RU218361U9 - DEVICE FOR SELECTION AND SUBMISSION OF SAMPLES OF LABORLY SUBSTANCES FOR CHEMICAL ANALYSIS - Google Patents

DEVICE FOR SELECTION AND SUBMISSION OF SAMPLES OF LABORLY SUBSTANCES FOR CHEMICAL ANALYSIS Download PDF

Info

Publication number
RU218361U9
RU218361U9 RU2023106457U RU2023106457U RU218361U9 RU 218361 U9 RU218361 U9 RU 218361U9 RU 2023106457 U RU2023106457 U RU 2023106457U RU 2023106457 U RU2023106457 U RU 2023106457U RU 218361 U9 RU218361 U9 RU 218361U9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tube
sample
carrier
analysis
sample carrier
Prior art date
Application number
RU2023106457U
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU218361U1 (en
Inventor
Алексей Леонидович Макась
Михаил Львович Трошков
Андрей Сергеевич Кудрявцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
Publication of RU218361U1 publication Critical patent/RU218361U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU218361U9 publication Critical patent/RU218361U9/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам подачи на анализ проб труднолетучих веществ, способных в условиях проведения анализа переходить в паровую фазу из твердых материалов, в частности, для качественного и количественного следового анализа методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии.The utility model relates to analytical instrumentation, namely to devices for supplying samples of low-volatile substances for analysis, capable of passing into the vapor phase from solid materials under analysis conditions, in particular, for qualitative and quantitative trace analysis by gas chromatography and mass spectrometry methods.

Сущность полезной модели: заявленный технический результат достигается тем, что для переноса пробы, содержащей труднолетучие вещества, в инжекторную трубку используется съемный носитель пробы, а для его точного позиционирования в инжекторной трубке используется устройство фиксации, не допускающее контакта носителя пробы с внутренней трубкой. Проба, содержащая труднолетучие вещества, переносится на носитель в результате контакта с поверхностью исследуемого объекта преимущественно за счет адгезии.Essence of the utility model: the claimed technical result is achieved by the fact that a removable sample carrier is used to transfer a sample containing low-volatile substances into the injection tube, and for its precise positioning in the injection tube, a fixation device is used that does not allow contact of the sample carrier with the inner tube. A sample containing non-volatile substances is transferred to the carrier as a result of contact with the surface of the object under study, mainly due to adhesion.

Технический результат: повышение быстродействия, достоверности, а также упрощение анализа примесей, следов труднолетучих веществ, находящихся на поверхностях или внутри твердых материалов.

Figure 00000001
EFFECT: increased speed, reliability, as well as simplification of the analysis of impurities, traces of hardly volatile substances located on surfaces or inside solid materials.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам подачи на анализ проб труднолетучих веществ, способных в условиях проведения анализа переходить в паровую фазу из твердых материалов, в частности, для качественного и количественного следового анализа методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии.The utility model relates to analytical instrumentation, namely to devices for supplying samples of low-volatile substances for analysis, capable of passing into the vapor phase from solid materials under analysis conditions, in particular, for qualitative and quantitative trace analysis by gas chromatography and mass spectrometry methods.

Устройства для подачи на анализ проб (устройства ввода) являются одним из важнейших элементов аппаратуры химического анализа на основе методов газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Особенно важны их характеристики при анализе следовых концентраций реакционноспособных веществ. В этом случае для обеспечения достоверности анализа необходимо подать пробу на анализ наиболее коротким путем без промежуточного контакта компонентов пробы с элементами устройства и за минимальное время. При подаче пробы в газохроматографическую колонку таким образом формируется узкий пик и не требуется дополнительная фокусировка пробы.Devices for submitting samples for analysis (input devices) are one of the most important elements of chemical analysis equipment based on gas chromatography and mass spectrometry methods. Their characteristics are especially important in the analysis of trace concentrations of reactive substances. In this case, to ensure the reliability of the analysis, it is necessary to submit the sample for analysis in the shortest way without intermediate contact of the sample components with the elements of the device and in the minimum time. When a sample is fed into a gas chromatographic column, a narrow peak is formed in this way and no additional focusing of the sample is required.

Определение следов и микрочастиц труднолетучих веществ на различных поверхностях является актуальной аналитической задачей, ориентированной в первую очередь на выявление запрещенных к обороту и контролируемых веществ, таких как взрывчатые и наркотические вещества. Помимо этого, такой анализ востребован в интересах обеспечения химической безопасности населения при биомониторинге в целях оперативного определения токсичных экзогенных веществ и их метаболитов в биологических жидкостях человека, в том числе в липидном слое кожи. В области прецизионной медицины возрастает число исследований, направленных на оперативный терапевтический мониторинг, а также на разработку неинвазивных методов мониторинга биомаркеров в липидном слое кожи человека для ранней диагностики заболеваний.Determination of traces and microparticles of non-volatile substances on various surfaces is an important analytical task, focused primarily on the identification of prohibited and controlled substances, such as explosives and narcotic substances. In addition, such an analysis is in demand in the interests of ensuring the chemical safety of the population during biomonitoring in order to quickly determine toxic exogenous substances and their metabolites in human biological fluids, including the lipid layer of the skin. In the field of precision medicine, there is an increasing number of studies aimed at operational therapeutic monitoring, as well as the development of non-invasive methods for monitoring biomarkers in the lipid layer of human skin for early diagnosis of diseases.

