CN206163457U - 一种水中VOCs自动在线连续监测的膜进样装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水中VOCs自动在线连续监测的膜进样装置。其包括蠕动泵、两位三通电磁阀、真空紫外灯、电离源腔体、中空管状膜和一系列离子传输电极。两位三通电磁阀和蠕动泵的开关由软件自动控制，连续监测时可自动完成样品与纯净水的切换，中空管状膜以螺旋的方式固定于电离源腔体内，有效增加膜长度，大幅度提高膜进样的灵敏度，电离方式采用单光子电离，这种软电离方式无碎片，更容易解谱。该方法可以实现水中挥发性有机物(VOCs)的高灵敏自动在线连续监测，在水污染以及饮用水质量在线检测方面具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于质谱领域，涉及一种水中VOCs自动在线连续监测的膜进样装置，中空管状膜以螺旋的方式固定于电离源腔体内部，有效提高膜进样的灵敏度，进样系统中的组件可由计算机控制以完成自动在线连续监测，在水中污染物在线监测方面具有广阔的应用前景。
背景技术
如今人类赖以生存水资源中存在着各种挥发性、半挥发性的有机污染物，比如饮用水、地表水和地下水等。虽然有些污染物在水中的含量很低，但是其具有毒性、刺激性和致癌性，对人体造成各种急、慢性的损害，因此对水中各种有机污染物的在线监测受到了人们的密切关注，并得以广泛的研究。现如今通常使用液相色谱法检测水中的污染物，但色谱速度慢，属于离线分析，难以对水污染情况实时分析。质谱法速度快，但直接检测液体是质谱所不能的，必须将液体样品汽化或采用静态顶空法，亦或者膜进样法检测液体样品，而前者往往会破坏水样品，静态顶空法灵敏度低，相比之下膜进样法更为有效，因此，使用膜进样法检测水中污染物的研究层出不穷。
传统膜进样质谱是将渗透过膜的样品，通过进样毛细管吸入到达质谱电离源腔体内被电离检测，该方法响应时间长，进样损失较大，不利于快速灵敏检测。
因此，本实用新型将膜固定于电离源内部，避免了载气携带造成的灵敏度损失，也缩短了响应时间，同时以螺旋的方式增加膜的长度，进一步提高灵敏度，外围组件可由计算机自动控制，可以对水中VOCs自动在线连续监测，在环境水样在线连续监测领域具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种水中VOCs自动在线连续监测的膜进样装置，用于实时灵敏的分析水中污染物。
包括蠕动泵、两位三通电磁阀、真空紫外灯、电离源腔体、和中空管状膜；真空紫外灯安装于电离源腔体外部上方，与推斥电极上表面密封连接，
所述推斥电极、离子传输电极和孔电极均为中部带通孔的平板，它们沿真空紫外灯出射光的光轴方向平行、间隔、通孔同轴放置；且真空紫外灯出射光光轴与推斥电极上的通孔同轴；
于推斥电极和离子传输电极之间、真空紫外灯出射光线的四周均布有3-8根PEEK固定柱，PEEK固定柱与光轴平行；
中空管状膜以螺旋的方式缠绕于远离出射光线的3-8根PEEK固定柱外侧，中空管状膜与PEEK固定柱贴接，PEEK固定柱上端固定在推斥电极上，离子传输电极放置在中空管状膜下方，并固定于PEEK固定柱下部，孔电极放置于离子传输电极正下方；
两位三通电磁阀的c端口与水样品相连，b端口与纯净水相连，a端口与蠕动泵的入口相连，蠕动泵的出口与中空管状膜的入口相连，中空管状膜的出口与废液相连；在蠕动泵的出口与中空管状膜的入口之间的这段管路外壁上包裹有加热装置，在加热装置和中空管状膜的入口间的管路外壁上安装有温度传感器。
两位三通电磁阀的开关、蠕动泵的开关、加热装置的供电电源线、温度传感器均经温度控制器与外界电源相连，并由计算机软件控制。
水样品流入中空管状膜之后，水中的目标分析物扩散进入电离源腔体中，样品分子被真空紫外光光子电离，在推斥电极、离子传输电极和孔电极的作用下，传输进入质谱仪器的下一级。
中空管状膜材料为无孔致密聚二甲基硅氧烷(PDMS)，是一种疏水材料，在电离源腔体中的缠绕长度在7-100cm可控。
两位三通电磁阀不通电时，a端口与b端口通，通电时a端口与c端口通。
蠕动泵的流速在1～50ml/min可调，精度为0.2ml/min，加热装置的温度可在室温～100℃范围内调节，精度为0.1℃。
真空紫外灯放电气体为Kr，所发出的真空紫外光光子能量为10.0eV和10.6eV，电离方式为单光子电离，该方法可与各种质谱仪器的质量分析器相连。
本实用新型以螺旋的方式将PDMS中空管状膜固定于电离源内部，避免了载气携带造成的灵敏度损失，同时膜的长度大大增加，进一步提高灵敏度，水样品进入膜之前还做了加热处理，缩短了响应时间并在一定程度上提高了灵敏度，对水中的有机污染物检测限可到ng/L量级，满足中国国家标准中多种污染物在饮用水源中的安全限值，外围组件可由计算机自动控制，可以对水中VOCs自动在线连续监测，在环境水样在线连续监测领域将发挥巨大作用。
附图说明
图1为本实用新型的膜进样装置原理示意图。
其中：1-真空紫外灯；2-推斥电极；3-PEEK固定柱；4-中空管状膜；5-废液；6-孔电极；7-真空紫外光光子；8-离子传输电极；9-电离源腔体；10-加热装置；11-蠕动泵；12-两位三通电磁阀；13-纯净水；14-水样品。
