备252还可以包括一个或多个外部密封件208。外部密封件208可以由弹性材料制成并且可以是含氟弹性体密封件或全氟弹性体密封件。外部密封件208可以位于端部212与端部214之间的样本提取设备252的外部。例如，外部密封件208可以包括安装在样本提取设备252外部周围的一个或多个垫圈或O形环。在一些示例中，外部密封件208可以用于在样本提取设备252与样本容器/小瓶之间形成密封，样本提取设备252可以在样本提取期间插入样本容器/小瓶中，和/或用于在样本提取设备252与解吸设备之间形成密封，样本提取设备252可以在样本解吸期间插入解吸设备中(例如，同时在热解吸期间引导解吸气流过由内部吸附剂106到达诸如GC或GCMS的分析仪)，诸如下面参考图5至图7描述的样本回收过程的一部分。

图2B图示了类似于样本提取设备252的样本提取设备254。样本提取设备254有时可以被称为动态顶空采样设备，在样本提取期间使用主动采样来通过(一种或多种)吸附剂床提取已知体积的样本。与设备254相关联的小入口可能不像252那样允许有效的扩散采样，当设备254暴露于包含VOC和/或SVOC的气体时，当需要延迟采样时，这可以用作优点。

样本提取设备252和样本提取设备254之间的显著差异可以是吸附剂床的长度(例如，包含(一个或多个)吸附剂元件的腔体220和腔体222内的区域)。在一些示例中，样本提取设备254的较长吸附剂床可以容纳可以经由开口214触及的多个吸附剂元件256a-c，。在一些实施例中，当样本提取设备254与主动采样过程结合使用时，沟道效应可能是更大的问题，相对于样本提取设备252，需要在样本提取设备254中使用更长的吸附剂床以防止一些化合物的穿透损失。在一些实施例中，图2B中示出的样本提取设备254的提取端的开口214的直径可以显著小于图2A中示出的提取端212的开口的直径(例如，直径小于3/8英寸)。图2C的样本提取设备254的提取端的较小开口214可以使样本提取设备254特别适合于主动采样，在主动采样期间，施加机械力以打开阀端214内的密封柱塞，并且在样本提取过程期间，通过位于阀端214处的密封柱塞(例如，当被机械力强制打开时)被抽吸真空以收集样本，气体被抽吸穿过样本提取设备254。

在一些实施例中，(一个或多个)吸附剂元件256a-c可以按照对样本中的一种或多种感兴趣的化合物的化学亲和力增加的顺序被布置。例如，吸附剂256a可以具有相对低的化学亲和力，吸附剂256b可以具有比吸附剂256a更高的化学亲和力，并且吸附剂256c可以具有(一个或多个)吸附剂元件的最高化学亲和力。样本提取设备252和/或254可以使用主动气体流、静态扩散流和/或经由在真空下将样本提取设备252和/或254密封在容器/小瓶内部来收集样本。在一些实施例中，当样本提取设备252和/或254被密封在包含样本的样本容器/小瓶中时，对样本抽真空(特别是对于较高沸点化合物的提取)可以提高提取速率。在一些实施例中，样本提取设备252在整个气体基质采样间隔期间连接地联接到样本容器/小瓶，在此期间，空气/气体样本被直接收集到样本收集小瓶中，并且通过由样本小瓶(或用于收集气体基质样本的其他合适容器)内的分子的随机移动导致的静态扩散流被间接收集/浓缩到样本提取设备的(一种或多种)吸附剂上。在一些实施例中，样本提取设备254可以在样本收集之后立即插入真空套管中。在一些实施例中，样本提取设备252和254与样本收集容器(有时简称为“样本容器”)保持分离，直到在气体基质期间样本容器已经对气相基质进行采样之后并且在测试化合物之前(例如，在不同于采样位置或气体收集位置的测试位置)。

图3图示了根据本公开的一些实施例的放置在实验室隔离套管302中的样本提取设备252的示例。为了简化说明，样本提取设备252被图示为插入到隔离套管302中。然而，应理解的是，根据结合由图3中的隔离套管302保持的图2A的样本提取设备252中图示的类似原理，隔离套管302可以用于保持图2B的样本提取设备254或样本提取设备的任何其他合适的配置。如上面结合图2A所描述的，外部密封件208设置在样本提取设备252的主体的外部周围。如图3所示，端口232可以在外部密封件208之间，这使得能够选择性地密封端口232，通过将样本提取设备254插入隔离套管302来密封端口232。套管区域306可以表示隔离套管302的一部分，内表面尺寸的大小设计为使得密封件208(在图2D中未标记)与隔离套管302的内表面接触。螺纹区域304可以表示隔离套管302的下部部分，允许隔离套管拧入并且紧固到任何兼容的螺纹(例如，在实验室装备(诸如用于样本收集设备252和/或254的托盘或提取系统)上)。

隔离套管302不仅在设备252已经用于从样本容器中的采样气体中收集化合物之后(例如，“采样后”状态)保护利用样本提取设备252的(一种或多种)吸附剂收集的样本，而且套管262还在热解吸或热调节之后(例如，“清洁”或“解吸后”状态)保持设备252清洁。在解吸或清洁之后，设备252可以最小程度地暴露于空气中而返回到套管262中，这是因为暴露于空气中会导致空气中明显的有机化合物聚集到设备252的(一个或多个)吸附剂元件上。因此，套管262在解吸或清洁后(例如，在“清洁”或“解吸后”状态下)保持设备252和/或254清洁，并且保持收集在设备的(一个或多个)吸附剂元件上的化合物样本的完整性(例如，在“采样后”状态下)。

图4A图示了根据本公开的一些实施例的混合采样系统400的横截面侧视图，该混合采样系统400包括用于对气相基质进行采样并且从样本中收集VOC和SVOC的样本提取设备252。与图1A类似，图4A的“混合采样器”可以用于实现非常适合VOC和SVOC两者的采样技术，这与使用真空采样罐的常规或替代方法不同，真空采样罐容易捕获SVOC(例如，防止SVOC被样本提取设备提取和/或回收)。利用已知体积的样本容器432，收集的气相基质样本的体积的准确性每次都可以是精确的和/或可重复的。将少量气体注入GC系统的体积样本注射有时也称为“定量环注射”，这是因为GC系统的管道通常会缠绕成一圈圆形的定量环，这是一种重复性最好的样本注射技术，通常可以在多次注射时达到±1％的相对标准偏差。换句话说，已经证明体积样本测定在本质上是非常定量的，并且非常适合作为准确测定最终转移到分析仪的样本体积的方法，减去任何非挥发物或过量的水。

为了简化说明，样本提取设备252被图示为插入真空套管402中，并且通过固持帽404(其通过两个组件的接触表面上的兼容螺纹附接到真空套管402，并且可以与真空套管402分离)固持在真空套管402内的适当位置。在另外的实施例中，混合采样系统400可以被操作以从周围或周围环境或由适配器(例如，将侧端口412联接到精炼烟囱的适配器、将侧端口412联接到呼吸机以在没有患者直接参与的情况下收集呼吸样本的适配器等)在侧端口412处提供的任何其他气体源对气相基质进行采样，无论样本提取设备252和/或252是否被放置在真空套管402中。换句话说，混合采样系统400可以被操作来收集复杂气相基质的样本，而不需要样本提取设备252被插入真空套管302中，或甚至存在于采样地点/位置。另外地或替代地，在一些情况下，混合采样系统400可以使用一个以上的样本提取设备252来操作以回收化合物，如下面结合图6和7进一步详细描述的。在一些实施例中，使用多于一个样本提取设备操作混合采样系统400可以允许收集样本容器内的更多样本，而不会达到任一个样本提取设备的(一个或多个)吸附剂元件上的化合物的穿透体积。穿透体积可以指将导致特定化合物完全穿过吸附剂床的体积(例如，与被吸附并且保留在吸附剂床上相反)。穿透体积是多个因素的函数，诸如吸附剂强度、特定化合物对该吸附剂的亲和力和吸附剂的温度。

图4A图示了根据本公开的一些实施例的竖直地偏离真空套管402的侧端口412的样本提取设备252。特别地，样本提取设备252的腔体220(例如，包含一个或多个吸附剂元件的样本提取设备的开口端)可以定位在真空套管402的轴部分内，使得当定位在真空套管内时，定位在套管入口414的开口上方。在一些实施例中，样本提取设备252可以定位成使得其包含吸附剂元件的腔体竖直地偏离套管入口414(或简单地，在套管入口上方)距离D1。作为示例，距离D1可以是1mm、1cm或任何合适的竖直偏移，以确保气体在到达由内侧壁436限定的样本容器432的腔体之前，存在穿过套管入口414的不与样本提取设备252接触的路径。在另外的实施例中，混合采样系统400可以被操作以从周围或周围环境，或通过适配器(例如，将侧端口412联接到精炼烟囱的适配器、用于接收患者呼出呼吸的嘴件适配器、呼吸机的呼出呼吸管线等)在侧端口412处提供的任何其他气体源对气相基质进行采样，无论样本提取设备252和/或254是否被放置在真空套管402中。换句话说，混合采样系统400可以被操作来收集复杂气相基质的样本，而不需要样本提取设备252被插入真空套管402中，或甚至存在于采样地点/位置。

在图4A所示的实施例中，样本提取设备252竖直地偏离侧端口412和入口414一段距离D1，使得行进进入/离开样本容器的气体不会与样本提取设备252的外侧壁接触。图4A所示的实施例特别适用于混合采样系统400用于从具有任何水分含量水平(例如，从低水平到高水平)的气相基质中采样气体的应用。在图4A的布置中，样本提取设备150在解吸和/或分析之前不需要擦拭或消毒(例如，因为来自具有高水蒸气含量的复杂气相基质的任何水分/颗粒在穿过入口414时不会与样本提取设备252的外表面接触)。在气相基质是含水量非常高的气流的实施例中，具有小开口的入口414(有时称为“最小路径长度入口”)可能容易被冷凝的水蒸气堵塞，例如，如果它不被加热的话。在一些实施例中，基本上与采样系统400的其余部分热隔离的入口414的低热质量将易于加热以至少使样本进入真空套管402的轴部，样本可以从该轴部滴入容器。

