CN204287133U - 用于检测土壤中有机化合物浓度的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种检测装置，具体涉及一种用于检测土壤中有机化合物浓度的装置，包括以下五部分：土壤样品高温高压溶剂提取单元、高纯氮气加压与吹扫单元、样品过滤冷凝单元、样品浓缩单元、样品进样与气相色谱质子转移反应飞行时间质谱分析单元。本实用新型土壤样品有机化合物提取速度快，提取率高；样品过滤分离效率高，有机化合物损失少，滤液冷凝速度快，无需人工接触有害溶剂及有机化合物，全过程密闭，健康环保；样品提取液的浓缩速度快，定容体积准确；能对土壤样品中的有机化合物成分及浓度进行快速分析测试，分辨率高，结果可靠。

Description

用于检测土壤中有机化合物浓度的装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，具体涉及一种用于检测土壤中有机化合物浓度的装置。

背景技术

国内土壤环境污染形势日渐严峻，为掌握土壤的有机化合物污染状况，需要检测土壤中有机化合物浓度。但就现阶段而言，具备直接检测土壤中有机化合物功能的设备极少见。

实验室内大多采取土壤有机前处理后利用气相色谱或气相色谱质谱仪分析有机化合物的浓度，缺乏用于直接检测土壤中有机化合物功能的设备。目前土壤样品的人工有机前处理方法有吹扫捕集法、超声萃取法和索氏提取法。吹扫捕集法是将土壤中加水并加热至50℃后氮气吹扫水中的有机物再经冷阱捕集解吸后进气相色谱分析，吹扫捕集法能够测定的有机化合物范围有限，提取率低，仅能测定土壤中沸点较低的挥发性有机物，无法测量沸点较高的有机化合物，难以获取土壤样品中有机化合物较全面的信息。超声萃取法利用超声波辅助溶剂提取之后利用旋转蒸发仪蒸去溶剂完成浓缩最后进入气相色谱或气相色谱质谱仪分析，超声萃取法存在有机化合物提取率低、土壤与溶剂过滤分离效率低、溶剂挥发严重易造成有机化合物损失、旋转蒸发定容体积不准确、人工接触有害溶剂存在潜在危害的缺点。索氏提取法利用溶剂高温常压提取土壤中有机化合物，提取需要一天时间，速度慢、有机化合物提取率低。上述三种方法均存在人工依赖性大，速度慢、提取率低的缺点。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种用于检测土壤中有机化合物浓度的装置，土壤样品有机化合物提取速度快、提取率高，样品过滤分离效率高、有机化合物损失少、滤液冷凝速度快，无需人工接触有害溶剂及有机化合物，样品提取液的浓缩速度快、定容体积准确，能对土壤样品中的有机化合物成分及浓度进行快速分析测试，分辨率高，结果可靠。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型所述的用于检测土壤中有机化合物浓度的装置，包括提取器，提取器外部包覆有铝制加热套，提取器顶部设置有第三压力表和第一针阀，提取器通过第一三通球阀分别与第一蠕动泵、第二三通球阀相连，第一蠕动泵与溶剂瓶相连，第一电加热棒和第一热电偶***到铝制加热套中，铝制加热套放置在磁力搅拌器上，铝制加热套外侧包覆有石棉保温层，第一样品转移管伸入到提取器的内部，第一样品转移管、第一球阀、过滤器、第二球阀与物料冷凝器依次相连，物料冷凝器的顶部设置有第二针阀，物料冷凝器一侧设置有水冷凝循环管，第二样品转移管伸入到物料冷凝器的内部，第二样品转移管、第三球阀、渗透膜干燥器、第二蠕动泵、第四球阀与浓缩器依次相连，第二电加热棒和第二热电偶***到浓缩器的内部，浓缩器的内部设置有氮气吹扫管，氮气吹扫管、第六球阀与第一气体质量流量计依次相连，第一气体质量流量计通过第二三通球阀分别与第一三通球阀、第一压力表相连，第一压力表、第一减压阀与高纯氮气瓶依次相连，浓缩器下部设置有液位传感器，浓缩器与机械真空泵相连，第三样品转移管伸入到浓缩器的内部，第三样品转移管、第五球阀、第三蠕动泵、六通阀、进样口、气相色谱柱、质子转移反应离子源、漂移管滤质器、电子通道粒子检测器与电脑依次相连，六通阀上设置有定量环，六通阀与废液瓶相连，进样口、第二气体质量流量计、第二压力表、第二减压阀与高纯氦气瓶依次相连，气相色谱柱设置在柱温箱内部，质子转移反应离子源、漂移管滤质器和电子通道粒子检测器设置在真空腔体内部，真空腔体与分子真空泵相连，温控仪分别与第一电加热棒、第一热电偶、第二电加热棒、第二热电偶相连。

本实用新型包括以下五部分：土壤样品高温高压溶剂提取单元、高纯氮气加压与吹扫单元、样品过滤冷凝单元、样品浓缩单元、样品进样与气相色谱质子转移反应飞行时间质谱分析单元。

