CN2859526Y - 一种大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，包括电气控制模块、中心切割阀、冷冻剂开关阀、预柱、分析柱、限流管、传输线、中点限流器、监视检测器、中点压路、分析检测器、中点分流阀和中点分流器，其中电气控制模块与中心切割阀、冷冻剂开关阀和中点分流阀连接；中点限流器上还接有第一限流管、中点压路和冷阱；第一限流管在中心切割阀和中点限流器之间，且通过传输线连有监视检测器；中点分流器一端与冷阱内的毛细管连接，另一端还接有第二限流管和分析柱；第二限流管的另一端与中点分流阀连接。本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统具备全自动序列分析和载气电子压力控制功能，省去了分流流量的手动调节的麻烦，并且中心切割准确。

Description

一种大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统

技术领域

本实用新型涉及一种多维气相色谱系统技术领域。

背景技术

大孔毛细柱-毛细柱的多维气相色谱系统是较为复杂的分离技术，过去澳大利亚SGE公司有这类商品，但存在至少四个方面缺陷：(1)中心切割、中点分流、反吹等试验条件必须在外部控制装置(MDS-2000)的面板上设定，而气相色谱分离条件要在色谱仪上另行设定，较为繁琐，容易出错；(2)外部控制装置和气相色谱仪互相独立，一体性差，很难实现全自动序列分析；(3)中点载气压力和分流流量必须通过外部控制器上的旋钮手动调节，且相互影响，调节和使用麻烦，(4)中点分流流量由于受外部控制器上的稳流阀控制，没有采用限流管模式，所以中点分流流量在分析过程中不变，但程序升温过程中，预柱流量及其限流管中的载气流量一直在变化，必然造成切割时中点分流流量与限流管流量的差异，很容易导致切割部位不准确。此外，澳大利亚的MDS-2000产品已经停产。德国GERSTEL公司现有的多维气相色谱系统，允许大孔径柱-毛细柱的配置，但仅仅是通过中点分流的办法，将预柱多余的流出物排放掉，没有在线富集功能，大大降低了大孔径柱-毛细柱系统的在线富集的应用价值。其它类似产品，尚未见到。

发明内容

本实用新型的目的在于克服以上缺陷，提供一种全自动化，且中心切割准确的多维气相色谱系统。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，包括电气控制模块、中心切割阀、冷冻剂开关阀、预柱、分析柱、限流管、传输线、中点限流器、冷阱、进样口、监视检测器、中点压路、分析检测器、中点分流阀和中点分流器，其中

电气控制模块与中心切割阀、冷冻剂开关阀和中点分流阀连接；

预柱分别与进样口和中点限流器连接；

中点限流器上还接有第一限流管、中点压路和冷阱；

第一限流管在中心切割阀和中点限流器之间，且通过传输线连有监视检测器；

冷阱与冷冻剂开关阀连接；

中点分流器一端与冷阱内的毛细管连接，另一端还接有第二限流管和分析柱；

第二限流管的另一端与中点分流阀连接；

分析柱的另一端与分析检测器连接。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，其中电气控制模块可直接采用澳大利亚SGE公司生产的MDS-6890多维色谱系统的阀箱和AGILENT6890气相色谱仪的辅助电子压力模块两部分组成。这样进样口压力和中点压路均由AGILENT6890气相色谱仪及其辅助电子压力模块控制，中点分流阀、中心切割阀和冷冻剂开关阀的驱动气体由阀箱提供，阀箱的动作全部由AGILENT6890气相色谱仪的软件设定和控制，最终实现了整个多维色谱系统的全自动和电子压力控制功能。其中中点分流阀的作用是控制中点分流，该阀的驱动气体由阀箱提供，也可由辅助电子压力模块提供，但最好由阀箱提供。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，其中预柱为大孔径毛细柱，如DB-5，15m×0.53mm id×0.5um df；分析柱为常规毛细柱，如DB-WAX，30m×0.25mm id×0.25um df。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，其中冷阱是一段去活毛细管，如120毫米×0.53毫米内径的去活毛细管。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，中点分流流量采用限流管控制，并且第一限流管和第二限流管长度和内径完全相同，都处在色谱炉箱内部，所以在程序升温过程中，两个限流管的阻力完全一样，从而使系统中各路载气流量在分析过程中一直保持匹配，从根本上保证了中心切割的准确性。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，利用简便可行的办法，实现大孔径毛细柱-毛细柱的多维气相色谱系统，具备全自动序列分析和载气电子压力控制功能。通过本实用新型，利用现有的商品化配件，可以把普通的商用AGILENT6890气相色谱仪升级为大孔毛细柱-毛细柱的多维气相色谱系统，不仅具备传统大孔-毛细柱多维色谱的所有功能，又增添了全自动和电子压力控制功能。由于引入了全自动序列分析功能，使仪器操作和运行大大简化，所有试验参数在AGILENT6890气相色谱软件中输入，全自动序列运行，如此高度自动化的同类产品，国际上尚未见到，使复杂技术简单化，使普通色谱工作者可以使用这种以往只有“专家”才能使用的技术。电子压力控制功能的引入，使试验条件的设定更加简便，去除了复杂的手动调节载气的手续。