在一些实施例中，真空套管402可以将样本提取设备252气动地联接或连接到样本容器432。在一些实施例中，真空套管402和样本容器432都可以由惰性的、非吸收性的和非吸附性的材料(例如，玻璃、不锈钢、陶瓷涂覆的不锈钢等)形成，确保收集或采样的化合物不会与它们相应的表面相互作用或反应。在一些实施例中，在10到40摄氏度范围内的较低温度下，一些化合物可能潜在地吸附到真空套管402和/或样本容器432的表面。然而，在此类实施例中，此类化合物在实验室环境中的真空处理期间(例如，在升高的温度下)被重新引入到气相中。在一些实施例中，真空套管402和样本容器432两者都由不锈钢形成。然而，如上所述，在一些实施例中，可以形成能够保持真空的腔体的任何惰性、非吸收性和非吸附性材料都可以用于形成真空套管402和/或样本容器432。图4A的横截面侧视图示出了样本提取设备252通过具有大小设计为使得密封件208(在图4A中未标记)与真空套管402的内表面接触的尺寸的内表面保持在真空套管402内的适当位置。除了具有尺寸适于容纳密封件208的内表面之外，真空套管402可以具有包含与固持帽404兼容的螺纹的螺纹区域410。

固持帽404可以进一步将样本提取设备252固定在真空套管402内，并且进一步将样本提取设备的主体的部件密封到混合采样系统400周围环境/空气。在一些实施例中，固持帽404防止样本提取设备252脱离真空套管402，直到帽被移除。在涉及实验室操作的实施例中，不使用帽404，因为它干扰自动轨道采样设备(例如，自动采样器)的操作，自动轨道采样设备从它们相应的隔离套管302中自动地移除样本提取设备252和254，如图3所示。尽管图4A将固持帽404图示为具有腔体或开口，样本提取设备252通过该腔体或开口安置或放置，但是一些实施例可以包括用于固持帽404的帽表面的替代几何形状。作为示例，在一些实施例中，固持帽404可以具有没有任何开口的固体表面，使得当固持帽404被拧到螺纹区域410上时，真空套管402的顶部部分环境/周围空气都不能进入真空套管402的轴部分。以此方式，在混合采样系统400在没有插入样本提取设备252的情况下使用的实施例中，固持帽404可以将真空套管402的顶部部分密封到环境中。

在固持帽404是固体采样帽的实施例中(例如，没有所示的样本提取设备252，类似于图1B的帽160)，另外的方法可用于通过SVOC分析VOC。VOC一般可以保持在气相中，而SVOC可以主要进入真空样本容器432的表面上。在实验室中，样本容器432内部的压力可以首先使用经由侧端口412注入容器中的UHP氮气平衡到大气压力，因此一旦已经移除帽404，可以插入使用动态顶空采样技术针对VOC回收被优化的样本提取设备252。然后，在TD管上的VOC采样可以用于收集样本容器432的一小部分内容物以供VOC分析，使得已知量的样本通过样本提取设备252输送。然后，在移除针对VOC被优化的样本提取设备252之前，可以将样本容器432恢复到大气压(例如，使用UHP氮气注入)，然后随后插入具有针对SVOC被优化的(一个或多个)内部吸附剂元件的第二样本提取设备252。然后，在混合采样系统400上施加强真空，移除真空源，并且将组件加热到40-80℃以使用“真空辅助吸附剂提取(VASE)”完成SVOC到样本提取设备252的转移。在一些情况下，可以在插入提取设备252之前向样本容器432中添加另外的水，这是因为当加热至40-80℃时，另外的水可以产生低压蒸汽，这可以有助于保持较重的SVOC远离内部容器表面(例如，内侧壁436)以提高样本提取设备252中的(一个或多个)吸附剂元件的回收。因此，不仅采样器400不受样本中水的影响，而且另外的水实际上还可以提高采样器的回收率和操作性能；纯净水很容易添加，并且这些特性证明了此采样方法的独特性。

然后，可以使用配有理想色谱柱的GC来分析VOC和SVOC设备两者，当试图实现化合物挥发性的最高动态范围时，这可能是必要的。在大多数情况下，SVOC所需的监测水平低于VOC，这是因为许多SVOC更危险，而且它们在烟道气和人体呼吸中的浓度通常低于VOC，因此，为了达到所需的检测极限，SVOC所需的分析量通常更大。下面结合图6和图7更详细地描述与上面详述的方法类似的使用两个样本提取设备的实施例。

真空套管402的轴部分可以被样本提取设备252占据(如图所示)，或没有任何样本提取设备(例如，在混合采样系统400有时在没有此类设备插入真空套管的情况下操作的实施例中)。在一些实施例中，真空套管402的轴部分具有内表面，该内表面的尺寸大小设计成适于容纳样本提取设备252的主体。在一些实施例中，套管402的轴的内表面具有的尺寸与样本提取设备252的主体分离小间隙。

在一些实施例中，侧端口412可以是样本容器432(类似于样本小瓶)的入口，气相基质的样本可以经由该侧端口收集到样本容器中。另外，侧端口412可以是出口端口，用于将真空抽吸到样本容器432的腔体(例如，由容器的内侧壁436限定的腔体)，或在其他实施例中用于样本容器的内容物的任何其他排空。作为示例，侧端口412有时可以用于通过排空容器的内侧壁436内的任何气体(例如，在系统400的采样时段之前)来将真空抽吸到样本容器432的内部腔室中。

在一些实施例中，侧端口412可以包括微型阀，该微型阀可选择性地打开以允许气体从连接或联接到侧端口的任何气体源(例如，系统300环境/周围空气，或以其他方式联接到侧端口的气体源)行进。在一些实施例中，侧端口412可以默认处于关闭状态(阻止气体行进进入/离开样本容器432)，或处于打开状态(允许气体行进进入/离开样本容器432)。在混合采样系统400环境或周围气相基质的样本被收集到样本容器432中的实施例中，侧端口412可以用于通过在收集或采样间隔的持续时间内将其被设置为打开状态来收集样本。

在一些实施例中，侧端口412还可以用于接收标准气相基质(例如，已知浓度/量的气体和VOC/SVOC的样本)的注射。作为示例，具有已知浓度的某些给定回收化合物(或已知比例的回收化合物与气体)的1cc气体标准可以通过侧端口412注入样本容器432中。在一些实施例中，除了给定回收化合物的浓度之外，可以分析在气体标准注入之后由样本提取设备(例如，设备252-256)收集的样本中给定回收化合物的存在。对在气体标准注射之后收集的样本的分析可以用于确认(替代地，质疑)样本中化合物的正确采样、正确储存和正确回收(例如，在通过侧端口412的气体标准注射之前，样本容器432中预先存在的样本)。用于SVOC回收验证的液相替代化合物可以在采样完成后、通过在高温下执行排空和扩散提取之前暂时移除提取设备252而添加到采样系统400中。

在一些实施例中，侧端口412可以联接到附接件，诸如联接到侧端口的限流器、流量调节器或流量控制器。当联接到限流器时，侧端口412可以处于“打开状态”以允许气体行进进入/离开样本容器432，而限流器可以被独立地调整以改变允许气体行进进入样本容器的速率。在一些实施例中，侧端口412可以联接到限流器，限流器继而连接到要由样本容器432采样的气体源(例如，精炼气流、过程气流、烟道气排放源、工作场所空气、围栏管线监测、周围空气、室内空气、呼吸机系统的呼出呼吸管线和其他气相基质)。作为示例，在一些实施例中，限流器可以用于指定在采样间隔内将来自气体源的样本收集到样本容器432中的速率。在一些示例中，通过样本提取设备252和/或254的阀部分214提取的真空的速率可以被设置为相对较慢的流速，以减少在相对较快的真空流速下加剧的沟道效应。

真空套管402的螺纹区域416可以表示真空套管的下部分，允许真空套管拧入并且紧固到任何兼容的螺纹，诸如在一些实施例中固定到样本容器432的开口上的螺纹连接器408(如图4A中示出的)。在一些实施例中，螺纹连接器408可以是样本容器432的集成部件，或是可以移除的连接器。在一些实施例中，螺纹连接器408可以是真空套管402的集成部件(例如，消除两个单独的组件之间对任何螺纹的需要)。在一些实施例中，帽422可以覆帽螺纹连接器408并且将其固定在适当位置，从而在真空套管402被拧到螺纹连接器上之后，有助于将真空套管402保留在其直立位置。

在一些实施例中，样本容器432可以具有对应于样本容器的颈部部分或上部分的部分442。部分442相对于样本容器432的其他尺寸可以是锥形部的(如图所示)，或相对于样本容器的其余部分可以具有任何合适的几何形状。在一些实施例中，部分444可以对应于样本容器的下部分或底部分。样本容器432可以具有内侧壁436和外侧壁434。内侧壁436可以形成腔体，来自样本容器432外部的气相基质的气体样本可以被收集到该腔体中。内侧壁436内的水350可以表示在采样过程期间收集的冷凝水。在采样期间，进入样本容器432的水将在样本容器内饱和到100％的相对湿度，并且任何过量的水将是液体(例如，由水350表示)。在某些实施例中，液态水可以与某些VOC反应，且在此类实施例中，可能必须在采样之前将样本提取设备252添加到设备系统400，因此水反应性化合物可以有机会被设备252的(一个或多个)吸附剂元件吸附，从而减少暴露于冷凝水的时间。在已知化合物不与水反应(例如，大多数化合物在周围温度的大多数化合物)的实施例中，只要化合物与吸附剂的结合亲和力强于其与水的结合亲和力，那么当在采样期后添加样本提取设备252时，假设化合物有合理的时间量来找到设备252的(一个或多个)吸附剂元件(例如，经由被动扩散运动)，接近完全回收到吸附剂中仍然是可能的。

