用于预浓缩气态样品的方法和设备技术

提供一种用于浓缩分析系统的气流中的分析物气体的系统。所述系统包含至少一个分离装置、至少一个气体入口管线、至少一个检测器、至少一个气体出口管线、连接到所述气体入口管线的第一分离管线以及用于控制所述第一分离管线中的气流的第一分离式阀。还提供一种用于浓缩分析物气体的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种连续气流系统，其用于浓缩例如元素分析器、气体色谱仪和质谱仪的分析型工具中的样品。本专利技术另外涉及一种用于预浓缩分析型工具中的分析用样品的方法。
技术介绍
元素分析是一种用于测定不同材料(包括液体、固体和气体)的碳、氮、氢、氧和/或硫组成的方法。在元素分析期间，样品通常通过在高温锅炉(一般为1000℃或高于1000℃)中燃烧转化成例如H2、CO、CO2、N2、SO2以及H2O的单种气体，一般借助于催化剂促进燃烧。燃烧产品通过惰性运载气体(He或Ar)运载到检测器。为了定量或定性测定各气体物质，在一个或多个色谱柱(例如气相色谱柱)中或通过吸附/热解吸技术分离混合物，并且使用例如热导检测(TCD)、UV荧光、吸光光谱法(UV，可见光或IR)、火焰光度检测、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发光光谱法(ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、辉光放电质谱法(GD-MS)或针对同位素比率的质谱仪检测。典型系统包含将样品材料转化成单种气体的反应器，吸附非所要气体分析物(例如H2O)的一个或多个化学捕集器、一个或多个分离柱以及可为例如气体传感器和/或质谱仪的检测器或上述其它检测系统中的一个。反应器和分离装置的吹扫体积决定系统中所需的运载气体流量，即吹扫体积越大，所需的气流越高。运载气体流量通常在40-300ml/min范围内，但可以低至几mL/min到高达1000mL/min。使打算检测的气态燃烧产品由运载气体(例如氦气或氩气)传输通过系统。然而，运载气体稀释样品转化期间产生的气体分子。因此，难以精确和准确检测小气体量；换句话说，信噪比变得不利。在检测之前浓缩样品气体代表这一困境的一种可能解决方案。本领域中已知预浓缩样品的方法。举例来说，常见预浓缩方法使用有时与低温捕集结合在一起的吸附和解吸附技术。一般来说，在吸附剂的表面上进行吸附。捕集器装载高样品量直到所捕集的分析物的量对于明显检测器信号来说足够。通常通过温度速变来控制分析物的释放。解吸附时间比吸附时间短得多，这最终使运载气体流中的分析物增加。举例来说，Hansen和Sommer(《质谱学快报(Rapid Commun.Mass Spectrom)》2007；21:314-318)描述使用烟灰缸系统收集残余气体用于随后在质谱仪中检测。其它预浓缩技术使用膜，其中所要分析物气体穿过膜，同时将剩余气体混合物排除在外。分析物的运载气体流量可以降低，引起使其浓缩。在US 5142143A中所述的方法中，吸附的气体随着低流量的运载气体释放成较低压力，其中解吸附的气体因此具有比运载气体高的密度。US 6155097A描述使载剂介质(这一实例中是空气)通过膜气体分离器来提高所述载剂介质中痕量气相的浓度的系统。气体分离器优选地使痕量气相的一部分通过并且将全部载剂介质排除在外，只允许其通过极小部分。接着用涡轮分子泵压缩关于载剂介质在痕量气相中浓缩的样品，导致在泵的排气口处的痕量气相的密度提高。US6649129中描述本领域中已知的另一系统，其披露使用低温聚集器浓缩气体样品以传递到气相色谱的系统。US 4872334披露用于程序升温毛细管气相色谱的设备和方法。所述设备的特征在于其具有两个用于运载气体的流动路径，所述运载气体可在样品注射装置之前连接到一个流动路径，并且流动路径中的一个具有可快速停止或降低所述流动路径中运载气体的流量的阀。US 2014/0283580披露一种基于借助于吸气衬底捕集以获得超浓缩稀有气体的分析稀有气体的系统，所述超浓缩稀有气体随后提取以供分析。在WO 2011/070574中，描述包括用于浓缩气态样品中的至少一种分析物的腔室的设备。浓缩分析物之后，使用运载气体将浓缩的分析物转移到色谱分离器
