[发明专利]样本预浓缩器

说明书

技术领域

本发明涉及用于吸附和解吸附气体样本的样本预浓缩器，更具体地，涉及包括由碳纳米管-金属纳米络合物构成的吸附体的样本预浓缩器。

背景技术

气体传感器已广泛用于诸如工业安全、环境监测系统、食品工业、医疗服务以及其他领域的应用中。在现有技术中主要使用仅感测特定气体的一类气体传感器，然而近些年电子鼻技术得到发展，其中气体传感器设置成阵列模式，以感测对气味和异味的响应模式。

为了使用上述的气体分析系统，如气体传感器、电子鼻以及气相色谱分析，来分析气体样本，例如挥发性有机化合物(VOC)，需要可以吸附和解吸附气体样本的样本预浓缩器。

作为样本预浓缩器的一个示例，公开号为10-2005-0059364的韩国专利公开了一种用于吸附和解吸附气体的预浓缩器，该预浓缩器使用由碳纳米管构成的吸附体，且公开了一种用于制造该预浓缩器的方法。

更具体地，在公开号为10-2005-0059364的韩国专利中公开的吸附体是通过直接在电极上生长碳纳米管形成的。然而，该预浓缩器具有这样的问题，由碳纳米管的紧密生长造成的压力下降导致不能精确测量气体流速，且因为非常低的生长密度导致了碳纳米管的低吸附量，从而很难将不同种类的混合气体浓缩成合适的浓度。

作为样本预浓缩器的另一个示例，公开号为10-2006-0061629的韩国专利公开了一种具有移除水蒸汽能力的样本预浓缩器。

在公开号为10-2006-0061629的韩国专利中公开的样本预浓缩器包括样本浓缩单元，该样本浓缩单元具有与大多数标准化类型的常规气体吸附/解吸附单元类似的配置[参看《分析师》(Analyst)，2002，127卷，1061-1068页，C.J.Lu和E.T.Zellers]，其中将固态吸附体，例如Tenax或者Carbotrap作为样本浓缩单元中的吸附体，其因为具有比其他吸附体更低的吸附效率但展示出对水的低亲和力而得到广泛使用，对水的低亲和力导致由水分造成的副作用的降低，且该预浓缩器还具有水分移除单元，以将气体传感器连接至样本预浓缩器的后端。

在此，样本浓缩单元用于浓缩样本以及初步移除水分，且水分移除单元用于再次移除水分。为完全移除水分，水分移除单元使用吸附体，例如硅珠，其可以选择性地将水作为极性分子之一进行吸附。

作为样本预浓缩器的另一个示例，7,430,928号的美国专利公开了“分析用蒸汽浓缩方法和装置”。

在该美国专利中，通过下述方式设置样本浓缩单元，即，以可吸附挥发性有机化合物的吸附体来填充由镍制成的多孔泡沫金属的内部，以及以金属丝筛网来固定该泡沫金属和吸附体。在此，多孔泡沫金属用于实现吸附体的有效热传递。

然而，泡沫金属存在这样的问题，由于很难形成尺寸均匀的孔，填充孔的吸附体的分布不均衡，且能够形成在泡沫金属中的孔具有非常受限的孔尺寸。

同时，除了碳纳米管和2、6-联苯抱氧多孔聚合物型Tenax，可使用的挥发性有机化合物吸附体还包括石墨化的碳型Carbopack、碳分子筛型Carbosieve、Carbopack、Carboxen等。然而，上述吸附体在有效浓缩微量挥发性有机化合物方面受到限制。

发明内容

技术问题

本发明的这些和其他方面提供了一种使用碳纳米管-金属纳米络合物作为吸附体的样本预浓缩器。

解决问题的方案

根据本发明的一个示例性实施方式的样本预浓缩器的特征在于，样本气体注入口连接至干燥气体供应源和气体分析系统，以浓缩样本气体。在此，样本预浓缩器包括：包含由碳纳米管-金属纳米络合物构成的吸附体的样本浓缩单元；管道开关阀，用于将样本气体注入口选择地连接至干燥气体供应源和气体分析系统，以及用于控制样本浓缩单元对样本气体的吸附和解吸附；以及，多个管道，用于连接样本气体注入口、干燥气体供应源、气体分析系统、样本浓缩单元和管道开关阀。

根据本发明的一个示例性实施方式，样本浓缩单元可包括：第一管道；碳纳米管-金属纳米络合物，填充在第一管道中，用于吸附和解吸附样本气体；设置在碳纳米管-金属纳米络合物的两端中的固定件，用于固定碳纳米管-金属纳米络合物；以及，加热件，该加热件用于加热第一管道，以解吸附被吸附进碳纳米管-金属纳米络合物内的挥发性有机化合物。

每个碳纳米管-金属纳米络合物可具有10nm至1000nm的尺寸，且碳纳米管-金属纳米络合物的含量可为1mg至1g。