图4B图示了根据本公开的一些实施例的混合采样系统450的横截面侧视图，该混合采样系统450用于对气相基质进行采样并且从样本中收集VOC和SVOC，具体图示了根据本公开的一些实施例的从真空套管404的侧端口412竖直地偏移的样本提取设备252。图4B的系统450示出了图4A的混合采样系统400的另一个表示，示出了插入到真空套管406中的类似的样本提取设备252，使得设备252从入口414竖直地偏移距离D1。在一些实施例中，此类布置可以允许气相基质样本通过侧端口412进入系统450以被收集，而没有任何气体和/或由气体携带的化合物与样本提取设备252或其任何侧壁接触。

图5图示了根据本公开的一些实施例的用于操作混合采样系统来对气相基质进行采样的示例性过程500。为了简化与过程500的过程步骤相关联的描述，参考图4A的混合采样系统400的标记组件。然而，应理解的是，在一些实施例中，过程500可以用于操作图4A或图4B的混合采样系统400或450，而不脱离所公开的实施例的范围。

过程500开始于步骤501，在此组装采样系统400(为简单起见，有时称为“采样器”)，在一些实施例中，采样器包括样本提取设备(例如，设备252)、样本容器(例如，容器432)和真空套管(例如，套管402)，它们都在实验室中清洗，然后组装(例如，根据图4A或图4B所示的布置)。特别地，在一些实施例中，在步骤501，帽422可以用于将真空套管402保持在样本容器432上，并且保留帽404可以用于从样本提取设备252离开实验室到返回时将样本提取设备252保持在真空套管402中。如上面结合图4A该，在某些实施例中，采样系统400可以用于对气相基质采样，而无需在现场或在系统操作的实地存在(或插入真空套管402中)样本提取设备252。在此类实施例中，在通过真空套管的侧端口412收集气体样本之前，可以将固体保留帽或图1B的帽附接件160放置在真空套管402上以形成真空密封的封闭系统。

在步骤501之后，过程500可以前进到步骤502，该步骤可以发生在混合采样系统被组装之后，并且在系统被发送到采样或收集地点(例如，感兴趣的气相基质将被系统采样的地点)之前。在步骤502，真空可以通过样本提取设备252通过侧端口412被抽吸到真空源以在样本容器432内形成真空。在一些实施例中，在样本容器432被排空之后，可以测量并且记录样本容器432的重量以提供基线参考重量，通过该基线参考重量，可以在采样或收集地点的采样时段之后确定采样气体和/或化合物的重量。在采样之前和之后记录采样器的重量也可以提供关于在采样器中凝结的水量的指示，这是因为凝结的水将不是气相样本的一部分，从而增加仍然残留在气相中的化合物的相对浓度。此外，在一些实施例中，可以基于特定应用所需的检测极限来改变和/或选择样本容器的体积。作为示例，对于浓度预期在十亿分之几(PPB)到百万分之几(PPM)水平的烟道气分析，样本容器432可以具有250cc的体积，并且由样本提取设备252收集的样本然后可以在注射时使用50∶1的分流提供给GCMS中。

如上面所描述的，步骤502可以在混合采样系统被发送到采样或收集地点之前执行。在一些实施例中，一旦系统到达采样或收集地点，就可以执行步骤504。在步骤504处，可以在一段时间内(例如，采样间隔)将包含大量气体和化合物诸如VOC、SVOC等的空气样本收集到样本容器432中。在步骤504，采样系统的侧端口412被连接到气流，之后样本被快速引入(例如，通过打开与侧端口相关联的阀)，或使用限流器或控制器缓慢引入(例如，在需要或期望时间积分样本收集的实施例中)。在一些实施例中，当需要收集较重的SVOC时，或为了防止蒸汽在到达样本容器432内部之前冷凝，可以在采样时间段或间隔期间加热提供待采样气流的管线以及侧端口412。

在结合步骤504描述的采样时间段或间隔之后，混合采样系统400/450可以返回到实验室进行处理。在一些实施例中，系统400/450可以被称重并且与原始排空重量(例如，在步骤502之后测量的重量)进行比较以确定收集的液态水的量，这继而确认了当在升高的温度从高含水源收集时采样的气体的总量。在一些实施例中，此重量测定可以用于验证是否有500cc、1000cc或甚至更高的体积被收集到500cc的储器中，这仅是因为在采样期间以及在关闭入口412之前一些水可能冷凝，从而允许更多的气体被引入。一旦采样停止(例如，通过关闭阀412)，水的任何另外的冷凝仅导致容器中的压力降低，并且最终压力测量可以揭示此情况，但是在一些实施例中，通过观察采样器的重量增加的重量测定将是收集的总质量的最佳测定。在一些实施例中，在采样点的气体温度采样的实际体积可以从确定的重量增加中容易地计算出来。

在一些实施例中，在进行此重量测定之后，过程500可以前进到步骤506，在步骤506中，通过顶部阀(例如，阀端214)抽吸真空并且没有被样本提取设备中的(一个或多个)吸附剂元件保留的气体(例如，大量的固定气体)被从样本容器432中移除。在一些实施例中，真空可以缓慢地施加到样本提取设备252的顶部(例如，包括密封柱塞和密封件的内部密封件位于阀端214附近的位置)以将收集在样本容器432内的气相化学物质吸引到样本提取设备的(一个或多个)吸附剂元件上，从而消除未保留在吸附剂上的大部分固定气体。以此方式排空携带感兴趣的化合物(例如，气相基质中的VOC或SVOC)的大量气体可以提高在随后的处理步骤中感兴趣的化合物在一个或多个样本提取设备的(一个或多个)吸附剂元件上的收集/回收率。当通过阀端214抽吸真空时，携带VOC和一些SVOC的气体可以行进通过设备252的提取端212，通过将下腔体220或222连接到阀端214的内部通道。在通过下部腔体220或222排空的期间，VOC以及一些较轻的SVOC可以被收集和/或回收到位于下部腔体220或222中的(一个或多个)吸附剂元件上(例如，图2A或图2B的吸附剂202或256a-c)。在一些实施例中，在步骤506期间将系统400保持在相对较低的温度(例如，冷却)可能是有利的以防止较轻化合物通过吸附剂的损失，这是因为系统是“开放的”，由于质量(例如，被移除的气体)被从系统中移除。

过程500可以前进到步骤508，在一些实施例中，步骤508发生在步骤506之后。换句话说，步骤506和508可以被认为是一系列步骤，每个步骤与为这些步骤所描述的相应采样技术提供的相应温度水平相关联。如上所述，结合步骤506，系统400可以保持在相对较低的温度。在步骤508处，来自在步骤504(例如，通过侧端口412)收集的采样空气或另一个气相基质的化合物被吸附在位于样本提取设备252的下腔体中的一个或多个吸附剂元件处(例如，通过进入该设备的提取端212，并且与一个或多个吸附剂元件接触)。在一些实施例中，步骤508可以简单地描述一个或多个吸附剂元件对在步骤504收集的化合物的吸附(例如，省略系统400的可选加热)。

在一些实施例中，整个采样系统400可以被加热以提高样本容器432内SVOC的蒸气压，从而促进所述化合物朝向样本提取设备252的一个或多个吸附剂元件的移动(例如，当通过样本提取设备的阀端214抽吸真空时)。在一些实施例中，样本提取设备252的提取端212可以比总体/整个采样系统400被相对更多地加热以通过保持样本容器432比样本提取设备252稍冷来防止或产生阻碍在样本提取设备252中收集水分的条件。以此方式，步骤508可以描述保持提高样本容器432内可能沿着样本容器432的内侧壁436粘附的SVOC的蒸气压的条件，并且促进SVOC朝向包含在样本提取设备252中的一个或多个吸附剂元件移动。在一些实施例中，这些条件可以包括加热系统400，使得样本容器432内收集的化合物(例如，VOC、SVOC)可以与样本提取设备252的(一个或多个)吸附剂元件接触，同时通过样本提取设备252抽吸真空以收集空气样本中存在的VOC和SVOC。

因为被(一个或多个)吸附剂元件吸附的化合物需要通过GCMS和GC-MS/MS进行分析，因此这些分析技术有一些局限性，诸如可能会受到过量水蒸气的干扰。许多复杂气相基质样本具有高水平的水蒸气，从周围空气(水蒸气含量可以高达3-4％)到烟道气流(水蒸气含量可以达50％)和高温。水蒸气水平升高的复杂气相基质的另一个示例是呼出呼吸，由于呼出呼吸中包含的气溶胶和/或水滴，因此呼出呼吸中的水蒸气在37摄氏度时超过100％的相对湿度。样本中过量的水可能会损坏GC色谱柱，并且还会抑制MS的响应。因此，在注入GCMS或GC-MS/MS之前，水必须显著减少。已经开发了采样和分析技术，只要水处于非冷凝浓度，就可以降低水的浓度。作为示例，如果样本容器432内样本的露点处于25摄氏度并且样本提取设备252处于35摄氏度，那么水可以保留在气相中，从而允许其通过样本提取设备的一个或多个吸附剂元件而不被保留。然而，在某些实施例中，(一个或多个)吸附剂元件一般不能升高温度以满足升高的气流温度，这是因为这样做可以防止感兴趣的化学物质被捕获在吸附剂上。

