吸附设备的制作方法

专利名称:吸附设备的制作方法
技术领域：
某些特征、方面和实施方案涉及用于对物质取样的吸附管。具体地，某些实施方案涉及包括多种不同吸附材料的多床吸附管。
背景
色谱分析的一个普遍应用是使用热解吸附单元来确定特定环境的成分。例如，通常期望检测存在于某些空气样品中的挥发性有机化合物(VOC)的量。一种检测方法是通过先将封装有吸附材料的吸附管输送至待测试的环境中，接着收集空气中的V0C。在每一种情形中，当空气通过管时，吸附剂保留下待测量的分析物(即，V0C)。
概要
在一个方面，提供了一种吸附设备，其包括主体，该主体包括取样入口、取样出口和所述入口与所述出口之间的腔室，所述腔室包括连续布置的至少四种不同的吸附材料，其中吸附材料被布置成从具有最弱吸附强度的材料到具有最强吸附强度的材料，且最弱的吸附强度邻近取样入口。
在某些实施方案中，所述设备包括在不同的吸附材料中的每一种之间的流体可渗透屏障。在某些实施方案中，所述流体可渗透屏障包括钢网。在额外的实施方案中，所述四种不同的吸附材料中的至少一种包括炭黑或石墨化炭黑。在额外的实施方案中，所述四种不同的吸附材料中的每一种独立地是石墨化炭黑或碳分子筛，且没有一种材料是相同的材料。在其它实施方案中，在单个解吸附循环中，所述吸附材料有效地解吸附基本上所有吸附到所述四种不同的吸附材料上的挥发性有机物质。在某些实施例中，在所述单个解吸附循环之后，所述吸附材料有效地被重新使用而无需任何温度处理步骤。
在另一个方面，描述了一种有效地吸附和解吸附样品中的挥发性有机物质的吸附设备，所述吸附设备包括中空的管，所述中空的管包括主体、取样入口和取样出口，所述主体包括内部容积，至少四种不同的吸附材料被布置在所述内部容积中，在单个解吸附循环中，所述吸附材料有效地解吸附基本上所有吸附到所述吸附材料上的挥发性有机物质，其中所述吸附材料被连续布置成从具有最弱吸附强度的材料到具有最强吸附强度的材料，且最弱吸附强度的材料邻近所述取样入口。
在某些实施例中，所述不同的吸附材料通过流体可渗透屏障而彼此分开。在其它实施例中，所述流体可渗透屏障包括钢网。在其它实施例中，所述四种不同的吸附材料中的至少一种包括炭黑或石墨化炭黑。在额外的实施例中，所述四种不同的吸附材料中的每一种独立地是石墨化炭黑或碳分子筛，且没有一种材料是相同的材料。在某些实施方案中，在所述单个解吸附循环之后，所述吸附材料有效地被重新使用而无需任何温度处理步骤。
在额外的方面，描述了一种设备，其包括主体，该主体包括取样入口、取样出口和所述入口与所述出口之间的腔室，所述腔室包括在腔室内连续布置的至少三种不同的吸附材料，其中不同的吸附材料中的每一种通过流体可渗透屏障而分开。
在某些实施方案中，所述流体可渗透屏障包括钢网。在其它实施方案中，所述三种不同的吸附材料中的至少一种包括炭黑或石墨化炭黑。在一些实施方案中，所述三种不同的吸附材料中的每一种独立地是石墨化炭黑或碳分子筛，且没有一种材料是相同的材料。在某些实施例中，在单个解吸附循环中，所述吸附材料有效地解吸附基本上所有吸附到所述三种不同的吸附材料上的挥发性有机物质。在其它实施例中，在所述单个解吸附循环之后，所述吸附材料有效地被重新使用而无需任何温度处理步骤。在额外的实施例中，所述最强吸附材料被布置成邻近所述取样出口，所述最弱吸附材料被布置成邻近所述取样入口，且其它吸附材料在所述最强吸附材料与所述最弱吸附材料之间。
在另一个方面，提供了有效地吸附和解吸附样品中的挥发性有机物质的吸附设 备，所述吸附设备包括中空的管，所述中空的管包括主体、取样入口和取样出口，所述主体包括内部容积，至少三种不同的吸附材料被布置在所述内部容积中，在单个解吸附循环中，所述吸附材料有效地解吸附基本上所有吸附到所述吸附材料上的挥发性有机物质。
