CN219871183U - 一种集成式快速气相色谱模块和便携式气质联用仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成式快速气相色谱模块和包括所述快速气相色谱模块的便携式气质联用仪，其中的集成式快速气相色谱模块，包括样品气采集单元、解析单元、直接进样单元和微型阀系统，微型阀系统包括十通阀、进气开关阀、电子压力控制器和隔膜阀，样品气采集单元、解析单元和直接进样单元通过微型阀系统连接于一个集成的管路系统中。在采集样品气体的过程中，样品气体通过样品气进口进入管路系统中，先经过样品气过滤器，再进入预浓缩装置的浓缩管，样品气体中的特定成分在浓缩管中被吸附，开启联用模式后，浓缩管中吸附的样品气体被高温解析出来，然后随着载气的流动被带入预柱和毛细管色谱柱进行不同组分的分离。

Description

一种集成式快速气相色谱模块和便携式气质联用仪

技术领域

本实用新型涉及色谱仪和质谱仪技术领域，尤其在涉及一种集成式快速气相色谱模块和包括该集成式快速气相色谱模块的便携式气质联用仪。

背景技术

气相色谱-质谱联用仪（Gas Chromatography-Mass Spectrometer，简称GCMS），也称气质联用仪，是一种结合气相色谱法和质谱法的特点，在试样中鉴别不同物质组分的仪器设备，主要应用于工业检测、食品安全、环境保护等众多领域中对复杂化合物的分离和检测。通常，在突发环境污染事件时还会用到便携式气质联用仪，以便于工作人员及时对污染现场进行快速检测，尽快获知检测结果，从而及时对事件进行处理，避免由于处理延迟而造成更严重的危害。

但是，目前的便携式气质联用仪在使用中存在一些缺陷，例如：气相色谱前置的预浓缩装置与气相色谱模块部分是分开的，所以在进行检测时，需要先操作预浓缩装置通过浓缩管的吸附浓缩作用采集待检测的样品气体，然后操作预浓缩装置通过加热浓缩管将浓缩管内吸附的样品成分脱附下来，再将脱附的样品气体转接入气相色谱模块内进行组分分离，这样采集、脱附过程和分离过程需要分别进行不同的操作，操作步骤十分繁琐，检测时长较长，检测效率差。所以，便携式气质联用仪用于现场检测时，使用十分不便，这是现有的便携式气质联用仪难以在现场实现快速检测的原因之一。

另外，目前使用比较广泛的气相色谱仪多采用柱温箱加热色谱柱的方法进行样品组分的分离，柱温箱加热时间长、消耗功率大，导致气相色谱仪的分析时间较长。便携式气质联用仪同样采用柱温箱加热，也会有同样的问题，且由于柱温箱功耗大，对便携式气质联用仪中电池的容量和续航能力的要求都很高，这也导致便携式气质联用仪的整体重量都是很重的，所以，这也是便携式气质联用仪不便于用于现场快速检测的另一原因。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种集成式快速气相色谱模块和便携式气质联用仪，其中的快速气相色谱模块，通过微型阀系统将样品气采集单元、解析单元和直接进样单元集成于一个相互连通的管路系统中，实现了预浓缩装置与气相色谱模块的集成，简化了样品气采集过程到检测过程的操作步骤，加快了现场检测时的检测速度。通过使用LTM（Low Thermal Mass，低热容）色谱柱模块，不仅缩短了色谱模块的分析间隔，还降低了气质联用仪的功耗和整体重量，使其更便于用于现场快速检测。

本实用新型中，一种集成式快速气相色谱模块所采用的技术方案是：包括样品气采集单元、解析单元、直接进样单元和微型阀系统，所述微型阀系统包括十通阀S1、进气开关阀S2、电子压力控制器EPC和隔膜阀S10。所述样品气采集单元、解析单元和直接进样单元通过所述微型阀系统连接于一个集成的管路系统中。所述隔膜阀S10内设置有半透膜，半透膜的一侧设置为色谱端，半透膜的另一侧设置为质谱端。

所述样品气采集单元包括样品气进口、样品气过滤器A1、预浓缩装置和采样泵A3，所述预浓缩装置包括浓缩管A2。所述样品气进口连通至所述样品气过滤器A1的进气口，所述进气开关阀S2安装于所述样品气进口与所述样品气过滤器A1进气口的连通管路上，所述样品气过滤器A1的出气口与所述十通阀S1的7号口连通，所述十通阀S1的6号口与所述浓缩管A2的进气口连通，所述浓缩管A2的出气口与所述十通阀S1的9号口连通，所述十通阀S1的8号口连通至所述采样泵A3的进气口，所述采样泵A3的出气口连通至外部大气环境中。

