CN211978789U - 一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其包括：进样系统；连接于进样系统的汽化室；连接于汽化室的富集系统；连接于富集系统的保温盒；连接于保温盒的样品收集系统、聚焦阱；连接于聚焦阱的色谱分析柱系统；连接于色谱分析柱系统的检测器；所述进样系统、汽化室、富集系统、样品收集系统、聚焦阱、保温盒分别连接于各自的控制器，控制器连接于色谱工作站、显示屏；所述进样系统、汽化室、色谱分析柱系统、检测器连接于色谱工作站。整个装置安装连接极为简单方便，通用性极强，适合所有能用气相色谱分析的气、固、液态高纯样品的痕量和超痕量杂质组分分析。

Description

一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置

技术领域

本实用新型涉及化学分析仪器领域，尤其涉及一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置。

背景技术

对于痕量和超痕量杂质组分的分析，单方面靠特定检测器的高检测器灵敏度和低检测限已经难以实现，通用的方法是靠样品富集提高浓度来实现。其中，先富集再解析再分析的固相萃取技术是痕量分析最常用的分析技术，在环境和石化分析中应用很广，是气体、液体和固体微量和衡量杂质分析中有力的富集方法，可以离线采样分析、也可以在线采样分析。但这些方法对富集材料及富集管的要求极高，既要有一定的吸附容量又要容易解析，既不能带入新的杂质又不能存在不可逆吸附，因此常常难以获取；尤其是对复杂基体和混合物，需要多种富集材料混用，更是难以保证所有组分都有合适的回收率；同时摸索热解析或者溶剂洗脱等条件，还要做大量的实验数据来验证方法的可靠性，费时费力。

CN203870078U公开了一种气相色谱分离系统，通过六通阀将吸附脱附装置、采样泵和微型色谱连接起来，实现了气体样品的在线即时测定，响应速度快，且装置能独立运行，便于携带，有利于应对和处理突发事件。但该分离系统，吸附脱附装置依然是目标组分富集的关键，并且样品直接进入吸附脱附装置无法排除样品背景的干扰，吸附材料的选择和条件优化复杂以及对冷阱的温度要求高。

CN207263702U公开了一种气相色谱在线固相萃取装置，将在液相色谱领域应用较广的在线固相萃取技术，首次应用于气相色谱柱分离之后；该装置采用固相萃取阱对一维色谱分离的组分进行富集、聚焦和再释放进入二维色谱柱进行分离检测，具有较好的选择性，对于低含量化合物检测灵敏度高。该装置虽然采用一维色谱柱解决了样品背景干扰的问题，但本质还是采用固相萃取阱，对不同组分的捕集仍然依赖于填充料的选择，并且对制冷要求较高。

像大气或水中VOCs这样复杂而又要求高的样品分析，目标组分容易受吸附材料、样品传输关系及样品背景干扰，同时吸附材料由于反复加热过程中的热胀冷缩，导致吸附管中吸附颗粒间的间距不重现，从而导致测定结果的重复性和再现性不高，影响测定结果的可靠性；但还能应用，因为背景是空气或吹扫载气，而对于高纯气、高纯溶剂和聚合级单体等样品，往往由于背景组分的吸附性能与杂质组分相似或接近，导致类似系统无法应用。本实用新型直接采用商品化/自制的气相色谱柱/管作为杂质富集系统，利用气相色谱的分离能力解决了样品背景对目标组分富集和分析的干扰问题，富集、解析和样品分析条件可以参考对应色谱柱的分析条件，简单可查，或做简单的调整即可，不必做大量的条件实验；色谱富集柱经过反吹可以反复利用，成本低；直接进样和采用色谱柱进行富集，避免了强吸附、不可逆吸附的痕量组分在预处理系统和吸附冷阱上的吸附损失；该装置巧妙的设计，使色谱富集柱的安装连接极为简单方便，进样系统灵活可选，通用性极强，适合所有能用气相色谱分析的气、固、液态高纯样品的痕量和超痕量杂质组分分析。该新型痕量和超痕量杂质组分的在线色谱富集-分析装置，在相关分析仪器领域至今未见报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其能解决现有气、固、液态高纯样品的痕量和超痕量杂质组分分析采用富集热脱附技术时选择性吸附材料选择难寻、解析条件复杂、通用性差和无法摆脱背景干扰的问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其包括：