Известно устройство для отбора и ввода труднолетучих веществ, описанное в статье Huang, Min-Zong et al. Rapid characterization of chemical compounds in liquid and solid states using thermal desorption electrospray ionization mass spectrometry // Analytical chemistry. - 2013. - T. 85. - №19. - C. 8956-8963. Устройство включает трубку из кварца внутренним диаметров 4 мм и длиной 80 мм, размещенную внутри нагревателя, один открытый конец которой размещен вблизи области ионизации источника ионов масс-спектрометра, а другой открытый конец имеет съемную заглушку, патрубок, соединенный с верхним концом трубки через который подается газ-носитель, съемный носитель пробы, который выполнен в виде иглы из нержавеющей стали диаметром 0, 35 мм. Для отбора пробы с поверхности съемный носитель приводится в контакт с поверхностью и несколько раз проводится по ней. Аналиты переходят с анализируемой поверхности на съемный носитель в результате адгезии. Для подачи пробы на анализ снимается заглушка и вместо нее в нагретую трубку герметично устанавливается носитель пробы. Десорбированные вещества потоком газа-носителя направляются в источник ионов масс-спектрометра, который находится при атмосферном давлении, через открытый конец трубки. Данное устройство имеет ограниченную область применения, поскольку предназначено для работы только с источниками ионизации, работающими при атмосферном давлении (химическая ионизация при атмосферном давлении, электроспрей и т.п.). Данное устройство не предназначено для подачи пробы в хроматографическую колонку. В то время как пробы, отобранные с реальных поверхностей, имеют сложный химический состав и требуют предварительного хроматографического разделения для обеспечения достоверных результатов анализа.Known device for the selection and input of volatile substances, described in the article by Huang, Min-Zong et al. Rapid characterization of chemical compounds in liquid and solid states using thermal desorption electrospray ionization mass spectrometry // Analytical chemistry. - 2013. - T. 85. - No. 19. - C. 8956-8963. The device includes a tube made of quartz with an inner diameter of 4 mm and a length of 80 mm, placed inside the heater, one open end of which is located near the ionization region of the ion source of the mass spectrometer, and the other open end has a removable plug, a branch pipe connected to the upper end of the tube through which carrier gas, a removable sample carrier, which is made in the form of a stainless steel needle with a diameter of 0.35 mm. To take a sample from the surface, the removable carrier is brought into contact with the surface and passed over it several times. Analytes transfer from the analyzed surface to the removable media as a result of adhesion. To submit the sample for analysis, the plug is removed and instead, the sample carrier is hermetically installed in the heated tube. The desorbed substances are directed by the carrier gas flow to the ion source of the mass spectrometer, which is at atmospheric pressure, through the open end of the tube. This device has a limited scope, since it is designed to work only with atmospheric pressure ionization sources (atmospheric pressure chemical ionization, electrospray, etc.). This device is not designed to supply a sample to a chromatographic column. While samples taken from real surfaces have a complex chemical composition and require prior chromatographic separation to ensure reliable analysis results.

Известно устройство для подачи проб на газовый анализ, являющееся наиболее близким к заявленному устройству по технической сущности (прототип) (Патент на изобретение №2126148, МПК G01N 30/04, 1/22, опубл. 10.02.1999).A device for submitting samples for gas analysis is known, which is the closest to the claimed device in terms of technical essence (prototype) (Patent for invention No. 2126148, IPC G01N 30/04, 1/22, publ. 10.02.1999).

Схема устройства приведена на Фиг. 1. Устройство включает внутреннюю трубку 1, представляющую кварцевую капиллярную колонку для газовой хроматографии, конец 2 которой выполнен открытым, а другой конец подключен через детектор 3 к побудителю потока газа (на схеме не показано), представляющего собой вакуумный насос. Промежуточная трубка 4 имеет открытый конец 5, а на другом ее конце установлена заглушка 6. Через заглушку 6 пропущен конец 2 внутренней трубки 1. Внешняя трубка 7 имеет открытый конец 8, а другой ее конец 9 состыкован с концом 5 трубки 4. Узел изоляции канала внешней трубки 7 от внешней среды выполнен в виде побудителя потока 10 газа-носителя, соединенного посредством патрубка 11, с промежуточной трубкой 4. Побудитель потока 10 газа-носителя представляет собой сосуд с газом-носителем под давлением, снабженный вентилем для регулирования подачи газа. Вокруг трубки 7 и трубки 4 с патрубком 11 размещено устройство 12 нагрева и поддержания температуры, выполненное в виде массивного блока из нержавеющей стали, снабженного нагревательным элементом, датчиком температуры и блоком электропитания (на схеме не показаны). Инжекторная трубка 13 выполнена в виде тонкостенной трубки (внешний диаметр 2 мм, толщина стенки 0,15 мм) из нержавеющей стали. Материал «А», содержащий пробу, например, аэрозольный фильтр или сорбент «Тепах» между двумя тампонами из стекловаты, размещен вблизи конца 14 трубки 13. Конец 14 трубки 13 размещен в трубке 7 с зазором относительно ее внутренних стенок. Конец 2 внутренней трубки 1 пропущен через трубку 4 и установлен внутри инжекторной трубки 13 перед материалом «А». Конец 15 инжекторной трубки 13 подсоединен посредством быстросъемного герметичного соединения 16 и гибкого патрубка 17 (на схеме показан не полностью) к побудителю 18 потока газа-носителя.The device diagram is shown in Fig. 1. The device includes an inner tube 1 representing a quartz capillary column for gas chromatography, the end 2 of which is made open, and the other end is connected through a detector 3 to a gas flow driver (not shown in the diagram), which is a vacuum pump. The intermediate tube 4 has an open end 5, and a plug 6 is installed at its other end. The end 2 of the inner tube 1 is passed through the plug 6. The outer tube 7 has an open end 8, and its other end 9 is docked with the end 5 of the tube 4. Channel isolation unit The outer tube 7 from the external environment is made in the form of a carrier gas flow driver 10 connected by means of a pipe 11 to an intermediate pipe 4. The carrier gas flow driver 10 is a vessel with a carrier gas under pressure, equipped with a valve for regulating the gas supply. Around the tube 7 and tube 4 with a pipe 11 there is a device 12 for heating and maintaining the temperature, made in the form of a massive block of stainless steel, equipped with a heating element, a temperature sensor and a power supply unit (not shown in the diagram). The injection tube 13 is made in the form of a thin-walled tube (outer diameter 2 mm, wall thickness 0.15 mm) of stainless steel. Material "A", containing the sample, for example, an aerosol filter or "Tepah" sorbent between two glass wool swabs, is placed near the end 14 of the tube 13. The end 14 of the tube 13 is placed in the tube 7 with a gap relative to its inner walls. The end 2 of the inner tube 1 is passed through the tube 4 and installed inside the injection tube 13 in front of the material "A". The end 15 of the injection tube 13 is connected by means of a quick-release tight connection 16 and a flexible pipe 17 (not shown in the diagram) to the booster 18 of the carrier gas flow.

