[发明专利]一种小体积气体样品的动态预浓缩方法

说明书

本发明涉及痕量气体组份的分析技术，特别提供了一种小体积气体样品的动态预浓缩方法。

痕量气体组份的分析在当今分析化学领域中一直是个很重要的课题，仅以环境方面为例，随着人们对环境问题的日益关注，每年关于大气痕量有机污染物的测定、汽车和柴油机尾气成份分析等的研究报告都有上百篇。痕量气体分析技术的发展有赖于高灵敏度分析仪器的出现，但更多的却是高效率的浓缩富集技术在发挥着关键作用。

气体样品的浓缩富集是指利用各种方法将样品中的待测组份含量提高，同时除去绝大部分主组份的样品前处理过程。气体样品的浓缩富集方法有很多，目前主要使用的有溶液吸收法、低温捕集法和固体吸附法。

目前常用的气体样品富集技术都不可避免地存在着种种缺陷和不足：溶液吸收法因存在较大溶剂峰的干扰而使应用范围受到了限制；低温捕集法不仅容易聚集大量的水蒸气影响以后的色谱分析，而且使用冷阱操作复杂，费时费力，不适合过程在线分析、野外分析和特殊条件下(如强振动、高温度、高加速度和全自动化操作)的样品浓缩分析等；固体吸附法中的常温吸附可以避免使用冷阱，操作简单，易于实现自动化，但它有低沸点组份易丢失，不适合低碳烃富集的缺点。

此外，这些富集方法无例外地都需要较大的样品量，这不仅造成采样时间长，脱附的时间也长，进而导致进入色谱的样品谱带较宽，最小检出浓度升高等问题。另外，对于样品有限场合的分析，如大型电力变压器油中示踪气体的在线分析、航天器舱内气体测定等，现有的技术都不能实现所需的富集倍数。

本发明的目的就是建立一种小体积气体样品预浓缩方法，在室温条件下实现对C₂及C₂以上各气态烃的富集，同时能在较小的进样量下得到较高的浓缩比，以满足快速富集和样品量有限场合的高灵敏分析。

本发明提供了一种小体积气体样品的动态预浓缩方法，其特征在于：首先将样品气在载气的推动下进入浓缩柱中；当大部分干扰组份已经从浓缩柱排出，而被测组份谱带前沿即将流出时，对浓缩柱加热脱附，同时载气反吹，使待测的样品气得到浓缩进入分析柱。

为使浓缩效果更好，本发明中对浓缩柱加热时，最好使浓缩柱的出口端至进口端形成负的温度梯度；负的温度梯度在5～80℃/cm之间。

本发明中所选用的浓缩柱中装填的吸附剂在常温下对样品的容量因子k′＞10，脱附温度＜450℃。

本发明中最好对浓缩柱采用快速加热脱附的方式，使浓缩柱加热到脱附温度的时间为1秒～40秒。最好为1秒～20秒。

本发明中载气反吹可以与加热脱附同时进行，也可以载气反吹时间比加热时间延迟1～4秒。

本发明还提供了为实现权利要求1所述小体积气体样品的动态预浓缩方法的专用装置，由定量管(7)、六通进样阀(8)、分析柱(9)、四通切割阀(10)和浓缩柱(11)组成，定量管(7)的一端通过六通进样阀(8)接分析柱(9)的入口，分析柱(9)的出口通过四通切割阀(10)与检测器(12)相连，浓缩柱(11)入口通过六通进样阀(8)与定量管(7)的另一端相接，进样通过六通进样阀(8)接定量管(7)的两端，载气通过四通切割阀(10)分别与分析柱(9)和浓缩柱(11)相连。见附图1。

本发明的工作原理如下：

开始时，载气推动着一定体积的样品进入常温浓缩柱中(如图2所示)，样品在浓缩柱的吸附实质是一个预分离的过程。在选择合适的吸附剂上，待测的痕量组份比主体组份有更强的保留。于是当大部分主体组份馏出，而待测组份在浓缩柱中缓慢移动时，便得到了一定程度的富集。当待测组份的谱带前沿即将馏出浓缩柱时，旋转切割阀，反吹并加热浓缩柱(如图3所示)。高温下待测组份脱附，谱带快速反向移动并因沿移动方向上负的温度梯度而被压缩，直至流出该柱进入分析柱。因此整个动态预浓缩过程可分为三个阶段，即常温富集阶段、切割反吹时刻、升温脱附阶段。在各个阶段待测物在浓缩柱中的保留情况分别见图4、5、6。