中以供分析和随后检测。全部这些事先描述的系统都有需要辅助装置(例如捕集器、膜或吸附剂材料)来浓缩分析物气体的缺点。本专利技术已针对这一背景提供用于预浓缩分析物的系统和方法，这解决了所述问题中的一个或多个。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够通过不使用膜、捕集器或溶剂来降低运载气体在连续流动系统中的流量并且维持流动方向的浓缩分析物气体的系统。所述系统因此不减少所分析的分析物的量就能够提高分析物分离期间的检测信号的信噪比。根据本专利技术的第一方面，提供一种浓缩分析系统的气流中的分析物气体的系统，所述系统包含：(i)至少一个分离装置，用于分离分析物气体的组分；(ii)至少一个气体入口管线，用于将分析物气体从分析物气体的供给源传递到分离装置；(iii)至少一个检测器，用于检测分析物气体的组分；(iv)至少一个气体出口管线，用于将组分从分离装置传递到检测器；以及(v)在第一接头处与气体入口管线流体联通的第一分离管线，以及用于控制第一分离管线中的气流的第一分离式阀。在一个优选实施例中，所述系统进一步包含在检测器上游在第二接头处与气体出口管线流体联通的第二分离管线，以及用于控制第二分离管线中的气流的第二分离式阀。在一些实施例中，所述系统包含一个气体入口管线和一个气体出口管线，用于将分析物气体传递到分离装置中以及从分离装置传递。在一些实施例中，可以在所述系统中布置多个分离装置，其中在第一分离装置的气体出口管线上布置一个或多个额外分离装置。最后一个分离装置的出口优选地连接到检测器。本专利技术还可以延伸到元素分析器中的或与元素分析器组合的此类系统。本专利技术可进一步延伸到质谱仪中的或与质谱仪组合的此类系统。本专利技术的另一个方面涉及一种元素分析器，其具有用于如本文所述浓缩分析物气体的系统。本专利技术的另一个方面提供一种浓缩样品气体的方法，所述样品气体用于在基
于滞留并且具有气体入口和气体出口的连续流动的分析型装置中检测，所述方法包含以下步骤：(i)以第一流动速率向分析型装置中提供气体物料流，其中气体含有暂时保留于装置中的分析物气体以及不保留的运载气体；(ii)在分析物气体在分析型装置的气体出口处显现之前使进入分析型装置的运载气体的流动速率降低到第二流动速率，其中第二流动速率低于第一流动速率。进入分析型装置的流动速率降低的结果是，分析物气体随着以第二流动速率行进通过基于滞留的分析型装置时在运载气体中浓缩。基于滞留的分析型装置可以是色谱柱，例如气相色谱柱。所述方法优选地进一步包含提供在气体入口上游的用于气流的第一分离管线并且提供在用于分析物和运载气体的出口下游的第二分离管线；以及进一步包含在气体以第一流动速率流入装置时使第一分离管线关闭并且使第二分离管线打开，并且在运载气体以第二流动速率流入装置中时使第一分离管线打开并且第二分离管线关闭。气体从装置的出口流入检测器。进入检测器的流动速率优选保持为恒定或大体上恒定流动速率。在一些实施例中，分析物气体包含暂时保留于分离装置中的多种组分(例如N2、CO2以及SO2)；所述方法进一步包含在分析物气体的至少一种所选组分(例如SO2)在分析型装置的气体出口处显现之前使进入分析型装置的运载气体的流动速率降低到第二流动速率；由此分析物气体的至少一种所选组分随着以第二流动速率行进通过基于滞留的分析型装置而在运载气体中浓缩。在一些实施例中，在分析物气体的至少一种未选择组分在分析型装置的气体出口处显现之后使进入分析型装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于浓缩分析系统的气流中的分析物气体的系统，所述浓缩系统包含至少一个分离装置，用于分离分析物气体的组分；至少一个气体入口管线，用于将来自分析物气体供给源的分析物气体传递到所述分离装置；至少一个检测器，用于检测所述分析物气体的组分；至少一个气体出口管线，用于将所述组分从所述分离装置传递到所述检测器；在第一接头处与所述气体入口管线流体联通的第一分离管线，以及用于控制所述第一分离管线中的气流的第一分离式阀；其中所述第一分离管线的开口通过所述第一分离管线释放气流的一部分并且由此降低通过所述分离装置的流动速率。

【技术特征摘要】
2015.04.30 GB 1507441.21.一种用于浓缩分析系统的气流中的分析物气体的系统，所述浓缩系统包含至少一个分离装置，用于分离分析物气体的组分；至少一个气体入口管线，用于将来自分析物气体供给源的分析物气体传递到所述分离装置；至少一个检测器，用于检测所述分析物气体的组分；至少一个气体出口管线，用于将所述组分从所述分离装置传递到所述检测器；在第一接头处与所述气体入口管线流体联通的第一分离管线，以及用于控制所述第一分离管线中的气流的第一分离式阀；其中所述第一分离管线的开口通过所述第一分离管线释放气流的一部分并且由此降低通过所述分离装置的流动速率。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含在所述检测器上游在第二接头处与所述气体出口管线流体联通的第二分离管线，以及用于控制所述第二分离管线中的气流的第二分离式阀。