Устройство работает следующим образом. Подаче на анализ предшествует процедура отбора пробы. Аэрозоли из воздуха отбирают на фильтр путем пропускания через него некоторого объема воздуха. Пары органических веществ из воздуха отбирают на сорбент, которым снабжена инжекторная трубка 13 путем пропускания через нее некоторого объема воздуха. Органические вещества из летучих растворителей отбирают на сорбент, которым снабжена инжекторная трубка 13 путем, путем нанесения аликвоты раствора и последующего удаления растворителя из сорбента посредством пропускания через инжекторную трубку 13 достаточного объема газа-носителя.The device works as follows. Submission for analysis is preceded by a sampling procedure. Aerosols from the air are taken to the filter by passing a certain volume of air through it. Pairs of organic substances from the air are taken to the sorbent, which is equipped with the injector tube 13 by passing through it a certain amount of air. Organic substances from volatile solvents are taken onto the sorbent provided with the injection tube 13 by applying an aliquot of the solution and then removing the solvent from the sorbent by passing a sufficient volume of carrier gas through the injection tube 13.

Для поддержания устройства в рабочем состоянии включают побудитель (на схеме не показан) потока газа, подсоединенный через детектор 3 к трубке 1, что обеспечивает непрерывный поток газа из устройства в детектор 3 через открытый конец 2 и канал внутренней трубки 1 с расходом Q1; непрерывно подают с расходом Q2>Q1 газ-носитель из побудителя 10 в патрубок 11, трубки 4, 7 и из трубки 7 через конец 8 в окружающую среду, что исключает проникновение окружающей среды в трубку 1 через конец 8 и трубку 7. Кроме того включают устройство 12 нагрева и поддержания температуры.To maintain the device in working order, a gas flow driver (not shown in the diagram) is connected through the detector 3 to the tube 1, which ensures a continuous gas flow from the device to the detector 3 through the open end 2 and the channel of the inner tube 1 with a flow rate Q1; the carrier gas is continuously supplied at a flow rate Q2>Q1 from the exciter 10 to the branch pipe 11, tubes 4, 7 and from tube 7 through end 8 into the environment, which prevents the environment from penetrating into tube 1 through end 8 and tube 7. device 12 for heating and maintaining the temperature.

На первой стадии, стадии подготовки к подаче пробы на анализ конец 15 инжекторной трубки 13 присоединяют посредством соединения 16 к патрубку 17, включают побудитель 18 потока с расходом Q3 и ожидают некоторое время, необходимое для заполнения патрубка 17 и трубки 13 газом; размещают конец 14 трубки 13 перед концом 8 снаружи трубки 7.At the first stage, the stage of preparation for submitting a sample for analysis, the end 15 of the injection tube 13 is connected by means of a connection 16 to the nozzle 17, the flow booster 18 is turned on with a flow rate Q3 and some time is expected to fill the nozzle 17 and tube 13 with gas; end 14 of tube 13 is placed in front of end 8 outside tube 7.

На второй стадии, стадии подачи пробы на анализ, трубку 13 быстро вводят внутрь внешней трубки 7, при этом материал «А» оказывается перед концом 2 трубки 1. Конец 14 трубки 13, вследствие контакта со стенками трубки 7 и газом-носителем, а также теплового излучения, нагревается вместе с материалом «А» и пробой. Трубку 13 удерживают в трубке 7 в течение времени, необходимого для нагрева конца 14 трубки 13 с материалом «А» и подачи пробы с потоком газа-носителя из трубки 13 через конец 2 в трубку 1. При Q1<Q3 подача пробы в трубку 1 осуществляется без потерь.In the second stage, the stage of submitting the sample for analysis, the tube 13 is quickly inserted inside the outer tube 7, while the material "A" is in front of the end 2 of the tube 1. The end 14 of the tube 13, due to contact with the walls of the tube 7 and the carrier gas, as well as thermal radiation, heats up together with the material "A" and the sample. The tube 13 is kept in the tube 7 for the time necessary to heat the end 14 of the tube 13 with the material "A" and supply the sample with the carrier gas flow from the tube 13 through the end 2 into the tube 1. When Q1<Q3, the sample is fed into the tube 1 no loss.

Устройство используется в изделии Мобильный хромато-масс-спектрометр МХМС «Навал» (ГО.3.09.00, ИЦ604С600ТУ), предназначенном для обнаружения, идентификации и расшифровки структуры токсичных химических веществ в газообразных и жидких пробах.The device is used in the product Mobile Chromato-Mass Spectrometer MHMS "Naval" (GO.3.09.00, ITs604S600TU), designed to detect, identify and decipher the structure of toxic chemicals in gaseous and liquid samples.

