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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beruht auf der und beansprucht die Priorität der
chinesischen Anmeldung Nr. 201711479224.5 , eingereicht am 29. Dezember 2017, deren gesamter Inhalt hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Analyse- und Detektionstechnik und bezieht sich insbesondere auf ein (GC-IMS).
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HINTERGRUND
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Ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer (IMS) weist die Eigenschaften einer einfachen Struktur, einer hohen Empfindlichkeit, einer hohen Analyserate usw. auf, so dass es umfassend zur Detektion von Materialien der chemischen Kriegsführung, von Rauschgiften, von Sprengstoffen oder zur Umweltüberwachung usw. verwendet wird. Allerdings besitzt ein IMS, wenn es allein als ein Detektionsinstrument verwendet wird, um eine Probe mit komplizierten Komponenten zu detektieren, die folgenden Probleme: (1) Das vorhandene kommerzielle IMS weist wegen der Herstellungstechnik ein Auflösungsverhältnis von 40 oder ähnlich auf, so dass jene Substanzen mit ähnlichen Migrationsraten schwer zu unterscheiden sind, (2) die Ionen derselben Verbindungen vernichten sich gegenseitig mit einer komplexen Reaktion; (3) das IMS weist einen niedrigen Dynamikbereich auf, wenn eine oder mehrere Verbindungen eine sehr hohe Konzentration aufweisen, wobei die Bildung von Ionen anderer Verbindungen beeinflusst wird, was zu einer Nichtberücksichtigung führt. Aus den obigen Gründen treten eine Nichtberücksichtigung und eine Fehldiagnose wahrscheinlicher auf, wenn ein IMS zum Detektieren einer Probe mit komplizierten Komponenten verwendet wird.
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Ein Gaschromatograph ist gegenwärtig ein universell anerkanntes Trennungshilfsmittel mit hoher Effizienz und hoher Stabilität und kann in der Kompartimentanalyse einer Gasphasensubstanz einen weiten Bereich von Anwendungen besitzen. Allerdings weisen unterschiedliche Detektoren eine unterschiedliche Selektivität und Empfindlichkeit für eine Substanz auf, während einige Detektoren (wie etwa der Elektroneneinfangdetektor (ECD) und der Wasserstoffflammendetektor) nicht einmal universelle Detektoren sind; darüber hinaus kann ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor als ein universeller Detektor keine Empfindlichkeit aufweisen, die die Anforderung des Detektionsgrenzwerts für viele Substanzen vollständig erfüllen kann.
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Die Gaschromatograph-Ionenbeweglichkeitsspektrometer-Technik (GC-IMS-Technik) nutzt nicht nur effektiv die herausragende Trennungsfähigkeit der GC für eine komplizierte Probe, sondern nutzt außerdem effektiv die Eigenschaften der hohen Empfindlichkeit des IMS-Detektors sowie die weite Selektivität für eine Substanz unter einer Dualbetriebsart (positiv und negativ), wobei eine solche Technik sowohl die Detektionsgenauigkeit als auch die Detektionsempfindlichkeit eines Gemischs (einer Zusammensetzung) stark verbessern kann. Folglich erhalten die gekoppelten Techniken auf dem Gebiet der Analyse und Detektion ausreichend Aufmerksamkeit und eine schnelle Entwicklung.
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Allerdings kann die Verbindungsart zwischen GC und IMS in der vorhandenen GC-IMS-Technik nur aus der folgenden Art gewählt werden: Einführen der Chromatographiesäule direkt an dem vorderen Ende der Ionisierungszone des IMS oder Einführen der Chromatographiesäule direkt in die Ionisierungszone des IMS oder Einführen der Chromatographiesäule in die Reaktionszone des IMS. Diese Verbindungsarten sind üblicherweise einfach und leicht zu betreiben. Allerdings erzeugen solche Verbindungsarten einerseits während der Langzeitverwendung des Instruments eine Verschmutzung innerhalb des Beweglichkeitsrohrs, die schwer zu reinigen/zu entfernen ist, da das reaktive Ion in einer positiven IMS-Betriebsart hauptsächlich H+(H2O)n ist, und das reaktive Ion andererseits in einer negativen Betriebsart hauptsächlich O2 -(H2O)n ist, während als GC-Trägergas hochreiner Stickstoff ununterbrochen in das IMS eintritt, was die Ionisierungsumgebung des IMS ebenfalls beeinflusst, was in einer positiven Betriebsart zu einer komplizierten Komponente reaktiver Ionen führt, und wobei in eine negativen Betriebsart reaktive Ionen schwer zu erzeugen sind usw., wobei alle diese Faktoren der Langzeitstabilität und Verbreitung des GC-IMS entgegenstehen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Überwindung wenigstens eines Nachteils des Standes der Technik, wobei ein Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektor und eine gekoppelte Vorrichtung geschaffen werden, um das Problem zu behandeln, dass die innerhalb des Beweglichkeitsrohrs erzeugte Verschmutzung während einer Langzeitverwendung des vorhandenen Instruments schwer zu reinigen/zu entfernen ist.
