通用型進樣器、氣相色譜儀和聯用譜儀的製作方法
2023-05-21 19:21:16
通用型進樣器、氣相色譜儀和聯用譜儀的製作方法
【專利摘要】公開了一種通用型進樣器，包括：進樣埠機構、進樣器殼體、氣化室、加熱器、溫控單元、載氣通道、隔墊吹掃通道、分流通道、冷卻劑通道、多通道氣流控制閥、以及溫控單元。該通用型進樣器相當於一個把分流/不分流和冷柱頭進樣結合在一起的程序升溫進樣器，充分發揮了各種進樣方式的長處，克服了多個缺點，實用性更強，靈活性更好。
【專利說明】通用型進樣器、氣相色譜儀和聯用譜儀
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於分析檢測領域，涉及一種氣相色譜或氣相色譜-離子遷移譜聯用譜儀進樣裝置，尤其涉及一種用於毛細柱的分流/不分流程序升溫進樣器。
【背景技術】
[0002]採用氣相色譜(GC)、GC與離子遷移譜(IMS) /質譜(MS)聯用譜儀對樣品進行分析過程中，樣品首先要通過進樣器。進樣器用於在第一位置將感興趣的樣品成分氣化並與載氣混合後快速、準確、定量地加到GC柱頭上。自Perkin Elmer生產第一支毛細管柱以來，由於其柱效高，分離性能好的優勢，今天已經有超過90% GC分析都是由毛細管柱實現的(「Basic Gas Chromatography」， Second Edition, by Harold M.McNair and James M.Miller.Copyright ? 2009 John Wiley & Sons, Inc.)。由於毛細管柱本身積容量小的特性，使得分流/不分流進樣器成為GC、GC-1MS或GC-MS最通用的進樣器。
[0003]目前已有成熟的分流/不分流進樣器。然而由於不同樣品組分的實際分流比不同，在一定的設定分離比下，這就會造成進入色譜柱(毛細管柱)的組成不同於原來的樣品組成，帶來分流歧視(對於寬沸程的樣品的分流歧視尤為嚴重)，從而影響分析準確度，導致定量及重複性較差。
[0004]造成分流歧視主要有三個方面:
[0005]一是氣化室的加熱溫度分部不均勻，在某些情況下氣化室中心和兩端的溫差很大，這樣造成樣品不均勻氣化或沸點不同的組分氣化後到達低於氣化點的位置時產生凝結。
[0006]二是載氣未經預熱，載氣進入氣化室會有一個溫度梯度的變化，這樣會造成樣品不同組分氣化速度不同。從氣化室氣化到進入色譜柱的時間很短(以秒計)。這樣，由於分流流量最遠大於柱內流量，因此氣化不太完全的組分就可能比完全氣化的組分多分流掉一些樣品。
[0007]三是不同樣品組分在載氣中的擴散速度不同，而擴散速度與溫度是成正比的，所以儘量使樣品快速氣化是消除分流歧視的重要措施。因此進樣器溫度必須嚴格控制為比柱箱溫度略高，這樣，一方面提高了進樣器的製作成本，一方面也不利於對熱不穩定物質的分析。
[0008]專利CN1352390A公開了一種進樣器，解決了載氣的預熱問題，該進樣器在分流導出通道與氣化室之間設有載氣預熱室，載氣入口與載氣預熱室下部相通，載氣預熱室的上部與氣化室連通。載氣從入口進入載氣預熱室預熱後向上運動，然後從頂端進入氣化室與樣品接觸使之瞬間氣化。這種進樣口雖然解決了載氣預熱問題和分流歧視的問題，然而，由於其預熱室與氣化室相連通，這相當於增加了氣化室的體積，即增加了柱前死體積。這樣，氣化後的樣品混合氣會反擴散到預熱室，將會導致保留時間增加以及峰展寬。
[0009]為了克服專利CN1352390A中存在的一些問題，專利CN203216933U公開了一種針對難揮發性物質的進樣器，包括外殼和所述外殼內部的擴散管，外殼端蓋上設有與擴散管相連通的載體通道，載氣通道延伸至擴散管內部並距擴散管底部一定距離，這樣設計的好處在於，由於樣品放置在擴散管的底部，樣品在揮發時其表面的揮發濃度最高，將載氣通道延伸至樣品表面上方，這樣載氣可以把樣品表面的揮發氣全部帶走。為了使進樣器上下部均勻加熱，在該進樣器的外殼四周均勻布置了從外殼底部延伸至端蓋的電熱棒，實現了對進樣器上下部均勻加熱。該專利減小了樣品的不均勻氣化問題，然而該進樣器僅有不分流模式。由於不分流進樣模式操作條件較為複雜，對操作技術要求高，在實際工作中應用遠沒有分流進樣普遍，只是在分流進樣不能滿足分析要求(主要是靈敏度要求)時才考慮不分流進樣。
