新型氣相色譜檢測器的製作方法
2023-09-16 03:03:35 2
專利名稱：新型氣相色譜檢測器的製作方法
技術領域：
本實用新型一般地涉及氣相色譜檢測器，具體而言，涉及新型氮磷檢測器、火焰光度檢測器和電子俘獲檢測器。
背景技術：
氮磷檢測器(NPD)是一種電離型的氣相色譜(GC)檢測器，它對於包含氮(N)和/或磷(P)的有機成分具有很高的選擇性和靈敏度。圖1示出了一種現有的氮磷檢測器的原理示意圖，以下對此作簡單介紹。
氮磷檢測器的一個關鍵部件是珠1，它是由包含銣或銫等的鹼性金屬的玻璃製成。在高溫和空氣、氫氣的氣氛中，珠1會形成具有催化活性的表面。珠1部分或者全部地伸入收集器2的腔內。收集器2具有導電性，一般被偏置於一定電勢(例如正電勢)。工作時，珠1通過電加熱方法被加熱到600～800℃。空氣經管路4被引入，尾吹氣(或稱為補足氣，通常與色譜柱中的載氣成分相同)和/或氫氣從管路5被引入，含有氮和/或磷的樣品(通常還包括溶劑)在載氣帶動下經過色譜柱6被引入。各氣體流向如圖2所示。由圖2可知，樣品氣流與尾吹氣匯合後，一起流過噴頭3進入收集器腔，然後樣品組分會與珠1的催化活性表面發生作用而產生負離子，並在電場作用下移向收集器2，從而產生信號。與收集器2電連接的電位計(未示出)對收集器2處形成的電流進行放大、測量。通過分析電流的變化可以得知被分析氣體中的有關成分信息。
現有技術中的NPD檢測器的一個主要不足在於其性能隨時間而逐漸變差，使用壽命較短。經過實驗測定，在不引入實際樣品空轉的情況下，珠1的使用壽命約1000小時。但是在實際使用過程中，當對樣品進行分析時，珠1的使用壽命則會降低至約400小時。造成這種情況的主要原因有二(A)分析檢測過程中，溶劑和樣品的引入造成珠1的表面溫度急劇下降，從而造成珠1的表面結構破損，進而降低了珠的使用壽命；(B)樣品組分與珠1的表面反應消耗了珠表面的活性成分，降低了使用壽命。
現有技術中的NPD檢測器的另一個主要不足在於其對溶劑的選擇性。因為某些溶劑，例如氯仿，對珠的表面具有極大的破壞性，所以不適用於NPD檢測器。但是氯仿是色譜分析實驗中的常用溶劑，對於許多應用場合來說，氯仿由於其高效和優異的性能而成為最佳選擇。這樣就使得NPD檢測器的使用範圍大大縮小了。
其他本領域技術人員公知的氣相色譜檢測器，例如火焰光度檢測器(FPD)和電子俘獲檢測器(ECD)，也存在使用壽命較短等類似的問題。
因此，需要一種能夠方便、經濟地延長氣相色譜檢測器(例如NPD檢測器、FPD檢測器或ECD檢測器)的使用壽命和/或擴大其使用範圍的方法和裝置。
實用新型內容鑑於現有技術中的上述不足，本實用新型提供了一種成本低廉、結構簡單、適用範圍廣、並且具有延長的使用壽命的NPD檢測器以及FPD檢測器、ECD檢測器。
本實用新型通過在氣相色譜檢測器與色譜柱相連的接口腔上連接一個三通切換閥和一個排氣管來解決上述技術問題。
一方面，本實用新型提供了一種氮磷檢測器，包括珠、收集器和與色譜柱相連接的色譜柱接口腔，此外還包括一個三通切換閥和一個排氣管；並且該切換閥包括一個入口和兩個出口；入口與一氣體源相連接；第一出口在色譜柱埠以上的位置處與色譜柱接口腔相連通；而第二出口在色譜柱埠以下的位置處與色譜柱接口腔相連通；排氣管在色譜柱埠以下的位置處與色譜柱接口腔相連通。
另一方面，本實用新型提供了一種火焰光度檢測器，其包括發光室以及用於容納色譜柱、與發光室連通的色譜柱接口腔，此外還包括一個三通切換閥、以及一個與色譜柱接口腔連通的排氣管，其中三通切換閥包括一個入口和兩個出口，三通切換閥的入口與一個尾吹氣源相連通，一個出口在色譜柱埠以上的位置處與色譜柱接口腔相連通，另一個出口在色譜柱埠以下的位置處與色譜柱接口腔相連通，且排氣管在色譜柱埠以下的位置處與色譜柱接口腔相連通。
