一種離子遷移譜的在線膜進(jìn)樣裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及樣品的快速采集和進(jìn)樣技術(shù)。具體地說是以半透膜為分離膜的離子遷移譜膜進(jìn)樣裝置。該裝置主要應(yīng)用于離子遷移譜的氣體快速進(jìn)樣，也可用于液體進(jìn)樣。
【背景技術(shù)】
[0002]離子遷移譜早在上世紀(jì)70年代便作為一種新的分析技術(shù)出現(xiàn)，該技術(shù)本身具有靈敏度高、分析速度快設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低和易于小型化等特點(diǎn)，使其在反恐安檢、毒品稽查、化學(xué)戰(zhàn)劑預(yù)警檢測(cè)等方面具有廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前離子遷移譜的進(jìn)樣方法有:直接吸入法、膜進(jìn)樣、熱解吸和激光解吸等，其中膜進(jìn)樣是一種分離選擇式進(jìn)樣方式，它的進(jìn)樣原理是樣品在膜的一側(cè)先溶入膜中，然后在膜中擴(kuò)散到另一側(cè)，再?gòu)哪ぶ腥艹鰜?，從而?shí)現(xiàn)樣品從膜一側(cè)到另一側(cè)的進(jìn)樣過程，一般通過膜的動(dòng)力是濃差擴(kuò)散力，因此只有能有效溶入膜的物質(zhì)才能通過膜，水分子一般不能通過膜，可以有效的除去進(jìn)入儀器氣體中的大部分水分子，限制團(tuán)簇的形成進(jìn)而提高儀器的靈敏度，同時(shí)也可以選擇性的讓感興趣的物質(zhì)透過膜，從而提高儀器的抗干擾能力。由于膜的隔離從而使得樣品透過膜的效率很低，一般透過率在10-20%，這也進(jìn)一步降低了儀器的檢測(cè)限。樣品通過膜是溶進(jìn)溶出的過程，從而增加了進(jìn)樣時(shí)間。
[0004]在公開的美國(guó)專利中US4311669，US4378499，US5491337中，樣品通過膜，只是采用了濃差擴(kuò)散的方式，沒有考慮到壓差也可以提過樣品透過效率，在中國(guó)專利200510028968.6中雖然考慮了壓力差，膜的一側(cè)有采樣氣體，另一側(cè)沒有載氣透過膜的樣品，這樣的進(jìn)樣效率不高，同時(shí)進(jìn)樣過程是通過微型抽氣泵的，這樣很容易使得樣品污染微型抽氣泵，造成殘留。鑒于此，我們?cè)O(shè)計(jì)一種膜進(jìn)樣裝置，即考慮了濃差擴(kuò)散，也考慮了壓差，還有加熱裝置使得擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加速。即提高了膜的透過率，也加快了響應(yīng)時(shí)間，由于膜加熱的，樣品不容易殘留膜上，解決了樣品殘留和膜污染問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種離子遷移譜的膜進(jìn)樣裝置。該進(jìn)樣器能夠提高樣品透過率、減少響應(yīng)時(shí)間和樣品殘留。膜進(jìn)樣器主要用于氣體進(jìn)樣，也可用于液體進(jìn)樣?？蓪?shí)現(xiàn)間斷進(jìn)樣和連續(xù)進(jìn)樣兩種方式。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過下述裝置得以實(shí)現(xiàn):
[0007]—種離子遷移譜用的在線膜進(jìn)樣裝置，包括膜裝置、樣品富集腔、兩個(gè)兩位三通閥；
[0008]膜裝置為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，作為膜腔，內(nèi)部空腔處設(shè)有半透膜，半透膜將膜腔分成左右兩個(gè)獨(dú)立的腔室，為膜內(nèi)腔和膜外腔，以便氣體流過吹掃膜兩邊表面；
[0009]膜外腔設(shè)有兩個(gè)與外界相連通的孔，作為采樣口和采樣出氣口，采樣出氣口與采樣泵相連；膜內(nèi)腔也設(shè)有兩個(gè)與外界相通孔，分別作為載氣入口和載氣出口 ；
[0010]樣品富集腔為中空腔體，膜裝置上的載氣出口與其相連通，樣品富集腔上還設(shè)有兩個(gè)出氣孔，一為抽氣口，一為樣品富集腔的樣品出氣口 ；
[0011]膜內(nèi)腔的載氣入口與第一個(gè)兩位三通閥的常開端相連，第一個(gè)兩位三通閥的公共端與載氣氣源相連；
[0012]第二個(gè)兩位三通閥的常開端與樣品富集腔樣品出氣口相連，第二個(gè)兩位三通閥的公共端與離子遷移譜進(jìn)樣口相連；兩個(gè)兩位三通閥的常閉端相連；
[0013]樣品富集腔抽氣口經(jīng)一開關(guān)閥相連與抽氣泵相連，開關(guān)閥使氣體只能使樣品富集腔從此口流出，不能讓氣體從此口進(jìn)入；通過閥和抽氣泵不斷動(dòng)作實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)腔氣壓的不斷變換；
[0014]膜裝置上設(shè)有加熱裝置。
[0015]膜裝置的外殼體為膜的支撐和加熱架，于外殼體上設(shè)有電加熱棒(即膜裝置上設(shè)有的加熱裝置)和溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)膜裝置的加熱和溫度控制。
[0016]膜兩側(cè)分別安裝有不銹鋼網(wǎng)，作為膜的支撐體。
[0017]如果采集的是氣體樣品，采樣泵為抽氣泵，如果是液體樣品，采樣泵為蠕動(dòng)泵；