所述解析单元与所述样品气采集单元共用所述预浓缩装置，且所述预浓缩装置还设置有加热元件，所述解析单元还包括载气进口、载气过滤器A4、预柱A5和LTM色谱柱模块，所述LTM色谱柱模块包括具有两个端口的毛细管色谱柱A6。所述载气进口连通至所述载气过滤器A4的进气口，所述载气过滤器A4的出气口连通至所述十通阀S1的10号口，所述电子压力控制器EPC安装于所述载气过滤器A4与所述十通阀S1的10号口之间的连通管路上，所述电子压力控制器EPC的进气口与所述载气过滤器A4的出气口连通，所述电子压力控制器EPC的出气口与所述十通阀S1的10号口连通，所述十通阀S1的5号口与所述预柱A5的2号口连通，所述预柱A5的1号口与所述十通阀S1的1号口连通，所述十通阀S1的2号口与所述毛细管色谱柱A6的1号口连通，所述毛细管色谱柱A6的2号口与所述隔膜阀S10的色谱端相连通。

所述直接进样单元与所述样品气采集单元共用所述样品气进口和样品气过滤器A1，且所述直接进样单元还包括三通管三U3、管道阻尼器A7和三通管四U4，所述三通管三U3、管道阻尼器A7和三通管四U4依次安装于所述十通阀S1的8号口连接至所述采样泵A3进气口的管路上；所述十通阀S1的8号口与所述三通管三U3的1号口连通，所述三通管三U3的3号口与所述管道阻尼器A7的进口连通，所述管道阻尼器A7的出口与所述三通管四U4的1号口连通，所述三通管四U4的3号口与所述采样泵A3的进气口连通，所述三通管三U3的2号口和所述三通管四U4的2号口均与所述隔膜阀S10的色谱端相连通。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述解析单元还包括管路加热装置，所述管路加热装置包括加热丝三L3、加热丝四L4和十通阀加热箱。

所述加热丝三L3绕设于所述十通阀S1的9号口与所述浓缩管A2的出气口之间的连通管路上。所述加热丝四L4绕设于所述浓缩管A2的进气口与所述十通阀S1的6号口之间的连通管路上。所述十通阀加热箱包设于所述十通阀S1的外部，且与所述十通阀S1的十个接口相连通的管路分别贯穿所述十通阀加热箱。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述微型阀系统还包括开关阀一S7和开关阀二S8。

所述进气开关阀S2与所述样品气过滤器A1的进气口相连通的管路上安装有四通管U5，所述进气开关阀S2与所述四通管U5的1号口连通，所述四通管U5的3号口与所述样品气过滤器A1的进气口连通，所述开关阀二S8安装于所述四通管U5 的2号口所连接的管路上，所述开关阀一S7安装于所述四通管U5 的4号口所连接的管路上；

所述载气过滤器A4出气口与所述电子压力控制器EPC进气口相连通的管路上安装有三通管一U1，所述电子压力控制器EPC出气口与所述十通阀S1的10号口相连通的管路上安装有三通管二U2。

所述载气过滤器A4的出气口与所述三通管一U1的1号口连通，所述三通管一U1的3号口与所述电子压力控制器EPC的进气口连通，所述三通管一U1的2号口与所述四通管U5的4号口连通，所述开关阀一S7即安装于所述三通管一U1的2号口连通至所述四通管U5 的4号口的管路上。

所述电子压力控制器EPC的出气口与所述三通管二U2的1号口连通，所述三通管二U2的3号口与所述十通阀S1的10号口连通，所述三通管二U2的2号口与所述十通阀S1的3号口连通，所述十通阀S1的4号口连通至外部大气环境中。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述隔膜阀S10的色谱端为四通接口，所述质谱端设有通断开关。

所述隔膜阀S10色谱端的2号口与所述毛细管色谱柱A6的2号口相连通。

所述隔膜阀S10色谱端的3号口与所述三通管三U3的2号口相连通。

所述隔膜阀S10色谱端的4号口与所述三通管四U4的2号口相连通。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述气相色谱模块还包括内标进气单元，内标进气单元也通过所述微型阀系统集成于所述管路系统中。所述内标进气单元包括内标物进口和精密调压阀NIR，所述微型阀系统还包括三通阀二S5。