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Zu diesem Zweck schafft die vorliegende Offenbarung einen Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektor, der einen Gaschromatographiemechanismus und einen Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Mechanismus umfasst.
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Der Gaschromatographiemechanismus umfasst eine Chromatographiesäule und eine Probeninjektionsöffnung, wobei die Probeninjektionsöffnung an einem Ende der Chromatographiesäule positioniert ist und mit der Chromatographiesäule in Verbindung steht.
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Der Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Mechanismus umfasst ein Beweglichkeitsrohr und einen Verbindungskörper, wobei der Verbindungskörper zwischen der Chromatographiesäule und dem Beweglichkeitsrohr angeordnet ist und damit in Verbindung steht, wobei der Verbindungskörper eine Metallverbindungsplatte umfasst, wobei die Metallverbindungsplatte eine Chromatographiemetallplatte und eine entsprechend angeordnete Ionenbeweglichkeitsmetallplatte sowie eine halbdurchlässige Membran zwischen der Chromatographiemetallplatte und der Ionenbeweglichkeitsmetallplatte umfasst, wobei die Chromatographiemetallplatte mit einem Chromatographieproben- und Trägergaseinlass, mit einer Chromatographieprobenkammer und mit einem Chromatographieabgasauslass versehen ist, wobei der Chromatographieproben- und Trägergaseinlass mit der Chromatographiesäule und mit der Chromatographieprobenkammer in Verbindung steht; wobei auf der Ionenbeweglichkeitsmetallplatte ein Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergaseinlass, eine Ionenbeweglichkeitsprobenkammer und ein Probeneinlass, die miteinander in Verbindung stehen, vorgesehen sind, während der Probeneinlass mit dem Beweglichkeitsrohr in Verbindung steht; wobei die Chromatographieprobenkammer und die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer durch die halbdurchlässige Membran getrennt sind.
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Dabei treten die Probenmoleküle unter der Wirkung des Chromatographieproben- und Trägergases für die Vortrennung über die Probeninjektionsöffnung in die Chromatographiesäule ein, und treten die vorgetrennten Probenmoleküle über den Chromatographieproben- und Trägergaseinlass in die Chromatographieprobenkammer ein, in der ein Teil der Probenmoleküle die halbdurchlässige Membran in die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer und weiter über den Probeneinlass in das Beweglichkeitsrohr durchdringen kann, während der andere Teil der Probenmoleküle und das gesamte Chromatographieträgergas über den Chromatographieabgasauslass ausgestoßen werden.
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Außerdem schafft die vorliegende Offenbarung ein Gaschromatograph-Ionenbeweglichkeitsspektrometer, das ein Gaswegsystem und einen wie oben beschriebenen Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektor umfasst, wobei das Gaswegsystem einen Chromatographiegasweg, einen ersten Beweglichkeitsgasweg und einen zweiten Beweglichkeitsgasweg umfasst, wobei der Chromatographiegasweg mit der Probeninjektionsöffnung in Verbindung steht, wobei das Chromatographieproben- und Trägergas über den Chromatographiegasweg und die Probeninjektionsöffnung in die Chromatographiesäule eintreten kann, wobei ein Teil der Probenmoleküle die halbdurchlässige Membran in die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer durchdringen kann; wobei ein Ende des ersten Beweglichkeitsgaswegs mit dem Beweglichkeitsrohr in Verbindung steht; wobei der zweite Beweglichkeitsgasweg mit dem Beweglichkeitsrohr in Verbindung steht, um Beweglichkeitsgas zu dem Beweglichkeitsrohr zu unterstützen; wobei das Beweglichkeitsrohr-Ausstoßgas, das von dem Beweglichkeitsrohr ausgestoßen wird, über den ersten Beweglichkeitsgasweg, den zweiten Beweglichkeitsgasweg und den Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergaseinlass in das Ionenbeweglichkeitsrohr eintreten kann, und wobei die Probe, die von der Chromatographieprobenkammer in die Ionenbeweglichkeitskammer durchgedrungen ist, unter des Wirkung des Beweglichkeitsproben- und Trägergases über den Probeneinlass in das Beweglichkeitsrohr eintreten kann und ionisiert wird und daraufhin unter der Wirkung eines elektrischen Beweglichkeitsfelds eine Faraday-Platte erreicht, um detektiert zu werden.
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Die durch die vorliegende Offenbarung im Vergleich zu dem Stand der Technik geschaffene vorteilhafte technische Wirkung ist, dass der Mittelabschnitt des Verbindungskörpers der Offenbarung als eine Metallverbindungsplatte vorgesehen ist und innerhalb der Metallverbindungsplatte eine halbdurchlässige Membran vorgesehen ist, wobei die halbdurchlässige Membran nur ermöglicht, dass ein Teil der Probe durch den Gaschromatographiemechanismus getrennt wird, um in den Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Mechanismus einzutreten, um detektiert zu werden, während das hochreine Trägergas außerhalb der halbdurchlässigen Membran gesperrt wird, was nicht nur sicherstellt, dass die unabhängige Ionisierungsumgebung des Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Mechanismus unbeeinflusst bleibt, sondern auch die Reinigung des Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektorteils während einer Langzeitverwendung des Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektors stark vereinfachen kann; außerdem ist an dem hinteren Ende der Metallverbindungsplatte ein Chromatographieabgasauslass vorgesehen, der dadurch verhindern kann, dass einige giftige Proben direkt ausgestoßen werden und somit das Personal und die Umwelt schädigen. Außerdem kann das Problem, dass die innerhalb des Beweglichkeitsrohrs erzeugte Verschmutzung während der Langzeitverwendung des vorhandenen Instruments schwer zu reinigen/zu entfernen ist, wirksam behandelt werden.