[0010]此外，在檢測任務繁多時需要連續進樣，且相鄰兩次樣品的沸程有明顯差異情況下，需要對進樣器的溫度重新設定，儘管不同類型的分流/不分流進樣器種類較多，而快速降溫的通用進樣器並不多。為了實現快速測試，因此需要在通用進樣器增加快速降溫設計及溫控設計。
實用新型內容
[0011]為了解決上述現有技術中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種結構簡單、快速連續進樣，對寬沸程樣品檢測效果好的通用型進樣器。發明人意識到，氣化室均勻的溫度、載氣的預熱以及樣品的充分混合可以消除分流歧視。
[0012]為了達到上述目的，根據本實用新型的一個方面，提供了一種通用型進樣器。所述通用型進樣器包括進樣埠機構、進樣器殼體、氣化室、加熱器、溫控單元、載氣通道、隔墊吹掃通道、分流通道、冷卻劑通道、多通道氣流控制閥、以及溫控單元；所述進樣埠機構位於所述進樣器殼體的頂部，所述進樣埠機構包括端蓋和位於所述端蓋下方的隔墊；所述氣化室位於所述進樣器殼體的中心，在所述氣化室頂部具有頂部開口，在所述氣化室底部的正中心位置設有毛細管柱；所述端蓋與氣化室之間有密封圈；所述密封圈布置在所述氣化室的內壁上，位於所述頂部開口附近，用於將襯管或樣品管支撐在所述氣化室的內部；所述進樣器殼體為金屬材質，所述端蓋中心與所述氣化室中心同軸；所述進樣器殼體中設有沿所述進樣器殼體的長度方向延伸的載氣通道、隔墊吹掃通道、分流通道、以及冷卻劑通道；所述多個通道均勻分布在所述氣化室的周圍；所述載氣通道從所述進樣器殼體底部沿所述進樣器殼體的長度方向延伸，並與所述氣化室的頂部開口相通；所述隔墊吹掃通道在所述隔墊的下方開口出氣化室並從所述進樣器殼體的底部向外導出氣體；所述分流通道從所述氣化室的壁上開口，並從所述進樣器殼體的底部向外導出氣體；所述冷卻劑通道均勻分布在所述氣化室的周圍，並從所述進樣器殼體的底部向外導出冷卻劑；所述多個通道的工作狀態由多通道氣流控制閥調節實現；所述加熱器由所述溫控單元控制以實現單點加熱或程序升溫加熱。
[0013]所述冷卻劑通道起到為氣化室製冷降溫的作用，降溫時可以採用熱容量大的製冷齊U，包括液氮，液態CO2或者水,也可直接用大氣流的氮氣或空氣吹掃散熱。當使用液氮或者氮氣降溫時，冷卻劑通道和氣化室設置為相通，冷卻劑由冷卻通道進入氣化室，並沿分流通道隔墊吹掃通道和製冷劑出口通道流出，一方面起到冷卻降溫的作用，一方面還起著吹掃淨化氣化室的功能。當使用非惰性的製冷劑降溫時，冷卻劑通道在所述進樣器殼體上回流，不和氣化室相通。所述加熱器均勻分布在所述進樣器殼體外壁，保證進樣器上下受熱均勻。[0014]該通用型進樣器相當於一個把分流/不分流和冷柱頭進樣結合在一起的程序升溫進樣器，充分發揮了各種進樣方式的長處，克服了上述缺點，實用性更強，靈活性更好。
[0015]該通用型進樣器的有益效果在於:
[0016]1、沿所述氣化室的長度方向設有若干通道，其中一個作為載氣通道，可使載氣進入氣化室之前預熱，有足夠的熱容量，保障樣品進入氣化室後被快速均勻氣化，然後進入毛細管柱，從而減小分流歧視，從而得到較佳的檢測結果。
[0017]2、其它多個通道分別作為冷卻劑通道、隔墊吹掃通道、分流通道的也設計在進樣器殼體上，這種設計的好處在於一方面通過多打通道減小金屬殼體熱容量，另一方面在所述進樣器殼體上流動的冷卻劑和載氣能把氣化室的熱量帶走，對氣化室起到冷卻降溫作用，這種設計既能保證快速升溫也可實現快速降溫，有益於處理大量檢測任務時的快速連續進樣。