另一方面，本實用新型提供了一種電子俘獲檢測器，其包括陽極、陰極、放射源以及用於容納色譜柱的色譜柱接口腔，此外還包括一個三通切換閥、以及一個與色譜柱接口腔連通的排氣管，其中三通切換閥具有一個入口和兩個出口，入口與一個尾吹氣源相連通，一個出口在色譜柱埠以上的位置處與色譜柱接口腔相連通，另一個出口在色譜柱埠以下的位置處與色譜柱接口腔相連通，且排氣管在色譜柱埠以下的位置處與色譜柱接口腔相連通。
圖1是現有NPD檢測器的一個示意性的結構剖視圖。
圖2是圖1所示現有NPD檢測器在工作狀態時的內部氣體流動示意圖。
圖3是根據本實用新型一個實施例的新型NPD檢測器的結構示意圖。
圖4A、4B分別示出了圖3所示NPD檢測器在正常模式和清洗模式下工作的氣體流動示意圖。
圖5是根據本實用新型一個實施例的新型FPD檢測器結構示意圖。
圖6是根據本實用新型一個實施例的新型ECD檢測器結構示意圖。
具體實施方式
為了便於更好地理解本實用新型，以下將描述本實用新型的若干實施例。但是應該認識到，這些實施例只是能夠體現本實用新型精神的具體示例，是示例性而非窮舉性的，並且本領域的技術人員在這些實施例的教導之下，很容易對以下給出的具體實施例做出替代、變形和改進，所以本實用新型並不限於以下的具體實施例。另外，在說明和描述中，對某些公知的結構、部件、特徵、方法沒有進行詳細說明，以免喧賓奪主而混淆了本實用新型。在附圖中，除非特別指明，相同或類似的標號表示相同或類似的元件或步驟。
圖3示出了根據本實用新型一個實施例的NPD檢測器300。本實施例的NPD檢測器300包括珠301、收集器302、噴頭303和與色譜柱306相連接的色譜柱接口腔310，空氣和/或氫氣從管路304被引入。此外，該NPD檢測器300還包括一個三通切換閥350和一個排氣管380以及一個與閥350電耦合的控制器370。該切換閥350包括一個入口351和兩個出口356、358。入口351與尾吹氣源(未示出)相連接；第一出口356在色譜柱306埠361以上的位置處與色譜柱接口腔310相連通；而第二出口358在色譜柱306埠361以下的一個位置處與色譜柱接口腔310相連通。而排氣管380在色譜柱306埠361以下的一個位置處與色譜柱接口腔310相連通。
注意，這裡的「以上」、「以下」只是具有相對的意義，一般地將NPD檢測器腔體中沿樣品氣流動的方向定義為向「上」，而相反的方向定義為向「下」。
這裡的三通切換閥是指具有3個與外界相連的連通口(一個入口和兩個出口)、並且可以切換流經其中的流體流向的任何閥門。這種閥門是本領域技術人員公知的。根據對閥門尺寸、流量和切換方式的具體要求，本領域技術人員可以從各種已知的三通切換閥中選擇併購買所需的合適型號的切換閥。對於本實用新型來說，電磁切換的閥門是優選的，因為這種閥門可以通過編程來自動控制切換操作。例如，Fluid Automation Systems公司生產的型號為CH-1290 Versoix的閥門特別適用於本實用新型實施例的NPD檢測器。
另外，需注意這裡的三通切換閥、排氣管是示意性的，是為了說明本實用新型的原理而繪製的，而不是按比例繪製的。實際的三通切換閥可能很小，例如可以集成在NPD檢測器殼體內部，而排氣管也可以集成在NPD檢測器殼體內部，這樣使得根據本實用新型實施例的NPD檢測器具有與傳統的NPD檢測器同樣的尺寸和外形輪廓，可以方便地配合現有的氣相色譜系統，而不需對色譜系統的機械結構進行任何改動。
由於三通切換閥350的存在，尾吹氣就可以在兩個不同的位置進入色譜柱接口腔310，這對應於NPD檢測器300的兩種操作模式。當切換閥切換到第二出口358時，尾吹氣從色譜柱306埠361以下的位置處進入色譜柱接口腔310，此時NPD檢測器處於「正常」工作模式(如圖4A所示)。當切換閥切換到第一出口356時，尾吹氣從色譜柱306埠361以上的位置處進入色譜柱接口腔310，此時NPD檢測器處於「清洗」工作模式(如圖4B所示)。
從圖4A可知，正常模式時，尾吹氣從色譜柱306埠361以下的位置處進入色譜柱接口腔310。一部分尾吹氣從排氣管380排出，而另一部分尾吹氣與來自於色譜柱306的樣品氣匯合，並一起向上經噴頭303進入收集器腔，樣品氣組分在其中與珠301表面反應，從而進行正常的檢測。可見，在正常模式下，根據本實用新型的NPD的操作與現有技術的NPD檢測器相似。
從圖4B可知，清洗模式時，尾吹氣從色譜柱306埠361以上進入色譜柱接口腔310；由於尾吹氣的流量通常大於樣品氣的流量，這部分尾吹氣壓制住了來自於色譜柱306的樣品氣，迫使樣品氣轉向，其結果是實質上幾乎所有的樣品氣都從排氣管380排出，而尾吹氣向上經噴頭303進入收集器腔。也就是說，在清洗模式下，樣品氣並不進入收集器腔體，而是從排氣管380直接排出；進入收集器腔體的都是惰性的尾吹氣，因而珠1不會與樣品氣的組分反應，反映在譜圖上的就是一條基本與基線平齊的直線。
這兩種模式之間的切換是根據控制器370的控制指令進行的。通常，開機運行後，NPD300默認處於正常操作模式；而當樣品氣中不期望的組分從色譜柱中流出時，將正常操作模式改變為清洗模式，使不期望的組分從排氣管直接排出；隨後在該不期望的組分已經全部流出之後，再恢復成正常操作模式，繼續正常的檢測。這裡的「不期望的組分」是指不需要檢測的組分或對珠301有害的組分，例如有害溶劑(如氯仿等)。這樣，一旦樣品氣中某種不期望的組分(例如有害溶劑)從色譜柱中流出，就直接從排氣管380排出，而不會經過珠301，從而避免了珠被破壞或腐蝕；而一旦這種不期望的組分被完全排出，NPD 300即恢復成正常操作模式，分析檢測過程得以繼續而不會受到任何不利的影響。也就是說，NPD 300允許選擇性地「過濾」掉某種組分或溶劑。這樣就有利地延長了珠的使用壽命，而不會中斷正常的分析檢測；同時，也擴大了NPD檢測器的使用範圍，因為，溶劑的使用不再受限。
至於樣品中不期望的組分的出現時間，可以根據實驗人員的經驗或條件實驗來確定。通常，在進行正式的色譜分析實驗前，實驗人員都會先進行多次條件實驗(預備實驗)來摸索色譜操作參數。而一旦在條件實驗中確定了色譜操作參數，試驗人員就可以預先估計出樣品中某種組分從色譜柱中流出的大概時間(保留時間)。例如，許多樣品要使用滷代烴類溶劑，而這類溶劑對珠是有腐蝕性的。在經過條件實驗優化了色譜操作參數之後，色譜圖中溶劑峰的出現時間就基本確定了。利用這些信息，控制器370就可以實現對切換閥350的控制，避免不期望的組分(例如滷代烴類溶劑)對珠的損傷。
對於控制器370，本領域技術人員可以根據需要，實現各種形式的控制器。例如，控制器370可以是一個獨立的硬體電路或集成電路，或是其中存儲有程序的固件，或者是電路板或處理器等。或者，控制器370也可以通過對氣相色譜儀或氮磷檢測器中的已有控制器或CPU進行重新編程來實現。本領域技術人員明白，這些實現形式是可以相互替換的。優選是直接利用氣相色譜儀中現有的控制器或CPU，通過重新編程來實現控制器370，因為這樣不需要對現有的氮磷檢測器部件進行較大的改動。
根據本實用新型的一個優選實施方案，為了便於控制切換閥350，控制器370中可以包括一個存儲器，其中存儲有一個邏輯時間表。實驗者在實驗前可以設定這個時間表，把預計將出現不期望的組分的時間段記錄在這個表中。這樣，在正式的分析實驗過程中，控制器就可以讀取這個時間事件表，在特定的時間發出指令使切換閥執行切換操作。例如，在使用滷代烴類溶劑的情況下，就可以將溶劑峰的出峰時段記錄在時間事件表中；從而在色譜分析實驗過程中，在指定的時間，控制器370將發出指令使NPD 300切換為「清洗」操作模式，使溶劑繞過珠，從而避免對珠的損傷；在溶劑繞過珠後，控制器370再次發出指令使NPD 300切換為「正常」操作模式。任何具有基本的計算機軟硬體知識的技術人員都可以通過簡單的計算機編程實現上述過程，具體的實現過程取決於切換閥350和控制器370的具體型號，這裡就不再贅述。
這裡，需要強調的是，利用本實用新型實施例的NPD檢測器，氣相色譜儀中的樣品氣在進入NPD檢測器之前的流向不受影響；樣品氣的流向改變是發生在檢測器內部。這樣的好處是，不需要對氣相色譜儀本身的機械結構進行大的改動，只需要改變檢測器本身的機械結構即可。
根據本實用新型的實施例的NPD檢測器可以適用於各種現有的氣相色譜儀，例如，安捷倫公司生產的6890GC、6820GC和6850GC型氣相色譜儀。
利用根據本實用新型的實施例的NPD檢測器，可以減少有害組分對珠的腐蝕和破壞，這就可以大大延長珠的使用壽命；同時也擴大了NPD檢測器的使用範圍，因為根據本實用新型的實施例的NPD檢測器可以適用於各種溶劑，即使該溶劑對珠有腐蝕作用。
雖然這裡已經說明並描述了本實用新型的具體實施方案，但這些具體實例並非意在限制本實用新型。在本實用新型的範圍內可以進行許多修改、替換和變化。例如，根據本實用新型的發明構思，可以設計出新型的火焰光度檢測器(FPD)和電子俘獲檢測器(ECD)例如，圖5示出了一種新型FPD檢測器500，其包括發光室505、用於容納色譜柱506、與發光室505連通的色譜柱接口腔510，空氣/氧氣從管路509引入。此外，FPD500還包括一個三通切換閥550、與切換閥550電耦合的控制器570、以及一個與色譜柱接口腔510連通的排氣管580，其中三通切換閥550的入口與一個尾吹氣源相連通，一個出口在色譜柱506埠以上的位置處與色譜柱接口腔510相連通，另一個出口在色譜柱506埠以下的位置處與色譜柱接口腔510相連通，且排氣管580在色譜柱506埠以下的位置處與色譜柱接口腔510相連通。
這裡的切換閥550、控制器570及排氣管580與上面關於NPD 300的實施例的對應結構在原理、功能、操作以及技術效果等方面都相似，就不再贅述。
另外，圖6示出了一種新型ECD檢測器600，其包括陽極621、陰極622、放射源624、與ECD池630相鄰、用於容納色譜柱606的色譜柱接口腔610。此外，ECD600還包括一個三通切換閥650、與切換閥650電耦合的控制器670、以及一個與色譜柱接口腔610連通的排氣管680，其中三通切換閥650的入口與一個尾吹氣源相連通，一個出口在色譜柱606埠以上的位置處與色譜柱接口腔610相連通，另一個出口在色譜柱606埠以下的位置處與色譜柱接口腔610相連通，且排氣管680在色譜柱606埠以下的位置處與色譜柱接口腔610相連通。
這裡的切換閥650、控制器670及排氣管680與上面關於NPD 300的實施例的對應結構在原理、功能、操作以及技術效果等方面都相似，就不再贅述。