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Figurenliste
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Die oben erwähnten verschiedenen Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen besser mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen hervor. Diese Zeichnungen sind lediglich beispielhafte Darstellungen der Offenbarung, die nicht notwendig maßstabsgerecht sind, und bezeichnen dieselben Bezugszeichen, die in der Zeichnung dargestellt sind, dieselben oder ähnliche Komponenten. Darin ist:
- 1 ein schematisches Strukturdiagramm eines Gaschromatograph-Ionenbeweglichkeitsspektrometers gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ein schematisches Strukturdiagramm einer Metallverbindungsplatte des Gaschromatograph-Ionenbeweglichkeitsspektrometers gemäß der Offenbarung;
- 3 ein schematisches Diagramm eines Gaswegsystems eines Gaschromatograph-Ionenbeweglichkeitsspektrometers gemäß der Offenbarung; und
- 4 eine Vorderansicht der gesamten Maschine, wobei ein Gaschromatograph-Ionenbeweglichkeitsspektrometer gemäß der Offenbarung durch eine Pufferbodenplatte gestützt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun beispielhafte Ausführungsformen umfassender beschrieben. Allerdings können die beispielhaften Ausführungsformen in einer Vielzahl von Formen implementiert werden und sollten nicht als auf die hier dargelegten Beispiele beschränkt verstanden werden; stattdessen sind diese Ausführungsformen gegeben, um die vorliegende Offenbarung besser verständlich und vollständiger zu machen, wobei die Konzeption der beispielhaften Ausführungsformen dem Fachmann auf dem Gebiet umfassend übermittelt wird. Dieselben Bezugszeichen in der Zeichnung bezeichnen dieselbe oder eine ähnliche Struktur und die ausführliche Beschreibung davon ist hier weggelassen.
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In den vorliegenden Ausführungsformen können jene Begriffe für die (Positions-)Beziehung wie etwa „unterer“ oder „Unterseite“ und „oberer“ oder „Oberseite“ verwendet sein, um eine Beziehung einer dargestellten Komponente zu einer anderen zu beschreiben. Selbstverständlich wird die Komponente, die als auf einer „unteren“ Seite beschrieben ist, zu der Komponente, die auf der „oberen“ Seite ist, falls die wie dargestellte Anordnung umgedreht wird. Wenn eine bestimmte Schicht als „über/auf“ einer anderen Schicht oder Grundplatte angegeben ist, kann dies darüber hinaus bedeuten, dass die Schicht direkt auf einer anderen Schicht oder Grundplatte vorgesehen ist, oder bedeuten, dass die Schicht auf einer anderen Schicht oder Grundplatte vorgesehen ist, oder bedeuten, dass zwischen einer anderen Schicht oder Grundplatte eine oder mehrere andere Schichten liegen.
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Die vorliegende Offenbarung schafft einen Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektor 100 und ein Gaschromatograph-Ionenbeweglichkeitsspektrometer, das den Detektor enthält. Wie durch 1, 2 gezeigt ist, umfasst der Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektor 100 einen Gaschromatographiemechanismus und einen Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Mechanismus.
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Der Gaschromatographiemechanismus umfasst eine Chromatographiesäule 112 und eine Probeninjektionsöffnung 114, wobei die Probeninjektionsöffnung 14 an einem Ende der Chromatographiesäule 12 positioniert ist und mit der Chromatographiesäule 112 in Verbindung steht.
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Der Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Mechanismus umfasst ein Beweglichkeitsrohr 111 und einen Verbindungskörper, wobei der Verbindungskörper zwischen der Chromatographiesäule 112 und dem Beweglichkeitsrohr 111 vorgesehen ist und in Verbindung steht, wobei der Verbindungskörper eine Metallverbindungsplatte 110 umfasst; wobei die Metallverbindungsplatte 110 eine Chromatographiemetallplatte 137 und eine entsprechend vorgesehene Ionenbeweglichkeitsmetallplatte 138 umfasst, und wobei zwischen der Chromatographiemetallplatte 137 und der Ionenbeweglichkeitsmetallplatte 138 eine halbdurchlässige Membran 139 vorgesehen ist, wobei die Chromatographiemetallplatte 137 mit einem Chromatographieproben- und Trägergaseinlass 144, mit einer Chromatographieprobenkammer 142 und mit einem Chromatographieabgasauslass 145 versehen ist, wobei der Chromatographieproben- und Trägergaseinlass 144 mit der Chromatographiesäule 112 und mit der Chromatographieprobenkammer 142 in Verbindung steht; wobei auf der Ionenbeweglichkeitsmetallplatte 138 ein Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergaseinlass 146, eine Ionenbeweglichkeitsprobenkammer 143 und ein Probeneinlass 147, die miteinander in Verbindung stehen, vorgesehen sind, und wobei der Probeneinlass 147 mit dem Beweglichkeitsrohr 111 in Verbindung steht; wobei die Chromatographieprobenkammer 142 und die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer 143 durch die halbdurchlässige Membran 139 getrennt sind.