过程500可以前进到步骤510，在步骤510中，从样本提取设备及其(一个或多个)吸附剂元件中提取出水以使(一个或多个)吸附剂元件脱水。在一些实施例中，步骤510可以简单地描述(一个或多个)吸附剂元件的脱水(例如，省略系统400的冷却)。在一些实施例中，采样系统400的底部分444可以被冷却以促进样本容器432内的水冷凝，并且使样本提取设备252的一个或多个吸附剂元件脱水。在一些实施例中，采样系统400被放置在冷托盘上以冷却样本容器432的底部分444，从而将封闭系统中的大部分水转移回样本容器的底部(例如，远离样本提取设备252及其(一个或多个)吸附剂元件)。在一些实施例中，底部部分444可以被冷却5分钟至30分钟以将封闭系统中的水转移回样本容器的底部部分。此外，在较低的温度，没有被牢固地保持或吸附在设备252的(一个或多个)吸附剂元件上的任何非常轻的VOC可以再次收集到(一个或多个)吸附剂元件的一个或多个较强的床上。

在步骤510之后，过程500可以前进到步骤512，在步骤512中，将样本提取设备252从真空套管中移除，样本提取设备252通过真空套管联接到样本容器432(例如，通过首先移除固持帽404)。在一些实施例中，具有(一个或多个)脱水吸附剂元件的样本提取设备可以从混合采样系统400中移除并且可以在单独的套管(例如，图3的隔离套管302)中隔离。在一些示例中，具有(一个或多个)脱水吸附剂元件的样本提取设备可以通过热解吸过程进行分析，使用不分流注射技术或分流注射技术。在通过混合采样系统400监测或测量烟道气的实施例中，通常可以采用分流技术。在此类实施例中，使用分流注射来热解吸样本提取设备可以允许在单次分析中分析通过SVOC的全部VOC。在其他实施例中，当室内或周围空气测量需要低万亿分之一的测量值时，也可以进行不分流注射。

在一些实施例中，上面结合图5描述的事件序列允许回收感兴趣的VOC和SVOC，同时在GCMS分析之前排除过量的水。很好理解的是，当水凝结在吸附剂上时，吸附剂(诸如包含在样本提取设备252中的吸附剂)的强度降低。当包含在样本容器中的样本被可选地冷却或主动冷却(例如，步骤510)时，VOC可以主要被输送到样本提取设备，从而降低样本容器内的水蒸气压力，同时还提高样本提取设备252内的一种或多种吸附剂元件的捕集效率。此外，通过保持样本提取设备252仅比样本温度高10摄氏度(例如，在步骤508期间)，将保持吸附剂比吸附剂上没有液态水时更强，并且足够干燥以保持吸附剂床处于或接近全强度，这是因为将吸附剂加热高10摄氏度会降低吸附剂床的强度。

在一些实施例中，一旦产生真空(例如，在步骤506之后)，就可以扩散地收集SVOC。当吸附剂被加热时，它们膨胀，当吸附剂被冷却时，它们会收缩。在收缩期间，吸附剂中或沿着壁会出现间隙，导致载气或空气不一致地流过吸附剂，并且由于没有暴露于整个床，使得化合物进一步渗透到吸附剂床中。在真空下的扩散化合物收集或捕集期间(例如，在收集间隔期间)，允许化学物质在随机方向上移动，而不是在减小压力梯度的方向上被操纵，诸如当气体对流地流过吸附剂床和吸附剂床中的通道时。在静态扩散采样期间，分子的随机移动使它们以真正的“亲和力分布”分布在吸附剂床上，最重的化合物正好在吸附剂床的开始处，在那里它们可以被最快地回收，并且在下一次分析中它们不可能产生任何背景或残留。

在一些实施例中，在SVOC转移阶段期间，没有必要将采样器加热到期望化合物的沸点。即使在相对较低的温度(50至100摄氏度)，沸点为400-600摄氏度的化合物也会具有一定的蒸气压。即使在相对较低的温度，99％的平衡吸附在容器壁上，1％的平衡吸附在气相中，这1％将收集在样本提取设备上，迫使另外1％进入气相(保留100∶1的吸附与气相比率)，然后再进入另一个，直到大部分或全部高沸点化合物转移到样本提取设备。这与小瓶或容器内顶空的经典采样期间所必需的形成鲜明对比，在传统采样中，仅给定平衡期后顶空中的化合物才会包含在分析中。此外，在真空提取期间，化合物的沸点可以降低，允许在较低的温度回收化合物。

即使当在样本提取设备252和254中使用(一个或多个)疏水性吸附剂元件时，当加热到更高温度时，一些水将分配到样本提取设备中，其中水分子将倾向于在样本容器432内随机化。因此，在加热提取(例如，步骤508)之后，并且当系统仍然是封闭系统时，真空容器的底部部分444可以被冷却(例如，步骤510)到远低于上部分442处的样本提取设备252的温度，并且在真空下，样本提取设备252中的任何冷凝水可以快速转移出(一个或多个)吸附剂元件，并且回到真空容器的底部(例如，水449)。最终，VOC和SVOC被转移到吸附剂中，而几乎所有的冷凝水都留在容器中以便在随后的清洗或容器排空期间移除。在图5描述的提取之后，样本提取设备可以被解吸并且在它们的(一个或多个)吸附剂元件上收集的化合物可以通过GC或GCMS进行分析。

在一些实施例中，样本提取设备252和254可以被清洁到足以在热解吸到GCMS中之后重新使用，而不需要任何另外的清洁。样本容器432和真空套管402可以在纯净或去离子水中冲洗，然后在实验室烘箱中烘烤或在真空下加热以移除任何另外的水或化学背景。在真空下加热样本容器和真空套管可以在插入样本提取设备252之前(诸如当可选地用样本提取设备替换图1B的帽附接件160时)完成。替代地，帽附接件160可以留在适当的位置，使得稍后可以在实验室中使用样本提取设备252进行提取。当正确使用时，样本提取设备252-256、真空套管402和样本容器432可以使用数百次，使得过程500随着时间的推移成为极具成本效益的解决方案。

图6图示了根据本公开的一些实施例的使用双样本提取设备操作混合采样系统以对气相基质进行采样的示例性过程600。为了简化与过程600的过程步骤相关联的描述，参考图4A的混合采样系统400的标记组件。然而，应理解的是，在一些实施例中，过程600可以用于操作图4A或图4B的混合采样系统400或450，而不脱离所公开的实施例的范围。

过程600可以涉及其中使用两个样本提取设备的实施例，其中包含(一个或多个)第一吸附剂元件的第一样本提取设备被优化用于吸附VOC，并且包含(一个或多个)第二吸附剂元件的第二样本提取设备被优化用于吸附SVOC。在一些实施例中，包含针对VOC吸附而被优化的(一种或多种)吸附剂的第一样本提取设备可以在通过样本容器432收集空气样本期间在实地使用。由于气相样本和其中包含的VOC暴露于第一样本提取设备相当长的一段时间(例如，在采样期间以及随后运送回实验室的期间)，VOC的被动和/或扩散运动可能在靠近大气压下发生，持续时间较长(例如，1天或更多天)。如下文更详细描述的，真空辅助提取可以与第二样本提取设备(以及可选地，也与第一样本提取设备)结合进行，使得SVOC可以在真空下完全转移到第二样本提取设备。

过程600开始于步骤601，在此组装采样系统400(为简单起见，有时称为“采样器”)，在一些实施例中，采样器包括被优化用于收集VOC至轻SVOC的样本提取设备(例如，设备252)、样本容器(例如，容器432)和真空套管(例如，套管402)，它们都在实验室中清洗，然后组装(例如，根据图4A或图4B所示的布置)。特别地，在一些实施例中，在步骤601处，帽422可以用于将真空套管402保持在样本容器432上，并且保留帽404可以用于从样本提取设备252离开实验室到返回时将针对VOC被优化的样本提取设备252保留在真空套管402中。在图6所述的实施例中，包含针对VOC吸附和/或回收而被优化的(一个或多个)第一吸附剂元件的第一样本提取设备可以由样本容器432上的真空套管保持，并且在现场利用(例如，允许收集在气相基质样本中的VOC被动扩散到针对VOC回收而被优化的(一个或多个)第一吸附剂元件上)。在某些实施例中，采样系统400可以用于对气相基质进行采样，而无需在现场或在系统操作的实地存在(或插入到真空套管402中)样本提取设备252。对于过程600，在采样器到达实验室后将提取设备放置在采样器中需要采样器在实验室中放置一天或多天以允许VOC和轻SVOC的内容物扩散转移到样本提取设备。在此类实施例中，在通过真空套管的侧端口412收集气体样本之前，可以将固体保留帽或图1B的帽附接件160放置在真空套管402上以形成真空密封的封闭系统。

步骤602可以发生在混合采样系统在步骤601被组装之后，并且在系统被发送到采样或收集地点(例如，感兴趣的气相基质将被系统采样的地点)之前。在步骤602处，可以通过侧端口412抽吸真空以在样本容器432内形成真空。在一些实施例中，在样本容器432已经被排空之后，可以测量并且记录样本容器432的重量以提供基线参考重量，通过该基线参考重量，可以在采样或收集地点的采样时段之后确定采样气体和/或化合物的重量。

如上面所描述的，步骤602可以在混合采样系统被发送到采样或收集地点之前执行。在一些实施例中，一旦系统到达采样或收集地点，就可以执行步骤604。在步骤604，类似于图5的步骤504，包含大量气体和诸如VOC、SVOC等化合物的气相样本可以在一段时间内(例如，采样间隔)被收集到样本容器432中。在步骤604，采样系统的侧端口412被连接到气流，之后样本被快速引入(例如，通过打开与侧端口相关联的阀)，或使用限流器或控制器缓慢引入(例如，在需要或期望时间积分样本收集的实施例中)。在一些实施例中，当需要收集较重的SVOC时，或为了防止蒸汽在到达样本容器432内部之前冷凝，可以在采样时间段或间隔期间加热提供待采样气流的管线以及侧端口412。

