吸附濃縮-一級熱脫附裝置的製作方法

2023-05-26 16:17:16

專利名稱：吸附濃縮-一級熱脫附裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型系分析化學中氣相色譜分析儀聯用設備，涉及吸附濃縮－－二級熱脫附裝置的改進。
為了使經吸附濃縮的揮發性化合物從吸附劑上熱脫附後，進入色譜柱時，樣品譜帶保持「塞子」形。以保證色譜系統的分離能力和分析靈敏度，現有技術採用熱脫附→深度冷凍→快速汽化的二級熱脫附裝置。這種裝置是將緩慢脫附的樣品先冷凍在一段金屬毛細管中再快速汽化，以形成「塞子」形，使脫附分析效果較好。但由於需要使用液氧或液氮或乾冰等冷凍劑和兩個加熱器及其測、控溫設備，使實驗條件要求高，設備複雜。以上現有技術在《環境化學》第四卷第2期34頁和《分析測試通報》第七卷第2期76頁有反映。
二級熱脫附裝置中的快速汽化過程，由於受熱傳導速度的限制，實際上並非真正的瞬間汽化，進樣也不是完全的「塞子」形。對不同的化合物講，沸點越低越接近於「塞子」，沸點高則樣品帶擴寬。
但是，較低的色譜柱初始溫度(20－50℃)，可對較高沸點的化合物產生更明顯的柱頭冷聚焦效應，使擴寬的樣品帶在柱頭重新聚焦，因而在表觀上，反而表現出「塞子」形樣品帶，反而體現出較好的分析結果。下述分析數據新說明了這一點名 稱沸點(℃)二級熱脫附進樣色譜峰半峰寬／標準進樣色譜峰半峰寬壬烷150.722.24十三烷2341.03十九烷3301.02
色譜條件SE－52玻璃毛細管柱，30m×0.315mm，50℃(2min) (12℃／min)/ 280℃(2min)。
壬烷以二級熱脫附進樣的色譜峰半峰寬與標準進樣之比為2.24，這說明，冷凍後的快速汽化過程造成的樣品帶擴寬是較嚴重的，十三烷、十九烷在快速汽化過程中，樣品帶同樣擴寬，但由於後兩種化合物沸點高，較低的柱初始溫度(50℃)，對其產生了更顯著的柱頭聚焦效應，致使分析結果反而變好。
上述兩獻文獻中，作者也採用較低的柱初始溫度(20℃)進樣，利用柱頭的冷聚焦作用，進一步保證進樣的「塞子」形。
本實用新型的目的在於使已有技術的吸附濃縮－－熱脫附的二級過程簡化，省去冷凍和快速氣化過程，使得裝置構造簡單合理，體積小，操作方便，應用範圍廣泛，為此，提出一種吸附濃縮－－一級熱脫附裝置。
本實用新型的目的，可以通過如下措施來實現一種與氣相色譜儀聯用的吸附濃縮－－熱脫附裝置，該裝置由脫附腔(4)、樣品管(1)、進樣針頭(2)、電熱器(5)、載氣進口(10)、冷卻盤管(11)等組成，其中管狀電熱器(5)與脫附腔(4)緊密接觸，脫附腔底端與針頭(2)密封相接，可卸樣品管(1)和脫附腔之間間隙靠密封圈(6)密封，冷卻管盤繞在電熱器(5)上。
本實用新型將熱脫附和進樣分為二個步驟，待熱脫附完成後，再接通載氣，樣品隨載氣以「塞子」形進入色譜系統，這樣就不需要用冷凍劑冷凍和快速氣化來形成「塞子」形。
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。
附