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Dabei treten die Probenmoleküle unter der Wirkung des Chromatographieproben- und Trägergases für die Vortrennung über die Probeninjektionsöffnung 114 in die Chromatographiesäule 112 ein und treten die vorgetrennten Probenmoleküle über den Chromatographieproben- und Trägergaseinlass 144 in die Chromatographieprobenkammer 142 ein, wobei ein Teil der Probenmoleküle die halbdurchlässige Membran 139 in die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer 143 durchdringen und über den Probeneinlass 147 in das Beweglichkeitsrohr 111 eintreten kann, während der andere Teil der Probenmoleküle und das gesamte Chromatographieträgergas daraufhin über den Chromatographieabgasauslass 145 ausgestoßen werden.
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Der Mittelabschnitt des Verbindungskörpers der Offenbarung ist als die Metallverbindungsplatte 110 vorgesehen und innerhalb der Metallverbindungsplatte 110 ist die halbdurchlässige Membran 139 vorgesehen, wobei die halbdurchlässige Membran 139 nur ermöglicht, dass ein Teil der Probe durch den Gaschromatographiemechanismus getrennt wird, um in den Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Mechanismus einzutreten, um detektiert zu werden, während das hochreine Trägergas außerhalb der halbdurchlässigen Membran 139 gesperrt wird, was nicht nur sicherstellt, dass die unabhängige Ionisierungsumgebung des Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Mechanismus unbeeinflusst bleibt, sondern auch die Reinigung des Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektors während einer Langzeitverwendung des Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektors 100 stark vereinfachen kann; außerdem ist an dem hinteren Ende der Metallverbindungsplatte 110, das mit einer Probenabsorptionsausrüstung, die aus Aktivkohle und einem Molekularsieb bestehen kann, in Verbindung stehen kann, ein Chromatographieabgasauslass 145 vorgesehen, so dass dadurch verhindert werden kann, dass einige giftige Proben direkt ausgestoßen werden und somit das Personal und die Umwelt schädigen. Außerdem kann das Problem, dass die Verschmutzung, die innerhalb des Beweglichkeitsrohrs während der Langzeitverwendung des vorhandenen Instruments erzeugt wird, schwer zu reinigen/zu entfernen ist, wirksam gelöst werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Probeninjektionsöffnung 114 so konfiguriert, dass sie eine Verzweigung aufweist oder nicht aufweist.
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Die Chromatographiesäule 112 kann eine Kapillarchromatographiesäule oder eine Clusterkapillarsäule (MCC) sein, wobei die vorliegende Offenbarung durch das Beispiel einer MCC-Säule dargestellt ist. Ferner umfasst der Gaschromatographiemechanismus eine Chromatographiesäulenhülse 113 zum Schützen der Chromatographiesäule 112 und zum Heizen der Chromatographiesäule 112, wobei die Chromatographiesäulenhülse 113 die Verbindung zwischen der Chromatographiesäule 112 und der Probeninjektionsöffnung 114 und zwischen der Chromatographiesäule 112 und dem Beweglichkeitsrohr 111 abgedichtet hält.
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Die Chromatographiemetallplatte 137 und die Ionenbeweglichkeitsmetallplatte 138 und die halbdurchlässige Membran 139 sind unter Verwendung eines O-Dichtungsrings und einer Kombinationsschraube abdichtend befestigt, wobei die halbdurchlässige Membran 139 die Chromatographieprobenkammer 142 und die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer 143 in zwei unabhängig abgedichtete ringförmige Hohlräume teilen kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform schließt ein Heizfilm 107 jene Abschnitte ein, die wie etwa die Probeninjektionsöffnung 114, die Chromatographiesäulenhülse 113 und das Beweglichkeitsrohr 111 usw. geheizt werden müssen, und schließt eine Isolierwatte 104 das Äußere des Heizfilms 107 ein. Zwischen dem Beweglichkeitsrohr 111 und dem Heizfilm 107 ist ein Aluminiumgehäuse 108 mit einer Innenwand, auf die ein wärmebeständiger hochisolierender Klebstoff aufgetragen ist, zur Abschirmung verwendet, um zu verhindern, dass der Heizfilm 107 und die äußeren elektromagnetischen Felder oder dergleichen das Signal des Beweglichkeitsrohrs 111 beeinflussen. Außerdem ist auf der Außenseite der Faraday-Platte 101 eine Metallplatte 102 zur Abschirmung verwendet, um die Fähigkeit, einer Störung einer Faraday-Platte 101 standzuhalten, zu verbessern.
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Ferner schafft die vorliegende Offenbarung ein Gaschromatograph-Ionenbeweglichkeitsspektrometer, das ein Gaswegsystem und den oben beschriebenen Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektor 100 umfasst, wobei die spezifische Konfiguration und das Betriebsverfahren davon im Folgenden interpretiert sind.