土壤样品依次经过：土壤样品高温高压溶剂提取单元内提取土壤中有机化合物、样品过滤冷凝单元内过滤洗涤冷却、样品浓缩单元内浓缩除溶剂，最后进入样品进样与气相色谱质子转移反应飞行时间质谱分析单元内分析测定有机化合物浓度，高纯氮气加压与吹扫单元提供氮气高压并作为但氮吹浓缩的气源。

土壤样品高温高压溶剂提取单元高温高压条件下用溶剂提取土壤中的有机化合物，包括：温控仪、第一电加热棒、第一热电偶、石棉保温层、磁力搅拌器、提取器、铝制加热套、第一三通球阀、第一针阀、第三压力表、第一蠕动泵、溶剂瓶、第一样品转移管、第一球阀。

高纯氮气加压与吹扫单元用于：向土壤样品高温高压溶剂提取单元中加压充装高纯氮气便于快速提取有机化合物、通过提高氮气压力产生的压差为样品过滤冷凝单元中的样品过滤步骤提供动力、为样品浓缩单元中氮气吹扫步骤提供高纯氮气，包括：高纯氮气瓶、第一减压阀、第一压力表、第二三通球阀、第一气体质量流量计。

样品过滤冷凝单元用于：过滤除去提取完有机化合物的残剩土壤、冷凝高温样品提取液，包括：过滤器、第二球阀、水冷凝循环管、物料冷凝器、第二针阀、第三球阀、第二样品转移管。

样品浓缩单元用于：采取加热、减压、氮气吹扫的方式浓缩样品提取液，除去大部分溶剂，并利用液位传感器浓缩至固定相同体积。包括：渗透膜干燥器、第二蠕动泵、第四球阀、第五球阀、第六球阀、第二电加热棒、第二热电偶、氮气吹扫管、第三样品转移管、浓缩器、液位传感器、机械真空泵。

样品进样与气相色谱质子转移反应飞行时间质谱分析单元用于：取固定体积的定量浓缩后的液体样品注入气相色谱质子转移反应飞行时间质谱检测分析各有机化合物的浓度。包括：第三蠕动泵、六通阀、定量环、废液瓶、进样口、第二气体质量流量计、高纯氦气瓶、第二减压阀、第二压力表、气相色谱柱、柱温箱、质子转移反应离子源、漂移管滤质器、电子通道粒子检测器、真空腔体、分子真空泵、电脑。

1、土壤样品高温高压溶剂提取单元：

所述的第一电加热棒和第一热电偶用于加热铝制加热套，并通过热传导对提取器内土壤样品进行高温加热提取其中的有机化合物。

温控仪根据第一热电偶和第二热电偶测量温度分别调节第一电加热棒和第二电加热棒的加热速率，进而精确控制提取器和浓缩器的温度，温度稳定。

石棉保温层用于对铝制加热套进行保温。铝制加热套外侧包覆有石棉保温层，利于维持提取器温度恒定。

磁力搅拌器利用磁子对提取器内的溶剂和土壤样品组成的液固混合物料进行磁力搅拌，利于土壤样品中有机化合物的提取。

提取器用于：在加热加压密闭条件下，利用溶剂瓶中的液态溶剂快速提取土壤样品中的有机化合物。提取器包括不锈钢盖、聚四氟乙烯垫片、不锈钢底座，不锈钢盖和不锈钢底座通过螺纹及在不锈钢盖和不锈钢底座之间加设的聚四氟乙烯垫片实现良好密封。

铝制加热套用于将第一电加热棒的高温通过铝材热传导方式传递给提取器。铝制加热套呈圆柱状，中间挖有圆柱型内槽用于盛放提取器，铝制加热套采用纯铝制作，传热效果好。另外铝制加热套能缓冲第一电加热棒直接加热可能引起的提取器温度变化幅度大的问题，有利于保持提取器温度恒定。

第一三通球阀用于：用第一蠕动泵向提取器内灌装溶剂瓶中的溶剂、利用高纯氮气瓶内氮气对提取器进行加压，以及密闭提取器进行土壤中有机化合物提取。

第一针阀用于密封或放空提取器内压强。

第三压力表用于显示提取器内压强。

溶剂瓶用于存储提取土壤中有机化合物的液态溶剂。

第一样品转移管用于：开启第一球阀后，土壤中有机化合物提取完毕后物料的转移。

2、高纯氮气加压与吹扫单元：

通过第二三通球阀的切换，一方面实现：向土壤样品高温高压溶剂提取单元中的提取器内加压充装高压氮气，通过加压进而提高溶剂及有机化合物沸点，从而提高物料的加热温度，便于快速提取有机化合物。另一方面实现：通过调节高纯氮气瓶的第一减压阀增大第一压力表示数，提高提取器内氮气压差，为样品过滤冷凝单元中的过滤器内进行的样品过滤步骤提供动力。第三方面，为样品浓缩单元中在浓缩器内进行的氮气吹扫步骤提供高纯氮气气源。