(2)本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，其中点分流流量也采用限流管控制，由于两根限流管长度和内径完全相同，都处在色谱炉箱内部，所以在程序升温过程中，两个限流管的阻力完全一样，从而使系统中各路载气流量在分析过程中一直保持匹配，从根本上保证了中心切割的准确性，同时省去了分流流量的手动调节的麻烦。

(3)本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统引入了电子压力控制功能，预柱和分析柱的载气可以任意设定为恒压或恒流模式，在恒流模式下，色谱柱可一直保持最佳载气线速。

(4)本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统采用现有的色谱配件即可组装，不需另行加工特殊附件。

附图说明

图1是本实用新型所述的多维气相色谱系统示意图。

图2是本实用新型所述的多维气相色谱系统旁通状态。

图3是本实用新型所述的多维气相色谱系统中心切割与在线富集状态。

图4是本实用新型所述的多维气相色谱系统反吹状态。

图5是标样通过大孔径预柱-FID预运行得到的监视色谱图。

图6为标样在切割过程中GC-FID监视色谱图。

图7是切割标样在分析柱-MS上的选择离子监测(SIM)色谱图。

图8为实际烟草样品通过大孔径预柱-FID预运行得到的监视色谱图。

图9为切割的目标组分在分析柱-MS上的选择离子监测(SIM)色谱图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，包括电气控制模块、预柱1、分析柱2、限流管3、传输线4、中点限流器5、冷阱6、进样口8、中心切割阀9、监视检测器10、中点压路11、分析检测器12、冷冻剂开关阀13、中点分流器7和中点分流阀14，其由

电气控制模块与中心切割阀9、冷冻剂开关阀13和中点分流阀14连接；

预柱1通过气管分别与进样口8和中点限流器5连接；

中点限流器5上还接有第一限流管31、中点压路11和冷阱6；

第一限流管31在中心切割阀9和中点限流器5之间，且通过传输线4连有监视检测器10；

冷阱6与冷冻剂开关阀13连接；

中点分流器7的一端与冷阱6内的毛细管连接，另一端还接有第二限流管32和分析柱2；

第二限流管32的另一端与中点分流阀14通过气管连接；

分析柱2的另一端与分析检测器12连接。

其中电气控制模块直接采用澳大利亚SGE公司生产的MDS-6890多维色谱系统的阀箱和AGILENT6890气相色谱仪的辅助电子压力模块两部分组成。这样进样口压力和中点压路均由AGILENT6890气相色谱仪及其辅助电子压力模块控制，中点分流阀、中心切割阀和冷冻剂开关阀的驱动气体由阀箱提供，阀箱的动作全部由AGILENT6890气相色谱仪的软件设定和控制，最终实现了整个多维色谱系统的全自动和电子压力控制功能。

其中中点分流阀的作用是控制中点分流，该阀的驱动气体由阀箱提供，也可由辅助电子压力模块提供，但最好由阀箱提供。

以上所使用的中点限流器5、冷阱6、中点分流器7、中心切割阀9、中点分流阀14等是直接采用澳大利亚SGE公司MDS-2000产品的一部分零部件。其中冷阱6是一段120毫米×0.53毫米内径的去活毛细管。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，其中中点压路11为一调节压力的气管。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，其中预柱1为大孔径毛细柱，如DB-5，15m×0.53mm id×0.5um df；分析柱2为常规毛细柱，如DB-WAX，30m×0.25mm id×0.25um df。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统，中点分流流量采用限流管3控制，并且第一限流管31和第二限流管32的长度和内径完全相同，都处在色谱炉箱内部，所以在程序升温过程中，两个限流管的阻力完全一样，从而使系统中各路载气流量在分析过程中一直保持匹配，从根本上保证了中心切割的准确性。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统的工作原理如下：