具体实施方式
该膜进样装置原理示意图如图1所示：
包括蠕动泵11、两位三通电磁阀12、真空紫外灯1、电离源腔体9、和中空管状膜4；真空紫外灯1安装于电离源腔体9外部上方，与推斥电极2上表面密封连接，
所述推斥电极2、离子传输电极8和孔电极6均为中部带通孔的平板，它们沿真空紫外灯1出射光的光轴方向平行、间隔、通孔同轴放置；且真空紫外灯1出射光光轴与推斥电极2上的通孔同轴；
于推斥电极2和离子传输电极8之间、真空紫外灯1出射光线的四周均布有3-8根PEEK固定柱3，PEEK固定柱3与光轴平行；
中空管状膜4以螺旋的方式缠绕于远离出射光线的3-8根PEEK固定柱3外侧，中空管状膜4与PEEK固定柱3贴接，PEEK固定柱3上端固定在推斥电极2上，离子传输电极8放置在中空管状膜4下方，并固定于PEEK固定柱3下部，孔电极6放置于离子传输电极8正下方；
两位三通电磁阀12的c端口与水样品14相连，b端口与纯净水13相连，a端口与蠕动泵11的入口相连，蠕动泵11的出口与中空管状膜4的入口相连，中空管状膜4的出口与废液5相连；在蠕动泵11的出口与中空管状膜4的入口之间的这段管路外壁上包裹有加热装置10，在加热装置10和中空管状膜4的入口间的管路外壁上安装有温度传感器。
两位三通电磁阀12的开关、蠕动泵11的开关、加热装置10的供电电源线、温度传感器均经温度控制器与外界电源相连，并由计算机软件控制。
水样品流入中空管状膜4之后，水中的目标分析物扩散进入电离源腔体9中，样品分子被真空紫外光光子7电离，在推斥电极2、离子传输电极8和孔电极6的作用下，传输进入质谱仪器的下一级。
中空管状膜4材料为无孔致密聚二甲基硅氧烷(PDMS)，是一种疏水材料，在电离源腔体9中的缠绕长度在7-100cm可控。
两位三通电磁阀12不通电时，a端口与b端口通，通电时a端口与c端口通。
蠕动泵11的流速在1～50ml/min可调，精度为0.2ml/min，加热装置10的温度可在室温～100℃范围内调节，精度为0.1℃。
真空紫外灯1放电气体为Kr，所发出的真空紫外光光子7能量为10.0eV和10.6eV，电离方式为单光子电离，该方法可与各种质谱仪器的质量分析器相连。
具体实施流程如下：
将该装置与质谱连接。具体工作流程分为以下两步：
实际水样检测：打开两位三通电磁阀的开关使a端口与c端口通，打开蠕动泵并控制在一定流速，将加热装置固定在一优化温度下，由此水样品在蠕动泵的驱动力下进入中空管状膜。当水样品流经膜时，由于水很难透过膜，而有机物容易透过膜，在电离源腔体内对有机物有富集作用，扩散到电离源腔体内的有机物分子在真空紫外光光子的作用下大多被电离为分子离子峰，目标离子在推斥电极、离子传输电极和孔电极的作用下传输至质谱仪器的下一级而被检测。质谱图被自动记录在计算机中。
清洗：关闭两位三通电磁阀的开关使a端口与b端口通，纯净水在蠕动泵的驱动力下进入中空管状膜，将上次实验残留在膜内部的样品清洗出，清洗至优化的时间后，残留除尽，可进行下一周期实验。
Claims (3)
1.一种水中VOCs自动在线连续监测的膜进样装置，其特征在于：包括蠕动泵(11)、两位三通电磁阀(12)、真空紫外灯(1)、电离源腔体(9)、和中空管状膜(4)；真空紫外灯(1)安装于电离源腔体(9)外部上方，与推斥电极(2)上表面密封连接，
所述推斥电极(2)、离子传输电极(8)和孔电极(6)均为中部带通孔的平板，它们沿真空紫外灯(1)出射光的光轴方向平行、间隔、通孔同轴放置；且真空紫外灯(1)出射光光轴与推斥电极(2)上的通孔同轴；
于推斥电极(2)和离子传输电极(8)之间、真空紫外灯(1)出射光线的四周均布有3-8根PEEK固定柱(3)，PEEK固定柱(3)与光轴平行；
中空管状膜(4)以螺旋的方式缠绕于远离出射光线的3-8根PEEK固定柱(3)外侧，中空管状膜(4)与PEEK固定柱(3)贴接，PEEK固定柱(3)上端固定在推斥电极(2)上，离子传输电极(8)放置在中空管状膜(4)下方，并固定于PEEK固定柱(3)下部，孔电极(6)放置于离子传输电极(8)正下方；
两位三通电磁阀(12)的c端口与水样品(14)相连，b端口与纯净水(13)相连，a端口与蠕动泵(11)的入口相连，蠕动泵(11)的出口与中空管状膜(4)的入口相连，中空管状膜(4)的出口与废液(5)相连；在蠕动泵(11)的出口与中空管状膜(4)的入口之间的这段管路外壁上包裹有加热装置(10)，在加热装置(10)和中空管状膜(4)的入口间的管路外壁上安装有温度传感器。
2.根据权利要求1所述的膜进样装置，其特征在于：
两位三通电磁阀(12)的开关、蠕动泵(11)的开关、加热装置(10)的供电电源线、温度传感器均经温度控制器与外界电源相连，并由计算机软件控制。
3.根据权利要求1所述的膜进样装置，其特征在于：
水样品流入中空管状膜(4)之后，水中的目标分析物扩散进入电离源腔体(9)中，样品分子被真空紫外光光子(7)电离，在推斥电极(2)、离子传输电极(8)和孔电极(6)的作用下，传输进入质谱仪器的下一级。
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