所述内标物进口与所述精密调压阀NIR的进口连通，所述精密调压阀NIR的出口与所述三通阀二S5的2号口连通，所述三通阀二S5的3号口与所述隔膜阀S10色谱端的1号口连通。

所述三通阀二S5的1号口与所述四通管U5的2号口连通，所述开关阀二S8即安装于所述三通阀二S5的1号口连通至所述四通管U5 的2号口的管路上。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述十通阀S1为气动阀，所述气相色谱模块还包括气动控制单元，用于控制所述十通阀S1的两种内部连通状态的转换，气动控制单元也通过所述微型阀系统集成于所述管路系统中，所述气动控制单元与所述解析单元共用所述载气进口，所述微型阀系统还包括三通阀一S4。

所述载气进口与所述载气过滤器A4的进气口相连通的管路上安装有三通管五U6，所述载气进口与所述三通管五U6的1号口连通，所述三通管五U6的2号口与所述载气过滤器A4的进气口连通，所述三通管五U6的3号口与所述三通阀一S4的1号口相连通，所述三通阀一S4的3号口与所述十通阀S1的气动控制端口相连通，所述三通阀一S4的2号口连通至外部大气环境中。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述进气开关阀S2与所述四通管U5的1号口相连通的管路上缠绕有加热丝一L1，所述四通管U5的2号口与所述开关阀二S8连通的管路上缠绕有加热丝二L2。

作为对上述技术方案的进一步限定，所述预浓缩装置还设置有制冷元件，制冷元件用于对浓缩管A2进行降温。

另外，本实用新型中，一种便携式气质联用仪所采用的技术方案是：一种便携式气质联用仪，包括所述集成式快速气相色谱模块。

采用上述技术，本实用新型的优点在于：本实用新型的集成式快速气相色谱模块，通过微型阀系统将样品气采集单元、解析单元和直接进样单元高度集成于一个相互连通的管路系统中，实现了预浓缩装置与气相色谱模块的集成，简化了样品气采集过程到检测过程的操作步骤，更方便了在现场检测时，对于气质联用仪的操作，提升了检测速度。

另外，集成式快速气相色谱模块中，将通常气质联用仪中采用柱温箱加热色谱柱的方式改进为采用LTM色谱柱模块，使色谱柱的加热和冷却速度更快，并且比通常的柱温箱与色谱柱所占用的空间更小、功率消耗更低、对样品的分析周期更短，不仅进一步减小了本实用新型的体积和重量，也进一步提高了本实用新型的检测效率，使本实用新型更适用于现场临时快速检测。

本实用新型的便携式气质联用仪，相较于目前的同类产品来说，在样品气体采集方面的操作更简单方便，通过集成的管路系统，也使整个气质联用仪的体积更小、重量更轻、更便于携带、操作更便捷，在用于现场临时检测时，检测速度更快、效率更高。

附图说明

图1为本实用新型中集成式快速气相色谱模块的整体结构示意图；

图2为本实用新型中样品气采集单元在采样模式下的工作状态示意图；

图3为本实用新型中解析单元在联用模式下的工作状态示意图；

图4为本实用新型中直接进样单元在速查模式下的工作状态示意图。

图中：1-1号口；2-2号口；3-3号口；4-4号口；5-5号口；6-6号口；7-7号口；8-8号口；9-9号口；10-10号口；S1-十通阀；S2-进气开关阀；S4-三通阀一；S5-三通阀二； S7-开关阀一； S8-开关阀二；S10-隔膜阀；U1-三通管一；U2-三通管二；U3-三通管三；U4-三通管四；U5-四通管；U6-三通管五；L1-加热丝一；L2-加热丝二；L3-加热丝三；L4-加热丝四；A1-样品气过滤器；A2-浓缩管；A3-采样泵；A4-载气过滤器；A5-预柱；A6-毛细管色谱柱；A7-管道阻尼器；EPC-电子压力控制器； NIR-精密调压阀；MS-质谱模块。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例

如图1-4所示，该集成式快速气相色谱模块，用于气质联用仪中，该气质联用仪可在联用模式和速查模式下分别对样品气体进行检测。该集成式快速气相色谱模块包括样品气采集单元、解析单元、直接进样单元、内标进气单元、气动控制单元和微型阀系统。样品气采集单元、解析单元、直接进样单元、内标进气单元和气动控制单元通过微型阀系统连接于一个集成的管路系统中。

其中的微型阀系统，包括十通阀S1、进气开关阀S2、电子压力控制器（ElectronicPressure Control）EPC、三通阀一S4、三通阀二S5、开关阀一S7、开关阀二S8和隔膜阀S10。