在结合步骤604描述的采样时间段或间隔之后，混合采样系统400可以返回到实验室进行处理。在一些实施例中，系统400可以被称重并且与原始排空重量(例如，在步骤602之后测量的重量)进行比较以确定收集的液态水的量，这继而确认了在高温从高含水源收集时采样的气体的总量。

在一些实施例中，过程600可以前进到步骤606，步骤606描述了在样本提取设备的一个或多个吸附剂元件处，通过被动或扩散转移来吸附在样本容器432内的空气样本中收集的化合物。在一些实施例中，步骤606可以在跨越将联接到样本提取设备的样本容器运送到实验室进行分析所需的任何合适的时间量(例如，1天、2天等)的收集间隔上发生。与具有针对VOC被优化的(一个或多个)第一吸附剂元件的第一样本提取设备相关，不需要通过阀端214抽吸真空，这不同于图5的步骤506，这是因为在图6的情况下，被收集的化合物被动扩散到(一个或多个)第一吸附剂元件上的延长的持续时间被认为足以将样本回收到第一样本提取设备上。

过程600可以前进到类似于图5的步骤510的步骤608。在步骤608，从样本提取设备及其(一个或多个)吸附剂元件中提取水以使(一个或多个)吸附剂元件脱水。在一些实施例中，步骤608可以简单地描述(一个或多个)吸附剂元件的脱水(例如，省略系统400的冷却)。在一些实施例中，整个采样系统400可以被冷却以促进样本容器432内的水冷凝，并且使样本提取设备252的一个或多个吸附剂元件脱水。

在针对第一样本提取设备执行了步骤608之后，过程600可以前进到步骤610。在步骤610处，第一样本提取设备被包含为SVOC的收集/回收而被优化的(一个或多个)第二吸附剂元件的第二样本提取设备替换。在用第二样本提取设备替换第一样本提取设备之后，过程600可以前进到步骤612。

在类似于图5的步骤506的步骤612，在包含(一个或多个)第二吸附剂元件的第二样本提取设备的情况下，通过顶部阀(例如，阀端214)抽吸真空并且从样本容器432中移除气体。在一些实施例中，真空可以缓慢地施加到样本提取设备254的顶部(例如，包括密封柱塞和密封件的内部密封件位于阀端214附近的位置)以将收集在样本容器432内的气相化学物质吸引到样本提取设备的(一个或多个)吸附剂元件上，从而消除未保留在吸附剂上的大部分固定气体。一般来说，大多数气相化合物和/或感兴趣的化学物质已经被第一提取设备收集，因此步骤612主要确保系统处于真空下以允许一旦排空停止，主要包含在容器表面上的较重化合物更快扩散，并且所得到的封闭系统可以在下一步骤(例如，步骤614)中被加热。

在步骤614处，来自在步骤604收集的采样空气或另一个气相基质的化合物被吸附在位于样本提取设备254的下腔体中的一个或多个吸附剂元件上(例如，通过进入该设备的提取端212，并且与一个或多个吸附剂元件接触)。在一些实施例中，步骤614可以简单地描述在步骤504处收集的化合物被一个或多个吸附剂元件吸附(例如，省略系统400的可选加热)。在一些实施例中，整个采样系统400可以被加热以提高样本容器432内的SVOC的蒸气压，从而促进所述化合物朝向样本提取设备252的一个或多个吸附剂元件移动。在一些实施例中，样本提取设备252的提取端212可以比总体/整个采样系统400被相对更多地加热以特别鼓励或促进样本容器432内的SVOC朝向提取端(以及包含在样本提取设备的下腔体内的一种或多种吸附剂元件)移动。

过程600可以继续到步骤616，类似于图5的步骤510，在具有(一个或多个)第二吸附剂元件的第二样本提取设备的情况下，其中水被提取出样本提取设备及其(一个或多个)吸附剂元件以使(一个或多个)吸附剂元件脱水。在一些实施例中，步骤616可以简单地描述(一个或多个)第二吸附剂元件的脱水(例如，省略系统400的冷却)。在一些实施例中，采样系统400被放置在冷托盘上以冷却储器的底部分444，从而将封闭系统中的大部分水转移回真空储器的底部(例如，远离样本提取设备252及其(一个或多个)吸附剂元件)。

在步骤616之后，过程600可以前进到步骤618，在步骤618中，将第二样本提取设备254从真空套管移除(例如，通过首先移除固持帽404)，其中第二样本提取设备254是通过该真空套管联接到样本容器432。上面结合图6讨论的第一样本提取设备和第二样本提取设备可以相应地检测和回收对应于VOC至较轻SVOC和相对较重SVOC的化合物。在一些实施例中，具有(一个或多个)脱水吸附剂元件(例如，(一个或多个)第一吸附剂元件/第二吸附剂元件)的样本提取设备(例如，第一样本提取设备/第二样本提取设备)可以从混合采样系统400中移除并且可以在单独的套管(例如，图3的隔离套管302)中隔离。在一些示例中，具有(一个或多个)脱水吸附剂元件的样本提取设备可以通过热解吸过程进行分析，使用不分流注射技术或分流注射技术。在通过混合采样系统400监测或测量烟道气的实施例中，通常可以采用分流技术。在此类实施例中，使用分流注射来热解吸样本提取设备可以允许在单次分析中分析全部VOC至SVOC。在其他实施例中，当室内或周围空气测量需要低万亿分之一的测量值时，也可以进行不分流注射。

图7图示了根据本公开的一些实施例的使用双样本提取设备和用于不同样本提取设备的不同化合物回收过程来操作混合采样系统以对气相基质进行采样的示例性过程。为了简化与过程700的过程步骤相关联的描述，参考图4A的混合采样系统400的标记组件。然而，应理解的是，在一些实施例中，过程700可以用于操作图4A或图4B的混合采样系统400或450，而不脱离所公开的实施例的范围。

过程700可以涉及使用两个样本提取设备的实施例，其中包含(一个或多个)第一吸附剂元件的第一样本提取设备被优化用于吸附VOC至轻SVOC，包含(一个或多个)第二吸附剂元件的第二样本提取设备被优化用于吸附SVOC。在一些实施例中，在经由样本小瓶432收集样本的期间，既不在实地使用包含针对吸附VOC至轻SVOC而被优化的(一种或多种)吸附剂的第一样本提取设备，也不使用包含为吸附SVOC而被优化的(一种或多种)吸附剂的第二提取设备。相反，类似于图1B的采样系统170的采样器被设置有帽附接件160，密封真空套管的开口，而不需要共存的样本提取设备。如下文更详细描述的，真空辅助提取可以结合第一样本提取设备和第二样本提取设备两者来执行。

过程700开始于步骤701，在步骤701中，组装采样系统400(为了简单起见，有时称为“采样器”)，在一些实施例中，采样器包括样本容器(例如，容器432)和真空套管(例如，套管402)，该样本容器和真空套管都在实验室中被清洁，然后被组装(例如，根据图4A或图4B所示的布置)。特别地，在步骤701，在一些实施例中，帽422可以用于将真空套管402保持在样本容器432上，并且类似于结合图1B的采样系统170中示出的帽附接件160可以用于从真空套管402离开实验室到返回时保持真空套管402对环境密封。

步骤702可以发生在步骤701组装采样系统之后，并且在系统被发送到采样或收集地点(例如，感兴趣的气相基质将被系统采样的地点)之前。在步骤702处，可以通过侧端口412抽吸真空以在样本容器432内形成真空。

如上面所描述的，步骤702可以在真空采样系统被发送到采样或收集地点之前执行。在一些实施例中，一旦系统到达采样或收集地点，就可以执行步骤704。在步骤704，类似于图5的步骤504和图6的步骤604，可以在一段时间内(例如，采样间隔)将包含大量气体和化合物(诸如VOC、SVOC等)的气相样本收集到样本容器432中。

在结合步骤704描述的采样时间段或间隔之后，真空采样系统170可以返回到实验室进行处理。在一些实施例中，过程700可以前进到步骤706，在步骤706中，通过经由侧端口412向样本容器引入和/或添加惰性气体来调整样本容器432中的压力。在一些实施例中，惰性气体可以是超高纯度氮气或UHP N2。在一些实施例中，添加一定量的氮气以将样本容器432内的压力调整至大气压。

在添加惰性气体以将样本容器432内的压力调整至大气压之后，过程700可以前进到步骤708，该步骤描述了将第一样本提取设备与一个或多个吸附剂元件联接，该吸附剂元件被优化用于经由真空套管402/406将VOC吸附到样本容器。

然后，过程700可以前进到步骤710，在步骤710中，可以通过顶部阀(例如，阀端214)抽吸真空并且从样本容器432中移除已知体积的气体，特别是通过图2B的样本提取设备254。在一些实施例中，通过设备254的此类气体提取可以通过使用体积测量设备来完成，诸如计量泵、在已知时间段内被设置为已知采样率的质量流量控制器，或使用具有压力传感器的体积测量设备来计量通过样本提取设备254的已知体积的气体。这将提供对容器中所有气相化合物(VOC和轻SVOC)的准确测量，而随后的次级设备可以使用真空扩散采样过程测量主要残留在样本容器壁上的较重化合物。

在一些实施例中，真空可以缓慢地施加到样本提取设备254的顶部(例如，包括密封柱塞和密封件的内部密封件位于阀端214附近的位置)以将收集在样本容器432内的气相化学物质吸引到样本提取设备的(一个或多个)吸附剂元件上，从而消除未保留在吸附剂上的大部分固定气体。在一些实施例中，整个采样系统400可以可选地被加热以提高样本容器432内SVOC的蒸气压，从而促进所述化合物朝向样本提取设备254的一个或多个吸附剂元件的移动(例如，当通过样本提取设备的阀端214抽吸真空时)。

