[实用新型]微通道膜进样装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及样品分析仪器的样品进样装置，尤其是涉及一种主要用于气态或液态混合样品的微通道膜进样装置。

背景技术

对于气体分析的常见进样方法是微孔进样和毛细管进样。由于微孔的直径一般都在几十～几百微米，机械加工难度要求高。虽然毛细管进样的结构相对简单，可以根据需要选择市面上现成的不同内径和长度的毛细管。但是这两种进样方法其实都是对样品的稀释进样(按体积比)，根本没有预分离和富集作用，因此也限制了后续分析仪器的灵敏度。

膜分离进样技术最早是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速倔起的-门技术。它是利用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜，在膜两侧的压力差作为动力推动下，混合物中各组份样品由于对膜的渗透速率存在差异，经过一定时间后，渗透速率大的组份样品就会在膜的另一侧得到分离、提纯和浓缩。

膜进样装置结构简单，无需样品前处理，不仅同时具有预分离和富集的双重功能，而且超薄膜的响应时间也很短，能够满足在线快速分析检测的需要，并且可以与分析仪器直接对接。相比微孔(或狭缝)进样和毛细管进样方式，膜进样最高可以提高灵敏度2～3个数量级。

混合物在膜中的传输过程可由FICK定律描述：

(1),Iss=ADS(PsL)]]>

式(1)中：

I_ss-待测样品在膜中的渗透速率(mol/s)；

A-膜的有效表面积(cm²)；

D-扩散系数(cm²/s)；

L-膜的厚度(cm)；

S-样品在膜中的溶解度系数(mol/Pa·cm³)；

P_s-膜样品侧的压力(Pa).

从式(1)中可以得知，当膜的材料选定后，样品在膜中的渗透速率只与膜的有效表面积A和膜样品侧的压力P_s成正比，与膜的厚度L成反比。

另外，膜分离的响应时间可由FICK定律计算得到：

t10%-90%=0.237(L2D)---(2)]]>

从式(2)中可以得知，当膜的材料选定后，样品分离程度从10％到90％的时间与膜的厚度L平方成反比。因此，在设计膜进样装置时，应尽量增加膜的分离面积，并降低膜的面积。

目前，常规的与分析仪器对接的膜进样装置一般采用直径2～5mm，厚度10～100μm的高分子膜，以压力差为驱动力。膜的两侧分别是样品气压(等于大气压或正压)和真空负压，膜本身不仅是分离部件，同时也要承担真空隔离功能。因此，这种膜进样装置就存在一个严重问题：由于高分子膜的厚度非常薄，因此它的机械强度很差，实际工作表面积受到严重限制，只有数十个平方毫米，影响了膜的分离效果；如果想增加工作表面积，就必须增加高分子膜的厚度，这样一来又会使样品分析时间以平方关系增加，降低分离效率。