隔膜阀S10包括与解析单元和直接进样单元的输出端口相连通的色谱端，以及与质谱模块MS的进气端口相连通的质谱端，隔膜阀S10内设置有半透膜，隔膜阀S10的色谱端和质谱端分设于半透膜的两侧，色谱端为四通接口，质谱端设有通断开关，质谱端与气质联用仪中质谱模块MS的进气端口相连通，通过通断开关控制隔膜阀S10质谱端与质谱模块MS进气端口之间的连通状态。

十通阀S1为气动阀，具有气动控制端口。十通阀S1具有两种内部连通状态，当十通阀S1处于第一种连通状态时，其1号口与10号口连通、9号口与8号口连通、7号口与6号口连通、5号口与4号口连通、3号口与2号口连通；当十通阀S1处于第二种连通状态时，其1号口与2号口连通、3号口与4号口连通、5号口与6号口连通、7号口与8号口连通、9号口与10号口连通。

样品气采集单元用于在联用模式启动之前，先进行样品气体的吸附和浓缩。样品气采集单元包括样品气进口、样品气过滤器A1、预浓缩装置和采样泵A3，预浓缩装置包括浓缩管A2。

解析单元用于在联用模式下，对采集的样品气体中的不同组分进行分离，然后将分离后的样品气体输送至质谱模块MS。解析单元与样品气采集单元共用预浓缩装置，且预浓缩装置还设置有加热元件和制冷元件，加热元件和制冷元件直接作用在浓缩管A2上，加热元件用于对浓缩管A2进行加热，使浓缩管A2内吸附的样品气成分，能够在高温状态下解析出来。制冷元件可用于在采样过程中，为浓缩管A2提供一个低温环境，使预浓缩装置具备常温吸附和低温吸附两种吸附模式，增大浓缩管A2可吸附的气体样品的范围，还可用于在解析完成后，对高温的浓缩管A2进行冷却，可缩短其吸附脱附的工作周期，显著提高气质联用仪的分析速度和分析能力，不仅结构紧凑，还可节约用电功率，温度控制精准，方便用户操作。另外，解析单元还包括载气进口、载气过滤器A4、预柱A5和LTM色谱柱模块，LTM色谱柱模块包括具有两个端口的毛细管色谱柱A6。LTM色谱柱模块是将石英毛细管色谱柱和加热丝、温度传感器相结合，使色谱柱的加热和冷却速度更快，并且比通常的柱温箱与色谱柱所占用的空间更小、功率消耗更低、对样品的分析周期更短，LTM色谱柱模块是目前市场上可直接采购到的现有产品，此处不多赘述。本实施例中，LTM色谱柱模块的可选型号有DB-1。

直接进样单元用于在速查模式下，将未经色谱柱分离的样品气体直接输送至质谱模块MS。直接进样单元与样品气采集单元共用样品气进口和样品气过滤器A1，另外，直接进样单元还包括三通管三U3、管道阻尼器A7和三通管四U4。

内标进气单元用于在气质联用仪开始检测（包括联用模式和速查模式检测）之前，先向质谱模块MS内输入内标物进行调谐，以及在采样过程中和联用模式下对样品气体进行内标定量，内标进气单元包括内标物进口和精密调压阀NIR。

气动控制单元用于控制和改变十通阀S1的连通状态，气动控制单元与解析单元共用载气进口。

如图1-4所示，在集成的管路系统中，样品气进口连通至与样品气过滤器A1的进气口，进气开关阀S2安装于样品气进口与样品气过滤器A1进气口的连通管路上，进气开关阀S2与样品气过滤器A1的进气口相连通的管路上还安装有四通管U5，进气开关阀S2与四通管U5的1号口连通，四通管U5的3号口与样品气过滤器A1的进气口连通，开关阀二S8安装于四通管U5 的2号口所连接的管路上，开关阀一S7安装于四通管U5 的4号口所连接的管路上。

样品气过滤器A1的出气口与十通阀S1的7号口连通，十通阀S1的6号口与浓缩管A2的进气口连通，浓缩管A2的出气口与十通阀S1的9号口连通，十通阀S1的8号口与三通管三U3的1号口连通，三通管三U3的3号口与管道阻尼器A7的进口连通，管道阻尼器A7的出口与三通管四U4的1号口连通，三通管四U4的3号口与采样泵A3的进气口连通，采样泵A3的出气口连通至外部大气环境中。三通管三U3的2号口与隔膜阀S10色谱端的3号口相连通，三通管四U4的2号口与隔膜阀S10色谱端的4号口相连通，隔膜阀S10的质谱端与气质联用仪中质谱模块MS的进气端口相连通。