Наиболее распространенным вариантом использования устройства является анализ примесей газов и паров органических веществ в атмосферном воздухе. В таком варианте реализации инжекторная трубка содержит слой порошкообразного сорбента, который фиксируется газопроницаемыми «пробками», а отбор пробы осуществляется путем пропускания некоторого объема воздуха через нее. В приведенных статьях описано применение устройства в сочетании с хромато-масс-спектрометрическим детектированием: для анализа фосфорорганических токсичных веществ в воздухе (Makas A.L., Troshkov M.L. Field gas chromatograhy - mass spectrometry for fast analysis // Journal of chromatography B. - 2004. - T. 800. - №1-2. - C. 55-61), метилмеркаптана и диметилсульфида (Kudryavtsev A.S., at al The method for on-site determination of trace concentrations of methyl mercaptan and dimethyl sulfide in air using a mobile mass spectrometer with atmospheric pressure chemical ionization, combined with a fast enrichment/separation system // Talanta. - 2014. - T. 123. - C. 140-145); серу- и селенсодержащих веществ в эманациях сульфидсодержащих отвалов (Bortnikova S., et al, Mechanisms of low-temperature vapor-gas streams formation from sulfide mine waste Science of the Total Environment // - 2019. - том 647. - С.411-419).The most common use of the device is the analysis of impurities of gases and vapors of organic substances in the atmospheric air. In this embodiment, the injection tube contains a layer of powdered sorbent, which is fixed by gas-permeable plugs, and sampling is carried out by passing a certain volume of air through it. The above articles describe the use of the device in combination with chromato-mass spectrometric detection: for the analysis of organophosphorus toxic substances in the air (Makas A.L., Troshkov M.L. Field gas chromatograhy - mass spectrometry for fast analysis // Journal of chromatography B. - 2004. - T 800. - No. 1-2. - C. 55-61), methyl mercaptan and dimethyl sulfide (Kudryavtsev A.S., at al The method for on-site determination of trace concentrations of methyl mercaptan and dimethyl sulfide in air using a mobile mass spectrometer with atmospheric pressure chemical ionization, combined with a fast enrichment/separation system // Talanta, 2014, vol. 123, pp. 140-145); sulfur- and selenium-containing substances in the emanations of sulfide-containing dumps (Bortnikova S., et al, Mechanisms of low-temperature vapor-gas streams formation from sulfide mine waste Science of the Total Environment // - 2019. - Volume 647. - P.411- 419).

Недостатком прототипа является необходимость дополнительной пробоподготовки при анализе примесей или следов труднолетучих веществ, находящихся на поверхностях или внутри твердых материалов. То есть, для выполнения анализа аналиты предварительно необходимо перевести либо в паровую фазу путем нагрева образца, либо в раствор путем экстракции. И то и другое требует дополнительных материалов и времени. При этом может происходить изменение качественного и количественного состава аналита, что снижает достоверность анализа.The disadvantage of the prototype is the need for additional sample preparation in the analysis of impurities or traces of non-volatile substances located on surfaces or inside solid materials. That is, to perform the analysis, the analytes must first be transferred either into the vapor phase by heating the sample, or into solution by extraction. Both require additional materials and time. In this case, a change in the qualitative and quantitative composition of the analyte may occur, which reduces the reliability of the analysis.

Заявленная полезная модель решает задачу анализа следов труднолетучих веществ, находящихся на поверхностях или внутри твердых материалов без дополнительной стадии пробоподготовки.The claimed utility model solves the problem of analyzing traces of low-volatile substances located on surfaces or inside solid materials without an additional sample preparation step.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение быстродействия, достоверности, а также упрощение анализа примесей, следов труднолетучих веществ, находящихся на поверхностях или внутри твердых материалов.The technical result of the claimed utility model is to increase the speed, reliability, and also simplify the analysis of impurities, traces of hardly volatile substances located on surfaces or inside solid materials.

Заявленный технический результат достигается тем, что для переноса пробы, содержащей труднолетучие вещества, в инжекторную трубку используется съемный носитель пробы, а для его точного позиционирования в инжекторной трубке используется устройство фиксации, не допускающее контакта носителя пробы с внутренней трубкой. Проба, содержащая труднолетучие вещества, переносится на носитель в результате контакта с поверхностью исследуемого объекта преимущественно за счет адгезии.The claimed technical result is achieved in that a removable sample carrier is used to transfer a sample containing low-volatile substances into the injection tube, and a fixation device is used to accurately position it in the injection tube, preventing contact of the sample carrier with the inner tube. A sample containing non-volatile substances is transferred to the carrier as a result of contact with the surface of the object under study, mainly due to adhesion.

Перед подачей пробы на анализ съемный носитель пробы размещается в инжекторной трубке и позиционируется в ней с помощью устройства фиксации таким образом, чтобы при подаче пробы на анализ носитель пробы не контактировал с открытым концом внутренней трубки. Носитель пробы имеет маленькую теплоемкость и размещается с зазором относительно внутренних стенок инжекторной трубки. В качестве носителя пробы используется отрезок трубки или проволоки, а также частицы самого анализируемого материала.Before the sample is submitted for analysis, the removable sample carrier is placed in the injection tube and positioned in it using the fixation device in such a way that when the sample is submitted for analysis, the sample carrier does not come into contact with the open end of the inner tube. The sample carrier has a low heat capacity and is placed with a gap relative to the inner walls of the injection tube. As a sample carrier, a piece of tube or wire is used, as well as particles of the analyzed material itself.

Для обеспечения быстрой и простой смены носителя пробы устройство размещено в пространстве таким образом, чтобы на носитель пробы в инжекторной трубке при подаче на анализ действовала сила тяжести, направленная к открытому концу внутренней трубки. В качестве устройства фиксации носителя пробы используется металлическая сетка или другая термостойкая газопроницаемая преграда с маленькой теплоемкостью, установленная в инжекторной трубке.To ensure a quick and easy change of the sample carrier, the device is placed in space in such a way that the sample carrier in the injector tube, when fed for analysis, is acted upon by gravity directed towards the open end of the inner tube. A metal mesh or other heat-resistant gas-permeable barrier with a small heat capacity installed in the injection tube is used as a device for fixing the sample carrier.

