[发明专利]一种气泡富集提取水中挥发性有机物的膜进样结构

说明书

本发明公开一种气泡富集提取水中挥发性有机物的膜进样结构，涉及质谱进样装置技术领域，包括气泡鼓吹结构和膜进样结构；所述气泡鼓吹结构包括瓶体，所述瓶体顶部与所述膜进样结构相连通，所述膜进样结构用于与质谱监测装置连通。本发明中的气泡富集提取水中挥发性有机物的膜进样结构，水样进样方式为流动进样或循环进样，提高了检测结果的稳定性；通过氮气对水样进行鼓吹气泡，带出水中的挥发性有机物，有效提高样品的利用率，降低样品的检测限；样品解析进样时，载气入口的氮气既可以吹扫富集膜上解析出来的样品进入质谱仪，缩短分析时间，又能够为质谱仪进样提供平衡气体，保证质谱仪在稳定的最优气压下工作。

技术领域

本发明涉及质谱进样装置技术领域，特别是涉及一种气泡富集提取水中挥发性有机物的膜进样结构。

背景技术

随着工业的快速发展，越来越多的污染物不可避免地被排放到江河湖泊中，这些污染物大多具有毒性、致癌和致畸等的作用，会对人体健康产生直接危害，还会威胁水生生态系统和水生动植物的生存。水中污染物通常可分为生物性污染物、物理性污染物和化学性污染物等，其中挥发性有机物是化学性污染物的重要组成部分。挥发性有机物(VOCs)指的是在常温常压下，饱和蒸汽压大于70Pa，沸点在50-260℃以下的一类有机物的统称。水中VOCs 来源广泛、成分复杂，且危害性大。目前，美国环境保护署(EPA)将静态/ 动态顶空气相色谱法和吹扫捕集气质联用法列为检测水中挥发性有机物的标准分析方法。我国环境保护行业标准HJ 810-2016《水质挥发性有机物的测定-顶空/气相色谱-质谱法》中，采用的是基于气相色谱质谱联用的离线分析方法，需要顶空平衡等复杂的样品前处理过程。这种方法虽然具有良好的定性定量能力，但前处理过程繁琐费时费力，难以实现对大量水体样品的快速、在线分析检测。

质谱技术是环境中挥发性有机物等痕量气体进行定量定性分析的强大技术之一，其具有高特异性和优秀的灵敏度的特点，被广泛应用在化学、环境、医疗、能源和生命科学等各个领域。膜进样质谱采用一种半透膜，作为样品溶液和质谱仪真空之间的界面。膜进样无需对样品进行前处理，它允许气体或液体样品与膜直接接触选择性地对样品中的VOCs进行富集-扩散-解析后导入质谱仪进行分析。膜对样品分子具有一定的富集作用，能够在一定程度上保证质谱仪具有较高的灵敏度，其灵敏度一般为注射进样方式的几十到几百倍。

气泡预处理技术可以对水中有机物产生富集作用。这种富集作用主要是由于有机物的高表面活性使其在液相体系中被逐渐富集到气泡上，待液泡逐渐上升到水面破裂时，产生的微小液滴便富含高浓度的有机化合物。该技术无需有机溶剂作为萃取剂，在操作上简单、便捷，且对水溶液中的有机化合物具有很好的适用性，是一种具有良好应用价值的样品预处理方法。

水中挥发性有机物的富集提取方法有固相微萃取法、液相微萃取法、吹扫捕集法、顶空固相微萃取法、直接液体进样法等等，被提取出来的挥发性有机物可以利用色谱技术、色谱质谱联用技术和质谱技术进行检测分析。其中，前面的四种提取方法均为离线富集方法，需要繁琐的预处理过程，耗时耗力，不具有在线检测的能力。后一种方法虽可直接在线提取挥发性有机物，但直接液体进样法通过载气对液体带出的目标物质进行吹扫气化，对目标有机物具有稀释作用，且对富集效率和响应时间存在一定的影响。

气泡预处理技术的萃取机制为气-液萃取，这种萃取作用是通过气液两相界面(气泡)的作用，使样品中的挥发性有机物附着在气泡上，而无机组分则留在于水中，从而达到对样品分子富集的目的。其过程主要为：向水体样品里鼓吹氮气产生大量气泡，水中有机物的高表面活性使其在液相体系中被逐渐富集到气泡上，液泡在逐渐上升到水面破裂，产生的微小液滴富含了高浓度的有机化合物，这些有机化合物被载气带入质谱膜进样结构内，通过膜对有机物的进一步富集后，导入质谱仪进行检测。该技术无需有机溶剂作为萃取剂，在操作上简单、便捷，且对水溶液中的有机化合物具有很好的适用性，是一种具有良好应用价值的样品预处理方法。其中，膜进样无需对样品进行前处理，它允许样品与膜直接接触选择性地对样品中的VOCs进行富集-扩散-解析后导入质谱仪进行分析。膜对样品分子具有一定的富集作用，能够在一定程度上保证质谱仪具有较高的灵敏度，其灵敏度一般为注射进样方式的几十到几百倍。