载气进口连通至载气过滤器A4的进气口，载气进口与载气过滤器A4的进气口相连通的管路上安装有三通管五U6，载气进口与三通管五U6的1号口连通，三通管五U6的2号口与载气过滤器A4的进气口连通，载气过滤器A4的出气口连通至电子压力控制器EPC的进气口，电子压力控制器EPC的出气口连通至十通阀S1的10号口，十通阀S1的5号口与预柱A5的2号口连通，预柱A5的1号口与十通阀S1的1号口连通，十通阀S1的2号口与毛细管色谱柱A6的1号口连通，毛细管色谱柱A6的2号口与隔膜阀S10色谱端的2号口相连通。

三通管五U6的3号口与三通阀一S4的1号口连通，三通阀一S4的3号口与十通阀S1的气动控制端口相连通，三通阀一S4的2号口连通至外部大气环境中。

内标物进口与精密调压阀NIR的进口连通，精密调压阀NIR的出口与三通阀二S5的2号口连通，三通阀二S5的3号口与隔膜阀S10色谱端的1号口连通，三通阀二S5的1号口与四通管U5的2号口连通。

在使用气质联用仪进行检测之前，需要先向质谱模块MS内输入内标物进行调谐。此时，三通阀二S5的2号口和3号口连通，内标物通过隔膜阀S10色谱端的1号口进入隔膜阀S10，并透过半透膜进入质谱模块MS内，即可使用内标物实现对质谱模块MS的调谐功能。

在开启联用模式之前，首先启动气质联用仪的样品气采集功能，如图2中所示，在采集样品气体的过程中，进气开关阀S2呈开启状态，开关阀一S7和开关阀二S8均呈关闭状态，十通阀S1处于第一种连通状态。样品气体首先通过样品气进口进入气相色谱模块的管路系统中，进入后，先经过样品气过滤器A1，再进入预浓缩装置的浓缩管A2中，此时，预浓缩装置为常温状态，样品气体中的特定成分在浓缩管A2中被吸附，剩余废气则经过采样泵A3被抽送至外部大气环境中直接排放。

在采集完样品气体后，立刻输入内标物进行内标定量，此时，三通阀二S5的2号口和1号口连通，开关阀二S8呈开启状态，进气开关阀S2和开关阀一S7均呈关闭状态，内标物经过四通管U5进入样品气采集单元的管路中。内标定量用于分析样品气体中待测组分的含量或浓度，内标定量是普通气质联用仪中大多都具有的功能，属于现有技术，此处不再赘述。

开启联用模式后，在解析样品气体的过程中，如图3中所示，电子压力控制器EPC呈开启状态，用于控制载气的流速保持稳定，十通阀S1处于第二种连通状态，隔膜阀S10呈开启状态。载气首先通过载气进口进入气相色谱模块的管路系统中，进入后，先经过载气过滤器A4，再进入预浓缩装置的浓缩管A2中，此时，预浓缩装置为加热状态，浓缩管A2中吸附的样品气体被高温解析出来，然后随着载气的流动依次被带入预柱A5和毛细管色谱柱A6进行不同组分的分离，毛细管色谱柱A6的2号口即为解析单元的输出端口，从毛细管色谱柱A6的2号口输出的是经解析分离后的待测样品气体和输送待测样品气体的载气，其中的待测样品气体可通过半透膜进入质谱模块MS中进行质量分析检测，载气则无法通过半透膜，从隔膜阀S10色谱端的4号口被排出至外部大气环境中。隔膜阀S10色谱端的4号口，用于排放载气和废气。

本实施例中，电子压力控制器EPC的可选型号有：GT230-060-0080-AL-24。电子压力控制器EPC的设置，可以使载气在管路系统中的流动得更加匀速、平稳，对分离后的各个组分的样品气体输送效果更好。

在开启速查模式的情况下，如图4中所示，进气开关阀S2呈开启状态，开关阀一S7和开关阀二S8均呈关闭状态，十通阀S1处于第二种连通状态，隔膜阀S10呈开启状态。样品气体首先通过样品气进口进入气相色谱模块的管路系统中，进入后，先经过样品气过滤器A1，然后通过三通管三U3的2号口进入隔膜阀S10的色谱端，三通管三U3的2号口即为直接进样单元的输出端口，其输出的样品气体中的特定成分可通过半透膜进入质谱模块MS中进行质量分析检测，剩余废气则无法通过半透膜，从隔膜阀S10色谱端的4号口被排出至外部大气环境中。