[0018]半透膜為聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)。
[0019]樣品富集腔或?yàn)榭盏母患?或?yàn)楦患b置trap。
[0020]膜裝置上的溫度控制范圍為50-200度
[0021]該膜裝置有兩種工作模式:一為間歇式進(jìn)樣模式，采樣時(shí)，通過兩位三通閥的控制，膜內(nèi)腔和樣品富集腔處于密閉的狀態(tài)，在抽氣泵的作用下使得膜內(nèi)腔實(shí)驗(yàn)負(fù)壓，樣品在濃差擴(kuò)散、熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散和壓差擴(kuò)散的三重作用快速通過膜進(jìn)入樣品富集腔。而載氣則通過兩位三通閥的另一回路進(jìn)入離子遷移譜中，使得在采樣時(shí)離子遷移譜內(nèi)部工作氣氛沒有發(fā)生變化。進(jìn)樣時(shí)，通過兩位三通閥的控制，使得載氣通過膜內(nèi)腔和樣品富集腔，將樣品帶入離子遷移譜，實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣。采樣時(shí)樣品沒有通過負(fù)壓抽氣泵，不存在污染泵情況，增加一個(gè)采樣泵使得稍遠(yuǎn)距離的樣品都能采集到。一為連續(xù)式進(jìn)樣模式，兩位三通閥不用控制，樣品主要通過濃差擴(kuò)散和熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散透過膜實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)樣，但當(dāng)離子遷移譜工作在負(fù)壓狀態(tài)下，也有壓差擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力使得樣品通過膜；
[0022]本發(fā)明提供的進(jìn)樣器，簡(jiǎn)單實(shí)用、操作方便、適用性廣。
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0024]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2在線連續(xù)測(cè)量5ppm水楊酸甲酯樣品進(jìn)樣過程圖
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明提供一種手持式取樣器，具體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
[0027]膜裝置2的中間為膜腔，膜4將膜腔分成膜外腔19和膜內(nèi)腔18，膜外腔19有采樣口 I和采樣出氣口 20與外界相通；膜內(nèi)腔18有載氣入口 5和載氣出口 16與外界相通。膜4的兩邊分別有一個(gè)不銹鋼網(wǎng)3支撐架，膜裝置工作時(shí)，通過加熱棒17和溫度傳感器6加熱和測(cè)溫控制下，要先將其加熱到一定溫度，目前使用溫度范圍為50-200度。載氣出口 16與樣品富集腔7相連，樣品富集腔7有一個(gè)抽氣孔13和樣品出氣口 8。兩位三通閥9的常開端與載氣入口 5相連，兩位三通閥12的常開端與樣品出氣口 8相連，它們的常閉端相連，這樣構(gòu)成了兩路氣體流路。
[0028]間歇進(jìn)樣時(shí):
[0029]在采樣泵21的作用下，樣品通過采樣口 I進(jìn)入膜外腔19，使得樣品到達(dá)膜外表面，多余的樣品從采樣出氣口 20流出。于此同時(shí)，兩位三通閥9和12動(dòng)作，兩位三通閥9和12公共端與常閉端聯(lián)通，載氣10流經(jīng)常閉端進(jìn)入離子遷移譜11，而膜內(nèi)腔18和樣品富集腔7形成密閉空間，開關(guān)閥14打開，抽氣泵15啟動(dòng)，將這一密閉空間抽成負(fù)壓，在濃差擴(kuò)散、熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散和壓差擴(kuò)散的三種力的共同作用下，樣品迅速通過膜4，在樣品富集腔7中富集。采樣結(jié)束后進(jìn)樣，此時(shí)可以停止采樣，也可以不停止，但是開關(guān)閥14要關(guān)閉。然后兩位三通閥9和12動(dòng)作，兩位三通閥9和12公共端與常開端聯(lián)通，載氣10經(jīng)過膜內(nèi)腔18和樣品富集腔7，將樣品載帶進(jìn)入離子遷移譜11這樣就完成采樣進(jìn)樣。由于整個(gè)過程是采樣和進(jìn)樣不同步進(jìn)行所以稱之為間歇式進(jìn)樣。
[0030]進(jìn)樣過程也可以這樣進(jìn)行，采樣開始時(shí)如上面過程，只是在采樣結(jié)束后先將開關(guān)閥14關(guān)閉，一段時(shí)間后再切換載氣10流過負(fù)壓密閉空間，進(jìn)樣，這個(gè)方式使得富集效果更好一些。
[0031]連續(xù)進(jìn)樣時(shí):
[0032]在這種方式下兩位三通閥9和12、開關(guān)閥14和抽氣泵15不需要工作。載氣10通過兩位三通閥9，載氣入口 5膜內(nèi)腔18樣品富集腔7和兩位三通閥12進(jìn)入離子遷移譜11。樣品在采樣泵21的作用下，樣品通過采樣口 I進(jìn)入膜外腔19，到達(dá)膜外表面，多余的樣品從采樣出氣口 20流出。樣品只能在濃差擴(kuò)散和熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)下通過膜，然后由載氣帶入離子遷移譜11。如果離子遷移譜11工作在負(fù)壓狀態(tài)下，同樣有壓差擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力。
[0033]圖2為采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的膜進(jìn)樣裝置在線連續(xù)測(cè)量5ppm的水楊酸甲酯的進(jìn)樣過程圖，從測(cè)量的數(shù)據(jù)可以看出在進(jìn)樣第2秒時(shí)水楊酸甲酯的峰已達(dá)到149mV的信號(hào)，5秒信號(hào)到達(dá)270mV，響應(yīng)速度快，樣品透過率高?；菊J(rèn)為在線連續(xù)測(cè)量水楊酸甲酯的響應(yīng)時(shí)間在5秒內(nèi)。此時(shí)測(cè)量參數(shù)數(shù)膜溫度為180°C，膜內(nèi)腔壓力為56KPa，無富集。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種離子遷移譜用的在線膜進(jìn)樣裝置，其特征在于: 包括膜裝置、樣品富集腔、兩個(gè)兩位三通閥； 膜裝置為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，作為膜腔，內(nèi)部空腔處設(shè)有半透膜，半透膜將膜腔分成左右兩個(gè)獨(dú)立的腔室，為膜內(nèi)腔和膜外腔，以便氣體流過吹掃膜兩邊表面； 膜外腔設(shè)有兩個(gè)與外界相連通的孔，作為采樣口和采樣出氣口，采樣出氣口與采樣泵相連；膜內(nèi)腔也設(shè)有兩個(gè)與外界相通孔，分別作為載氣入口和載氣出口 ； 樣品富集腔為中空腔體，膜裝置上的載氣出口與其相連通，樣品富集腔上還設(shè)有兩個(gè)出氣孔，一為抽氣口，一為樣品富集腔的樣品出氣口 ； 膜內(nèi)腔的載氣入口與第一個(gè)兩位三通閥的常開端相連，第一個(gè)兩位三通閥的公共端與載氣氣源相連； 第二個(gè)兩位三通閥的常開端與樣品富集腔樣品出氣口相連，第二個(gè)兩位三通閥的公共端與離子遷移譜進(jìn)樣口相連；兩個(gè)兩位三通閥的常閉端相連； 樣品富集腔抽氣口經(jīng)一開關(guān)閥相連與抽氣泵相連，開關(guān)閥使氣體只能使樣品富集腔從此口流出，不能讓氣體從此口進(jìn)入；通過閥和抽氣泵不斷動(dòng)作實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)腔氣壓的不斷變換； 膜裝置上設(shè)有加熱裝置。2.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)樣裝置，其特征在于:膜裝置的外殼體為膜的支撐和加熱架，于外殼體上設(shè)有電加熱棒和溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)膜裝置的加熱和溫度控制。3.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)樣裝置，其特征在于: 所述膜兩側(cè)分別安裝有不銹鋼網(wǎng)，作為膜的支撐體。4.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)樣裝置，其特征在于: 如果采集的是氣體樣品，采樣泵為抽氣泵，如果是液體樣品，采樣泵為蠕動(dòng)泵。5.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)樣裝置，其特征在于:半透膜為聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)。6.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)樣裝置，其特征在于:所述樣品富集腔或?yàn)榭盏母患唬驗(yàn)楦患b置trap。7.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)樣裝置，其特征在于:所述膜裝置上的溫度控制范圍為50_200 度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及離子遷移譜膜進(jìn)樣裝置，包括膜裝置、樣品富集腔、兩個(gè)兩位三通閥；膜裝置有加熱裝置，膜將膜腔室分為膜外腔和膜內(nèi)腔，膜外腔與采樣泵相連通，膜內(nèi)腔和樣品富集腔在抽氣泵作用下產(chǎn)生負(fù)壓，進(jìn)樣時(shí)，樣品在濃差擴(kuò)散、熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散和壓差擴(kuò)散的三重作用快速通過膜，使得樣品透過膜的速率，透過率和殘留清除率得到很大改善。樣品富集腔還可以用來富集痕量樣品。該進(jìn)樣主要用于氣體進(jìn)樣，也可用于液體進(jìn)樣。能實(shí)現(xiàn)間斷進(jìn)樣和連續(xù)進(jìn)樣兩種方式。
【IPC分類】G01N27/62, G01N1/28, G01N35/10
【公開號(hào)】CN105203357
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410273529
【發(fā)明人】倉(cāng)懷文, 李東明, 李京華, 李海洋
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2014年6月18日