[0018]3、本實用新型進樣器的加熱器均勻分部在進樣器殼體上，這樣設計的好處在於能實現對所述進樣器殼體加熱均勻，又能實現快速升溫保證樣品氣化均勻，減少分流歧視。
[0019]4、冷卻通道、多通道氣流控制閥和溫控器的配合控制使進樣器具有程序升溫功能。由於不同樣品的揮發性各不相同，對於一些易揮發，或在高溫下易裂解的物質就要設定低溫使其先揮發，對於難揮發的樣品就要對其進行加熱到高溫促進揮發，以期各樣品成分得到最佳的揮發量。對於寬沸程樣品的檢測可以使用程序升溫進樣，這能有效保護易熱裂解或焦化的物質。這樣設計的好處在於可將進樣器作為通用型進樣器使用，能有效地對付寬沸程樣品分析，消除分流歧視。
[0020]優選地，所述密封圈為耐高溫橡膠材料或石墨材料。
[0021 ] 優選地，所述加熱器為電阻絲或雲母片。
[0022]根據本實用新型的另一方面，還公開了一種氣相色譜儀，所述氣相色譜儀包括以上實施例中任一項所述的通用型進樣器。
[0023]根據本實用新型的又一方面，還公開了一種氣相色譜-離子遷移譜聯用譜儀，所述聯用譜儀包括以上實施例中任一項所述的通用型進樣器。
[0024]根據本實用新型的再一方面，還公開了一種氣相色譜-質譜聯用譜儀，所述聯用譜儀包括以上實施例中任一項所述的通用型進樣器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]為了使本實用新型的內容更易被清楚理解，下面結合附圖及具體實施方法對本實用新型做進一步說明。
[0026]圖1是根據本實用新型一實施例的通用型進樣器的結構示意圖；
[0027]圖1附圖標記的符號表不為:1_端蓋,2-隔墊,3-進樣器殼體,4-密封圈,5-氣化室，6-襯管，7-載氣道孔，8-隔墊吹掃氣通道，9-分流通道，10-冷卻劑通道，11-冷卻劑入口，12-氣源入口，13-多通道氣流控制閥，14-載氣入口，15-分流出口，16-隔墊吹掃氣出口，17-冷卻劑出口，18-總出氣口，19-毛細管柱，20-加熱器，21-溫控器，22-進樣器殼體橫截面。
【具體實施方式】[0028]參見圖1，根據本實用新型的一個實施例，進樣器的進樣埠機構位於進樣器的頂部，由端蓋I和隔墊2組成。端蓋I通過螺紋扣套在進樣器殼體3上，拆卸方便，便於固體進樣時置入一次性樣品管。
[0029]所述氣化室5位於所述進樣器殼體的內部，所述氣化室5與端蓋I之間有密封隔墊2將氣化室與進樣埠密封，所述端蓋中心與氣化室中心同軸。氣體或液態樣品進樣時氣化室內可放置石英或玻璃襯管，固態樣品進樣時可放置吸附有固體成分的一次性樣品管。
[0030]所述襯管或一次性樣品管6由O型密封圈4套緊密封並支撐置於氣化室5的中間。
[0031]在氣化室5底部的正中心位置設有毛細管柱19。所述毛細管柱19通過密封墊和方便裝卸的螺母固定在氣化室底部。
[0032]在所述進樣器殼體3內部沿氣化室外圓周均勻設置有若干通道，通道的位置可結合進樣器殼體橫切面22看到，通道的所有出、入口均設計在進樣器殼體的底部並均沿氣化室長度方向到達進樣器的上端。所述若干通道按功能可分為載氣通道7、隔墊吹掃通道8、分流通道9、冷卻劑通道10。其中，載氣入口 14和氣源入口 12通過閥相連，所述載氣沿載氣通道8從所述進樣器殼體底部的載氣入口 14沿載體通道向上流動被預熱後由氣化室5的入口進入氣化室；所述隔墊吹掃通道8在隔墊2的下方開口並沿所述進樣器殼體的長度方向由所述進樣器殼體底部的隔墊吹掃出口 16導出；所述分流通道9由襯管底部進入氣化室5和襯管6之間的間隙進入到氣化室的頂部並在密封圈4的下方附近出氣化室5並沿所述進樣器殼體上的分流通道從底部分流出口 15導出。所述冷卻劑通道10均勻分布在所述氣化室5的周圍。冷卻劑可從冷卻劑入口 11進入所述冷卻劑通道10。當使用液氮或氮氣等惰性物質製冷降溫時，冷卻劑通道10可與氣化室連通並且上述冷卻劑與載氣同時進入氣化室冷卻氣化室，冷卻劑可沿道隔墊吹掃通道8、分流通道9和冷卻劑通道10從冷卻劑出口 17流出，一放面對氣化室起到冷卻降溫的作用，一方面起到吹掃淨化的功能；當使用其他非惰性冷卻物質時，冷卻劑通道10為單獨的回流通道，不與氣化室5連通，僅起降溫的作用。各通道的工作狀態和工作時序由多通道氣流控制閥13調節實現。總出氣口 18通過多通道氣流控制閥13與上述多個通道的出口相連接，用於排出氣體。