当需要向十通阀S1输送动力气来改变其连通状态时，使三通阀一S4的1号口和3号口连通，载气即可从载气进口通入气动控制单元的管路系统中，通过载气的进气压力，实现对十通阀S1连通状态的改变和控制。当十通阀S1需要处于某一种连通状态保持不变时，三通阀一S4的2号口和3号口连通，将气动控制单元管道中用于控制十通阀S1的气体压力卸除。

如图3所示，本实施例中的解析单元，还包括管路加热装置，管路加热装置包括加热丝三L3、加热丝四L4和十通阀加热箱。

加热丝三L3绕设于十通阀S1的9号口与浓缩管A2的出气口之间的连通管路上，用于预热该段管路，进而对通过该段管路的载气进行预热，避免载气温度影响浓缩管A2内所吸附的样品气体的解析效果。

加热丝四L4绕设于浓缩管A2的进气口与十通阀S1的6号口之间的连通管路上。十通阀加热箱包设于十通阀S1的外部，且与十通阀S1的十个接口相连通的管路分别贯穿十通阀加热箱。加热丝四L4和十通阀加热箱，用于伴热管路和阀门，可以对解析后的样品气体进行持续加热，避免解析后的样品气体在管路或阀门中发生冷凝或吸附现象，进而影响检测结果的准确性。

如图1-4所示，本实施例中，载气过滤器A4出气口与电子压力控制器EPC进气口相连通的管路上安装有三通管一U1，电子压力控制器EPC出气口与十通阀S1的10号口相连通的管路上安装有三通管二U2。

载气过滤器A4的出气口与三通管一U1的1号口连通，三通管一U1的3号口与电子压力控制器EPC的进气口连通，三通管一U1的2号口与四通管U5的4号口连通。在开启速查模式之前，使三通阀一S4的2号口和3号口连通，电子压力控制器EPC呈关闭状态，开关阀一S7呈开启状态，进气开关阀S2和开关阀二S8均呈关闭状态，十通阀S1处于第二种连通状态，隔膜阀S10呈关闭状态。此时将载气从载气进口通入气相色谱模块的管路系统中，由于三通管一U1的设置，即可实现对直接进样单元管路的吹扫。

电子压力控制器EPC的出气口与三通管二U2的1号口连通，三通管二U2的3号口与十通阀S1的10号口连通，三通管二U2的2号口与十通阀S1的3号口连通，十通阀S1的4号口连通至外部大气环境中。在样品气采集单元进行工作时，除了“进气开关阀S2呈开启状态，开关阀一S7和开关阀二S8均呈关闭状态，十通阀S1处于第一种连通状态”外，还有三通阀一S4的2号口和3号口连通，电子压力控制器EPC呈开启状态，隔膜阀S10呈关闭状态。此时将载气从载气进口通入气相色谱模块的管路系统中，由于三通管二U2的设置，即可实现对解析单元管路的吹扫，另外，还可以实现对预柱A5和毛细管色谱柱A6的保护。

在联用模式下，十通阀S1处于第二种连通状态。此时，载气在通过三通管二U2的3号口进入十通阀S1的10号口的同时，部分载气也会通过三通管二U2的2号口进入十通阀S1的3号口，再从十通阀S1的4号口排出，通过排放部分载气，便可保证解析单元中管路系统内的压力平衡，并且使压力保持在1个大气压左右，以便于解析分离后的样品气体成分能够顺利穿过隔膜阀S10。

本实施例中，进气开关阀S2与四通管U5的1号口相连通的管路上缠绕有加热丝一L1，四通管U5的2号口与所述开关阀二S8连通的管路上缠绕有加热丝二L2。在采样过程中和联用模式或速查模式的分析检测过程中，加热丝一L1和加热丝二L2用于对进入管路系统中的样品气体或内标物进行加热，一般会将进入管路系统的气体加热至70℃左右。

实施例

一种便携式气质联用仪，包括气相色谱模块，该气相色谱模块采用了实施例1中所提出的集成式快速气相色谱模块。

本实用新型的工作原理：本实用新型的集成式快速气相色谱模块，通过微型阀系统将样品气采集单元、解析单元和直接进样单元高度集成于一个相互连通的管路系统中，实现了预浓缩装置与气相色谱模块的集成，简化了样品气采集过程到检测过程的操作步骤，样品气体采集功能与联用模式、速查模式的检测功能之间，仅需简单的切换即可，更方便了在现场检测时，对于气质联用仪的操作，提升了检测速度。