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Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Gaswegsystem einen Chromatographiegasweg, einen ersten Beweglichkeitsgasweg und einen zweiten Beweglichkeitsgasweg, wobei der Chromatographiegasweg mit der Probeninjektionsöffnung 114 in Verbindung steht, wobei das Chromatographieproben- und Trägergas über den Chromatographiegasweg und die Probeninjektionsöffnung 114 in die Chromatographiesäule 112 eintreten kann, wobei ein Teil der Probenmoleküle die halbdurchlässige Membran 139 in die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer 143 durchdringen kann; wobei ein Ende des ersten Beweglichkeitsgaswegs mit dem Beweglichkeitsrohr 111 in Verbindung steht; wobei der zweite Beweglichkeitsgasweg mit dem Beweglichkeitsrohr 111 in Verbindung steht, um für das Beweglichkeitsrohr 111 Beweglichkeitsgas bereitzustellen; wobei das Ausstoßgas, das von dem Beweglichkeitsrohr 111 ausgestoßen wird, über den ersten Beweglichkeitsgasweg, den zweiten Beweglichkeitsgasweg und den Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergaseinlass 146 in das Ionenbeweglichkeitsrohr eintreten kann, und wobei die Probe, die von der Chromatographieprobenkammer in die Ionenbeweglichkeitskammer durchgedrungen ist, unter des Wirkung des Beweglichkeitsproben- und Trägergases über den Probeneinlass 147 in das Beweglichkeitsrohr 111 eintreten kann und ionisiert wird, und daraufhin unter der Wirkung eines elektrischen Beweglichkeitsfelds eine Faraday-Platte erreicht, um detektiert zu werden.
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Dabei umfasst der Chromatographiegasweg einen Reiniger 116, ein Kombinationsventil 117 und eine Strömungssteuereinheit 118, wobei das Chromatographieproben- und Trägergas über den Reiniger 116, das Kombinationsventil 117 und die Strömungssteuereinheit 118 in die Probeninjektionsöffnung 114 eintreten kann.
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Vorzugsweise ist das Beweglichkeitsrohr 111 ein Beweglichkeitsrohr aus einer integrierten Keramik, und kann gemäß der Notwendigkeit als ein Einzelbetriebsart-Beweglichkeitsrohr mit einer einzelnen Detektionsbetriebsart oder als ein Doppelrohr mit zwei (einer positiven und einer negativen) Detektionsbetriebsarten ausgelegt sein. In der vorliegenden Offenbarung umfasst das Beweglichkeitsrohr 111 ein Rohr der positiven Betriebsart, ein Rohr der negativen Betriebsart, eine positive Ausstoßgasöffnung 106 und eine negative Ausstoßgasöffnung 105, wobei das Rohr der positiven Betriebsart und das Rohr der negativen Betriebsart über einen Verbindungskörper in Verbindung stehen, wobei die positive Ausstoßgasöffnung 106 mit dem Rohr der positiven Betriebsart in Verbindung steht und die negative Ausstoßgasöffnung 106 mit dem Rohr der negativen Betriebsart in Verbindung steht.
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Währenddessen umfasst der Verbindungskörper ferner wärmebeständige Isolierplatten 109, die beiderseits der Metallverbindungsplatte vorgesehen sind, die unter Verwendung eines kompakten Materials mit Wärmebeständigkeit, guter Isolation und kleinem Ausdehnungskoeffizienten wie etwa PTFE, PEEK, Keramik usw. hergestellt sind, um die Isolation zwischen der positiven und der negativen Betriebsart des Beweglichkeitsrohrs 111 sicherzustellen und die gegenseitige Störung zu verringern, wobei die Metallverbindungsplatte 110 durch rostfreies Metall hergestellt sein kann und die Metallverbindungsplatte 110 geerdet ist.
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Ferner umfasst das Gaswegsystem eine Pufferbodenplatte 120, wobei die Pufferbodenplatte 120 Pufferkammern A, B umfasst, wobei die Pufferkammer A zwischen der positiven Ausstoßgasöffnung 106 und dem ersten Beweglichkeitsgasweg verbunden ist und wobei die Pufferkammer B zwischen der negativen Ausstoßgasöffnung 105 und dem ersten Beweglichkeitsgasweg verbunden ist.
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Dabei kann die Pufferbodenplatte
120 derselben Technik folgend wie in dem früheren Patent
CN 106645472A hergestellt sein, was nicht nur den Impulsgasstrom, wenn eine Membranpumpe arbeitet, sowie die Auswirkung der Instrumentenschwingung auf den internen Gasstrom des Beweglichkeitsrohrs
111 wirksam verringern kann, sondern auch nützlich ist, um Fehlerbehebung und Wartung einzubauen, wobei die wiederholte Beschreibung hier weggelassen wird.