3、样品过滤冷凝单元：

过滤器用于过滤分离土壤残渣和含有机化合物提取液。过滤器可拆卸，外壳为不锈钢材质，通过螺纹密封，过滤器内部采用陶瓷过滤芯过滤除去土壤残渣，陶瓷过滤芯对提取液中的有机化合物无吸附，过滤后不会损失提取液中的有机化合物。

物料冷凝器用于冷凝提取液。物料冷凝器下部设有水冷凝循环管，通过通入冷凝循环水将高温提取液冷却至室温。

第二样品转移管用于将冷却后的提取液由物料冷凝器转移至浓缩器中。

第二针阀用于放空物料冷凝器内冷却至室温后的提取液上部的压力。

4、样品浓缩单元：

渗透膜干燥器用于提取液的干燥，采用渗透膜干燥除水，相比传统的干燥剂填料式干燥器具有干燥速度快、不损失样品中水溶性有机化合物的优点。

第二蠕动泵用于将物料冷凝器内的提取液经样品导入管输送至浓缩器中。

第四球阀和第五球阀用于提取液进行浓缩富集时密闭浓缩器。

第二电加热棒和第二热电偶与温控仪相连，用于加热浓缩器并保持温度恒定。

液位传感器用于测量浓缩器内液位高度。

氮气吹扫管用于氮吹提取液加速溶剂蒸发使提取液最终浓缩至1ml。利用液位传感器液位检测，当提取液通过加热并减压的方式浓缩至3ml时，第二电加热棒停止加热，氮气吹扫管开始通入高纯氮气吹扫提取液并浓缩至1ml。

提取液在浓缩器内完成浓缩。浓缩器有玻璃视窗，提取液的液位清晰可见并通过液位传感器准确测量。浓缩器下部设有小口径的并标有体积刻度线的腔体，腔体为防爆玻璃材质，可以通过腔体顶部的螺纹从浓缩器下端拆卸腔体。1ml浓缩液最后储于浓缩器下端的小口径腔体中。

第三样品转移管用于转移浓缩器内的1ml浓缩提取液至六通阀。

机械真空泵用于维持浓缩器处于减压状态，加速溶剂蒸发，利于快速浓缩提取液。

5、样品进样与气相色谱质子转移反应飞行时间质谱分析单元：

第三蠕动泵用于将浓缩器中的1ml浓缩液输送到达六通阀。

定量环用于量取固定相同体积的浓缩液向气相色谱质子转移反应飞行时间质谱进样。

六通阀的内部管路可以自由切换，通过切换，与六通阀相连的定量环中充满浓缩液用于进样口进样，剩余浓缩液排入与六通阀相连的废液瓶中。进样口保持高温状态，浓缩液样品在进样口充分气化后进入气相色谱柱程序升温分离。气相色谱柱温度由柱温箱控制并实现程序升温。各有机化合物经气相色谱柱分离按时间先后依次流出色谱柱进入气相色谱质子转移反应飞行时间质谱的质子转移反应离子源。

质子转移反应离子源用于浓缩液中有机化合物分子的离子化。在质子转移反应离子源内，通过阴极辉光放电使反应试剂离子H₃O⁺与待测气体样品的分子发生质子转移反应，电离生成产生带质子的特定分子离子。

漂移管滤质器用于分离具有不同质荷比的分子离子。漂移管滤质器是一种无磁动态质量分析器，根据不同质荷比的离子在无场分离区中的速度不同，引起漂移时间的差异来实现分离，离子的质量越小，运行时间就越短，越早到达电子通道粒子检测器。

电子通道粒子检测器用于检测采集各有机化合物的分子离子，并将分子离子信号进行放大处理后到达电脑。土壤样品中各有机化合物浓度检测数据以及相应检测谱图在电脑显示。

质子转移反应离子源、漂移管滤质器和电子通道粒子检测器位于真空腔体内部，真空腔体的高真空状态由分子真空泵不断抽真空来维持，高真空状态可以有效减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。

电脑显示土壤样品中各有机化合物浓度检测数据以及相应检测谱图，还可以控制及修改包括质子转移反应离子源、漂移管滤质器和电子通道粒子检测器在内的仪器参数设置。

工作原理及过程：

使用检测土壤中有机化合物浓度的装置备前，首先利用有机化合物的混合标准溶液标定气相色谱质子转移反应飞行时间质谱，确立各有机化合物浓度与检测谱图中对应的分子离子峰的峰面积之间的校准关系。首先打开高纯氦气瓶开关，调节第二减压阀以及第二压力表的示数，并通过第二气体质量流量计为进样口提供固定流量的作为气相色谱柱载气的氦气。开启分子真空泵电源使真空腔体始终维持高真空状态，接着开启质子转移反应离子源、漂移管滤质器、电子通道粒子检测器，并通过电脑设置进样口的温度、质子转移反应离子源的温度、电子通道粒子检测器的检测电压等仪器参数并准备就绪。依次向浓缩器下端的小口径腔体中注入配好的六个已知浓度的有机化合物混合标准溶液，经第三蠕动泵抽取和六通阀切换管路，将定量环内充满的具有相同体积的有机化合物混合标准溶液注入进样口。色谱柱程序升温由柱温箱控制，各有机化合物标准物质经过气相色谱柱程序升温得到分离，并按保留时间长短依次流出气相色谱柱。之后依次经质子转移反应离子源发生质子转移反应从而离子化、漂移管滤质器根据漂移时间不同进行分离、电子通道粒子检测器检测采集并将信号处理放大后在电脑得到六个已知浓度的有机化合物混合标准溶液的色谱图和质谱图，利用电脑对各有机化合物标准物质的进样浓度与分子离子峰的峰面积进行线性方程回归，得到适用于各有机化合物校准曲线的线性回归方程，并存储于电脑中，为测量土壤样品中有机化合物浓度做好准备。

