[发明专利]一种气体分子浓缩富集方法及装置

说明书

本发明提供一种气体分子浓缩富集装置，包括装置本体，装置本体包括离子化电离源、进气导流环、电离室、离子收集存储器、离子中和器、以及出气集气装置；本发明还涉及一种气体分子浓缩富集方法。本发明采用选择性电离、离子持续存留收集、离子瞬时集中释放中和，实现将原本低浓度的样品气体中待测分子的浓度提高，从而实现对待测样品气体的浓缩富集；由于电离、离子收集、离子释放、离子复合都是非常快速完成的，相应的时间在纳秒和微秒级，同时富集、解吸的时间主要取决于气流速度，远快于传统富集方法。本发明构思巧妙，富集效果控制灵活，便于气体检测推广应用。

技术领域

本发明涉及低浓度气体分子检测样品前处理领域，特别涉及一种气体分子浓缩富集方法。

背景技术

低浓度气体分子检测是气体精细化检测的重要部分，在对气态分子进行分析检测的过程中，当目标待测物质的浓度较低时(ppm甚至ppb数量级)往往达不到仪器的检测限，需要对目标气体进行浓缩富集处理，提高浓度以后方可上机测量。现有气体分子浓缩富集处理的技术方法主要有溶液吸收法、填充柱阻留法、以及低温冷凝法等几大类，但上述方法分别存在以下问题：

溶液吸收法将待测气体溶解在溶液之中或是与待测气体发生化学反应生成新的易测物质，即将气态样品转化为液态样品，其缺点是改变了物质的形态，已非单纯的富集浓缩，难以适用于质谱、离子迁移谱等气态进样的后续检测，此外溶液是耗材难以用于高频次的在线监测。

填充柱阻留法以固态颗粒物作为填充制剂，通过吸附、溶解、或发生化学反应将待测组分阻留在填充材料上来达到浓缩富集的目的，然后通过解吸或溶剂洗脱的方法使被测组分从填充材料上释放出来进行测定。该方法是目前气体富集浓缩的主要方法，分为吸附型、分配型、和反应型3种，其缺点是吸附、解吸速度慢，工作过程中往往需要进行加热及冷却处理，且待测成分容易在填充材料残留影响下一次测量。

低温冷凝法将样品气体流经低于待测目标物质熔点或沸点的冷阱，在穿过冷阱的过程中目标分子被冷冻转变为液态或固态物质留在阱中，大量的在其分子被排出阱外，一定时间后通过提高冷阱的温度让目标分子转变为高浓度的气态物质后集中释放出来，以此来实现对目标待测分子的浓缩富集。该方法的缺点是浓缩富集速度慢、冷凝装置体积大、能耗高，难以适应高频次的在线监测和现场快速检测。

综上，现有浓缩富集技术存在处理速度慢、能耗高、易残留、甚至是改变了目标物质形态等问题。有鉴于此，实有必要开发一种新式的气体分子浓缩富集方法，用以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种气体分子浓缩富集方法及装置，采用选择性电离、离子持续存留收集、离子瞬时集中释放中和，实现将原本低浓度的样品气体中待测分子的浓度提高，从而实现对待测样品气体的浓缩富集。

为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种气体分子浓缩富集方法，包括以下步骤：

电离化，选择性电离源在不破坏分子结构的情况下将待测样品气体中气体分子电离转化为气态离子，电离后气态离子与载气分子形成离子分子混合群；

分子离子分离，所述离子分子混合群在流经离子收集存储器时，离子被电场力束缚住存留在离子收集存储器中，中性的载气分子不受影响从收集器中自由通过，在气流的推动被直接排出流走；

离子释放，当离子收集完成将离子收集存储器的束缚电场强度变为零或改为相反方向，失去电场束缚或在反向电场力驱动下的离子迅速从离子收集存储器上脱落集中释放出来，形成离子云；

电性中和，在气流推动下，离子云流经离子中和器转换为中性气体分子。

优选地，离子释放中通过设置离子收集存储器的束缚电场内电场力束缚离子的有效作用时间来调节气体分子的浓缩富集程度。