过程700然后可以前进到类似于上面所描述的步骤706的步骤712。在步骤712处，通过经由侧端口412向样本容器引入和/或添加惰性气体来调整样本容器432中的压力。在一些实施例中，惰性气体可以是氮气或N2。在一些实施例中，添加一定量的氮气以将样本容器432内的压力调整至大气压。在一些实施例中，可以执行步骤712，使得当更换样本提取设备时，实际上没有外部空气被引入到采样器中(例如，如下文结合步骤714该)。

过程700然后可以前进到步骤714，该步骤714描述了用具有(一个或多个)第二吸附剂元件的第二样本提取设备替换具有(一个或多个)第一吸附剂元件的第一样本提取设备。换句话说，步骤714描述了从真空采样器中移除第一样本提取设备(并且将其放置在例如图2的隔离套管中)，并且将第二样本提取设备插入真空采样器中。

在利用第二样本提取设备替换第一样本提取设备之后，过程700可以前进到步骤716。在类似于图5的步骤506的步骤716，在包含(一个或多个)第二吸附剂元件的第二样本提取设备的情况下，通过顶部阀(例如，阀端214)抽吸真空并且从样本容器432中移除气体。在一些实施例中，真空可以缓慢地施加到样本提取设备254的顶部(例如，包括密封柱塞和密封件的内部密封件位于阀端214附近的位置)以将收集在样本容器432内的气相化学物质吸引到样本提取设备的(一个或多个)吸附剂元件上，从而消除未保留在吸附剂上的大部分固定气体。类似于过程600，在此期间收集的较轻的化合物将已经使用第一提取设备被收集用于定量测量(例如，在步骤710)，因此在第二样本提取设备252中的吸附剂上固持这些保持在气相中的化合物将是不必要的，因为此第二设备将用于分析在随后的真空辅助吸附剂提取(例如，在步骤718)期间将变成挥发性并且将转移的化合物。

在步骤718，来自在步骤704收集的采样空气或另一个气相基质的化合物被吸附在位于样本提取设备252的下腔体中的一个或多个吸附剂元件上(例如，通过进入该设备的提取端212，并且与一个或多个吸附剂元件接触)。

过程700可以前进到类似于图5的步骤510的步骤720。在步骤720处，从第二样本提取设备及其(一个或多个)吸附剂元件中提取水以使(一个或多个)吸附剂元件脱水。在一些实施例中，步骤720可以简单地描述(一个或多个)吸附剂元件的脱水(例如，省略系统400的冷却)。在一些实施例中，整个采样系统400可以被冷却以促进样本容器432内的水冷凝，并且使样本提取设备254的一个或多个吸附剂元件脱水。

在步骤720之后，过程700可以前进到步骤722，在步骤722中，将第二样本提取设备252从真空套管中移除(例如，通过首先移除固持帽404)，其中第二样本提取设备252是通过该真空套管被联接到样本容器432。上面结合图7讨论的第一样本提取设备和第二样本提取设备可以相应地检测和回收对应于VOC至较轻VOC和相对较重SVOC的化合物。在一些实施例中，具有(一个或多个)脱水吸附剂元件(例如，(一个或多个)第一吸附剂元件/第二吸附剂元件)的样本提取设备(例如，第一样本提取设备/第二样本提取设备)可以从混合采样系统400中移除并且可以在单独的套管(例如，图2的隔离套管202)中隔离。在一些示例中，具有(一个或多个)脱水吸附剂元件的样本提取设备可以通过热解吸过程进行分析，使用不分流注射技术或分流注射技术。在通过混合采样系统400监测或测量烟道气的实施例中，通常可以采用分流技术。在其他实施例中，当室内或周围空气测量需要低万亿分之一的测量值时，也可以进行不分流注射。

图8图示了根据本公开的一些实施例的其中呼吸入口处于“流动转向”位置的示例性呼吸采样系统800。系统800图示了根据本公开的一些实施例的示例性的包括通过锥形附接件适配器812保持在样本容器432之上的适当位置的呼吸采样器入口802的呼吸采样系统。呼吸采样器入口802可以包括联接到入口轴806的入口开口804，该入口轴终止于高流量端口808，该高流量端口引导空气通过入口轴806向下行进到侧面。呼吸采样器入口802还可以包括外部密封件810，当呼吸采样器入口802如图8所示定位时(例如，底部的两个外部密封件810在锥形附接件适配器812与呼吸采样器入口802之间形成密封)，外部密封件810可以防止入口开口804处提供的空气进入样本容器432。

当如图8中所示配置或定位时，呼吸采样器入口802有时可以被称为处于“流动转向”位置，这是因为由底部两个外部密封件810形成的呼吸采样器入口802与锥形附接件适配器812之间的密封将容器432的内容物与环境密封。在一些实施例中，如果患者在向上的“流动转向”位置(如图9中所示)时呼气进入呼吸采样器入口802，沿着入口开口804和入口轴806向下行进的空气将被高流动端口808转向到侧面，并且被转向远离样本容器432(例如，通过向上行进，沿着锥形附接件适配器812的锥形部)。因此，适配器812中的锥形部允许上部O形环810在处于向上或转向位置时“不密封”，但是两个下部O形环810在处于“流动转向”位置时防止任何呼吸到达容器832(如图8所示)。

图9图示了根据本公开的一些实施例的其中呼吸采样器入口802处于“流动打开”位置以允许预排空或呼吸样本收集的图8的示例性呼吸采样系统800。图9还图示了具有真空入口904的真空源902，该真空入口904通过真空源902的外部密封件联接到呼吸采样器入口802，该外部密封件在真空源902与入口开口804的内表面之间形成密封。在一些实施例中，真空源902可以被称为“排空工具”。除了使真空源902定位在入口开口804内之外，呼吸采样器入口802可以通过被朝向样本容器432向下推动而定位在“流动打开”位置。呼吸采样器入口802上的向下压力可以导致入口向下移动，使得两个底部密封件滑过适配器812的端部，使得允许入口802中的高流量端口808气动连接到容器432，同时上部O形环密封件810向下前进经过适配器812中的锥形部，因此形成密封以避免与入口802的外部气动连接(如图9所示)。如图9所示，为了初始地排空样本容器432，真空源902可以安置在入口开口804内，并且压力可以向下施加在呼吸采样器入口802上以使用真空源902初始地排空样本容器432。在一些实施例中，侧端口真空计可以连接到真空源902，并且可以验证样本容器432处于真空下。在图9所示的位置中，高流量端口808在真空源902与真空入口904之间形成通向样本容器432内部的路径，该路径可以使用真空源排空。

图10图示了根据本公开的一些实施例的示例性呼吸采样系统800，其中呼吸采样器入口802处于“流动转向”位置，与附接在上方“准备采样”位置的一次性嘴件1002联接。图10的采样系统800可以类似于图8中示出的系统800。图10与图8的不同之处在于示出了联接到呼吸采样器入口802的一次性嘴件1002。在一些实施例中，一次性嘴件1002是可选组件，联接到呼吸采样器入口802，用于将患者的呼出呼吸导入呼吸采样器中。图10中示出的呼吸采样器入口802的位置，其中呼吸采样器入口802与锥形附接件适配器812之间的密封防止呼出到采样器中的任何呼吸能够进入样本容器432(例如，因为高流量端口808位于指示样本容器432打开的虚线上方)。在一些实施例中，图10中示出的呼吸采样器入口802的位置也可以用于移除呼出呼吸的第一部件，有时称为“非肺泡饱和呼吸”。在一些实施例中，在向下推动呼吸采样器(例如，如图11中所示)以收集“深肺泡空气”或患者呼气的其余部分之前，可以将患者呼吸的约2-5秒钟导入处于图10中所示的“流动转向”位置的呼吸采样器入口802。

图11图示了根据本公开的一些实施例的其中呼吸采样器入口802处于“流动打开”位置、与呼吸采样器入口802联接的一次性嘴件处于向下的“收集呼吸”位置的示例性呼吸采样系统800。图11的采样系统800可以类似于图9中示出的系统800。图11与图9的不同之处在于示出了联接到呼吸采样器入口802而不是真空源902的一次性嘴件1002。在一些实施例中，一次性嘴件1002是可选组件，联接到呼吸采样器入口802，用于将患者的呼出呼吸导入呼吸采样器中。在一些实施例中，呼吸采样入口802是仅用于在丢弃之前从一个患者收集呼吸的塑料的既充当入口又充当一次性嘴件两者的一次性部件。

在图9中，呼吸采样器入口802示出为处于“流动打开”位置以排空样本容器432。相比之下，在图11中，呼吸采样器入口802被示为处于“流动打开”位置以收集与患者呼气的一部分对应的呼吸样本，该部分对应于在患者通过呼吸采样器入口的向上“流动转向”位置呼气后约2-5秒呼出的“深肺泡空气”。呼吸采样器入口802上的向下压力可以导致入口向下移动，使得两个底部密封件810滑过适配器812的端部，使得允许呼吸采样器入口802中的高流量端口808气动连接到容器432，同时上部O形环密封件810向下前进经过适配器812中的锥形部，因此形成密封以避免与入口802的外部气动连接(如图所示)。当呼吸采样器入口802的两个下密封件810滑过适配器812的端部时，呼吸采样器入口802与样本容器432之间几乎立即形成气动连接。以此方式将呼吸采样器入口802连接到样本容器432，可以将肺泡饱和呼吸转移到样本容器432中，同时携带携带较重有机化合物的水滴和气溶胶。有机化合物可以提供关于体内代谢过程的重要信息。较重的化合物和气溶胶/液滴经常被其他采样技术遗漏，但是可以被本采样器成功捕获。当一次性嘴件1002联接到呼吸采样器入口802并且如图11所示定位时，可以说一次性嘴件处于向下的“收集呼吸”位置。另外，呼吸采样器入口802上的向下压力可以进一步导致呼吸采样器入口802向下行进，使得高流量端口808在样本容器432的开口内(例如，在图11中示出的两条虚线之间)。如图11所示，为了用患者的呼出呼吸填充样本容器432，可以将一次性嘴件1002放置在呼吸采样器入口802周围的入口开口内，并且可以在呼吸采样器入口802上向下施加压力以利用经由嘴件接收到的患者的呼出呼吸来填充容器432。