进样系统(1)；

连接于进样系统(1)的汽化室(21)；

连接于汽化室的富集系统(3)；

连接于富集系统的保温盒(5)；

连接于保温盒的样品收集系统(6)、聚焦阱(4)；

连接于聚焦阱的色谱分析柱系统(22)；

连接于色谱分析柱系统的检测器(23)；

所述进样系统(1)、汽化室(21)、富集系统(3)、样品收集系统(6)、聚焦阱(4)、保温盒(5)分别连接于各自的控制器，控制器连接于色谱工作站、显示屏；

所述进样系统(1)、汽化室(21)、色谱分析柱系统(22)、检测器(23)连接于色谱工作站。

进一步，所述保温盒(5)通过四通阀(51)而与富集系统(3)、样品收集系统(6)、聚焦阱(4)相连，所述四通阀为独立控温型四通阀。

进一步，所述富集系统(3)中的富集柱为低温制冷型富集柱和/或快速升温型色谱柱。

进一步，所述聚焦阱(4)的聚焦色谱柱为低温制冷型聚焦色谱柱和/或快速升温型聚焦色谱柱。

进一步，所述样品收集系统(6)为可计量气体进样体积的保温腔体。

进一步，所述进样系统(1)的进样结构为气体阀进样结构、液体自动进样器结构或者压力控制式结构。

进一步，该装置还包括：电子开关阀盒(7)，其包括安装于电子压力控制器(24)与四通阀之间的第一电子开关(71)、样品收集系统与四通阀之间的第二电子开关(72)。

富集系统是可快速制冷和快速加热的单/多色谱柱/管组合；保温盒通过四通阀与富集系统、样品收集系统和聚焦阱连接；色谱分析柱系统可以是任何单/多柱色谱分析柱组合，也可以是自制的可快速制冷和快速加热的单/多色谱柱/管组合；汽化室和检测器可以是任意商品化GC汽化室和检测器。本实用新型富集柱系统的组合安装简单方便，通用性强，适合所有液相色谱级溶剂、食品级与医用级溶剂、高纯气体和聚合级化工单体等样品中痕量和超痕量杂质组分的富集监测。整个富集系统可以独立于色谱分析系统，自带电子控制系统，用于现场样品自动采集，也可以与微型色谱联用，用于现场在线富集监测。

与现有技术相比，本实用新型的优点为：

1、整个装置安装连接极为简单方便，通用性极强，适合所有能用气相色谱分析的气、固、液态高纯样品的痕量和超痕量杂质组分分析。

2、整个富集系统可以独立于色谱分析系统，自带电子控制系统。

3、可用于现场样品自动采集，也可以用于现场在线富集分析。

附图说明

图1为本实用新型一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置原理图。

图2为本实用新型应用实施例1中1,3-丁二烯的富集-分析色图谱图。

图3为本实用新型应用实施例2中甲醇的富集-分析色图谱图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型所采用的技术方案作进一步的说明。

如图1，一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置(以下简称“该装置”)，其包括：进样系统1，进样系统1可以是气体进样阀或液体自动进样器，气体进样阀可以连接顶空进样器或吹扫捕集器。该进样系统1通过管线连接于色谱柱温箱2，所述色谱柱温箱2包括汽化室21、色谱分析柱系统22、检测器23以及电子压力控制器24，色谱分析柱系统22可以是任意商品化色谱柱及其组合，检测器23可以是任意商品化检测器及其组合，电子压力控制器24可以流量控制也可以压力控制。汽化室21连接于进样系统1，富集系统3连接于汽化室21，富集系统3包括富集色谱柱系统31，可以是任意商品化色谱柱及其组合，并且可以单独制冷和快速加热。保温盒5连接于富集系统3，而保温盒5与聚焦阱4、样品收集系统6、电子压力控制器24相连，聚焦阱4包括聚焦色谱柱系统41。样品收集系统6和电子压力控制器24相连，聚焦阱4与色谱分析柱系统22连接，色谱分析柱系统22连接于检测器23。