开启温控仪电源，用第一电加热棒将铝制加热套加热至合适高温温度，并利用温控仪和第一热电偶精确控温并保持温度恒定，铝制加热套外部用石棉保温层保温。

将称量后的土壤样品置于提取器中，放入磁子，利用螺纹及聚四氟乙烯垫片密封提取器。关闭第一球阀和第一针阀，旋转第一三通球阀使第一蠕动泵与提取器相通，然后开启第一蠕动泵将溶剂瓶中用于提取土壤样品中有机化合物的固定体积的溶剂输送至提取器内。

打开高纯氮气瓶开关，旋转第一减压阀使第一压力表所示高压压强示数与提取器提取土壤样品所需的压强值相同，旋转第二三通球阀和第一三通球阀，向提取器中充装高压氮气，第三压力表显示提取器内压强，当第三压力表示数不再增大时完成高压氮气充装，接着关闭第二三通球阀和第一三通球阀。

将提取器置于铝制加热套中，开启磁力搅拌器利用磁子搅拌，高温高压条件下利用溶剂提取土壤样品中的有机化合物。适当升高温度有利于加速土壤样品中有机化合物的提取同时提高提取率。通过向提取器内加压充装高压氮气进而提高溶剂及有机化合物沸点，从而提高物料的可加热温度，也利于快速提取有机化合物并提高提取率。

土壤样品中的有机化合物提取完毕后，关闭第三球阀，依次开启第二球阀和第一球阀。利用提取器自带的高压，固液混合物料自动经过滤器过滤除泥后，液态提取液进入物料冷凝器。关闭第一球阀，将提取器从铝制加热套内取出并冷却至室温，打开第一针阀放空气体使提取器恢复至常压后接着关闭第一针阀。开启第一蠕动泵并调节第一三通球阀，向提取器内注入适量溶剂用于清洗残留在提取器内的少量固液混合物料，停止第一蠕动泵。旋转第一减压阀使第一压力表示数比提取器提取土壤样品所需压强值高0.5MPa，旋转第二三通球阀和第一三通球阀，向提取器中充装高压氮气，第三压力表显示提取器内压强数值。开启第一球阀，利用0.5MPa压差将提取器内的溶剂压入过滤器，洗涤过滤器内陶瓷芯表面附着土壤中混有的有机化合物。洗涤液经第二球阀进入物料冷凝器与提取液混合合并。

依次关闭第二球阀、第一三通球阀和第二三通球阀，向物料冷凝器下部的水冷凝循环管通入冷凝循环水将高温提取液冷却至室温。打开第二针阀放空物料冷凝器内冷却至室温后的提取液上部的氮气，依次开启第三球阀、第四球阀和第二蠕动泵，物料冷凝器内的提取液经过第二样品转移管泵抽取转移、渗透膜干燥器干燥除水、第二蠕动泵抽取输送后，由样品导入管进入浓缩器，浓缩器下部设有小口径腔体，腔体为防爆玻璃材质并标有体积刻度线，可以通过腔体顶部的螺纹拆卸腔体。

在浓缩器内，通过加热、减压、氮气吹扫相结合的方式实现提取液的浓缩富集变为1ml浓缩液。关闭第四球阀、第五球阀和第六球阀，开启第二电加热棒、机械真空泵和液位传感器的电源。用第二电加热棒将浓缩器内提取液加热至沸腾，利用温控仪和第二热电偶精确控温并保持提取液温度恒定；同时利用机械真空泵维持浓缩器处于减压状态，利于加速溶剂蒸发，实现快速浓缩提取液。提取液浓缩蒸发过程中，液位传感器实时检测浓缩器内提取液的液位高度，当提取液通过加热并减压的方式浓缩至3ml时，第二电加热棒停止加热。调节与高纯氮气瓶相连的第一减压阀，根据第一压力表示数选择合适的氮气压力，打开第六球阀，旋转第二三通球阀，高纯氮气通过第一气体质量流量计准确控制氮气流量后到达氮气吹扫管。氮气吹扫管用于氮吹提取液加速溶剂蒸发使提取液最终浓缩至1ml并存储于浓缩器下端的小口径腔体中。