Устройство поясняется чертежами, на которых показано:The device is illustrated by drawings, which show:

На Фиг. 1 - Схема известного устройства.On FIG. 1 - Scheme of a known device.

На Фиг. 2 - Схема нового устройства.On FIG. 2 - Scheme of the new device.

На Фиг. 3 - Процедура отбора и ввода пробы потожирового слоя с поверхности кожи человека.On FIG. 3 - The procedure for taking and introducing a sample of the sweat-fat layer from the surface of human skin.

На Фиг. 4 - Фотография поверхности носителя пробы до и после отбора пробы.On FIG. 4 - Photo of the surface of the sample carrier before and after sampling.

На Фиг. 5 - Результаты хромато-масс-спектрометрического анализа потожирового слоя на поверхности кожи человека.On FIG. 5 - Results of chromato-mass-spectrometric analysis of sweat-fat layer on the surface of human skin.

Схема устройства приведена на Фиг. 2. Устройство включает внутреннюю трубку 1, представляющую кварцевую капиллярную колонку для газовой хроматографии, конец 2 которой выполнен открытым, а другой конец подключен через детектор 3 к побудителю потока газа (на схеме не показано), представляющего собой вакуумный насос. Промежуточная трубка 4 имеет открытый конец 5, а на другом ее конце установлена заглушка 6. Через заглушку 6 пропущен конец 2 внутренней трубки 1. Внешняя трубка 7 имеет открытый конец 8, а другой ее конец 9 состыкован с концом 5 трубки 4. Узел изоляции канала внешней трубки 7 от внешней среды выполнен в виде побудителя потока 10 газа-носителя, соединенного посредством патрубка 11, с промежуточной трубкой 4. Побудитель потока 10 газа-носителя представляет собой сосуд с газом-носителем под давлением, снабженный вентилем для регулирования подачи газа. Вокруг трубки 7 и трубки 4 с патрубком 11 размещено устройство 12 нагрева и поддержания температуры, выполненное в виде массивного блока из нержавеющей стали, снабженного нагревательным элементом, датчиком температуры и блоком электропитания (на схеме не показаны). Инжекторная трубка 13 выполнена в виде тонкостенной трубки (внешний диаметр 2 мм, толщина стенки 0,15 мм) из нержавеющей стали. С целью быстрого и простого переноса пробы, содержащей труднолетучие вещества, носитель пробы «А» имеет маленькую теплоемкость, выполнен съемным, в виде, например, отрезка проволоки или трубки из металла и размещен вблизи открытого конца 2 внутренней трубки с зазором относительно внутренних стенок инжекторной трубки 13. В качестве носителя пробы могут использоваться также частицы самого анализируемого материала.The device diagram is shown in Fig. 2. The device includes an inner tube 1, representing a quartz capillary column for gas chromatography, the end 2 of which is made open, and the other end is connected through the detector 3 to a gas flow driver (not shown in the diagram), which is a vacuum pump. The intermediate tube 4 has an open end 5, and a plug 6 is installed at its other end. The end 2 of the inner tube 1 is passed through the plug 6. The outer tube 7 has an open end 8, and its other end 9 is docked with the end 5 of the tube 4. Channel isolation unit The outer tube 7 from the external environment is made in the form of a carrier gas flow driver 10 connected by means of a pipe 11 to an intermediate pipe 4. The carrier gas flow driver 10 is a vessel with a carrier gas under pressure, equipped with a valve for regulating the gas supply. Around the tube 7 and tube 4 with a pipe 11 there is a device 12 for heating and maintaining the temperature, made in the form of a massive block of stainless steel, equipped with a heating element, a temperature sensor and a power supply unit (not shown in the diagram). The injection tube 13 is made in the form of a thin-walled tube (outer diameter 2 mm, wall thickness 0.15 mm) of stainless steel. For the purpose of quick and easy transfer of a sample containing hardly volatile substances, the “A” sample carrier has a low heat capacity, is made removable, for example, in the form of a piece of wire or a metal tube and is placed near the open end 2 of the inner tube with a gap relative to the inner walls of the injector tube 13. Particles of the analyzed material itself can also be used as a sample carrier.

Размещение съемного носителя пробы «А» с зазором относительно внутренних стенок инжекторной трубки обеспечивает его быструю и простую смену. Устройство размещено в пространстве таким образом, чтобы на носитель пробы в инжекторной трубке при подаче на анализ действовала сила тяжести, направленная к открытому концу внутренней трубки, а с целью фиксации его положения и не допущения контакта с внутренней трубкой 1, вводится устройство 19 фиксации с маленькой теплоемкостью, выполненное в виде сетки или другой газопроницаемой преграды из термостойкого и инертного материала.Placing the removable "A" sample carrier with a gap relative to the inner walls of the injector tube ensures its quick and easy change. The device is placed in space in such a way that the sample carrier in the injector tube, when submitted for analysis, is acted upon by gravity directed towards the open end of the inner tube, and in order to fix its position and prevent contact with the inner tube 1, a fixation device 19 is introduced with a small heat capacity, made in the form of a mesh or other gas-permeable barrier made of a heat-resistant and inert material.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Подаче на анализ предшествует процедура отбора пробы. Для отбора пробы съемный носитель пробы приводится в контакт с поверхностью в результате чего труднолетучие вещества с исследуемой поверхности частично переносятся на его поверхность преимущественно за счет адгезии.Submission for analysis is preceded by a sampling procedure. For sampling, the removable sample carrier is brought into contact with the surface, as a result of which hardly volatile substances from the surface under study are partially transferred to its surface, mainly due to adhesion.