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Der erste Beweglichkeitsgasweg kann einen ersten Zweig S1, einen zweiten Zweig S2 und einen dritten Zweig S3, die durch einen T-Verbinder 122 verbunden sind, umfassen, wobei die Beweglichkeitsprobe und das Trägergas, die von den Pufferkammern A, B kommen, bei dem ersten Zweig S1 zusammenströmen, wobei der zweite Zweig S2 mit einem Molekularsieb 124 versehen ist und mit dem Beweglichkeitsproben- und Trägergaseinlass 146 in Verbindung steht, während in dem dritten Zweig S3 ein Reiniger 116 und eine Mikrofilterungsmembran 123 angeordnet sind, wobei ein Teil der Beweglichkeitsprobe und des Trägergases, der von dem ersten Zweig S1 kommt, in den zweiten Zweig S2 eintritt und der andere Teil in den dritten Zweig S3 eintritt.
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Ferner umfasst die Dämpfungsbodenplatte 120 eine Pufferkammer C, umfasst der erste Beweglichkeitsgasweg ferner einen vierten Zweig S4, und ist der zweite Zweig S2 mit der Pufferkammer C verbunden, wobei der vierte Zweig S4 die Pufferkammer C mit dem Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergaseinlass 146 verbindet, und wobei in dem vierten Zweig S4 eine Strömungssteuereinheit 118 angeordnet ist.
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Der zweite Beweglichkeitsgasweg umfasst einen Zweig S5 der positiven Betriebsart und einen Zweig S6 der negativen Betriebsart, wobei der Zweig S5 der positiven Betriebsart zwischen der Pufferkammer C und dem Rohr der positiven Betriebsart verbunden ist und der Zweig S6 der negativen Betriebsart zwischen der Pufferkammer C und dem Rohr der negativen Betriebsart verbunden ist.
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Wenn das Instrument arbeitet, wird das Chromatographieproben- und Trägergas durch eine Gasquelle 115 zugeführt und geht durch den Reiniger 116 in dem Rohr, um Verunreinigungen wie etwa Kohlenwasserstoff, Sauerstoffgas und Wasser aus dem hochreinen Gas zu entfernen, und tritt daraufhin durch ein Kombinationsventil 117, das an der Außenwand des Gehäuses befestigt ist, in den Instrumentengasweg ein. Wenn das Kombinationsventil 117 durch zwei Einwegdichtventile gebildet ist, werden die Zweikopfspule der zwei Einwegdichtventile aufgeschoben, da die zwei Einwegdichtventile verbunden sind, wobei das Kombinationsventil 117 einen Durchgang bildet; dabei werden die zwei Einwegdichtventile jeweils geschlossen, wenn sie voneinander getrennt werden. Dabei wird eine Strömungssteuereinheit 118 als ein Eingangsteil der Probeninjektionsöffnung 114 des Instruments verwendet, um das Chromatographieproben- und Trägergas zu regulieren, wobei das regulierte Chromatographieproben- und Trägergas von dem Chromatographieträgergaseinlass der Probeninjektionsöffnung 114 in eine Verdampfungskammer eintritt, nachdem es vorgeheizt worden ist, und die zu detektierende Probe in der Verdampfungskammer zur Vortrennung in die Chromatographiesäule 112 bringt (wobei das Bezugszeichen 119 in 3 den Gaschromatographiemechanismus bezeichnet); daraufhin tritt die Probe nach der MCC-Vortrennung von dem Chromatographieproben- und Trägergaseinlass 114 der Chromatographiemetallverbindungsplatte 137 des mittleren Verbindungskörpers in die Chromatographieprobenkammer 142 ein und durchdringt die halbdurchlässige Membran 139 in die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer 143, woraufhin die Probe unter der Wirkung des Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergases durch einen Probeneinlass 147, einen Ionisierungsbereich, einen Reaktionsbereich, eine Ionenschranke geht und unter einer Wirkung eines elektrischen Beweglichkeitsfelds eine Faraday-Platte erreicht, um detektiert zu werden. Dagegen strömen jene Proben, die nicht rechtzeitig in die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer 143 durchdringen, zusammen mit dem Chromatographieträgergas von der Chromatographieprobenkammer 142 über den Chromatographieabgasauslass 145 und werden von dem Abgasrohr ausgestoßen, nachdem sie durch den Reiniger 116 adsorbiert worden sind.
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Einerseits kann ein solches Verfahren der Verwendung der halbdurchlässigen Membran 139 zum Trennen der Chromatographie von der Ionenbeweglichkeitsspektrometrie sicherstellen, dass eine Ionisierungsumgebung der Ionenbeweglichkeit frei davon ist, durch das Chromatographieträgergas beeinflusst zu werden; andererseits würde die Reinigungsarbeit des Ionenbeweglichkeitsdetektorteils ebenfalls vereinfacht werden.
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In der Gaswegverbindung ist die Pufferbodenplatte 120 durch Duraluminium hergestellt und weist sie, wie oben erwähnt, drei unabhängige Dichthohlräume, d. h. die Pufferkammer A, die Pufferkammer B und die Pufferkammer C, auf.