集成式快速气相色谱模块中，将通常气质联用仪中采用柱温箱加热色谱柱的方式改进为采用LTM色谱柱模块，使色谱柱的加热和冷却速度更快，并且比通常的柱温箱与色谱柱所占用的空间更小、功率消耗更低、对样品的分析周期更短，不仅进一步减小了本实用新型的体积和重量，也进一步提高了本实用新型的检测效率，使本实用新型更适用于现场临时快速检测。

本实用新型的便携式气质联用仪，相较于目前的同类产品来说，在样品气体采集方面的操作更简单方便，通过集成的管路系统，也使整个气质联用仪的体积更小、重量更轻、更便于携带、操作更便捷，在用于现场临时检测时，检测速度更快、效率更高。

以上所述仅为本实用新型较佳实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种集成式快速气相色谱模块，其特征在于：包括样品气采集单元、解析单元、直接进样单元和微型阀系统，所述微型阀系统包括十通阀（S1）、进气开关阀（S2）、电子压力控制器（EPC）和隔膜阀（S10），所述隔膜阀（S10）内设置有半透膜，半透膜的一侧设置为色谱端，半透膜的另一侧设置为质谱端；

所述样品气采集单元包括样品气进口、样品气过滤器（A1）、预浓缩装置和采样泵（A3），所述预浓缩装置包括浓缩管（A2）；所述样品气进口连通至所述样品气过滤器（A1）的进气口，所述进气开关阀（S2）安装于所述样品气进口与所述样品气过滤器（A1）进气口的连通管路上，所述样品气过滤器（A1）的出气口与所述十通阀（S1）的7号口连通，所述十通阀（S1）的6号口与所述浓缩管（A2）的进气口连通，所述浓缩管（A2）的出气口与所述十通阀（S1）的9号口连通，所述十通阀（S1）的8号口连通至所述采样泵（A3）的进气口，所述采样泵（A3）的出气口连通至外部大气环境中；

所述解析单元与所述样品气采集单元共用所述预浓缩装置，且所述预浓缩装置还设置有加热元件，所述解析单元还包括载气进口、载气过滤器（A4）、预柱（A5）和LTM色谱柱模块，所述LTM色谱柱模块包括具有两个端口的毛细管色谱柱（A6）；所述载气进口连通至所述载气过滤器（A4）的进气口，所述载气过滤器（A4）的出气口连通至所述十通阀（S1）的10号口，所述电子压力控制器（EPC）安装于所述载气过滤器（A4）与所述十通阀（S1）的10号口之间的连通管路上，所述电子压力控制器（EPC）的进气口与所述载气过滤器（A4）的出气口连通，所述电子压力控制器（EPC）的出气口与所述十通阀（S1）的10号口连通，所述十通阀（S1）的5号口与所述预柱（A5）的2号口连通，所述预柱（A5）的1号口与所述十通阀（S1）的1号口连通，所述十通阀（S1）的2号口与所述毛细管色谱柱（A6）的1号口连通，所述毛细管色谱柱（A6）的2号口与所述隔膜阀（S10）的色谱端相连通；

所述直接进样单元与所述样品气采集单元共用所述样品气进口和样品气过滤器（A1），且所述直接进样单元还包括三通管三（U3）、管道阻尼器（A7）和三通管四（U4），所述三通管三（U3）、管道阻尼器（A7）和三通管四（U4）依次安装于所述十通阀（S1）的8号口连接至所述采样泵（A3）进气口的管路上；所述十通阀（S1）的8号口与所述三通管三（U3）的1号口连通，所述三通管三（U3）的3号口与所述管道阻尼器（A7）的进口连通，所述管道阻尼器（A7）的出口与所述三通管四（U4）的1号口连通，所述三通管四（U4）的3号口与所述采样泵（A3）的进气口连通，所述三通管三（U3）的2号口和所述三通管四（U4）的2号口均与所述隔膜阀（S10）的色谱端相连通。

2.根据权利要求1所述的一种集成式快速气相色谱模块，其特征在于：所述解析单元还包括管路加热装置，所述管路加热装置包括加热丝三（L3）、加热丝四（L4）和十通阀加热箱；

