CN103091387A - 一种固体样品快速热解析质谱进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体样品快速热解析质谱进样装置。该装置通过热解析室对固体样品进行快速热解析，热解析产物在气压差的作用下，经保温的传输***，进入质谱进行分析。在热解析室的出口处置有高温滤布，用以滤除粒径在50μm以上的颗粒物，保证质谱的正常工作。石英毛细管和三通阀构成样品的传输***，石英毛细管用以传输热解析产物，三通阀用以控制进样的开始和结束。本发明与质谱仪相结合可用于检测固体样品的热解析产物，同时对固体样品的热解析过程进行监测，在分析过程中无记忆效应。

Description

一种固体样品快速热解析质谱进样装置

本发明属于质谱分析仪，涉及一种固体样品快速热解析质谱进样装置，所设计的热解析室对固体样品进行快速热解析，热解析产物以气体的形式经加热保温的石英毛细管，通过三通阀进入质谱进行快速分析。

背景技术

随着工业的发展，环境污染问题越来越严重，主要表现在大气、水质及土壤污染等方面。其中气体和液体样品前处理的方法已经有了较快的发展，而对于固体样品的前处理方法则相对较少。固体样品的污染主要来自于污水的排放和固体废弃物，多表现在挥发性及多环芳烃等有机物的吸附污染，其污染分布广，污染危害持续时间长，且样品量大。因此，快速地、灵敏地对固体样品进行分析成为环境分析的一个重要方向。

环境中的固体样品所吸附的有机物污染物可以在高温下挥发并释放出来，然后进行分析。热解析-气相色谱已经被用于固体样品的分析。其方法是：固体样品在热解析腔内，处于较高的温度，所吸附的有机污染物释放，并在载气的作用下进入到气相色谱进行分析。热解析固体样品的量需足够少，来保证所释放的有机污染物有较窄的色谱进样宽度，从而获得较高的分辨率，因此该分析方法的灵敏度有一定的限制。另一种方法是：首先将固体样品进行热解析，然后热解析所释放的有机污染物被低温下的Trap材料富集，最后对Trap材料进行快速加热来完成有机物污染物的快速释放，使其以较窄的进样宽度进入到气相色谱进行分析。这种分析方法，因为包括了“热解析-低温Trap富集-快速热解析”的步骤，虽然在分析灵敏度上有了提高，但其所需的分析时间也加长。

飞行时间质谱具有微秒级的快速分析速度、高离子传输率、高灵敏度、高质量测定精度和高分辨率，以及一次扫描即得全谱的优点。同时，飞行时间质谱的进样无需点进样，可以对样品进行连续进样，降低了对样品进样的前处理要求，可以完成高的的样品进气量。飞行时间质谱结合真空紫外灯软电离技术所得到质谱图中可以直接得到有机物的分子离子峰，谱图简单，因此可以对有机物污染物进行快速地定性和定量分析。

将快速热解析技术与飞行时间质谱联用，可以适当增加样品量，从而在较短的时间内获得较高的灵敏度；同时，利用飞行时间质谱快速分析的特点，可以完成对固体样品热解析过程的监测。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种固体样品快速热解析质谱进样装置，其作用是对环境中的固体样品进行快速热解析，所释放出的有机污染物经保温石英毛细管传输，通过三通阀进入到质谱中进行分析。固体样品分析时间短，灵敏度高，无记忆效应。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种固体样品快速热解析质谱进样装置，其主要包括了加热棒、测温热电偶、加热金属块、高温滤布、石英毛细管、金属管、加热带和三通阀等；石英毛细管外侧套设有金属管，金属管的两端分别设有一中空的、带有外螺纹的金属管固定螺钉，金属管伸入到金属管固定螺钉内中空处；二个带有外螺纹的固定螺钉，固定螺钉上端中部开孔，孔内表面设有内螺纹，金属管两端的金属管固定螺钉分别螺合于二个固定螺钉的孔内；加热金属块内部开设有的盲孔为热解析室；加热棒和测温热电偶通过加热金属块上的小孔固定；加热金属块内的盲孔的开口端通过氟O圈(包氟O形圈)密封螺合有加热金属块螺帽，加热金属块螺帽的上表面中部固接有一带有内螺纹的筒状固定柱，中空固定柱内螺合有一固定螺钉；加热金属块螺帽和固定螺钉的中部对应于金属管固定螺钉中空设置有孔，石英毛细管依次经固定螺钉和加热金属块螺帽伸入热解析室中，于热解析室中石英毛细管的出口处设置有高温滤布；金属管另一端的另一固定螺钉与三通阀的一个常开接口相连；三通阀的另两个接口分别与质谱电离区和真空泵相连接。