图12图示了根据本公开的一些实施例的其中呼吸入口和一次性嘴件被样本提取设备252替换的示例性呼吸采样系统800。图12所示的设备可以用于将收集在样本容器432中的患者呼气中的化合物回收到样本提取设备上。如下面结合图13更详细地讨论的，可以通过样本提取设备的顶部分中的阀抽吸真空以通过样本提取设备排空样本容器432的内容物。可选地，图12的系统800可以在烘箱中加热至40至80摄氏度之间以改进从样本容器432内的患者呼吸样本中收集SVOC。在图8至图11中，设备252被示出为插入到用于保持呼吸采样器入口802的锥形附接件适配器812中。

图13图示了根据本公开的一些实施例的用于操作呼吸采样系统以收集呼吸样本并且从样本中回收化合物的示例性过程。为了简化与图13的过程1300的过程步骤相关联的描述，参考图8至图12的呼吸采样系统800的标记组件。

过程1300开始于步骤1302，该步骤描述了将适配器812和呼吸采样器入口802组装到样本容器432上，并且经由帽822固定这些部件。在一些实施例中，使用样本容器432、适配器812和呼吸采样器入口802组装采样系统800(为简单起见，有时称为“采样器”)，然后组装(例如，根据图8至图12所示的布置)。如图8所示，至少在呼吸采样系统800的配置中可以看到具有呼吸采样器入口802的组装样本容器的示例。

在步骤1302之后，过程1300可以前进到步骤1304，步骤1304描述了将真空源902附接到呼吸采样器入口802的顶部，并且将呼吸采样器入口向下推动到“流动打开”位置以在容器中产生真空。采样系统800可以被配置为具有安置在入口开口804的内表面内的真空源902。在一些实施例中，侧端口真空计可以连接到真空源902，并且可以验证样本容器432处于真空下。在图9所示的位置，高流量端口808可以在真空源902与真空入口904之间形成通向样本容器432内部的路径，当呼吸采样器入口802处于“流动打开位置”时，可以使用真空源对样本容器432进行排空真空，如图9所示。

在步骤1304之后，过程1300可以前进到步骤1306，该步骤1306描述了将呼吸采样器入口802拉到“转向”位置以隔离并且保持收集容器中的真空。在一些实施例中，由步骤1304描述的呼吸采样器入口802的位置和/或配置由图10图示。在一些实施例中，图8图示了步骤1304所描述的呼吸采样器入口802的位置和/或配置。

在步骤1306之后，过程1300可以前进到步骤1308，步骤1308描述了在呼吸采样入口802上附接嘴件(例如，图10的一次性嘴件1002)，并且允许患者在入口仍然向上时(例如，“流动转向”位置)消除呼吸的第一部分。如上面结合图8和图10，该呼吸采样器入口802可以如图10中所示定位，其中由底部两个外部密封件810形成的呼吸采样器入口802与锥形附接件适配器812之间的密封防止呼出到采样器中的任何呼吸能够进入样本容器432(例如，因为高流量端口808定位在指示样本容器432打开的虚线上方)。在一些实施例中，图10中示出的呼吸采样器入口802的位置也可以用于移除呼出呼吸的第一部件，有时称为“非肺泡饱和呼吸”。在一些实施例中，在向下推动呼吸采样器以收集“深肺泡空气”或患者呼气的其余部分(例如，如下一步骤中的步骤1310中所示)之前，可以将患者呼吸的约2-5秒导入处于图10中所示的“气流转向”位置的呼吸采样器入口802。

在步骤1308之后，过程1300可以前进到步骤1310，步骤1310描述了向下推动呼吸采样入口802并且从患者收集呼吸样本的其余部分(例如，深肺泡空气，如上面结合图11的描述)。特别地，步骤1310可以指将呼吸采样系统从第一状态(例如，类似于图10的图示)转换到图11的中图示的第二状态，在第一状态中，没有将患者的初始呼吸样本/部分收集到样本容器中，在第二状态中，将患者的呼气的最终呼吸样本/部分收集到样本容器中。

在步骤1310之后，过程1300可以前进到步骤1312，该步骤1312描述了拉起动呼吸采样器入口以隔离收集的样本(例如，“流动转向”位置)。在一些实施例中，步骤1312可以由图10的呼吸采样系统图示。在步骤1312之后，过程1300可以前进到步骤1314，该步骤描述了用包含(一个或多个)吸附剂元件的设备替换呼吸采样器入口，如图12所示。

在步骤1314之后，过程1300可以前进到步骤1316，该步骤1316描述了使用动态顶空采样通过样本提取设备252的顶部阀排空样本容器432。以此方式，在样本提取期间，已知体积的样本可以被抽吸通过(一种或多种)吸附剂床，并且可以在样本容器432内形成真空。特别地，来自患者呼气的深肺泡空气或在步骤1310收集的另一个气相基质的化合物被吸附在位于样本提取设备252的下腔体中的一个或多个吸附剂元件上(例如，通过进入该设备的提取端212，并且与一个或多个吸附剂元件接触)。

在步骤1316之后，过程1300可以前进到步骤1318，步骤1318描述了使用第二阶段扩散采样技术从来自患者呼气的深肺泡空气或在步骤1310收集的另一个气相基质中吸附化合物。

在步骤1318之后，过程1300可以前进到步骤1320，该步骤描述了对具有至少一个吸附剂元件的样本提取设备进行脱水，可选地冷却系统以促进设备和吸附剂的脱水。特别地，在步骤1318，样本容器432的底部分444可以被冷却以促进样本容器432内的水冷凝，并且使样本提取设备252的一个或多个吸附剂元件脱水。

在步骤1318之后，过程1300可以前进到步骤1320，该步骤描述了分析回收到包含至少一种吸附剂元件的设备上的化合物。在一些示例中，具有脱水(一个或多个)吸附剂元件的样本提取设备可以通过热解吸过程进行分析，使用不分流注射技术或分流注射技术。

在一些实施例中，过程500、600和700可以与过程1300描述的呼吸采样系统操作结合使用，除了在样本收集期间(例如，在步骤1310期间)样本提取设备252可以不被放置在容器中。结合过程500所述的步骤，可以将单个提取设备放置在样本容器432中，可以对包含患者呼气样本的容器缓慢抽真空(缓慢以避免沟道效应)，并且一旦处于真空下，可以加热样本容器432以允许重化合物的第二阶段真空扩散转移到提取设备，而不会同样将重的非挥发性化合物(蛋白质、碳水化合物、脂质、细菌)转移到提取设备252，并且不会在样本提取设备252上积聚水。

结合过程600所述的步骤，可以将样本提取设备252放置在呼吸采样系统800中(例如，如图12所示，安置在适配器812内)以在1天或更长时间内扩散收集VOC和轻SVOC，随后移除样本提取设备252以将第二提取设备放置在适配器812中，随后排空并且加热以回收较重的SVOC。充满VOC的提取设备可以被解吸到针对VOC分析而被优化的GCMS中，而第二提取设备被解吸到为SVOC分析而被优化的GCMS中。

最后，结合结合过程700描述的步骤，可以通过提取已知体积来使用主动采样提取设备254，然后通过侧端口412使用UHP N2恢复大气压力，随后将第一提取设备更换为针对SVOC分析而被优化的第二提取设备，其中通过第二提取设备的顶部在呼吸采样系统800中产生真空，随后加热以执行扩散，真空回收呼吸样本中较重的SVOC，同时将非挥发性化合物留在容器432中，当提取设备被解吸附到GCMS中时，它们不会在容器432中产生人工物(artifacts)。

因此，在一些实施例中，本文公开的技术可以用于在从周围温度到300摄氏度以及从0％到50％的湿度浓度的条件下采样的气相基质中的化学物质的分析。在一些实施例中，一种方法包括在具有附接的包含吸附剂的提取设备的容器处，执行以下步骤。在一些实施例中，该方法包括使用联接到容器的真空入口在容器中形成预采样真空。在一些实施例中，该方法还包括由容器将气相样本收集到容器中。在一些实施例中，该方法还包括通过所附接的提取设备的开口从容器中移除一定体积的气体，同时经由动态顶空采样技术利用吸附剂收集气相样本的一种或多种第一化合物。在一些实施例中，该方法还包括从所附接的提取设备的开口断开真空源以形成封闭系统。在一些实施例中，该方法还包括在部分真空至强真空下进行第二阶段扩散提取以收集一种或多种第二化合物。在一些实施例中，该方法还包括在第二阶段扩散提取期间加热容器以提高一种或多种低挥发性化合物的回收。在一些实施例中，该方法还包括在将真空入口从容器上拆卸之后，经由扩散采样技术利用吸附剂收集气相样本的一种或多种第二化合物。

在一些实施例中，所附接的提取设备的开口包括所附接的提取设备的第一端上的上开口，其中所附接的提取设备在所附接的提取设备的与第一端相对的第二端上具有下开口，其中所附接的提取设备的第一端位于容器外，并且其中所附接的提取设备的第二端位于容器内。在一些实施例中，容器还包括具有内部腔体的真空套管，该真空套管与所附接的提取设备形成密封，使得在容器中产生部分真空至强真空之后，所附接的提取设备的第二端处于真空下。在一些实施例中，所附接的提取设备的第二端定位在真空套管的入口上方，该入口允许气体沿着与提取设备分离的路径行进进入和离开容器。