Для поддержания устройства в рабочем состоянии включают побудитель (на схеме не показан) потока газа, подсоединенный через детектор 3 к трубке 1, что обеспечивает непрерывный поток газа из устройства в детектор 3 через открытый конец 2 и канал внутренней трубки 1 с расходом Q1; непрерывно подают с расходом Q2>Q1 газ-носитель из побудителя 10 в патрубок 11, трубки 4, 7 и из трубки 7 через конец 8 в окружающую среду, что исключает проникновение окружающей среды в трубку 1 через конец 8 и трубку 7. Кроме того включают устройство 12 нагрева и поддержания температуры.To maintain the device in working order, a gas flow driver (not shown in the diagram) is connected through the detector 3 to the tube 1, which ensures a continuous gas flow from the device to the detector 3 through the open end 2 and the channel of the inner tube 1 with a flow rate Q1; the carrier gas is continuously supplied at a flow rate Q2>Q1 from the exciter 10 to the branch pipe 11, tubes 4, 7 and from tube 7 through end 8 into the environment, which prevents the environment from penetrating into tube 1 through end 8 and tube 7. device 12 for heating and maintaining the temperature.

На первой стадии, стадии подготовки к подаче пробы на анализ съемный носитель с пробой «А» размещается в инжекторной трубке 15, его положение, например, за счет силы тяжести, позиционируется устройством 19 фиксации. Далее конец 15 инжекторной трубки 13 присоединяют посредством соединения 16 к патрубку 17, включают побудитель 18 потока с расходом Q3 и ожидают некоторое время, необходимое для заполнения патрубка 17 и трубки 13 газом; размещают конец 14 трубки 13 перед концом 8 снаружи трубки 7.At the first stage, the stage of preparation for submitting a sample for analysis, a removable carrier with a sample "A" is placed in the injection tube 15, its position, for example, due to gravity, is positioned by the fixation device 19. Next, the end 15 of the injector tube 13 is connected by means of a connection 16 to the nozzle 17, the flow booster 18 is turned on with a flow rate Q3 and some time is expected to fill the nozzle 17 and tube 13 with gas; end 14 of tube 13 is placed in front of end 8 outside tube 7.

На второй стадии, стадии подачи пробы на анализ, трубку 13 быстро вводят внутрь внешней трубки 7, при этом съемный носитель пробы «А» оказывается перед концом 2 трубки 1. Конец 14 трубки 13, вследствие контакта со стенками трубки 7 и газом-носителем, а также теплового излучения, нагревается вместе со съемным носителем пробы «А». В результате нагрева происходит десорбция веществ с его поверхности. Трубку 13 удерживают в трубке 7 в течение времени, необходимого для нагрева конца 14 трубки 13 со съемным носителем пробы «А» и подачи пробы с потоком газа-носителя из трубки 13 через конец 2 в трубку 1. При Q1<Q3 подача пробы в трубку 1 осуществляется без потерь.In the second stage, the stage of submitting the sample for analysis, the tube 13 is quickly inserted inside the outer tube 7, while the removable carrier of the sample "A" is in front of the end 2 of the tube 1. The end 14 of the tube 13, due to contact with the walls of the tube 7 and the carrier gas, as well as thermal radiation, heats up together with the removable carrier of the “A” sample. As a result of heating, desorption of substances from its surface occurs. The tube 13 is held in the tube 7 for the time necessary to heat the end 14 of the tube 13 with the removable sample carrier "A" and to feed the sample with the carrier gas flow from the tube 13 through the end 2 into the tube 1. When Q1<Q3, the sample is fed into the tube 1 is lossless.

Пример осуществления полезной модели.An example of the implementation of the utility model.

Для подтверждения технического результата осуществлена экспериментальная проверка возможности анализа микропримесей труднолетучих веществ, аккумулированных в потожировом слое на поверхности кожи человека с помощью предлагаемого устройства отбора и подачи пробы. Проверка осуществлялась с помощью изделия Мобильный хромато-масс-спектрометр МХМС «Навал» (ГО.3.09.00, ИЦ604С600ТУ) (ООО «СИБЕЛ», г. Новосибирск), которое было оснащено предлагаемым устройством.To confirm the technical result, an experimental test was made of the possibility of analyzing microimpurities of low-volatile substances accumulated in the sweat-fat layer on the surface of human skin using the proposed sampling and sampling device. The verification was carried out using the product Mobile chromato-mass spectrometer MHMS "Naval" (GO.3.09.00, ITs604S600TU) (LLC "SIBEL", Novosibirsk), which was equipped with the proposed device.

В качестве съемного носителя пробы использовался отрезок проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,8 мм длиной 1 см. Предварительно носитель был очищен от загрязнений и отожжен при температуре 300°С. Процедура отбора и ввода пробы приведена на Фиг. 3. На фиг. 3А показан носитель пробы и инжекторная трубка. Для переноса пробы потожирового слоя с поверхности кожи носитель размещался между большим и указательным пальцем донора и несколько раз прокатывался между ними (фиг. 3Б). После этого он вводился в инжекторную трубку (фиг. 3В) и под действием силы тяжести позиционировался устройством фиксации, расположенном в нижней ее части. Подготовка к работе устройства ввода пробы и осуществление ввода пробы (фиг. 3Г) выполнялось в соответствии с вышеприведенным описанием. Результат отбора пробы с поверхности кожи приведен на Фиг. 4. Фотография поверхности носителя пробы с диаметром 0,8 мм до отбора пробы, полученная с помощью электронного микроскопа, приведена на Фиг. 4А, после отбора пробы - на Фиг. 4Б. Масса пробы, перенесенной на носитель пробы в результате адгезии, оценивается в диапазоне 1÷10 мкг.A piece of stainless steel wire with a diameter of 0.8 mm and a length of 1 cm was used as a removable sample carrier. The carrier was preliminarily cleaned of impurities and annealed at 300°C. The sampling and injection procedure is shown in Fig. 3. In FIG. 3A shows the sample carrier and injection tube. To transfer the sweat-fat layer sample from the skin surface, the carrier was placed between the donor's thumb and forefinger and rolled between them several times (Fig. 3B). After that, it was introduced into the injection tube (Fig. 3B) and, under the action of gravity, was positioned by the fixation device located in its lower part. Preparation for operation of the sample injection device and implementation of the sample injection (Fig. 3D) was performed in accordance with the above description. The result of sampling from the skin surface is shown in Fig. 4. A photograph of the surface of the sample carrier with a diameter of 0.8 mm before sampling, obtained using an electron microscope, is shown in FIG. 4A, after sampling, in FIG. 4B. The mass of the sample transferred to the sample carrier as a result of adhesion is estimated in the range of 1÷10 µg.