在某些实施例中，所述不同的吸附材料通过流体可渗透屏障而彼此分开。在一些实施例中，所述流体可渗透屏障包括钢网。在额外的实施例中，所述三种不同的吸附材料中的至少一种包括炭黑或石墨化炭黑。在某些实施方案中，所述三种不同的吸附材料中的每一种独立地是石墨化炭黑或碳分子筛，且没有一种材料是相同的材料。在其它实施方案中，所述最强吸附材料被布置成邻近所述取样出口，所述最弱吸附材料被布置成邻近所述取样入口，且其它吸附材料在所述最强吸附材料与所述最弱吸附材料之间。
在额外的方面，描述了一种方法，包括使吸附设备暴露于包括挥发性物质的环境中以允许所述挥发性物质吸附到所述吸附设备，所述吸附设备包括多种不同的吸附材料；和使用单个解吸附循环来解吸附吸附到所述吸附设备的所述物质以解吸附所述吸附设备中的基本上所有的吸附物质。
在某些实施方案中，该方法可以包括重新使用所述吸附设备以允许挥发性物质吸附到所述吸附设备，而无需任何进一步的温度处理步骤来去除残余的吸附物。在其它实施方案中，所述吸附设备包括连续布置在腔室内的至少三种或至少四种不同的吸附材料，其中不同的吸附材料中的每一种通过流体可渗透屏障而分开。在一些实施方案中，所述三种或四种不同的吸附材料中的至少一种包括炭黑或石墨化炭黑。在某些实施方案中，所述三种或四种不同的吸附材料中的每一种独立地是石墨化炭黑或碳分子筛，且没有一种材料是相同的材料。在额外的实施方案中，所述最强吸附材料被布置成邻近所述取样出口，所述最弱吸附材料被布置成邻近所述取样入口，且其它吸附材料在所述最强的吸附材料与所述最弱的吸附材料之间并被布置成从最弱吸附强度到最强吸附强度。
在另一个方面，描述了一种有利于分析空气空间的方法，所述方法包括提供吸附设备，该吸附设备包括取样入口、取样出口和所述取样入口与所述取样出口之间的腔室，所述腔室包括在腔室内被连续布置的至少三种或至少四种不同的吸附材料，其中不同的吸附材料中的每一种通过流体可渗透屏障而分开且其中所述三种或四种吸附材料中没有一种是相同的吸附材料。
在某些实施例中，所述方法可以包括提供在一个热解吸附循环中使用吸附设备的说明书以解吸附基本上所有吸附到所述吸附设备上的物质。在一些实施例中，所述方法可以包括提供与所述吸附设备一起使用的分析设备。在额外的实施例中，所述方法可以包括提供与所述吸附设备一起使用的泵。在其它实施例中，取样可以被动进行。
在额外的方面，提供了一种设备，其包括中空的管，所述中空的管包括取样入口、取样出口和在所述取样入口与所述取样出口之间的腔室，所述腔室包括内部容积，所述设备还包括所述腔室的所述内部容积内的第一、第二、第三和第四吸附材料，其中所述第一吸附材料是比所述第二吸附材料弱的吸附材料，所述第二吸附材料是比所述第三吸附材料弱的吸附材料以及所述第三吸附材料是比所述第四吸附材料弱的吸附材料，其中所述第四吸附材料邻近所述取样出口，所述第一吸附材料邻近取样入口，所述第二吸附材料邻近所述第一吸附材料且在所述第一吸附材料与所述第三吸附材料之间，以及所述第三吸附材料邻近所述第四吸附材料且在所述第二吸附材料与所述第四吸附材料之间。在某些实施方案中，所述设备可以包括使所述第一吸附材料与所述第二吸附材料分开的第一流体可渗透屏障、使所述第二吸附材料与所述第三吸附材料分开的第二流体可渗透屏障和使所述第三吸附材料与所述第四吸附材料分开的第三流体可渗透屏障。在一些实施方案中，所述第一、第二、第三和第四吸附材料中的至少一种包括炭黑。在其它实施方案中，所述第一、第二、第三和第四吸附材料中的每一种独立地是炭黑或分子筛，且没有一种是相同的材料。
下面更详细描述了另外的特征、方面、实施例和实施方案。
附图简述
下面参考附图更详细地描述了某些示例性的实施方案，附图中
图I是根据某些实施例的吸附设备的透视图；
图2是根据某些实施例的吸附设备的侧视图，显示了取样入口和出口以及解吸附入口和出口；
图3是根据某些实施例的吸附设备的横截面图，包括三种吸附材料；
图4是根据某些实施例的吸附设备的横截面图，包括四种吸附材料；
图5是根据某些实施例的在气相色谱系统中的吸附设备的图示；
图6是根据某些实施例的显示了吸附和解吸附到吸附设备的分析物的表；
图7是根据某些实施例的包括四种不同类型的吸附材料的吸附设备的图示；
图8是用于测试吸附设备的示意图；在通常的样品收集程序中可以省略此设备；