[0033]所述加熱器20均勻分布在所述進樣器殼體的周圍，保證所述進樣器殼體上下受熱均勻。加熱器20由所述溫控單元21控制實現單點或程序升溫加熱。溫控單元21和多通道氣流控制閥13協同作用實現進樣器的降溫。在檢測寬沸程樣品時可以開啟程序升溫功能進樣，能有效避免低沸點位置的裂解或焦化，又能克服分流歧視，保證檢測結果的準確性。
[0034]優選地，所述密封圈為耐高溫橡膠材料或石墨材料；所述加熱器為電阻絲或雲母片。
[0035]根據本實用新型的另一方面，還公開了一種氣相色譜儀，所述氣相色譜儀包括以上實施例中任一項所述的通用型進樣器。
[0036]根據本實用新型的又一方面，還公開了一種氣相色譜-離子遷移譜聯用譜儀，所述聯用譜儀包括以上實施例中任一項所述的通用型進樣器。
[0037]根據本實用新型的再一方面，還公開了一種氣相色譜-質譜聯用譜儀，所述聯用譜儀包括以上實施例中任一項所述的通用型進樣器。[0038]上述【具體實施方式】只是對本實用新型技術方案的解釋，本實用新型並不僅僅局限於上述實施例，凡是以及上述原理及在本實用新型基礎上的改進代替都應在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種通用型進樣器，包括:進樣埠機構、進樣器殼體、氣化室、加熱器、溫控單元、載氣通道、隔墊吹掃通道、分流通道、冷卻劑通道、多通道氣流控制閥、以及溫控單元；其中 所述進樣埠機構位於所述進樣器殼體的頂部，所述進樣埠機構包括端蓋和位於所述端蓋下方的隔墊； 所述氣化室位於所述進樣器殼體的中心，在所述氣化室頂部具有頂部開口，在所述氣化室底部的正中心位置設有毛細管柱； 所述端蓋與氣化室之間有密封圈；所述密封圈布置在所述氣化室的內壁上，位於所述頂部開口附近，用於將襯管或樣品管支撐在所述氣化室的內部； 所述進樣器殼體為金屬材質，所述端蓋中心與所述氣化室中心同軸； 所述進樣器殼體中設有沿所述進樣器殼體的長度方向延伸的載氣通道、隔墊吹掃通道、分流通道、以及冷卻劑通道；所述多個通道均勻分布在所述氣化室的周圍； 所述載氣通道從所述進樣器殼體底部沿所述進樣器殼體的長度方向延伸，並與所述氣化室的頂部開口相通； 所述隔墊吹掃通道在所述隔墊的下方開口並從所述進樣器殼體的底部向外導出氣體；所述分流通道從所述氣化室的壁上開口，並從所述進樣器殼體的底部向外導出氣體；所述冷卻劑通道均勻分布在所述氣化室的周圍，並從所述進樣器殼體的底部向外導出冷卻劑；所述多個通道的工作狀態由多通道氣流控制閥調節實現； 所述加熱器由所述溫控單元控制以實現單點加熱或程序升溫加熱。
2.根據權利要求1所述的通用型進樣器，其中所述密封圈為耐高溫橡膠材料或石墨材料。
3.根據權利要求1所述的通用型進樣器，其中所述加熱器為電阻絲或雲母片。
4.一種氣相色譜儀，所述氣相色譜儀包括根據權利要求1-3中任一項所述的通用型進樣器。
5.一種聯用譜儀，所述聯用譜儀是氣相色譜-離子遷移譜聯用譜儀，並且所述聯用譜儀包括根據權利要求1-3中任一項所述的通用型進樣器。
6.一種聯用譜儀，所述聯用譜儀是氣相色譜-質譜聯用譜儀，並且所述聯用譜儀包括根據權利要求1-3中任一項所述的通用型進樣器。
【文檔編號】G01N35/10GK203772879SQ201320880833
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】張清軍, 李元景, 陳志強, 馬秋峰, 趙自然, 劉以農, 劉耀紅, 王鈞效, 鄒湘, 王燕春, 常建平, 談林霞 申請人:同方威視技術股份有限公司