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Die Ausstoßgasöffnung 105 der negativen Betriebsart ist mit der Pufferkammer B verbunden und mit einer Gaspumpöffnung der Membranpumpe 121 verbunden; die Ausstoßgasöffnung 106 der positiven Betriebsart ist mit der Pufferkammer C verbunden und mit einer Gaspumpöffnung der Membranpumpe 121 verbunden. Die Ausstoßgase der positiven/negativen Betriebsart werden bei dem T-Verbinder 122 zusammenströmen gelassen. Einer der zwei anderen Durchlässe des T-Verbinders 122 ist mit dem Ionenbeweglichkeitsreinigungs-Molekularsieb 124 verbunden und der andere ist mit dem Reiniger 116 verbunden, wobei an dem hinteren Ende des Reinigers 116 eine Mikrofilterungsmembran 123 vorgesehen ist. Dabei wird der mit dem Reiniger 116 verbundene Durchgang für den Ausgleich des Gasdrucks verwendet. Der mit dem Ionenbeweglichkeitsreinigungs-Molekularsieb 124 verbundene Durchgang wird verwendet, um das Ionenbeweglichkeitsumlaufgas zu reinigen, wobei das Umlaufgas durch das Molekularsieb 124 gereinigt wird und daraufhin in die Pufferkammer C eintritt, in drei Abschnitte geteilt wird und durch die Steuerung der Strömungssteuereinheit 118 mit den Beweglichkeitsgasöffnungen 103 der Beweglichkeitsrohre 111 der positiven und der negativen Betriebsart in Verbindung steht, um ein Beweglichkeitsgas zu bilden, und mit dem Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergaseinlass 146 an der Ionenbeweglichkeitsmetallplatte 138 in Verbindung steht, um ein Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergas zu bilden, wobei das Ionenbeweglichkeitsproben- und Trägergas die Probe, die die halbdurchlässige Membran 139 durchdrungen hat und von dem Probeneinlass 147 in die Ionenbeweglichkeitsprobenkammer 143 eingetreten ist, für eine Ionisationsanalyse in das Beweglichkeitsrohr 111 einleitet.
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Ferner umfasst die gekoppelte Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Vorrichtung eine elektrische Schaltung, wobei die elektrische Schaltung ein Leistungsmodul 127, eine Hauptplatine 129, ein Vorverstärkermodul 133, ein Modul 130 der positiven Spannung, ein Heizmodul und ein Steuermodul 132 umfasst, wobei die Hauptplatine 129 einerseits zum Verbinden des Ausgangskabels des Beweglichkeitsrohrs 111 (einer Faraday-Platten-Signalleitung und einer Leitung der positiven Spannung des Beweglichkeitsrohrs 111) und andererseits zum Bereitstellen eines oder mehrerer Schnellsteckplätze für das Vorverstärkermodul, für das Modul positiver Spannung, für das Bedienfeld oder dergleichen verwendet wird, um die Befestigung, den Wechsel und die Wartung jedes Moduls zu erleichtern; wobei das Leistungsmodul 127 verwendet wird, um einen Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom (AC) umwandeln und um der Hauptplatine eine konstante Arbeitsspannung zuzuführen.
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Um die durch den Betrieb der Membranpumpe 121 verursachte Schwingung zu verringern, sind für die Verbindung der Membranpumpe 121 und der Pufferbodenplatte 120 ein Dämpfungsstück 125 und eine Dämpfungsschraube verwendet. Eine AC-Versorgungsspannung kann, nachdem sie durch das Leistungsmodul 127 in eine DC-Arbeitsspannung umgewandelt worden ist, der Hauptplatine 129, dem Steuermodul 132, dem Modul 130 der positiven Spannung und dem Vorverstärkermodul 134 eine konstante DC-Arbeitsspannung zuführen.
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Das Modul 131 der positiven Spannung wird verwendet, um einer Ionenschranke Sprungimpulse zuzuführen, sowie einem Beweglichkeitsbereich und einer Gitterplatte (zwischen einem Unterdrückungsgitter und einer Faraday-Platte) ein stabiles elektrisches Feld zuzuführen, wobei das Vorverstärkermodul 134 dafür verwendet wird, das durch die Faraday-Platte empfangene Signal zu formen, zu filtern und zu verstärken; das Steuermodul 132 wird dafür verwendet, eine Änderung und Steuerung der Heizung und der Wärmeerhaltung, des Starts und des Herunterfahrens des Instruments und anderer Arbeitsparameter zu erzielen. Das Heizmodul wird verwendet, um eine Struktur des GC-IMS, das in einem Hochtemperaturzustand arbeitet, zu heizen; und das Steuermodul wird verwendet, um eine Änderung und Steuerung der Heizung, des Starts und des Herunterfahrens des Instruments und anderer Arbeitsparameter zu erzielen.
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Um die Hauptplatine 129 auf der Pufferbodenplatte 120 zu befestigen, ist ein Befestigungsbein 128 verwendet. Die Hauptplatine 129 wird verwendet, um für die positive Spannung, für den Vorverstärker, für die zentrale Steuerung oder dergleichen einen oder mehrere Schnellsteckplätze bereitzustellen; und wird außerdem verwendet, um die positive Spannung, die zum Betreiben des Beweglichkeitsrohrs 111 erforderlich ist, in die Beweglichkeitsrohrelektrode einzuleiten und um ein Faraday-Platten-Signal für die Formung, Filterung und Verstärkung usw. an das Vorverstärkermodul zu senden. Dabei verwenden die Leitung der positiven Spannung zwischen der Hauptplatine und der Elektrode des Beweglichkeitsrohrs 111 und die Anschlussleitung zwischen dem Faraday-Plattensignal und der Hauptplatine jeweils Abschirmungskoaxialkabel 135, um eine Störung der positiven Spannung an dem Signal zu verhindern und um zu verhindern, dass das Faraday-Platten-Signal während der Übertragung gestört wird.