所述的加热金属块，通过小孔分别固定有加热棒和测温热电偶，加热棒为1～4根，总功率为100～400w，用以对加热金属块进行快速加热，加热金属块的温度为室温至350℃可控。加热金属块的中部的盲孔为热解析室，用以固定样品的放置，直径为5～20mm，热解析室的直径和长度可以根据固体样品的分析量进行改变。

所述的加热金属块螺帽，用于与加热金属块内的盲孔的开口端进行螺合连接，其与加热金属块螺合连接的一侧置有高温滤布，其作用在于热解析产物通过高温滤布时，高温滤布可以滤除粒径在50μm以上的固体颗粒物，从而保证质谱的正常工作。

所述的石英毛细管的两端分别穿过硅胶垫进行固定密封，其一端贯穿硅胶垫延伸至高温滤布的一侧，另一端与三通阀的常开接口相连接。硅胶垫用于石英毛细管的固定密封，保证固体样品的热解析产物不与外界发生交换，同时易于保证质谱的工作真空度。通过改变石英毛细管的内径和长度可以调节质谱的真空度，石英毛细管内径为Φ50～100μm，长度为5～200cm。

石英毛细管的外部有金属管，金属管的两端分别通过金属管固定螺钉进行固定，石英毛细管处于金属管中空处。金属管用以方便加热带的包裹固定，并防止石英毛细管的折断。金属管的内径为0.5～2mm，长度与石英毛细管长度相匹配。

所述的三通阀的常开接口与石英毛细管和金属管相连接，另两端接口分别与质谱电离区和真空泵相连，用于完成样品的进样和抽空。当三通阀的常开接口与质谱电离区导通时，固体样品热解析产物可经过三通阀进入质谱电离区；当三通阀的常开接口与真空泵相连时，固体样品热解析产物则被真空泵抽走，可用于残留气体去除。

金属管、金属管固定螺钉、固定螺钉及加热金属块螺帽的筒状固定柱外表面包裹有加热带，其温度控制在100～350℃；三通阀的外部包裹有加热带，三通阀的温度控制在50～150℃。进样装置传输线路上的保温有利于热解析产物的快速进样，减少残留，消除记忆效应。

本发明对放入到热解析室内的固体样品进行快速热解析，高温滤布用以滤除粒径在50μm以上的固体颗粒物，热解析产物以气体形式经石英毛细管和三通阀进入质谱电离区。当进行样品分析时，三通阀将常开接口与通向质谱电离区的接口导通，用以完成气体样品的质谱进样；当样品分析完成后，切换三通阀接口至真空泵抽气口，对热解析室及整个传输线路进行抽真空来减少样品残留，消除记忆效应。该装置适合于固体样品的快速热解析，经质谱进行分析，在固体样品分析方面将有广泛的应用。

附图说明：

图1为本发明的固体样品快速热解析质谱进样装置。

具体实施方式：

本发明用于固体样品的快速热解析，热解析产物在保温石英毛细管9中传输至质谱电离区15中，进行质谱分析。

如图1所示，加热金属块3为25mm×25mm×500mm的长方体，4根加热功率为100w的加热棒1和测温热电偶2通过小孔固定于加热金属块3，加热金属块3内部的盲孔为热解析室4，内径为15mm，长度为40mm，用以放置固体样品。加热棒1快速对加热金属块3进行加热，使热解析室4内的固体样品进行快速地热解析。

加热金属块3与加热金属块螺帽6之间通过氟O圈5进行螺合密封，保证释放的有机污染物不与外界发生交换，进入到质谱进行分析。加热金属块螺帽6靠近热解析室4一侧安装有高温滤布7，用以滤除粒径在50μm以上大小的固体颗粒物。

石英毛细管9用以热解析产物的传输，内径为150μm，其一端依次经固定螺钉10、硅胶垫8和加热金属块螺帽6伸入热解析室4中，其出口处为高温滤布7；另一端经过固定螺钉10、硅胶垫8通向三通阀14。硅胶垫8通过固定螺钉10压紧，对石英毛细管9和硅胶垫8的连接处进行密封。石英毛细管9的外部有金属管12，金属管12的两侧通过金属管固定螺钉11分别与加热金属块螺帽6和三通阀14的常开接口相连接。金属管12的内径为0.8mm，外径为2mm。金属管12***包裹有加热带13，维持金属管12传输部分温度为200℃。