提取液浓缩完成后，打开第五球阀，利用第三蠕动泵和第三样品转移管将浓缩器内的1ml浓缩提取液输送进入六通阀，与六通阀相连的定量环中充满浓缩液，切换六通阀进样，将定量环中的浓缩液送入气相色谱质谱联用仪的进样口检测有机化合物浓度，剩余浓缩液排入与六通阀相连的废液瓶。

进样口保持高温状态，浓缩液样品在进样口充分气化后进入气相色谱柱程序升温分离。气相色谱柱温度由柱温箱控制并实现程序升温。各有机化合物经气相色谱柱分离按出峰时间不同依次流出色谱柱。

质子转移反应离子源用于浓缩液中有机化合物分子的离子化。在质子转移反应离子源内，通过阴极辉光放电使反应试剂离子H₃O⁺与待测气体样品的分子发生质子转移反应，电离生成产生带质子的特定分子离子。

漂移管滤质器用于分离具有不同质荷比的分子离子。漂移管滤质器是一种无磁动态质量分析器，根据不同质荷比的离子在无场分离区中的速度不同，引起漂移时间的差异来实现分离，离子的质量越小，运行时间就越短，越早到达电子通道粒子检测器。

电子通道粒子检测器用于检测采集各有机化合物的分子离子，并将分子离子信号进行放大处理后到达电脑。土壤样品中各有机化合物的检测色谱图、质谱图及其对应浓度在电脑显示。

质子转移反应离子源、漂移管滤质器和电子通道粒子检测器位于真空腔体内部，真空腔体与分子真空泵相连，真空腔体的高真空状态由分子真空泵不断抽真空来维持，高真空状态可以有效减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。

电脑显示土壤样品中各有机化合物的色谱图、质谱图及其对应的分子离子峰的峰面积，并根据各有机化合物校准曲线的线性回归方程，计算机自动计算土壤样品中有机化合物浓度。利用电脑还可以控制及修改包括质子转移反应离子源、漂移管滤质器和电子通道粒子检测器在内的仪器参数设置。

过滤器每过滤完十个土壤样品后，更换过滤器内的陶瓷过滤芯。首先关闭第一球阀和第三球阀，接着依次开启第二球阀和第二针阀，通过第二针阀放空过滤器及其管路中的压力，然后拧开过滤器的螺纹更换陶瓷过滤芯。

本实用新型所具有的有益效果是：

1.本实用新型配有土壤样品高温高压溶剂提取单元，样品处理速度快，有机化合物提取率高，升温速率快，温度稳定。采用电加热升温、氮气加压、溶剂提取相结合的方式在提取器实现土壤样品中有机化合物的快速提取，样品处理速度快，有机化合物提取率高，提取器的不锈钢盖和不锈钢底座通过螺纹及聚四氟乙烯垫片密封，密封效果好，拆卸方便，更换土壤样品快捷。第一电加热棒升温速率快，温控仪控温精确温度恒定。同时采用第一电加热棒快速加热铝制加热套，并通过热传导对提取器内土壤样品进行高温加热提取有机化合物，铝制加热套设置能缓冲第一电加热棒直接加热可能引起的提取器温度变化幅度大的问题，有利于保持提取器温度恒定。

2.本实用新型配有样品过滤冷凝单元，过滤分离效率高，有机化合物损失少，人工不接触有害溶剂及有机化合物，全过程密闭，环保健康，滤液冷凝速度快，省时省力。本实用新型利用氮气压差密闭过滤除泥分离出提取液并用溶剂带压洗涤过滤器土壤中混有的有机化合物，过滤分离效率高，土壤洗涤效果好，提取液真实可靠具有代表性，有机化合物损失少，无需人工手动过滤洗涤，省时省力，人体不接触有害溶剂及有机化合物，全过程密闭，健康环保。过滤器和物料冷凝器通过螺纹密封，易拆卸，使用方便。物料冷凝器下部设有水冷凝循环管，通入冷凝循环水，滤液冷凝速度快。

3.本实用新型配有样品浓缩单元，样品提取液的浓缩速度快，浓缩液浓缩定容体积准确，透膜式干燥器干燥速度快并且干燥过程不损失水溶性有机化合物。采用加热、减压、氮气吹扫三种相互结合的方式浓缩提取液，浓缩速度快，采用液位传感器实时检测液位高度，最终准确浓缩定容至1ml。当液位体积高于3ml时采用第二电加热棒加热结合机械真空泵减压方式实现快速浓缩，当液位体积小于3ml时氮气吹扫管内通入氮气吹扫结合机械真空泵减压实现准确浓缩定容至1ml。透膜式干燥器相比传统的干燥剂填料式干燥器具有干燥速度快、不损失样品中水溶性有机化合物的优点。