以上對本實用新型進行了詳細描述，其中結合特定實施例陳述了很多具體特徵，但是本實用新型並不限於以上述的特定方式被實施。在各個具體實施例中，上述各種具體特徵也並不限於所描述的結合方式。任何落入所附權利要求所限定的本實用新型的範圍內的對本實用新型具體實施例的替代、變形和改進及其等同物都應視為落入本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種氮磷檢測器，包括珠(301)、收集器(302)和與色譜柱(306)相連接的色譜柱接口腔(310)，其特徵在於還包括一個三通切換閥(350)，該切換閥(350)包括一個入口(351)和兩個出口(356、358)；入口(351)與一氣體源相連接；第一出口(356)在色譜柱(306)埠(361)以上的位置處與色譜柱接口腔(310)相連通；而第二出口(358)在色譜柱(306)埠(361)以下的位置處與色譜柱接口腔(310)相連通；以及一個排氣管(380)，該排氣管(380)在色譜柱(306)埠(361)以下的位置處與色譜柱接口腔(310)相連通。
2.如權利要求1所述的氮磷檢測器，其特徵在於所述氮磷檢測器還包括一個與切換閥(350)電耦合、控制切換閥(350)的切換操作的控制器(370)。
3.如權利要求1所述的氮磷檢測器，其特徵在於與切換閥(350)的入口(351)相連通的氣體源是尾吹氣源。
4.如權利要求1所述的氮磷檢測器，其特徵在於切換閥(350)和排氣管(380)都集成在所述氮磷檢測器的殼體內部。
5.一種火焰光度檢測器檢測器，其包括發光室(505)以及用於容納色譜柱(506)、與發光室(505)連通的色譜柱接口腔(510)，其特徵在於還包括一個三通切換閥(550)，該三通切換閥(550)包括一個入口和兩個出口，入口與一個尾吹氣源相連通，一個出口在色譜柱(506)埠以上的位置處與色譜柱接口腔(510)相連通，另一個出口在色譜柱(506)埠以下的位置處與色譜柱接口腔(510)相連通；以及一個排氣管(580)，該排氣管(580)在色譜柱(506)埠以下的位置處與色譜柱接口腔(510)相連通。
6.如權利要求5所述的火焰光度檢測器檢測器，還包括一個與所述三通切換閥(550)電耦合、控制切換閥(550)切換操作的控制器(570)。
7.一種電子俘獲檢測器，其包括陽極(621)、陰極(622)、放射源(624)以及用於容納色譜柱(606)的色譜柱接口腔(610)，其特徵在於還包括一個三通切換閥(650)，該三通切換閥(650)具有一個入口和兩個出口，入口與一個尾吹氣源相連通，一個出口在色譜柱(606)埠以上的位置處與色譜柱接口腔(610)相連通，另一個出口在色譜柱(606)埠以下的位置處與色譜柱接口腔(610)相連通；以及一個排氣管(680)，該排氣管(680)在色譜柱(606)埠以下的位置處與色譜柱接口腔(610)相連通。
8.如權利要求7所述的電子俘獲檢測器，其特徵在於還包括與切換閥(650)電耦合、控制切換閥(650)切換操作的控制器(670)。
專利摘要本實用新型公開了例如氮磷檢測器、火焰光度檢測器和電子俘獲檢測器的新型氣相色譜檢測器，包括與色譜柱相連接的色譜柱接口腔，還包括與色譜柱接口腔相連通的三通切換閥和排氣管；三通切換閥包括一個入口和兩個出口；入口與一氣體源相連接；第一出口在色譜柱埠以上的位置處與色譜柱接口腔相連通；第二出口在色譜柱埠以下的位置處與色譜柱接口腔相連通；排氣管在色譜柱埠以下的位置處與色譜柱接口腔相連通。利用該氣相色譜檢測器，可以大大延長檢測器的使用壽命，同時也擴大了檢測器的使用範圍。
文檔編號G01N30/62GK2826429SQ20052010641
公開日2006年10月11日 申請日期2005年8月24日 優先權日2005年8月24日
發明者林秉義, 姚衛軍, 徐立 申請人:安捷倫科技有限公司