CN209264371U - 基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置，主体为一个包裹在保温罩内部的气体富集腔室，其上开设VOC气体进气口和出气口。所述进气口和所述出气口位于所述气体富集腔室的两侧，并且在竖直方向上，所述进气口的位置比所述出气口的位置低。所述气体富集腔室底部为半导体制冷片，其外侧与散热器通过隔热垫接触。所述半导体制冷片采用直流电源供电，交换电源连接极性，可以改变所述半导体制冷片的制冷面与加热面，实现所述气体富集腔内的制冷与加热切换，从而实现VOC的富集与脱附。可满足快速和质谱仪对接或者其他必要场合下对挥发性有机气体的富集要求，并且保持了较低的比热容、加快了富集速率，降低了系统功耗。

Description

基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置

技术领域

本实用新型涉及质谱分析进样预处理装置，具体涉及基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置，尤其是一种气体VOC富集装置。

背景技术

挥发性有机物也就是现今出现频次较高的VOC，是一类在常温下能够挥发到空气中的碳氢化合物，该类化合物对人体健康是有害的，当居室中的VOC达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。涂料、木质、高分子材料等均可能是VOC的来源，其虽然可能浓度含量很低，但其大多数都有致病致癌的危害。所以实现对环境中挥发性有机物的有效监测，对预防和治理有机污染物有着积极的作用。

当前的质谱分析能确定物质的分子量、结构等信息，是解决挥发性有机物快速检测的优选方法之一。其分析的样品经气化后，进行电离产生离子，离子在适当电场作用下进入质量分析器，并按不同的质荷比进行分离检测。由于环境中的VOC含量一般较低，在对VOC成分进行分析前，需要对进行富集再快速脱附后才能进入质谱仪器作分析处理。富集就是让VOC成分集中起来的过程，一般有填料、冷阱等多种形式，而脱附即是使吸附的VOC组分分离的过程，一般有升温脱附、低压脱附等，通过富集再脱附这种形式，能够使VOC组分有效的集中并被检测出来。

当前的质谱分析VOC成分大多依赖气相色谱，由于直接进样本身存在检出能力有限，特别是当空气中的VOC含量较低的时候，而气相色谱本身工作的周期较长，这大大限制了质谱在快速现场检测领域中的应用能力。一些小型化质谱的原位分析工作已经开始脱离色谱，依靠一些前端富集采样管的方式，直接分析空气中的VOC含量，但仍然存在一些诸如残留、采样击穿等缺点，而且采样管本身的再活化也需要时间。如何快速的实现 VOC的快速富集和脱附，并简单的和质谱仪对接对于解决质谱仪在环境VOC实时监测领域具有非常重要的意义。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种。

根据本实用新型提供的一种基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置，包括：气体富集腔、保温罩、半导体制冷片、进气口、出气口、辅助气体引入口、毛细管；

气体富集腔的外侧设置有保温罩；

气体富集腔开设有穿出保温罩的进气口、出气口；进气口、出气口分别位于气体富集腔相对的两侧；进气口、出气口的外侧均连接有毛细管，且毛细管上设置有截止阀；

半导体制冷片置于气体富集腔内部的底部；半导体制冷片与气体富集腔底部之间设置有密封圈；

所述进气口的位置在竖直方向上低于所述出气口位置；

气体富集腔的顶部开设有穿过保温罩的辅助气体引入口，辅助气体引入口上设置有截止阀。

优选地，包括散热器；

散热器设置在制冷片下方，且位于保温罩的开口区域；

半导体制冷片采用直流电源供电，半导体制冷片的加热面连接散热器。

优选地，半导体制冷片的制冷面位于气体富集腔内部，半导体制冷片的加热面位于气体富集腔外部；或者是，半导体制冷片的加热面位于气体富集腔内部，半导体制冷片的制冷面位于气体富集腔外部；直流电源的两极与半导体制冷片的电极之间可拆卸连接。

优选地，所述毛细管为外径1/16in，内径50μm的金属毛细管。

优选地，所述半导体制冷片与散热器之间衬有隔热垫。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型结构合理，易于维护；

2、本实用新型可满足快速和质谱仪对接或者其他必要场合下对挥发性有机气体的富集要求，并且保持了较低的比热容、加快了富集速率，降低了系统功耗。

3、本实用新型体积小巧、功耗低，契合小型化质谱仪的设计要求；

4、本实用新型比热较低，利用半导体制冷片的热电效应，实现制冷与加热间的快速自由切换，同时可以将温度控制在室温以下，以增强气体吸附功能，大大提高了气体富集效率。

5、本实用新型没有大量结冰现象，避免结冰带来的系列问题，如溶化产生大量液态水对电路系统的损坏的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型中提供的一种基于半导体制冷片的气体富集装置结构图；