所述加热丝三（L3）绕设于所述十通阀（S1）的9号口与所述浓缩管（A2）的出气口之间的连通管路上，所述加热丝四（L4）绕设于所述浓缩管（A2）的进气口与所述十通阀（S1）的6号口之间的连通管路上，所述十通阀加热箱包设于所述十通阀（S1）的外部，且与所述十通阀（S1）的十个接口相连通的管路分别贯穿所述十通阀加热箱。

3.根据权利要求1所述的一种集成式快速气相色谱模块，其特征在于：所述微型阀系统还包括开关阀一（S7）和开关阀二（S8）；

所述进气开关阀（S2）与所述样品气过滤器（A1）的进气口相连通的管路上安装有四通管（U5），所述进气开关阀（S2）与所述四通管（U5）的1号口连通，所述四通管（U5）的3号口与所述样品气过滤器（A1）的进气口连通，所述开关阀二（S8）安装于所述四通管（U5）的2号口所连接的管路上，所述开关阀一（S7）安装于所述四通管（U5）的4号口所连接的管路上；

所述载气过滤器（A4）出气口与所述电子压力控制器（EPC）进气口相连通的管路上安装有三通管一（U1），所述电子压力控制器（EPC）出气口与所述十通阀（S1）的10号口相连通的管路上安装有三通管二（U2）；

所述载气过滤器（A4）的出气口与所述三通管一（U1）的1号口连通，所述三通管一（U1）的3号口与所述电子压力控制器（EPC）的进气口连通，所述三通管一（U1）的2号口与所述四通管（U5）的4号口连通，所述开关阀一（S7）即安装于所述三通管一（U1）的2号口连通至所述四通管（U5 ）的4号口的管路上；

所述电子压力控制器（EPC）的出气口与所述三通管二（U2）的1号口连通，所述三通管二（U2）的3号口与所述十通阀（S1）的10号口连通，所述三通管二（U2）的2号口与所述十通阀（S1）的3号口连通，所述十通阀（S1）的4号口连通至外部大气环境中。

4.根据权利要求3所述的一种集成式快速气相色谱模块，其特征在于：所述隔膜阀（S10）的色谱端为四通接口，所述质谱端设有通断开关；

所述隔膜阀（S10）色谱端的2号口与所述毛细管色谱柱（A6）的2号口相连通；

所述隔膜阀（S10）色谱端的3号口与所述三通管三（U3）的2号口相连通；

所述隔膜阀（S10）色谱端的4号口与所述三通管四（U4）的2号口相连通。

5.根据权利要求4所述的一种集成式快速气相色谱模块，其特征在于：还包括内标进气单元，所述内标进气单元包括内标物进口和精密调压阀（NIR）；

所述微型阀系统还包括三通阀二（S5）；

所述内标物进口与所述精密调压阀（NIR）的进口连通，所述精密调压阀（NIR）的出口与所述三通阀二（S5）的2号口连通，所述三通阀二（S5）的3号口与所述隔膜阀（S10）色谱端的1号口连通；

所述三通阀二（S5）的1号口与所述四通管（U5）的2号口连通，所述开关阀二（S8）即安装于所述三通阀二（S5）的1号口连通至所述四通管（U5）的2号口的管路上。

6.根据权利要求1所述的一种集成式快速气相色谱模块，其特征在于：所述十通阀（S1）为气动阀，所述气相色谱模块还包括控制所述十通阀（S1）两种内部连通状态的转换的气动控制单元，所述气动控制单元与所述解析单元共用所述载气进口；

所述微型阀系统还包括三通阀一（S4）；

所述载气进口与所述载气过滤器（A4）的进气口相连通的管路上安装有三通管五（U6），所述载气进口与所述三通管五（U6）的1号口连通，所述三通管五（U6）的2号口与所述载气过滤器（A4）的进气口连通，所述三通管五（U6）的3号口与所述三通阀一（S4）的1号口相连通，所述三通阀一（S4）的3号口与所述十通阀（S1）的气动控制端口相连通，所述三通阀一（S4）的2号口连通至外部大气环境中。

7.根据权利要求5所述的一种集成式快速气相色谱模块，其特征在于：所述进气开关阀（S2）与所述四通管（U5）的1号口相连通的管路上，缠绕有加热丝一（L1），所述四通管（U5）的2号口与所述开关阀二（S8）连通的管路上，缠绕有加热丝二（L2）。

8.根据权利要求1所述的一种集成式快速气相色谱模块，其特征在于：所述预浓缩装置还设置有制冷元件，制冷元件用于对浓缩管（A2）进行降温。

9.一种便携式气质联用仪，其特征在于：包括如权利要求1-8中任一所述的集成式快速气相色谱模块。