4.本实用新型配有样品进样与气相色谱质子转移反应飞行时间质谱分析单元，能对土壤样品中的有机化合物成分及浓度进行快速分析测试，分辨率高，结果可靠，定量环设置进样体积准确。通过气相色谱分离与质谱定性定量分析相结合的方式来实现土壤样品中的有机化合物的成分分析及浓度测量。气相色谱质子转移反应飞行时间质谱分辨率高，质量数可精确到小数点后两位，有机化合物定性定量结果更可靠。通过六通阀内部管路切换实现定量环量取经固定体积的浓缩液样品并注入进样口，进样体积准确。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图中：1、提取器；2、铝制加热套；3、第三压力表；4、第一针阀；5、第一三通球阀；6、第一蠕动泵；7、溶剂瓶；8、第二三通球阀；9、第一电加热棒；10、第一热电偶；11、磁力搅拌器；12、石棉保温层；13、第一样品转移管；14、第一球阀；15、过滤器；16、第二球阀；17、物料冷凝器；18、第二针阀；19、水冷凝循环管；20、第二样品转移管；21、第三球阀；22、渗透膜干燥器；23、第二蠕动泵；24、浓缩器；25、第二电加热棒；26、第二热电偶；27、氮气吹扫管；28、第一气体质量流量计；29、第一压力表；30、第一减压阀；31、高纯氮气瓶；32、液位传感器；33、机械真空泵；34、第三样品转移管；35、第五球阀；36、第三蠕动泵；37、六通阀；38、进样口；39、气相色谱柱；40、质子转移反应离子源；41、漂移管滤质器；42、电子通道粒子检测器；43、电脑；44、定量环；45、废液瓶；46、第二气体质量流量计；47、第二压力表；48、第二减压阀；49、高纯氦气瓶；50、柱温箱；51、真空腔体；52、分子真空泵；53、温控仪；54、第四球阀；55、第六球阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

如图1所示，本实用新型包括提取器1，提取器1外部包覆有铝制加热套2，提取器1顶部设置有第三压力表3和第一针阀4，提取器1通过第一三通球阀5分别与第一蠕动泵6、第二三通球阀8相连，第一蠕动泵6与溶剂瓶7相连，第一电加热棒9和第一热电偶10***到铝制加热套2中，铝制加热套2放置在磁力搅拌器11上，铝制加热套2外侧包覆有石棉保温层12，第一样品转移管13伸入到提取器1的内部，第一样品转移管13、第一球阀14、过滤器15、第二球阀16与物料冷凝器17依次相连，物料冷凝器17的顶部设置有第二针阀18，物料冷凝器17一侧设置有水冷凝循环管19，第二样品转移管20伸入到物料冷凝器17的内部，第二样品转移管20、第三球阀21、渗透膜干燥器22、第二蠕动泵23、第四球阀54与浓缩器24依次相连，第二电加热棒25和第二热电偶26***到浓缩器24的内部，浓缩器24的内部设置有氮气吹扫管27，氮气吹扫管27、第六球阀55与第一气体质量流量计28依次相连，第一气体质量流量计28通过第二三通球阀8分别与第一三通球阀5、第一压力表29相连，第一压力表29、第一减压阀30与高纯氮气瓶31依次相连，浓缩器24下部设置有液位传感器32，浓缩器24与机械真空泵33相连，第三样品转移管34伸入到浓缩器24的内部，第三样品转移管34、第五球阀35、第三蠕动泵36、六通阀37、进样口38、气相色谱柱39、质子转移反应离子源40、漂移管滤质器41、电子通道粒子检测器42与电脑43依次相连，六通阀37上设置有定量环44，六通阀37与废液瓶45相连，进样口38、第二气体质量流量计46、第二压力表47、第二减压阀48与高纯氦气瓶49依次相连，气相色谱柱39设置在柱温箱50内部，质子转移反应离子源40、漂移管滤质器41和电子通道粒子检测器42设置在真空腔体51内部，真空腔体51与分子真空泵52相连，温控仪53分别与第一电加热棒9、第一热电偶10、第二电加热棒25、第二热电偶26相连。

使用检测土壤中有机化合物浓度的装置备前，首先利用有机化合物的混合标准溶液标定气相色谱质子转移反应飞行时间质谱，确立各有机化合物浓度与检测谱图中对应的分子离子峰的峰面积之间的校准关系。首先打开高纯氦气瓶49开关，调节第二减压阀48以及第二压力表47的示数，并通过第二气体质量流量计46为进样口38提供固定流量的作为气相色谱柱39载气的氦气。开启分子真空泵52电源使真空腔体51始终维持高真空状态，接着开启质子转移反应离子源40、漂移管滤质器41、电子通道粒子检测器42，并通过电脑43设置进样口38的温度、质子转移反应离子源40的温度、电子通道粒子检测器42的检测电压等仪器参数并准备就绪。依次向浓缩器24下端的小口径腔体中注入配好的六个已知浓度的有机化合物混合标准溶液，经第三蠕动泵36抽取和六通阀37切换内部管路，将定量环44内充满的具有相同体积的有机化合物混合标准溶液注入进样口38。色谱柱程序升温由柱温箱50控制，各有机化合物标准物质经过气相色谱柱程序升温得到分离，并按保留时间长短依次流出气相色谱柱39。之后依次经质子转移反应离子源40发生质子转移反应从而离子化、漂移管滤质器41根据漂移时间不同进行分离、电子通道粒子检测器42检测采集并将信号处理放大后在电脑43得到六个已知浓度的有机化合物混合标准溶液的色谱图和质谱图，利用电脑43对各有机化合物标准物质的进样浓度与分子离子峰的峰面积进行线性方程回归，得到适用于各有机化合物校准曲线的线性回归方程，并存储于电脑43中，为测量土壤样品中有机化合物浓度做好准备。