三通阀14的常开接口与石英毛细管9和金属管12的一端相连接，三通阀的另两个接口分别与质谱电离区15和真空泵16相连。三通阀14***包裹有加热带13，维持三通阀14的温度为100℃。

实际操作中，首先，适量固体样品放置于热解析室4中，将加热金属块3与加热金属块螺帽6连接，实现密封螺合链接，并将三通阀14的常开接口切换至与质谱电离区15导通。加热棒1对加热金属块3进行快速加热，完成固体样品的热解析，热解析产物穿过高温滤布7，经保温的石英毛细管9传输至三通阀14，进入到质谱电离区15进行质谱分析。当热解析完成以后，切换三通阀14的常开接口与真空泵16相连，对热解析室4和石英毛细管9进行抽真空，以消除记忆效应。

Claims (7)

1.一种固体样品快速热解析质谱进样装置，其特征在于：包括热解析室(4)、石英毛细管(9)和三通阀(14)；

石英毛细管(9)外侧套设有金属管(12)，金属管(12)的两端分别设有一中空的、带有外螺纹的金属管固定螺钉(11)，金属管(12)伸入到金属管固定螺钉(11)内中空处；

二个带有外螺纹的固定螺钉(10)，固定螺钉(10)上端中部开孔，孔内表面设有内螺纹，金属管(12)两端的金属管固定螺钉(11)分别螺合于二个固定螺钉(10)的孔内；

于加热金属块(3)内部开设有盲孔，盲孔为热解析室(4)；于加热金属块(3)上开小孔，加热棒(1)固定于加热金属块(3)的小孔内；

加热金属块(3)内的盲孔的开口端通过氟O圈(5)密封螺合有加热金属块螺帽(6)，加热金属块螺帽(6)的上表面中部固接有一带有内螺纹的筒状固定柱，中空固定柱内螺合有一固定螺钉(10)；于加热金属块螺帽(6)和固定螺钉(10)的中部对应于金属管固定螺钉(11)中空设置有孔，石英毛细管(9)依次经固定螺钉(10)和加热金属块螺帽(6)伸入热解析室(4)中，于热解析室(4)中石英毛细管(9)的出口处设置有高温滤布(7)；

金属管另一端的另一固定螺钉(10)与三通阀(14)的一个常开接口相连；三通阀(14)的另两个接口分别与质谱电离区(15)和真空泵(16)相连接。

2.根据权利要求1所述的进样装置，其特征在于：于金属管(12)、金属管固定螺钉(11)、固定螺钉(10)及加热金属块螺帽(6)的筒状固定柱外表面包裹有加热带(13)。

3.根据权利要求1或2所述的进样装置，其特征在于：于三通阀的外表面包裹有加热带(13)。

4.根据权利要求1所述的进样装置，其特征在于：

金属管(12)两侧分别通过金属管固定螺钉(11)与加热金属块螺帽(6)和三通阀(14)常开接口相连接；

加热金属块螺帽(6)的一侧安置有高温滤布(7)；加热金属块螺帽(6)和固定螺钉(10)间设置有硅胶垫(8)，石英毛细管(9)穿套于金属管(12)中，通过硅胶垫(8)进行固定，一端延伸至高温滤布(7)一侧，另一端与三通阀(14)的常开接口相连接。

5.根据权利要求1所述的进样装置，其特征在于：于加热金属块(3)上开小孔，小孔内设置有测温热电偶(2)；加热金属块(3)的中部的盲孔为圆形，直径为5～20mm。

6.根据权利要求1所述的进样装置，其特征在于：高温滤布(7)置于加热金属螺帽(6)与热解析室(4)相连的一侧；高温滤布(7)一侧与热解析室(4)相接，石英毛细管(9)置于高温滤布(7)另一侧。

7.根据权利要求1所述的进样装置，其特征在于：

于三通阀(14)上与固定螺钉(10)相连的接口处固接有一带有内螺纹的筒状固定柱，筒状固定柱内设置有硅胶垫(8)，固定螺钉(10)螺合于中空固定柱内；

石英毛细管(9)的两端分别穿过硅胶垫(8)进行固定密封，其一端贯穿硅胶垫(8)延伸至高温滤布(7)的一侧，硅胶垫(8)通过固定螺钉(10)与加热金属螺帽(6)相连接，石英毛细管(9)的另一端贯穿硅胶垫(8)延伸至三通阀(13)的常开接口内；石英毛细管内径为Φ50～100μm，长度为5～200cm。