[发明专利]流量分配式多维气相色谱仪

说明书

本发明是一种新型多维气相色谱仪，确切地说是一种新型多维无阀切换气相色谱系统。

在气相色谱分析中常常需要串行使用两根或两根以上的色谱柱来实现一些特殊的分析工作。这种方法被称为多维气相色谱法。已有技术大都采用D.R.Deans于1968年首先提出的基于压力平衡原理的无阀切换方法。Siemens、Packard.Pye    Unican、Dani、P-E和Chrompakard等公司先后发展出各种多维气相色谱系统，并生产了多种商品仪器和装置。

然而这些仪器和装置在生产和使用中，特别是当用毛细管柱时，调试很困难，往往要凭操作者的经验，通过反复的色谱试验来进行;而且因为系统状态的调试和色谱柱流量的调节都靠改变压力来实现，互相牵扯，所以很难达到理想工作状态，给操作者带来很大的不便。

本发明的目的是要提出这样一种多维气相色谱系统，由它构成的多维气相色谱仪具有调试简单、直观的优点，能够事先拟定系统中被调的切换气流的流量值，再通过计算，算出对应的调节指示流量，然后靠测量这些调节指示流量来指导调试工作。

这种流量分配式多维色谱系统的特征在于具有一种能精确得知切换气流流量的流量分配气路。图1为这种流量分配气路的结构框图，它由恒流供应支路C，流量输出支路F和切换连接支路Q组成， 各支路的交汇点O被称做流量分配点。根据流体连续性定理，从O点流出的各流量之和在任何时候都等于流入O点的各流量之和，所以对于每个工作状态都可以列出一个流量等式，所有工作状态下的流量等式可以组成一个方程。（1）式是一个多元一次矢量方程，它表示了图1所示气路中，在所有工作状态下各气流的关系。其中、′……代表流量输出支路F在各种工作状态下分别排出的调节指示气流，代表恒流供应支路C提供的恒定气流，、′……代表切换连接支路Q中的切换气流，在控制气路的作用下，其方向和大小发生改变，从而改变了整个系统的工作状态。

（1）

在实际流程中，、′…被排出切换系统，可用流量计测量，靠调节稳流阀事先固定，、′…不能直接测量，可根据分析要求，先拟定合理值，计算出、′…;只要将、′……调出，、′…就自然产生。

实例1：采用双毛细管柱的多维色谱系统

在多维色谱分析中经常采用两根毛细管柱来解决一些复杂的分析问题，这种方法具有很强的分离能力。图2是一种双毛细管柱的多维色谱系统流程图。在这个系统中，稳流阀5做为恒流供应支路 C，向流量分配点O提供恒定气流;吸附阱19和背压稳压阀17组成流量输出支路F，同时控制中心压，在直通和切割两种工作状态下分别通过排放口20排出气流和′;切换开关S做为切换连接支路Q，在控制气路的作用下产生切换气流和′;控制气路是由针形阀12、13和电磁阀14组成，当电磁阀14打开时产生，系统处于直通状态，当电磁阀14关闭时产生′，系统处于切割状态。在不同的工作状态下，由于中心压不变，毛细管柱B中的载气流也不变。

图3是双毛细管柱多维色谱系统另一种形式的流程图。与图2所示流程不同的是，由针形阀12、13，电磁阀14，吸附阱19组成流量输出支路F，并兼做状态控制气路，而中心压的控制由稳压阀4承担。图3所示系统同图2所示的性能基本相同，但要求切换开关S的阻力要小，否则因和′的转换，中心压会发生波动。

实例2：填充柱-冷阱-毛细管柱系统

当需要分析含有微量组分的样品时，常常要事先将样品中的组分富集。采用多维色谱法进行在线富集，可以节省大量时间并能够提高定量精度。图4是一种填允柱-冷阱-毛细管柱多维色谱系统流程图。在这个系统中，与实例1中图2所示系统一样，稳流阀5做为恒流供应支路C，吸附阱19和背压稳压阀17做流量输出支路F。针形阀11、12、13，电磁阀14、15及吸附阱18组成状态控制气路，当电磁阀14和15全部关闭时，系统处于直通状态，当电磁阀14和15全部打开时，系统处于切割状态，当电磁阀15打开、 14关闭时，系统处于冷阱进样状态。冷阱T做为切换连接支路Q，在直通、切割和冷阱进样三种工作状态下，冷阱T中分别产生切换气流、′、″，同时系统在排放口20排出相应的调节指示气流、′、″，色谱柱B的载气流靠调节背压稳压阀17来实现。稳流阀6可为预柱A提供恒定载气流。针形阀10为预柱A提供补充气流，防止从A柱流出组分在连接处扩散。

对实例1中图2和图3所示系统，用（2）式表示各工作状态下流量分配气路中的所有流量的关系。每个字母代表相应的流量值，正负号由气流方向决定。

（2）