所述进样系统1、汽化室21、富集系统3、样品收集系统6、聚焦阱4、保温盒5分别连接于各自的控制器，控制器连接于色谱工作站、显示屏，控制器是自带微电脑和电子显示屏的，可以控制进样系统1，可以独立自动控制保温盒5及四通阀51、电子压力控制器24和样品收器(样品收集系统6)的工作状态；所有设备可以通过控制器8控制，并将信号传输至DCS。

所述进样系统1、汽化室21、色谱分析柱系统22、检测器23连接于色谱工作站。

保温盒5通过四通阀51而与富集系统3、样品收集系统6、聚焦阱4相连，保温盒5内的四通阀51可以独立控温。

所述样品收集系统6为可计量气体进样体积的保温腔体，以恒温容器构成的样品收集系统6是可以收集样品的，可以独立控温，同时可以采用流量计或压力测量模式计量样品总量。

而富集系统3中的富集柱为低温制冷型富集柱和/或快速升温型色谱柱；聚焦阱4的聚焦色谱柱为低温制冷型聚焦色谱柱和/或快速升温型聚焦色谱柱；所述进样系统1、汽化室21、色谱分析柱系统22、检测器23、色谱工作站的进样结构为气体阀进样结构、液体自动进样器结构或者压力控制式结构。

参见图1，该装置还包括：电子开关阀盒7，其包括安装于电子压力控制器24与四通阀之间的第一电子开关71、样品收集系统与四通阀之间的第二电子开关72，第一电子开关71和第二电子开关72用来控制富集系统的富集状态、解析状态和反吹状态。

在具体使用中，将进样系统1安装好后，出口直接连入汽化室21，汽化室21出口管线穿过色谱柱温箱2与富集系统3入口相连，富集系统3出口穿过保温盒5与四通阀51接口A511相连，四通阀51的接口C513与电子压力控制器24相连，四通阀51的接口B512穿过保温盒5与聚焦阱4入口相连，然后穿过聚焦阱4出口与色谱分析柱系统22相连，然后与检测器23相连。四通阀51的接口D514通过三通分别与电子压力控制器24和样品收集系统6相连。

采用上述系统进行高纯气体、液相色谱级/食品溶剂或聚合级单体如乙烯丙烯等在线富集分析时，对于气样，常压可以通过带真空泵和压力控制器/流量计调节气体流量，以获取最佳富集效果；带压可以使样品直接通过富集柱，并通过柱后流量计控制气体通过色谱富集柱的流速，以获取最佳富集效果；也可以采用定量环多次进样累计计量进样体积。对于液体分析，可以采用液体自动进样器多进样累计计量进样体积。对于不同样品分析，富集柱可以是任意一种或多种色谱柱的组合，保证目标组分全部富集下来；分析柱也可以是任意一种或多种色谱柱的组合，检测器根据目标组分特性进行选择，保证目标组分能准确定性定量分析；每个样品分析程序自带富集柱和分析柱反吹功能及管路吹扫功能，保证样品背景对检测结果无影响，且下一次分析时无重组分残留影响。进行标样和实际样品测定时，各组分的检出限小于0.1nmol/mol，准确度小于±10％，精密度小于10％。目标组分分析结果与实际含量的一致性非常好。

使用该新型痕量和超痕量杂质组分的在线色谱富集-分析装置，有如下三种工作模式：

(一)富集状态：当样品经进样系统1进样气化后，四通阀51的阀位处于接口A511与接口D514连通、第一电子开关阀71关闭而第二电子开关阀72打开时，则该系统处于目标组分富集状态，所有的目标组分都被低温状态下的富集柱系统31捕集下来，分析样品中的背景气被样品收集系统6收集后排放。

(二)解析状态：当样品目标组分富集后，关闭第二电子开关阀72，同时转动四通阀51使阀位接口A511与接口B512连通，同时升高富集柱温度，则该装置处于目标组分解析状态，所有的目标组分都被加热后从富集柱解析出来并进入低温聚焦阱。

(三)分析反吹状态：当四通阀51恢复阀位处于接口A511与接口D514连通、第二电子开关阀72关闭而第一电子开关阀71打开且汽化室压力关闭时，则富集柱系统31处于反吹状态，重组分被反吹出去；同时四通阀51阀位接口C513与接口B512连通，快速升高聚焦色谱柱系统41的温度，则目标组分被解析出来后进入色谱分析柱系统22分离并经检测器23检测，则该装置处于分析反吹状态。