开启温控仪53电源，用第一电加热棒9将铝制加热套2加热至合适高温温度，并利用温控仪53和第一热电偶10精确控温并保持温度恒定，铝制加热套2外部用石棉保温层12保温。

将称量后的土壤样品置于提取器1中，放入磁子，利用螺纹及聚四氟乙烯垫片密封提取器1。关闭第一球阀14和第一针阀4，旋转第一三通球阀5使第一蠕动泵6与提取器1相通，然后开启第一蠕动泵6将溶剂瓶7中用于提取土壤样品中有机化合物的固定体积的溶剂输送至提取器1内。

打开高纯氮气瓶31开关，旋转第一减压阀30使第一压力29表所示高压压强示数与提取器1提取土壤样品所需的压强值相同，旋转第二三通球阀8和第一三通球阀5，向提取器1中充装高压氮气，第三压力表3显示提取器1内压强，当第三压力表3示数不再增大时完成高压氮气充装，接着关闭第二三通球阀8和第一三通球阀5。

将提取器1置于铝制加热套2中，开启磁力搅拌器11利用磁子搅拌，高温高压条件下利用溶剂提取土壤样品中的有机化合物。适当升高温度有利于加速土壤样品中有机化合物的提取同时提高提取率。通过向提取器1内加压充装高压氮气进而提高溶剂及有机化合物沸点，从而提高物料的可加热温度，也利于快速提取有机化合物并提高提取率。

土壤样品中的有机化合物提取完毕后，关闭第三球阀21，依次开启第二球阀16和第一球阀14。利用提取器1自带的高压，固液混合物料自动经过滤器15过滤除泥后，液态提取液进入物料冷凝器17。关闭第一球阀14，将提取器1从铝制加热套2内取出并冷却至室温，打开第一针阀4放空气体使提取器1恢复至常压后接着关闭第一针阀4。开启第一蠕动泵6并调节第一三通球阀5，向提取器1内注入适量溶剂用于清洗残留在提取器内的少量固液混合物料，停止第一蠕动泵6。旋转第一减压阀30使第一压力表29示数比提取器1提取土壤样品所需压强值高0.5MPa，旋转第二三通球阀8和第一三通球阀5，向提取器1中充装高压氮气，第三压力表3显示提取器1内压强数值。开启第一球阀14，利用0.5MPa压差将提取器1内的溶剂压入过滤器15，洗涤过滤器15内陶瓷芯表面附着土壤中混有的有机化合物。洗涤液经第二球阀16进入物料冷凝器17与提取液混合合并。

依次关闭第二球阀16、第一三通球阀5和第二三通球阀8，向物料冷凝器17下部的水冷凝循环管19通入冷凝循环水将高温提取液冷却至室温。打开第二针阀18放空物料冷凝器17内冷却至室温后的提取液上部的氮气，依次开启第三球阀21、第四球阀54和第二蠕动泵23，物料冷凝器17内的提取液依次经过第二样品转移管20吸取转移、渗透膜干燥器22干燥除水、第二蠕动泵23抽取输送后，由样品导入管进入浓缩器24，浓缩器24下部设有小口径腔体，腔体为防爆玻璃材质并标有体积刻度线，可以通过腔体顶部的螺纹拆卸腔体。

在浓缩器24内，通过加热、减压、氮气吹扫相结合的方式实现提取液的浓缩富集变为1ml浓缩液。关闭第四球阀54、第五球阀35和第六球阀55，开启第二电加热棒25、机械真空泵33和液位传感器32的电源。用第二电加热棒25将浓缩器24内提取液加热至沸腾，利用温控仪53和第二热电偶26精确控温并保持提取液温度恒定；同时利用机械真空泵33维持浓缩器24处于减压状态，利于加速溶剂蒸发，实现快速浓缩提取液。提取液浓缩蒸发过程中，液位传感器32实时检测浓缩器24内提取液的液位高度，当提取液通过加热并减压的方式浓缩至3ml时，第二电加热棒25停止加热。调节与高纯氮气瓶31相连的第一减压阀30，根据第一压力表29示数选择合适的氮气压力，打开第六球阀55，旋转第二三通球阀8，高纯氮气通过第一气体质量流量计28准确控制氮气流量后到达氮气吹扫管27。氮气吹扫管27用于氮吹提取液加速溶剂蒸发使提取液最终浓缩至1ml并存储于浓缩器24下端的小口径腔体中。