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Währenddessen verwenden das Modul 130 der positiven Spannung und das Vorverstärkermodul jeweils ein Gehäuse 131 zur Abschirmung positiver Spannung, ein Vorverstärkerabschirmgehäuse 134 zur Abschirmung, wobei das Beweglichkeitsrohr 111 durch die Abschirmaluminiumlage 108 des Beweglichkeitsrohrs 111 eingeschlossen ist, wobei das Abschirmkabel und das Abschirmgehäuse eine äußere elektromagnetische Störung an dem Beweglichkeitsrohr 111 und an der elektrischen Schaltung wirksam verringern können, damit das Detektorsystem über eine lange Zeitdauer effektiv arbeiten kann.
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Dabei umfasst der oben beschriebene Abschirmmantel einen Heizungsabschirmmantel des Beweglichkeitsrohrs 111, einen Faraday-Platten-Abschirmzylinder, einen integrierten Abschirmmantel des Beweglichkeitsrohrs 111 und einen Abschirmmantel der positiven Spannung und des Vorverstärkers usw., wobei eine Mehrfachschicht einer Metallabschirmung die Störung von der Außenwelt und von der inneren elektrischen Schaltung des GC-IMS auf das Beweglichkeitsrohr 111 beim Sammeln oder Ausgeben eines Signals wirksam verringern kann, wobei die Abschirmung der elektrischen Schaltung einen äußeren elektromagnetischen Einfluss auf die Arbeitsstabilität der elektrischen Schaltung verringern kann, damit das Modul des Beweglichkeitsrohrs 111 über eine lange Zeitdauer effektiv arbeiten kann.
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Der Pufferhohlraum, der durch die Pufferbodenplatte 120 vorgesehen ist, kann den Gasimpuls der Membranpumpe 12 wirksam beseitigen und kann eine unabhängige Steuerung für das Beweglichkeitsgas der positiven/negativen Betriebsart und für das Ausstoßgas erzielen; andererseits stellt die Pufferbodenplatte 120 eine oder mehrere schnelle Öffnungen für die Gaswegverbindung des Molekularsiebs 124 und des Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektors 100 oder dergleichen bereit, was den Austausch des Molekularsiebs und der Verbindung des Gaswegs erleichtert.
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Gleichzeitig sind der Gaschromatographie-Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Detektor 100, das Molekularsieb 124, das Leistungsmodul 127, das Heizmodul 126, das Gaspumpen-Dämpfungsstück (der Puffer) 125 und die Hauptplatine 129 oder dergleichen alle an der Pufferbodenplatte 120 befestigt, so dass das System als ein Gesamtmodul hergestellt werden kann, wenn die Pufferbodenplatte 120 bei der Wartung und beim Einbau vollständig aus dem Instrumentenmantel 136 genommen wird, oder nach dem Einbau und Austesten in den Instrumentenmantel 136 eingebaut werden kann, was nicht nur die Montage, die Wartung und den Austausch des Detektors in dem Gehäuse erleichtert, sondern auch eine gute Schwingungsdämpfungswirkung und Abschirmwirkung für den Detektor erzielt.
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Als Schlussfolgerung stellt die vorliegende Offenbarung ein gekoppeltes Schnittstellenverfahren einer gekoppelten GC-IMS-Technik und eine Vorrichtung dafür bereit, die nicht nur die Verbindung zwischen den Chromatographie- und dem Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Instrumenten, die Wartung des GC-IMS und die Reinigung des Beweglichkeitsrohrs stark erleichtern, sondern außerdem eine stabile Ionisierungsumgebung für die Ionenbeweglichkeit sicherstellen, die frei von Beeinflussung ist, so dass die Verwendung und Wartung des GC-IMS zweckmäßiger sein kann und die Leistungsfähigkeit davon dadurch stabiler ist.
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Obgleich die Offenbarung mit Bezug auf mehrere repräsentative Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind die hier verwendeten Termini selbstverständlich lediglich veranschaulichende und beispielhafte Termini ohne Einschränkung. Da die Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden kann, ohne von dem Erfindungsgedanken oder Wesen der Offenbarung abzuweichen, sollen diese oben erwähnten Ausführungsformen selbstverständlich nicht auf die oben erwähnte ausführliche Beschreibung beschränkt sein und sollen im Erfindungsgedanken und Schutzumfang der hier beigefügten Ansprüche umfassend interpretiert werden. Somit sollen alle Änderungen, die im Schutzumfang der Ansprüche und ihrer Entsprechungen liegen, durch die beigefügten Ansprüche erfasst sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 201711479224 [0001]
- CN 106645472 A [0032]