以下对本系统进行的实验数据：

实施例1：

以配制的1，3-丁二烯标准样品为分析样品，在上述所示的新型痕量和超痕量杂质组分的在线色谱富集-分析装置上，进行富集、解析和分析反吹条件的选择和优化，包括各富集柱和分析柱的类型和尺寸、各压力控制点的压力和阀切换时间的调节、各温度控制点的温度和程升速率及切换时间的调节、各流量控制点的流量控制等等。该系统先富集后分离检测，优化后的典型色谱分析条件确定如表1。

表1富集及分析条件

在优化后的痕量和超痕量杂质组分的在线色谱富集-分析条件下，以配制的1，3-丁二烯样品1作为校准样，以配制的1，3-丁二烯样品2作为分析物，对该通用型系统进行评价，包括数据分析结果的准确性和重复性及体系的稳定性，分析结果见表2。

由表2可知，采用本系统，进行1，3-丁二烯样品的在线富集分析时，连续运行6次的相对标准偏差低于5％，回收率在93.6％-110.5％之间，完全能满足痕量和超痕量组分分析要求。

表2 1，3-丁二烯测试数据

实施例2：

以购买的液相色谱级甲醇样品为分析样品，在上述所示的新型痕量和超痕量杂质组分的在线色谱富集-分析装置上，进行富集、解析和分析反吹条件的选择和优化，包括各富集柱和分析柱的类型和尺寸、各压力控制点的压力和阀切换时间的调节、各温度控制点的温度和程升速率及切换时间的调节、各流量控制点的流量控制等等。该系统先富集后分离检测，优化后的典型色谱分析条件确定如表3。

表3富集及分析条件

在优化后的痕量和超痕量杂质组分的在线色谱富集-分析条件下，以液相色谱级甲醇样品1作为基准，内加不同浓度的二甲醚、乙醇、甲醛和甲酸甲酯后分别作为校准物和分析物，对该通用型系统进行评价，包括数据分析结果的准确性和重复性及体系的稳定性，分析结果见表4。

由表4可知，采用本系统，进行丙烯样品的在线富集分析时，连续运行6次的相对标准偏差低于6.4％，回收率在91.3％-108.4％之间，完全能满足痕量和超痕量组分分析要求。

表4甲醇测试数据

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，其包括：

进样系统(1)；

连接于进样系统(1)的汽化室(21)；

连接于汽化室的富集系统(3)；

连接于富集系统的保温盒(5)；

连接于保温盒的样品收集系统(6)、聚焦阱(4)；

连接于聚焦阱的色谱分析柱系统(22)；

连接于色谱分析柱系统的检测器(23)；

所述进样系统(1)、汽化室(21)、富集系统(3)、样品收集系统(6)、聚焦阱(4)、保温盒(5)分别连接于各自的控制器，控制器连接于色谱工作站、显示屏；

所述进样系统(1)、汽化室(21)、色谱分析柱系统(22)、检测器(23)连接于色谱工作站。

2.根据权利要求1所述的一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，所述保温盒(5)通过四通阀(51)而与富集系统(3)、样品收集系统(6)、聚焦阱(4)相连，所述四通阀为独立控温型四通阀。

3.根据权利要求1所述的一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，所述富集系统(3)中的富集柱为低温制冷型富集柱和/或快速升温型色谱柱。

4.根据权利要求1所述的一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，所述聚焦阱(4)的聚焦色谱柱为低温制冷型聚焦色谱柱和/或快速升温型聚焦色谱柱。

5.根据权利要求1所述的一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，所述样品收集系统(6)为可计量气体进样体积的保温腔体。

6.根据权利要求1所述的一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，所述进样系统(1)的进样结构为气体阀进样结构、液体自动进样器结构或者压力控制式结构。

7.根据权利要求1所述的一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，所述进样系统(1)为气体进样阀或液体自动进样器。

8.根据权利要求7所述的一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，所述气体进样阀连接顶空进样器或吹扫捕集器。

9.根据权利要求1所述的一种新型痕量和超痕量杂质组分在线色谱富集与分析装置，其特征在于，还包括：电子开关阀盒(7)，其包括安装于电子压力控制器(24)与四通阀之间的第一电子开关(71)、样品收集系统与四通阀之间的第二电子开关(72)。

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