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述第一和/或第二分离式阀具有气体能够流过所述分离管线的第一位置，以及防止气体流过所述分离管线的第二位置。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一分离管线和/或所述第二分离管线向大气敞开。5.根据权利要求1到3中任一项所述的系统，其中所述第一分离管线和/或所述第二分离管线连接到气体供应管线用于向分析物气体的供给源提供气体和/或连接到样品引入系统用于向分析物气体的供给源提供样品。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中用于控制气流的所述第一分离式阀配置在所述第一接头处，所述阀具有气体能够通过所述第一分离管线和所述气体入口管线流向所述分离装置的第一位置，以及气体能够沿所述气体入口管线流向所述分离装置但防止流过所述第一分离管线的第二位置。7.根据权利要求2到6中任一项所述的系统，其中用于控制气流的所述第二分离式阀配置在所述第二接头处，所述阀具有气体能够通过所述第二分离管线和所述气体出口管线流向所述检测器的第一位置，以及气体能够沿所述气体出口管线流向所述检测器但防止沿所述第二分离管线流动的第二位置。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述分析物气体提供于优选地选自氦气和氩气的运载气体中。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述分析物气体的供给源通过化学反应器提供。10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其进一步包含在所述气体入口管线上配置在所述分离装置上游，优选在所述分离装置和所述第一接头之间的化学捕集器。11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其进一步包含第二运载气体入口管线，其在所述分析物气体供给源与所述第一分离管线之间的运载气体接头处流体连接到所述气体入口管线。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第二运载气体入口管线具有用于控制进入所述气体入口管线的气流的气流控制构件。13.根据权利要求11或12所述的系统，其进一步包含配置在所述气体入口管线上的在所述分析物气体供给源与所述运载气体接头之间的分析物气体分离管线，所述分析物气体分离管线进一步包含用于引导气流通过所述分析物气体分离管线的阀，所述阀具有分析物气体能够流过所述分析物气体分离管线并且防止气体流过在所述分析物气体分离管线下游的所述气体入口管线的第一位置，以及防止分析物气体流过所述分析物气体分离管线但能够流过所述气体入口管线的第二位置。14.根据权利要求11或12所述的系统，其进一步包含配置在所述运载气体接头处或与所述运载气体接头流体联通的阀，其中所述阀具有气体能够从所述分析物气体供给源通过所述气体入口管线流向所述第一接头并且防止第二运载气体流入所述气体入口管线中的第一位置，以及防止分析物气体从所述分析物气体供给源通过所述气体入口管线流向所述第一接头并且第二运载气体能够流入所述
\t气体入口管线，流向所述第一接头的第二位置，并且其中任选地，所述阀进一步配置成使得被防止流入所述气体入口管线的气体排放到大气。15.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其进一步包含第二分离装置，其中所述第二分离装置配置在所述第二分离管线下游，在所述第二分离管线和所述检测器之间。16.根据权利要求2到15中任一项所述的系统，其中所述第一分离管线和所述第二分离管线在分离管线接头处交会，并且其中流量控制气体管线连接到所述分离管线接头。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述分离管线接头包含用于选择性控制所述第一分离管线、所述第二分离管线和/或所述流量控制气体管线中的气流的分离管线阀，其中所述分离管线阀任选地具有气体能够流过所述第一分离管线并且流入所述流量控制气体管线，但防止流过所述第二分离管线的第一位置，以及气体能够流过所述第二分离管线并且流入所述流量控制气体管线但防止流过所述第一分离管线的第二位置。18....

【专利技术属性】
技术研发人员：J·施韦特斯，M·库鲁门，HJ·舒吕特，O·克拉克，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE