石墨化炭黑和4mg Carbosieve S III形成的混合物。吸附管102外部缠绕加热丝103,加热丝103为线径0.4mm的N1-Cr合金，电阻为10欧姆，其加热速率能达到40°C /s。吸附管102的两端分别与样品源和进样装置200相连；吸附管102连接进样装置200的一端有一内径变小的收口，缩口部分直径0.6mm。
[0042]第一冷却罩106将加热丝103和吸附管102包覆在其内部；第一冷却罩106上设有第一冷却喷头105和第一气体出口 107 ;第一冷却喷头105与冷却源104之间有管路连接。冷却源104为高压液态二氧化碳，第一冷却喷头105的喷口内径为1.5mm,出口距离吸附管的距离为3mm。CO2气压为0.8MPa，工作时液态的CO2气化，吸收大量的热，产生低温高压CO2气体，对吸附管102进行降温。该气体通过第一冷却喷头时压力急剧减小膨胀做功，节流制冷进一步降低温度，从而获得更高的制冷效率。
[0043]分离装置300由色谱柱301、色谱柱加热模块302、第二冷却喷头303及第二冷却罩304组成；色谱柱301前端与进样装置200相连，后端与检测器相连；色谱柱加热模块302与色谱柱301紧密接触；第二冷却罩304将色谱柱301和色谱柱加热模块302包覆在其内部；第二冷却罩304上有第二冷却喷头303和第二气体出口 305 ;第二冷却喷头303与冷却源104之间有管路连接。第二冷却喷头303与第一冷却喷头105的结构相同。
[0044]进样装置200为一个二位六通阀，第一接头201和第二接头203分别为六通阀的两个阀孔接头。六通阀上的另一个阀孔与大气相通作为进样装置出口 202。通过阀两个位置的切换实现两种工作状态:一种是富集状态。样品气经过吸附管102富集后残留的气体进入进样装置200从出口排出到外界。另一种是进样状态，热解析时吸附在吸附剂上的目标组分将经过吸附管102、进样装置200被传输至色谱柱301。
[0045]如图2所示，该富集热解析装置100能够在第一冷却喷头105工作时降温至_25°C以提高富集效率；富集时，进样装置200处于富集状态，气体样品流过吸附管102，其中的VOCs被吸附剂101吸附富集。富集完成后，第一冷却喷头105停止工作，加热丝103施加加热电压，以40°C /s的升温速率升高吸附管102温度至320°C。此时，进样装置200处于进样状态，热解析下来的VOCs经过进样装置200进入色谱柱301。热解析进样5s，以降低进样谱带。进样完成后，第一冷却喷头105开始工作，在10-30S内快速降低吸附管102的温度至_25°C以继续富集，完成一个富集热解析周期。
[0046]吸附管102进样端通过一段连接管连接到进样装置200，进样装置200也通过连接管连接到色谱柱301。连接管保温在80°C，进样装置200保温在70°C以减小分析残留。色谱柱301为1mX0.1Omm 1.d.X5ym 0V-17。分离开始时第二冷却喷头303工作，色谱柱降低到初始柱温_20°C，以提高低沸点组分的分离度和峰容量，随后进入程序升温阶段；第二冷却喷头303停止工作，色谱柱加热模块302开始工作，迅速升温，以加快分离速度。分离完成后，第二冷却喷头303工作，将色谱柱温从高温降低至-20°C的初始温度，开始下一次分析。图3为该条件下，色谱柱温在一个分析周期内的变化。可以看到整个分析周期为130s,大大低于常规富集/热脱附-色谱分离系统的分析周期(一般15-30min)。
[0047]对10ppb的39种T014标样进行快速富集热解析及气相色谱分离的结果如图4所示，图中数据为采用氢火焰离子化检测器的数据，也可采用其他气相色谱检测器。
[0048]实施例2
[0049]如实施例1所述的装置,其中进样装置200为一个三通两位电磁阀。
[0050]实施例3
[0051]如实施例1所述的装置，其中吸附管102为内壁经过惰性处理的不锈钢管，吸附剂101为1mg碳分子筛TDX-1。进样装置200及其连接管处于室温环境中。所述装置能对低碳烃(如乙烷、乙烯、丙烷等)实现快速富集-热解析-色谱分离，整个分析周期小于2min。
[0052]实施例4
[0053]如实施例1所述的装置，其中进样装置200为采用Deanswitch结构的压力控制装置。
【主权项】
1.一种富集-热解析-色谱分离装置，由富集热解析装置(100)、进样装置(200)、分离装置(300)和冷却源(104)组成，其特征在于: 所述富集热解析装置(100)由吸附管(102)、加热丝(103)、第一冷却罩(106)和第一冷却喷头(105)组成；吸附管(102)中填装有吸附剂(101);加热丝(103)缠绕在吸附管(102)外表面；吸附管(102)的两端分别与样品源和进样装置(200)相连；第一冷却罩(106)将缠绕加热丝(103)的吸附管(102)包覆在其内部；第一冷却罩(106)上设有第一冷却喷头(105)和第一气体出口(107);第一冷却喷头(105)与冷却源(104)之间有管路连接，使冷却源(104)中的冷却物质能经过第一冷却喷头(105)进入第一冷却罩(106)内部，从第一冷却罩(106)上的第一气体出口(107)排出； 所述分离装置(300)由色谱柱(301)、色谱柱加热模块(302)、第二冷却喷头(303)及第二冷却罩(304)组成；色谱柱(301)前端与进样装置(200)相连，后端与检测器相连；色谱柱加热模块(302)与色谱柱(301)紧密接触；第二冷却罩(304)将色谱柱(301)和色谱柱加热模块(302)包覆在其内部；第二冷却罩(304)上有第二冷却喷头(303)和第二气体出口(305);第二冷却喷头(303)与冷却源(104)之间有管路连接，使冷却源(104)中的冷却物质能经过第二冷却喷头(303)进入第二冷却罩(304)内部，从第二冷却罩(304)上的第二气体出口(305)排出； 所述进样装置(200)为一密闭容器，密闭容器设有一进样装置出口(202)与外界相通，进样装置(200)经第一接头(201)与吸附管(102)相连；进样装置(200)经第二接头(203)与色谱柱(301)相连；所述进样装置(200)具有两种工作状态；状态I时，通过吸附管(102)的气体经过第一接头(201)进入进样装置(200)后直接从进样装置出口(202)排出；状态2时，通过吸附管(102)的气体进入进样装置(200)后，经过第二接头(203)被传输至色谱柱(301)。2.根据权利要求1所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:所述第一冷却喷头(105)和第二冷却喷头(303)具有变径结构，出口处内径变小，即出口处垂直于流体流动方向的截面面积小于入口处垂直于流体流动方向的截面面积。3.根据权利要求1或2所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:第一冷却喷头(105)的出口面向吸附管(102)，所述第一冷却喷头(105)的出口距离吸附管(102)的距离为I臟?50臟。4.根据权利要求1或2所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:所述吸附管(102)为石英管、玻璃管或内壁经过惰性处理的金属管，其内径为0.5mm-10mm ;所述吸附管(102)连接进样装置(200)的一端有一内径变小的收口。5.根据权利要求1或2所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:所述进样装置(200)为二位三通或三通以上的阀。6.根据权利要求1或2所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:所述进样装置(200)的两种工作状态通过控制第一接头(201)与进样装置出口(202)之间的压差，以及进样装置出口(202)与第二接头(203)之间的压差来实现。7.根据权利要求1或2所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:所述进样装置(200)及其与色谱柱(301)、吸附管(102)的连接管路均被加热保温。8.根据权利要求1所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:第二冷却喷头(303)面向色谱柱(301)。9.根据权利要求1所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:所述冷却源(104)为高压液态二氧化碳，冷却物质为低温二氧化碳气体。10.根据权利要求1所述的富集-热解析-色谱分析装置，其特征在于:所述色谱柱加热模块(302)为直热式电加热块或空气浴加热模块。
【专利摘要】本发明提供了一种富集-热解析-色谱分离装置，由快速富集热解析装置、进样装置和快速分离装置组成。其中，快速富集热解析装置利用装有吸附剂的吸附管在低温二氧化碳气体的作用下，低温富集气体样品中的目标组分，通过缠绕在吸附管外的加热丝快速升温热解析，富集解析后的目标组分通过进样装置进入分离装置。分离装置采用低温二氧化碳气体冷却色谱柱，配合快速加热模块，实现较低的色谱柱初温和高的升温速率，从而获得高的分离效果，极快的分析速率和高的峰容量。本装置能够实现气体样品中痕量组分的在线富集，快速解析，超快速气相色谱分析。
【IPC分类】G01N30/16, G01N30/08
【公开号】CN105651910
【申请号】
【发明人】关亚风, 张杨刚, 吴大朋, 刘洪鹏, 孟虎
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年12月3日