Параметры хромато-масс-спектрометрического анализа:Chromato-mass-spectrometric analysis parameters:

Параметры масс-спектрометра:Mass spectrometer parameters:

источник ионов: ионизация электронами;ion source: electron ionization;

скорость сканирования 2 спектра в секунду;scanning speed 2 spectra per second;

диапазон регистрируемых масс: 45÷400 а.е.м.range of recorded masses: 45÷400 amu

Параметры устройства ввода пробы:Sample Injector Options:

температура десорбции: 300°С;desorption temperature: 300°C;

поток газа-носителя в хроматографическую колонку Q1=2 мл/мин.carrier gas flow into the chromatographic column Q1=2 ml/min.

изолирующий поток газа-носителя через внешнюю трубку Q2=10 мл/мин.insulating carrier gas flow through the outer tube Q2=10 ml/min.

поток газа-носителя через инжекторную трубку Q3=2 мл/мин.carrier gas flow through injector tube Q3=2 ml/min.

Параметры хроматографирования:Chromatography parameters:

газ-носитель: гелийcarrier gas: helium

параметры колонки: длина - 15 м, диаметр - 0,32 мм, толщина неподвижной жидкой фазы (НЖФ) - 0,5 мкм, тип НЖФ: Rtx-200MS, Restek, USAcolumn parameters: length - 15 m, diameter - 0.32 mm, thickness of the stationary liquid phase (SSP) - 0.5 µm, SLP type: Rtx-200MS, Restek, USA

режим программирования температуры: начальная температура 170°С; изотерма 3 мин.; нагрев 12°С/мин до 270°С; изотерма 2 минуты.temperature programming mode: initial temperature 170°С; isotherm 3 min.; heating 12°C/min to 270°C; isotherm 2 minutes.

Полученные ГХ-МС данные были обработаны при помощи программного обеспечения AMDIS (Automatic Mass Spectral Deconvolution and Identification System). Идентификация индивидуальных компонентов была произведена при помощи масс-спектральной библиотеки NIST/EPA/NIH (2017 год).The obtained GC/MS data were processed using the AMDIS (Automatic Mass Spectral Deconvolution and Identification System) software. The identification of individual components was carried out using the NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library (2017).

Результаты анализа приведены на Фиг. 5. На Фиг. 5А приведена хроматограмма по полному ионному току. На фиг. 5Б показана масс-фрагментограмма по иону 149 а.е.м., являющемся характерным для эфиров фталевой кислоты - фталатов. На Фиг. 5В приведен масс-спектр вещества с временем выхода 8,1 мин., идентичный масс-спектру диэтилгексилфталата. С помощью масс-спектральной библиотеки идентифицированы дибутилфталат, диизобутилфталат, диэтилгексилфталат, диэтилгексилизофталат, диизононилфталат.Таким образом показана возможность с использованием предложенного устройства оперативной характеризации микропримесей, находящихся в виде следов на поверхности, в данном случае, фталатов, аккумулированных в липидном слое человека.The results of the analysis are shown in Fig. 5. In FIG. 5A is a total ion current chromatogram. In FIG. 5B shows a mass fragmentogram for the 149 amu ion, which is characteristic of phthalic acid esters - phthalates. On FIG. 5B shows the mass spectrum of the substance with a release time of 8.1 minutes, identical to the mass spectrum of diethylhexyl phthalate. Using a mass spectral library, dibutyl phthalate, diisobutyl phthalate, diethylhexyl phthalate, diethylhexyl isophthalate, diisononyl phthalate were identified. Thus, the possibility of using the proposed device for the operational characterization of microimpurities that are in the form of traces on the surface, in this case, phthalates accumulated in the human lipid layer, is shown.

Claims (4)