(1)旁通状态：如图2所示，中心切割阀9呈打开状态，中点分流阀14和冷冻剂开关阀13呈关闭状态。载气流动方向如箭头所示，预柱1载气经过中点限流器5，再经由第一限流管31流向监视检测器10，分析柱2载气由中点压路11提供，流向分析检测器12，预柱和分析柱各自独立分析，互不影响。

(2)中心切割与在线富集：如图3所示，中心切割阀9关闭，开始切割，中点分流阀14同时打开，冷冻剂开关阀13提前2分钟打开，确保切割组份的冷凝。载气流动方向图中箭头所示，预柱1载气经过中点限流器5，流向冷阱6，由液态二氧化碳冷却，切割组份在冷阱6内冷凝，载气则流过冷阱6，部分载气流向分析柱2，多余载气通过第二限流管32排空，由于两根限流管3的阻力完全相等，所以可以保证切割过程中预柱的流量不受任何影响。当中心切割完成后，中心切割阀9关闭，停止切割，中点分流阀14同时关闭，载气流向回复到旁通状态。色谱炉温降到初温，冷冻剂开关阀13关闭，冷阱内富集的色谱组份以不分流方式转移到分析柱2，开始第二阶段程序升温，切割组份在分析柱2上获得分离，由分析检测器12检测，获得切割组份在分析柱2上的第二维分离的色谱图。

(3)反吹：各阀的状态与旁通时(图2)相同，唯一不同之处是，进样口压力降低，预柱1载气反向流动，将柱内物质反吹出预柱。载气流动方向如图4箭头所示。

本实用新型所述的全自动化多维气相色谱系统应用实例：卷烟烟丝中丁子香酚及类似香料添加剂的分析。

研究目的是，测定卷烟烟丝中丁子香酚、异丁子香酚、香豆素等10种香料成分。由于上述成分分子量和沸点比较接近，烟丝中的含量很低，常规分析中，烟草样品要经过十分复杂的净化和浓缩处理步骤。采用本专利技术，样品净化主要由二维色谱的预柱来完成，痕量组分通过在线富集，全部转移到分析柱上，大大提高了检测灵敏度。具体试验方法如下：

1、分析样品：卷烟烟丝，磨成粉末，取0.200g于5ml磨口试管中，加2.5ml乙醚、100ul苯乙酸乙酯内标溶液(5ug/ml甲苯)和0.5ml5％硫酸，超声波水浴振荡20分钟，离心分层，倾出上层清液，置于通风橱内，在室温下挥发浓缩到0.3ml左右，转移到GC进样瓶衬管内。

2、GC-FID预运行的色谱条件：

预柱：DB-5，15m×0.53mm id×0.5um df；分析柱：DB-WAX，30m×0.25mm id×0.25um df。预柱载气(氦)流量70ml/min(恒流)，假定出口为真空；分析柱流量1.5ml/min，出口为真空。进样口温度250℃，2ul不分流进样，0.5min后开始吹扫进样口，流量50ml/min。炉温程序：35℃(保持1min)-240℃(5℃/min)，240℃保持20分钟。

3、中心切割分析的色谱条件：

预柱：DB-5，15m×0.53mm id×0.5um df；分析柱：DB-WAX，30m×0.25mm id×0.25um df。预柱载气(氦)流量70ml/min(恒流)，但必须假定出口为真空；分析柱流量1.5ml/min，出口为真空。进样口温度250℃，2ul不分流进样，0.5min后开始吹扫进样口，流量50ml/min。炉温程序：40℃(保持1min)-切割结束，升温速率5℃/min；然后以100℃/min的速率降温到85℃，保持0.5分钟，以2.5℃/min的速率升温到240℃，保持20分钟。冷阱在每次切割前2分钟打开，第二次程序升温开始时关闭。中心切割时，中点分流阀同时打开，通过中点分流的限流管排放多余的载气，目的是维持预柱的流量不受干扰，切割组分在线冷凝富集在冷阱毛细管内。切割完成后，二氧化碳冷冻剂阀门关闭，中点分流阀门也同时关闭，冷阱内富集的目标组分以不分流方式，全部转移到分析毛细柱，分离后用质谱进行检测。

中心切割的时间宽度根据目标物在预运行中的保留时间确定，本试验的切割时间为13.5-23分钟。

以上参数全部在6890气相色谱仪的软件中设定，所有过程均为全自动运行。

4、分析结果

本试验所用标样的浓度约为1ppm。

图5是标样通过大孔径预柱-FID预运行得到的监视色谱图，用于帮助选择切割范围。虽然11个组分全部分离，但由于预柱为非极性的大孔径短柱，柱效有限，而目标组分均为极性成分，所以柱效与柱极性匹配方面都不利，所以预柱上色谱分离效果一般，峰形对称性较差，基线较高，信噪比较低。各峰所对应的成分如下：