提取液浓缩完成后，打开第五球阀35，利用第三蠕动泵36和第三样品转移管34将浓缩器24内的1ml浓缩提取液输送进入六通阀37，与六通阀37相连的定量环44中充满浓缩液，切换六通阀37进样，将定量环44中的浓缩液送入气相色谱质谱联用仪的进样口38检测有机化合物浓度，剩余浓缩液排入与六通阀37相连的废液瓶45。

进样口38保持高温状态，浓缩液样品在进样口38充分气化后进入气相色谱柱程序升温分离。气相色谱柱39温度由柱温箱50控制并实现程序升温。各有机化合物经气相色谱柱分离按出峰时间不同依次流出色谱柱。

质子转移反应离子源40用于浓缩液中有机化合物分子的离子化。在质子转移反应离子源40内，通过阴极辉光放电使反应试剂离子H₃O⁺与待测气体样品的分子发生质子转移反应，电离生成产生带质子的特定分子离子。

漂移管滤质器41用于分离具有不同质荷比的分子离子。漂移管滤质器41是一种无磁动态质量分析器，根据不同质荷比的离子在无场分离区中的速度不同，引起漂移时间的差异来实现分离，离子的质量越小，运行时间就越短，越早到达电子通道粒子检测器42。

电子通道粒子检测器42用于检测采集各有机化合物的分子离子，并将分子离子信号进行放大处理后到达电脑43。土壤样品中各有机化合物的检测色谱图、质谱图及其对应浓度在电脑43显示。

质子转移反应离子源40、漂移管滤质器41和电子通道粒子检测器42位于真空腔体51内部，真空腔体51与分子真空泵52相连，真空腔体51的高真空状态由分子真空泵52不断抽真空来维持，高真空状态可以有效减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。

电脑43显示土壤样品中各有机化合物的色谱图、质谱图及其对应的分子离子峰的峰面积，并根据各有机化合物校准曲线的线性回归方程，计算机自动计算土壤样品中有机化合物浓度。利用电脑43还可以控制及修改包括质子转移反应离子源40、漂移管滤质器41和电子通道粒子检测器42在内的仪器参数设置。

过滤器15每过滤完十个土壤样品后，更换过滤器15内的陶瓷过滤芯。首先关闭第一球阀14和第三球阀21，接着依次开启第二球阀16和第二针阀18，通过第二针阀18放空过滤器15及其管路中的压力，然后拧开过滤器15的螺纹更换陶瓷过滤芯。

Claims (1)

1.一种用于检测土壤中有机化合物浓度的装置，包括提取器(1)，其特征在于提取器(1)外部包覆有铝制加热套(2)，提取器(1)顶部设置有第三压力表(3)和第一针阀(4)，提取器(1)通过第一三通球阀(5)分别与第一蠕动泵(6)、第二三通球阀(8)相连，第一蠕动泵(6)与溶剂瓶(7)相连，第一电加热棒(9)和第一热电偶(10)***到铝制加热套(2)中，铝制加热套(2)放置在磁力搅拌器(11)上，铝制加热套(2)外侧包覆有石棉保温层(12)，第一样品转移管(13)伸入到提取器(1)的内部，第一样品转移管(13)、第一球阀(14)、过滤器(15)、第二球阀(16)与物料冷凝器(17)依次相连，物料冷凝器(17)的顶部设置有第二针阀(18)，物料冷凝器(17)一侧设置有水冷凝循环管(19)，第二样品转移管(20)伸入到物料冷凝器(17)的内部，第二样品转移管(20)、第三球阀(21)、渗透膜干燥器(22)、第二蠕动泵(23)、第四球阀(54)与浓缩器(24)依次相连，第二电加热棒(25)和第二热电偶(26)***到浓缩器(24)的内部，浓缩器(24)的内部设置有氮气吹扫管(27)，氮气吹扫管(27)、第六球阀(55)与第一气体质量流量计(28)依次相连，第一气体质量流量计(28)通过第二三通球阀(8)分别与第一三通球阀(5)、第一压力表(29)相连，第一压力表(29)、第一减压阀(30)与高纯氮气瓶(31)依次相连，浓缩器(24)下部设置有液位传感器(32)，浓缩器(24)与机械真空泵(33)相连，第三样品转移管(34)伸入到浓缩器(24)的内部，第三样品转移管(34)、第五球阀(35)、第三蠕动泵(36)、六通阀(37)、进样口(38)、气相色谱柱(39)、质子转移反应离子源(40)、漂移管滤质器(41)、电子通道粒子检测器(42)与电脑(43)依次相连，六通阀(37)上设置有定量环(44)，六通阀(37)与废液瓶(45)相连，进样口(38)、第二气体质量流量计(46)、第二压力表(47)、第二减压阀(48)与高纯氦气瓶(49)依次相连，气相色谱柱(39)设置在柱温箱(50)内部，质子转移反应离子源(40)、漂移管滤质器(41)和电子通道粒子检测器(42)设置在真空腔体(51)内部，真空腔体(51)与分子真空泵(52)相连，温控仪(53)分别与第一电加热棒(9)、第一热电偶(10)、第二电加热棒(25)、第二热电偶(26)相连。