1. Устройство для подачи проб на анализ, включающее внутреннюю трубку, один конец которой выполнен открытым, а другой конец подсоединен через детектор к средству побуждения потока газа, промежуточную трубку, один конец которой выполнен открытым, а другой имеет заглушку, через которую пропущен открытый конец внутренней трубки, внешнюю трубку, один конец которой выполнен открытым, а другой конец состыкован с открытым концом промежуточной трубки, устройство нагрева и поддержания температуры, расположенное вокруг внешней и промежуточной трубок, инжекторную трубку с носителем пробы, один конец которой выполнен открытым, размещен во внешней трубке с зазором относительно ее внутренних стенок и установлен снаружи открытого конца внутренней трубки, а другой конец размещен снаружи внешней трубки и подсоединен посредством быстросъемного герметичного соединения и гибкого патрубка к побудителю потока газа-носителя, узел изоляции канала внешней трубки от внешней среды, выполненный в виде побудителя потока газа-носителя, соединенного посредством патрубка с промежуточной трубкой, отличающееся тем, что в инжекторной трубке между носителем пробы и открытым концом внутренней трубки установлено устройство фиксации положения носителя пробы, выполненное в виде сетки или другой газопроницаемой преграды из термостойкого и инертного материала, а носитель пробы размещен с зазором относительно ее внутренних стенок. 1. A device for submitting samples for analysis, which includes an inner tube, one end of which is open, and the other end is connected through a detector to a means for inducing gas flow, an intermediate tube, one end of which is open, and the other has a plug through which the open end is passed the inner tube, the outer tube, one end of which is open, and the other end is docked with the open end of the intermediate tube, the heating and temperature maintenance device located around the outer and intermediate tubes, the injection tube with the sample carrier, one end of which is open, is located in the outer tube with a gap relative to its inner walls and is installed outside the open end of the inner tube, and the other end is placed outside the outer tube and connected by means of a quick-detachable hermetic connection and a flexible pipe to the carrier gas flow exciter; carrier gas flow exciter connected by means of a branch pipe to an intermediate tube, characterized in that in the injector tube between the sample carrier and the open end of the inner tube there is a device for fixing the position of the sample carrier, made in the form of a grid or other gas-permeable barrier made of a heat-resistant and inert material, and the sample carrier is placed with a gap relative to its inner walls. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что носитель пробы выполнен в виде отрезка проволоки или трубки из металла. 2. The device according to claim 1, characterized in that the sample carrier is made in the form of a piece of wire or a metal tube. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве носителя пробы используются частицы анализируемого материала.3. The device according to claim 1, characterized in that particles of the analyzed material are used as the sample carrier. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в инжекторной трубке размещено одновременно несколько носителей пробы.4. The device according to claim 1, characterized in that several sample carriers are simultaneously placed in the injection tube.
RU2023106457U 2023-03-20 DEVICE FOR SELECTION AND SUBMISSION OF SAMPLES OF LABORLY SUBSTANCES FOR CHEMICAL ANALYSIS RU218361U9 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU218361U1 RU218361U1 (en) 2023-05-23
RU218361U9 true RU218361U9 (en) 2023-06-08

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2089869C1 (en) * 1992-09-02 1997-09-10 Норск Хюдро А.С. Device taking samples of polycyclic aromatic hydrocarbons and other organic compounds, fluoride hydrogen compounds and sulphur oxides and preparing samples for analysis
RU2126148C1 (en) * 1997-07-28 1999-02-10 Трошков Михаил Львович Device feeding samples for gas analysis
CN101403732A (en) * 2008-11-19 2009-04-08 河北大学 Gas-chromatography static top hollow column dead temperature-control pressure-difference sampling apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2089869C1 (en) * 1992-09-02 1997-09-10 Норск Хюдро А.С. Device taking samples of polycyclic aromatic hydrocarbons and other organic compounds, fluoride hydrogen compounds and sulphur oxides and preparing samples for analysis
RU2126148C1 (en) * 1997-07-28 1999-02-10 Трошков Михаил Львович Device feeding samples for gas analysis
CN101403732A (en) * 2008-11-19 2009-04-08 河北大学 Gas-chromatography static top hollow column dead temperature-control pressure-difference sampling apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MAKAS, ALEXEI L, AND MIKHAIL L TROSHKOV. "FIELD GAS CHROMATOGRAPHY-MASS SPECTROMETRY FOR FAST ANALYSIS", JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY. B, ANALYTICAL TECHNOLOGIES IN THE BIOMEDICAL AND LIFE SCIENCES, V. 800(1-2), РР. 55-61, 2004. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7214687B2 (en) Vacuum-assisted sampling device and method
JP5705421B2 (en) Open probe method and apparatus for sample introduction in mass spectrometry
US10775354B2 (en) Autonomous ambient air sampling system for monitoring semi-volatile/non-volatile organic compounds
JP6042965B2 (en) Sample introduction device
JP6862535B2 (en) Multiple Capillary Column Pre-Concentration System for Increased Sensitivity of Gas Chromatography (GC) and Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS)
US10849600B2 (en) Breath condensate and saliva analysis using oral rinse
JP4645408B2 (en) Sample injector for gas chromatograph
Sipin et al. Recent advances and some remaining challenges in analytical chemistry of the atmosphere
US20140033835A1 (en) Solid phase micro extraction (spme) vacuum inlet
JP2009500638A (en) Method for analyzing pesticide residues in plant samples
Smith Person-portable gas chromatography: Rapid temperature program operation through resistive heating of columns with inherently low thermal mass properties
US6144029A (en) Method for trace detection by solvent-assisted introduction of substances into an ion mobility spectrometer
JPH04274728A (en) Method and apparatus for preliminary enrichment for analyzing minute amount of component in gas
RU218361U9 (en) DEVICE FOR SELECTION AND SUBMISSION OF SAMPLES OF LABORLY SUBSTANCES FOR CHEMICAL ANALYSIS
RU218361U1 (en) DEVICE FOR SELECTION AND SUBMISSION OF SAMPLES OF LABORLY SUBSTANCES FOR CHEMICAL ANALYSIS
CN110873753B (en) Enrichment method for separating gas-phase free propofol in whole blood sample
JP7157869B2 (en) Hybrid capillary/filled trap and method of use
EP3980768A1 (en) A system for chemical analysis by means of gas-chromatographic separation and photoacoustic spectroscopy of samples mixtures
JPH11118780A (en) Method and apparatus for analytically detecting trace
JP2002502970A (en) Valveless gas chromatograph system with pulsed injection and temperature programmed elution
JP2987921B2 (en) Gas enrichment measurement method and apparatus
JP7142374B2 (en) Gas phase component analyzer and gas phase component analysis method
US20060088442A1 (en) Chemical thermal desorption system
CN113466316B (en) Mass spectrum detection method and device for rapidly analyzing chemical components of particulate matters on filter membrane
JPH03197834A (en) Method for measuring evaporation of organic solvent and pretreating device for measurement of evaporation