圖1為吸附濃縮－－一級熱脫附裝置示意圖。針頭(2)通過針頭緊固螺絲及密封墊片(3)與熱脫附腔4連接密封。可卸樣品管(1)內裝吸附劑或固體樣品。管狀電熱器(5)與熱脫附腔(4)緊密接觸，使其受熱均勻，加熱速度快，熱損失小。測溫元件(12)接至測控溫系統，測溫點處在熱脫附腔(4)和電熱器(5)之間，並外套薄厚適合的磁管，使其熱阻值和熱脫附腔及樣品管的熱阻相當，保證測、控溫的準確性。頂端螺帽(9)壓緊頂端密封隔墊(7)，使熱脫附腔內部與外界隔絕密封。壓緊螺帽(8)壓緊密封圈(6)，保證載氣由管道(10)進入脫附腔(4)後只通過樣品管(1)，針頭(2)進入氣相色譜系統，而不通過樣品管與熱脫附腔的間隙。冷卻水由進口進至冷卻盤管(11)內，使完成熱脫附實驗後的吸附濃縮－－熱脫附裝置在較短時間內冷卻至室溫，待色譜過程結束，即可進行下次實驗。有無此冷卻系統，對本實用新型的正常工作無影響。導線(12)接至測、控溫系統。本裝置可由外殼(13)構成圓柱體或其他型體。
在熱脫附腔和針頭之間增加一個閥，不僅對常溫下為氣體的樣品分析是必要的和有利的，而且對其他樣品的分析也是有益的，這樣可有效地避免由於熱膨脹可能造成的已脫附成分的洩漏問題。
本實用新型與已有技術相比，具有以下優點1、省去了現有技術中深度冷凍和快速汽化二個過程，因而避免了樣品在金屬毛細管中冷、熱變化時，可能的催化作用。
2、與氣相色譜儀聯用方式簡便，不需對儀器做任何改動，國內外各種型號的儀器均可聯用。
3、樣品管可卸，所以，可根據實驗需要更換管內吸附劑或填裝各種固體樣品，也可卸下樣品管到野外採樣，具有較大的靈活性。
4、構造簡單，體積小，不使用冷凍劑，成本低，操作簡便，易於推廣。
5、應用範圍廣泛，可以適用於如前所述的氣、液、固各種類型樣品中微量揮發性組分的吸附濃縮－－熱脫附／氣相色譜分析。
發明人注意到柱頭冷聚焦效應對熱脫附進樣的重要性，在以本實用新型進樣時，利用柱頭冷聚焦效應，配合以熱脫附完成後，再接通載氣，樣品隨載氣進入色譜系統的操作方法，達到了樣品帶的「塞子」形。對本實用新型性能考察數據如下名 稱沸點(℃)一級熱脫附進樣色譜峰半峰寬／標準進樣色譜峰半峰寬甲 醇64.962.03乙 醇78.51.88丙 醇97.41.87丁 醇117.251.03戊 醇137.371.02己 醇1581.04庚 醇116.211.00辛 醇130.231.02壬 醇144.261.00癸 醇158.291.00十一醇2431.00十二醇2551.00十四醇263.21.00十六醇3441.00色譜條件FFAP石英毛細管柱，25m×0.25mm，30℃(2min) (6℃／min)/ 220℃(4min)。
以本實用新型進行的醇系列熱脫附進樣色譜分析，沸點高於117.25℃，即碳數高於丁醇的化合物色譜峰半峰寬與標準進樣半峰寬相比，均沒有表現出峰擴寬現象，沸點最低的化合物甲醇(沸點64.96℃)的峰擴寬倍數(2.03)也低於沸點達150.72℃的壬烷二級熱脫附進樣色譜峰半峰寬擴寬倍數(2.24)。以本實用新型進行的甲醇至十六醇熱脫附進樣五次分析結果的變異係數在0.7％～3.7％之間，其性能明顯優於二級熱脫附裝置。
發明人曾用本實用新型做了白酒、水中微量有機物、大氣中有機汙染物的吸附濃縮－－熱脫附／氣相色譜分析及植物頭香及總揮發性組分的熱脫附／氣相色譜分析，均獲得良好效果。基結果見附圖3－5，圖中的縱坐標都為1×10－10AFS。
附圖2為白灑吸附濃縮－－熱脫附／氣相色譜分析色譜圖。
附圖3為水中PPb級系列酯的吸附濃縮－－熱脫附／氣相色譜分析色譜圖。
附圖4為大氣中有機汙染物的吸附濃縮－－熱脫附／氣相色譜分析色譜圖。
附圖5為沙生植物白沙蒿總揮發性組分(c)、頭香(a)的吸附濃縮－－熱脫附／氣相色譜分析色譜圖。
下面以沙生植物白沙蒿(Artemisia Sphaerocephala Krasch.)中總揮發性組分的分析為例做進一步說明。
取白沙蒿粉60mg，裝入樣品管(1)中(如附圖1所示)，針頭(2)插入氣相色譜儀進樣器，電熱器使熱脫附腔以100℃／分的速度升溫至200℃。接通載氣，熱脫附的總揮發性組分隨載氣，通過針頭(2)，以略高於色譜儀載氣壓力的載氣流進樣五秒，開始色譜分析。色譜圖見附圖5－(a)。該譜圖不僅包括頭香色譜分析所獲得的結果，也包括為研究植物揮發組分，通常所採用的水蒸汽蒸餾所得精油色譜分析結果，見附圖5－(b)。而該實驗只有在揮發性組分由母體脫出時，無損失的本新型裝置上，才得以實現。
權利要求1.一種與氣相色譜儀聯用的吸附濃縮--熱脫附裝置，其特徵在於該裝置由脫附腔(4)，樣品管(1)，進樣針頭(2)，電熱器(5)，載氣進口(10)，冷卻盤管(11)等組成，其中管狀電熱器(5)與熱脫附腔(4)緊密接觸，脫附腔底端與針頭(2)密封相接，樣品管和脫附腔之間間隙靠密封圈(6)密封，泠卻管盤繞在電熱器上。
2.一種與氣相色譜儀聯用的吸附濃縮－－熱脫附裝置的使用方法，其特徵在於熱脫附完成後，再接通載氣並選擇低的柱初始溫度。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於低的柱初始溫度為0－50℃。
專利摘要本實用新型系氣相色譜分析儀聯用的吸附濃縮—熱脫附裝置。涉及吸附濃縮—二級熱脫附裝置的改進。 本實用新型省去了深度冷凍和快速汽化二個過程，只以一個熱脫附腔，而不使用冷凍劑就實現樣品隨載氣以「塞子」形進入色譜系統、構造簡單、體積小，與氣相色譜儀聯用方式簡便，不需對儀器做任何改動，與國內外各種型號的儀器均可聯用，可以適用於氣、液、固樣品中微量揮發性組分的吸附濃縮—熱脫附/氣相色譜分析。
文檔編號G01N30/50GK2062850SQ9020405
公開日1990年9月26日 申請日期1990年3月31日 優先權日1990年3月31日
發明者梁冰, 歐慶瑜, 趙文元 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所