1.蒿脑(Estrogone)2.普尔酮(Pulegone)IS.苯乙酸乙酯(Ethyl phenylacetate)3.茴香脑(Anethole)4.胡椒醛(Piperonal)5.丁子香酚(Eugenol)6.甲基丁子香酚(Methyleugenol)7.香豆素(Coumarin)8.异丁子香酚(iso-Eugenol)9.甲基异丁子香酚(Methyl isoeugenol)10.肉豆蔻醚(Myristicin)

图6为混合标样切割后在预柱上的监视色谱图，切割后，色谱信号下降到基线水平，说明预柱组分全部被切割转移到分析柱上。

图7是切割标样在分析柱-MS上的选择离子监测(SIM)色谱图，用于目标成分的定性定量分析。由于分析柱是常规极性毛细柱(DB-WAX，30m×0.25mm id×0.25um df)，柱效高，柱极性与目标成分较为匹配，所以11个组分获得很好的分离，峰形窄，信噪比显著提高，这对于提高灵敏度和精密度是非常有利的。各峰所对应的成分如下：

1.普尔酮(Pulegone)2.蒿脑(Estrogone)IS.苯乙酸乙酯(Ethyl phenylacetate)3.茴香脑(Anethole)4.甲基丁子香酚(Methyl eugenol)5.丁子香酚(Eugenol)6.甲基异丁子香酚(Methyl isoeugenol)7.胡椒醛(Piperonal)8.肉豆蔻醚(Myristicin)9.异丁子香酚(iso-Eugenol)10.香豆素(Coumarin)

图8为实际烟草样品通过大孔径预柱-FID预运行得到的监视色谱图，可以看出，在预柱上目标成分全部被噪音覆盖。

由卷烟样品切割后在分析柱上的GC-MS-SIM色谱图可见，目标组分在分析柱上获得很好的分离，峰形窄，基线噪音较低，信噪比高，检测限可达5ppb以下。如果质谱仪采用全扫描方式。

图9为切割的目标组分在分析柱-MS上的选择离子监测(SIM)色谱图，从本样品中检测出香豆素的存在。

从以上例子可以看出，在预柱上几乎观察不到的痕量目标组分，经过切割和在线富集，转移到第二根色谱柱后，可获得理想的分离和定性、定量结果。

Claims (8)

1、一种大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统，包括电气控制模块、预柱(1)、分析柱(2)、限流管(3)、传输线(4)、中点限流器(5)、冷阱(6)、进样口(8)、中心切割阀(9)、监视检测器(10)、中点压路(11)、分析检测器(12)和冷冻剂开关阀(13)，其特征在于，还包括中点分流器(7)和中点分流阀(14)，其中

电气控制模块与中心切割阀(9)、冷冻剂开关阀(13)和中点分流阀(14)连接；

预柱(1)通过气管分别与进样口(8)和中点限流器(5)连接；

中点限流器(5)上还接有第一限流管(31)、中点压路(11)和冷阱(6)；

第一限流管(31)在中心切割阀(9)和中点限流器(5)之间，且通过传输线(4)连有监视检测器(10)；

冷阱(6)与冷冻剂开关阀(13)连接；

中点分流器(7)的一端与冷阱(6)内的毛细管连接，另一端还接有第二限流管(32)和分析柱(2)；

第二限流管(32)的另一端与中点分流阀(14)通过气管连接；

分析柱(2)的另一端与分析检测器(12)连接。

2、如权利要求1所述的大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统，其特征在于，所说的电气控制模块由澳大利亚SGE公司生产的MDS-6890多维色谱系统的阀箱和AGILENT6890气相色谱仪的辅助电子压力模块两部分组成。

3、如权利要求1所述的大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统，其特征在于，所说的预柱为大孔径毛细柱。

4、如权利要求3所述的大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统，其特征在于，所说的预柱规格是DB-5，15m×0.53mm id×0.5um df。

5、如权利要求1所述的大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统，其特征在于，所说的分析柱为常规毛细柱。

6、如权利要求5所述的大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统，其特征在于，所说的分析柱规格为DB-WAX，30m×0.25mm id×0.25um df。

7、如权利要求1所述的大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统，其特征在于，所说的限流管是两根长度和内径完全相同限流管。

8、如权利要求1所述的大孔径柱到毛细柱的多维气相色谱系统，其特征在于，所说的冷阱内的毛细管是120毫米×0.53毫米内径的去活毛细管。

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