图2为本实用新型于实施例中与一种采样装置串联使用示意图。

图中：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，气体富集腔1外层包裹着保温罩2，避免其与外界进行不必要的热量交换，密封圈4则起密封作用，通常状态下，进气口阀门101、出气口阀门102、载气口阀门103均关闭，此时，气体富集腔1内具有良好的气密性。嵌装在气体富集腔1底部的半导体制冷片3通过隔热片5与散热器6接触，使散热器6在与半导体制冷片3的加热面靠近时，及时散热。半导体制冷片3的工作需要外接直流电源11。气体富集腔是气体富集的主体，用于VOC的富集与脱附；保温罩用于绝热和密封；半导体制冷片是VOC 富集脱附的核心；散热器用于散发VOC富集阶段产生的热量；进气口用于引入样品VOC；出气口用于逐出脱附的VOC；毛细管用于VOC气体的引入与逐出；辅助气体引入口，以氦气为载气，使富集气体在逐出阶段更快更好地从出气口逐出，进入后端质谱分析系统中。

具体地，保温罩2与半导体制冷片3接触处通过密封圈4连接，起到绝热密封效果，保温罩2留有经过密封处理的两个引线孔，引出半导体制冷片电源线；所述半导体制冷片3置于气体富集腔底部，其外侧为散热器6，两者中间衬有隔热片5；所述进气口7 和出气口8位于气体富集腔两侧，且出气口8位置高于进气口1位置。所述气体富集腔 1上侧预留辅助气体引入口9，以氦气为载气，使富集气体在逐出阶段更快更好地从出气口逐出，进入后端质谱分析系统中。所述半导体制冷片3采用24V直流电源供电，交换电源连接极性，可以改变所述半导体制冷片的制冷面与加热面，实现所述气体富集腔内的制冷与加热切换。

在进行气体富集时，通过调整电源极性，使半导体制冷片向着气体富集腔1内部的一面为制冷面，片刻后，气体富集腔1内温度迅速降低。此时三个阀门的状态为：进气口阀门101打开，出气口阀门102和载气口阀门103关闭，从进气口7进入气体富集腔 1的气体便遇冷压缩，并沉积在靠近气体富集腔1下半部的空间内。经过一段时间后，关闭进气口阀门101，切断直流电源，气体富集工作完成。在需要将富集气体逐出时，交换半导体制冷片3与直流电源11连接的正负极性，使半导体制冷片3向着气体富集腔1内部的一面为加热面，对富集的气体进行加热。气体遇热膨胀，并向气体富集腔1 的上半部运动。此时，三个阀门的状态为：进气口阀门101关闭，出气口阀门102和载气口阀门103打开。从载气口阀门103中进入的是相对较冷的辅助气(如氦气或惰性气体)，其向气体富集腔1的下半部分运动，使相对较热的富集气体更好地通过出气口阀门102进入后端的仪器进行分析检测。

如图2所示，气体采样腔15通过金属毛细管连接至进气口7，类似地，出气口8 通过金属毛细管连接到后端的16质谱分析系统。气体采样腔15内底部放置一块载玻片 13，通常将分析样品14置于其上。PDMS膜12只允许有机分子通过，即对进入气体富集腔1的气体预先进行一定的筛选。样品14例如为血样。

本例实施时，通过载玻片13对样品14进行加热，使其挥发出一定量的气态化合物。其中少量的有机物得以通过PDMS膜，若此时不经过气体富集装置，直接将其送入后端的质谱分析系统，因为进样流量相当有限，必然会带来检测的不便。然而，若经过PDMS 膜筛选得到的挥发性有机物通过上文所述的富集方法在气体富集装置中进行富集，然后再送入质谱分析系统进行分析，保证了进样流速，在实验仪器灵敏度一定的情况下，分析效果定可以得到大幅度的改善。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置，其特征在于，包括：气体富集腔、保温罩、半导体制冷片、进气口、出气口、辅助气体引入口、毛细管；

气体富集腔的外侧设置有保温罩；

气体富集腔开设有穿出保温罩的进气口、出气口；进气口、出气口分别位于气体富集腔相对的两侧；进气口、出气口的外侧均连接有毛细管，且毛细管上设置有截止阀；

半导体制冷片置于气体富集腔内部的底部；半导体制冷片与气体富集腔底部之间设置有密封圈；

所述进气口的位置在竖直方向上低于所述出气口位置；

气体富集腔的顶部开设有穿过保温罩的辅助气体引入口，辅助气体引入口上设置有截止阀。

2.根据权利要求1所述的基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置，其特征在于，包括散热器；

散热器设置在制冷片下方，且位于保温罩的开口区域；

半导体制冷片采用直流电源供电，半导体制冷片的加热面连接散热器。

3.根据权利要求1所述的基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置，其特征在于，半导体制冷片的制冷面位于气体富集腔内部，半导体制冷片的加热面位于气体富集腔外部；或者是，半导体制冷片的加热面位于气体富集腔内部，半导体制冷片的制冷面位于气体富集腔外部；直流电源的两极与半导体制冷片的电极之间可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置，其特征在于，所述毛细管为外径1/16in，内径50μm的金属毛细管。

5.根据权利要求2所述的基于半导体制冷片的挥发性有机物富集装置，其特征在于，所述半导体制冷片与散热器之间衬有隔热垫。