在一些实施例中，形成预采样真空包括将真空入口联接到真空套管的侧端口阀，该真空套管将所附接的提取设备联接到容器，并且使用联接到侧端口阀的真空入口通过侧端口排空容器。在一些实施例中，该方法还包括拆卸所附接的提取设备，以及利用第二提取设备替换拆卸的提取设备。在一些实施例中，所附接的提取设备的吸附剂至少包括第一吸附剂元件，被优化以收集挥发性化合物(VOC)，并且其中第二提取设备至少包括第二吸附剂元件，被优化以收集半挥发性化合物(SVOC)。在一些实施例中，该方法还包括在利用另一个提取设备替换拆卸的提取设备之前，通过将所附接的提取设备联接到容器的真空套管的侧端口阀向容器添加惰性气体。在一些实施例中，该方法还包括在经由动态顶空采样技术收集气相样本的一种或多种第一化合物之后，或在用于收集一种或多种第二化合物的第二阶段扩散提取之后，并且在从容器移除所附接的提取设备之前，使吸附剂脱水。

在一些实施例中，容器具有联接有所附接的提取设备的上部分和与上部分相对的下部分，并且其中使吸附剂脱水包括至少冷却容器的下部分。在一些实施例中，收集气相样本包括打开将提取设备联接到容器的真空套管的侧端口阀以允许气体通过真空套管的入口进入容器，而气体在进入容器时不会接触所附接的提取设备。在一些实施例中，该方法还包括经由最小路径长度入口通过侧端口收集气相样本，该最小路径长度入口被加热以防止湿气在到达容器之前过度冷凝。在一些实施例中，收集气相样本包括当需要时间积分采样时，或当要采样的气体的生产以低速率发生时，在容器处从联接到限流器的阀接收气相基质的样本。在一些实施例中，收集气相样本包括在容器处接收加热到0至300摄氏度之间的气相基质的样本，而不影响气相样本中VOC和SVOC的回收。在一些实施例中，收集气相样本包括在容器处接收水浓度在0％与50％之间的气相基质样本。在一些实施例中，使用真空套管将提取设备联接到容器，并且其中该方法还包括通过被配置为装配在提取设备周围的固持帽来固定提取设备与真空套管之间的联接，使得提取设备在被固持帽固定时不能从真空套管移除。

在一些实施例中，一种方法可以包括，在具有适配器的容器处，该适配器具有开口，将呼吸采样器入口安置在开口内，并且通过将呼吸采样器入口向下推动到开口中，使用联接到呼吸采样器入口的真空入口在容器中形成预采样真空以将容器内部气动地联接到真空入口。在一些实施例中，该方法还可以包括拉起呼吸采样器入口以保持容器中的预采样真空。在一些实施例中，该方法还可以包括在联接到呼吸采样器入口的嘴件处接收对应于呼气的呼吸样本的第一部分，并且在呼吸采样器入口被拉起时清除呼吸样本的第一部分。在一些实施例中，该方法还可以包括向下推动呼吸采样器入口以将容器的内部气动地联接到嘴件，并且在嘴件处接收对应于呼气的呼吸样本的第二部分。在一些实施例中，该方法还可以包括通过容器收集呼吸样本的第二部分，同时向下推动呼吸采样器入口。在一些实施例中，该方法可以还包括拉起呼吸采样器入口以隔离收集的呼吸样本的第二部分，从适配器的开口移除呼吸采样器入口，并且将样本提取设备插入适配器的开口中。

在一些实施例中，收集呼吸样本的第二部分包括通过呼吸采样器入口接收来自患者呼气的呼吸样本的一部分，其中呼吸中的包含重要的诊断相关SVOC的水滴或气溶胶的损失最小。在一些实施例中，该呼吸采样器入口具有对应于该呼吸采样器入口被拉起时的转向位置，其中该呼吸样本的第一部分对应于非肺泡空气，其中该呼吸采样器入口具有对应于该呼吸采样器入口被向下推动时的样本收集位置，并且其中该呼吸样本的第二部分对应于深肺泡空气。在一些实施例中，当向下推动呼吸采样器入口时，在嘴件与容器之间形成路径，并且其中该路径允许零损失地收集呼吸中的VOC和SVOC。

尽管已经参考附图充分描述了示例，但是应注意的是，各种改变和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。这些改变和修改应被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)

1.一种方法，包括：

在具有附接的包含吸附剂的提取设备的容器处：

使用联接到所述容器的真空入口在所述容器中形成预采样真空；

由所述容器将气相样本收集到所述容器中；

通过附接的所述提取设备的开口从所述容器中移除一定体积的气体，同时经由动态顶空采样技术利用所述吸附剂收集所述气相样本的一种或多种第一化合物；

从附接的所述提取设备的所述开口断开真空源，以形成封闭系统；

在部分真空至强真空下进行第二阶段扩散提取，以收集一种或多种第二化合物；

在所述第二阶段扩散提取期间加热所述容器，以提高一种或多种低挥发性化合物的回收；以及

在将所述真空入口从所述容器拆卸后，经由扩散采样技术利用所述吸附剂收集所述气相样本的一种或多种第二化合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中附接的所述提取设备的所述开口包括附接的所述提取设备的第一端上的上开口，其中附接的所述提取设备在附接的所述提取设备的与所述第一端相对的第二端上具有下开口，其中附接的所述提取设备的所述第一端位于所述容器外，并且其中附接的所述提取设备的所述第二端位于所述容器内。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述容器还包括具有内部腔体的真空套管，所述真空套管与附接的所述提取设备形成密封，使得在所述容器中产生所述部分真空至强真空之后，附接的所述提取设备的所述第二端处于真空下。

4.根据权利要求3所述的方法，其中附接的所述提取设备的所述第二端定位在所述真空套管的入口上方，所述入口允许气体沿着与所述提取设备分离的路径行进进入和离开所述容器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述预采样真空包括：

将所述真空入口联接到真空套管的侧端口阀，所述真空套管将附接的所述提取设备联接到所述容器；以及

使用联接到所述侧端口阀的所述真空入口，通过所述侧端口排空所述容器。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

拆卸附接的所述提取设备；以及

利用第二提取设备替换拆卸的所述提取设备。

7.根据权利要求6所述的方法，其中附接的所述提取设备的所述吸附剂至少包括第一吸附剂元件，所述第一吸附剂元件被优化以收集挥发性化合物(VOC)，并且其中所述第二提取设备至少包括第二吸附剂元件，并且所述第二吸附剂元件被优化以收集半挥发性化合物(SVOC)。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：

在利用所述第二提取设备替换拆卸的所述提取设备之前，通过将附接的所述提取设备联接到所述容器的真空套管的侧端口阀，向所述容器添加惰性气体。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在经由所述动态顶空采样技术收集所述气相样本的所述一种或多种第一化合物之后，或在用于收集一种或多种第二化合物的所述第二阶段扩散提取之后，并且在从所述容器移除附接的所述提取设备之前，使所述吸附剂脱水。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述容器具有上部分和与所述上部分相对的下部分，附接的所述提取设备联接到所述上部分，并且其中使所述吸附剂脱水包括：

至少冷却所述容器的所述下部分。

11.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述气相样本包括：

打开将所述提取设备联接到所述容器的真空套管的侧端口阀，以允许气体通过所述真空套管的入口进入所述容器，而所述气体在进入所述容器时不会接触附接的所述提取设备。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

经由最小路径长度入口通过所述侧端口收集所述气相样本，所述最小路径长度入口被加热以防止湿气在到达所述容器之前过度冷凝。

13.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述气相样本包括：

当需要时间积分采样时，或当要采样的气体以低速率产生时，在所述容器处从联接到限流器的阀接收气相基质样本。

14.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述气相样本包括：

在所述容器处接收加热到0与300摄氏度之间的气相基质样本，而不影响所述气相样本中VOC和SVOC的所述回收。

15.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述气相样本包括：

在所述容器处接收水浓度在0％与50％之间的气相基质样本。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述提取设备使用真空套管联接到所述容器，并且其中所述方法还包括：

通过被配置为装配在所述提取设备周围的固持帽来固定所述提取设备与所述真空套管之间的联接，使得所述提取设备在被所述固持帽固定时不能从所述真空套管移除。

17.一种方法，包括：

在带有具有开口的适配器的容器处：

将呼吸采样器入口安置在所述开口内；

通过将所述呼吸采样器入口向下推动到所述开口中，使用联接到所述呼吸采样器入口的真空入口在所述容器中形成预采样真空，以将所述容器的内部气动地联接到所述真空入口；

拉起所述呼吸采样器入口，以保持所述容器中的所述预采样真空；

在联接到所述呼吸采样器入口的嘴件处，接收对应于呼气的呼吸样本的第一部分；

清除所述呼吸样本的所述第一部分，同时拉起所述呼吸采样器入口；

向下推动所述呼吸采样器入口，以将所述容器的所述内部气动地联接到所述嘴件；

在所述嘴件处，接收对应于所述呼气的所述呼吸样本的第二部分；

通过所述容器收集所述呼吸样本的所述第二部分，同时向下推动所述呼吸采样器入口；

拉起所述呼吸采样器入口，以隔离收集的所述呼吸样本的所述第二部分；

从所述适配器的所述开口移除所述呼吸采样器入口；以及

将样本提取设备插入所述适配器的所述开口中。

18.根据权利要求17所述的方法，其中收集所述呼吸样本的所述第二部分包括：

通过所述呼吸采样器入口接收来自患者呼气的呼吸样本的一部分，其中所述呼吸中的包含重要的、诊断相关的SVOC的水滴或气溶胶的损失最小。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述呼吸采样器入口具有对应于所述呼吸采样器入口被拉起时的转向位置，其中所述呼吸样本的所述第一部分对应于非肺泡空气，其中所述呼吸采样器入口具有对应于所述呼吸采样器入口被向下推动时的样本收集位置，并且其中所述呼吸样本的所述第二部分对应于深肺泡空气。

20.根据权利要求17所述的方法，其中当所述呼吸采样器入口被向下推动时，在所述嘴件与所述容器之间形成路径，并且其中所述路径允许零损失地收集呼吸中的VOC和SVOC。