图9A和9B根据某些实施例显示了从吸附设备解吸附的物质的总离子色谱图(TIC)(图9A)和重新注入的加标管的TIC (图9B)；
图IOA和IOB根据某些实施例显示了离子57的质量色谱图(
图10A)和来自重新注入的加标管中的离子57的质量色谱图(图10B);和
图IlA和IlB根据某些实施例显示了重质聚芳烃的质量色谱图(图11A)和来自重新注入的加标管中的重质聚芳烃的质量色谱图(图11B)。
附图中显示的某些尺寸和部件可以被放大、变形、夸大或另外以非常规方式显示以有利于更好地理解本文描述的技术。附图中所示的长度、宽度、横截面形状和类似物仅仅是示例性的，且鉴于本公开内容的益处，本领域的技术人员可易于选择其它长度、宽度和横截面形状。[0036]详述
本文所述的吸附设备的实施例可以用于许多不同的应用中，包括但不限于户内和户外空气监测，土壤、水、生物燃料、聚合物、包装材料、调料和芳香剂、化妆品、废气的排出气体的分析和可能存在挥发性物质的许多其它应用。被选择引入到吸附设备中的具体材料可依赖于待分析的具体物质的不同而变化。使用术语吸附设备，仅为了方便目的，且在本文描述的吸附设备有效地吸附(或吸收)和解吸附分析物质。在一些实施方案中，通过选择多种不同吸附材料的组合，吸附设备提供有效的解吸附且在单个解吸附循环后可被重复使用，而不需要温度处理来除去任何残留的吸附剂。
在一些实施方案中，本文描述的吸附设备包括三种或更多种不同类型的填充材料，在本文还称为可用于吸附的吸附材料。在一些实施例中，本文描述的吸附设备可与色谱分析一起使用，以测定特殊环境的组成。例如，通常期望检测存在于某些空气样品中的挥发性有机化合物(VOC)的量。可通过使用注射器、小型真空泵或其它工具将气体(通常为周围 的空气)样品抽吸通过这样的管来收集V0C。后一种方法通常称为“泵取样”。在每种情况下，当气体穿过吸附设备时，吸附材料保留下待测量的分析物，例如V0C。一旦VOC被收集，具有吸附的分析物的吸附设备随后在热解吸附仪器中被加热，且惰性气体，例如氦气、氮气或氢气的流被提供，以吹扫VOC离开吸附设备并进入色谱柱中来进行分离和分析。
在一些实施例中，本文描述的吸附设备可用于土壤蒸汽入侵分析中。当存在于受污染地方的土壤中的空气空间中的有毒化合物进入建筑物而可能带来健康风险时，发生土壤蒸汽入侵。许多受污染的场所除了具有当前EPA空气毒物组分列表外，还具有高的柴油含量和有毒的多环芳族化合物。当使用目前可得到的解吸附管对场所取样时，进入管的柴油将不易于释放，从而使得管用于重新取样是不稳定的。另外，由于管的强吸附性质，具有高于萘的沸点的多环芳族化合物不能定量地从管中被解吸附，使得定量研究这些化合物是困难的或不可能的。通常，当开始对场所取样时，存在许多未知的化合物。EPA已鉴定出属于健康所关注的需要由管捕获的目标分析物；然而，这些场所含有未被管理的其它化合物。因此，这些未知的化合物可能干扰分析或使用目前的管设计可能未被检测到。
在一些实施方案中和除了遭遇较重质烃物质问题外，许多较轻的物质可穿透，例如可能仅以少量吸附或一点也不吸附，或可能太快速地解吸附，这可降低这些物质全都被检测到的可能性或可导致定量误差。另外，许多政府规章已降低用于土壤蒸汽入侵测试所需要的检测限值。当使用可利用的取样设备时，扩大取样容积以降低检测限值会导致许多较轻质组分的穿透问题。
在一些实施方案中，本文描述的吸附设备可包括合适的结构，以允许进入的流体，例如气体，进入吸附设备，使得流体可至少暂时地吸附到吸附设备中的吸附材料。图I示出示例性的吸附设备。设备100包括主体110，主体110包括取样入口 120和取样出口 130。在取样入口 120和取样出口 130之间是内部腔室。在图I示出的构造中，吸附设备被构造为中空的管或圆柱体。不同类型的吸附剂介质(未示出)被布置在腔室中，占据主体110的内部容积的至少一部分。在一些情况下，整个内部容积可被不同的吸附材料占据，然而，在其它实例中，内部容积的至少一部分可保持敞开的，例如邻近取样入口 120和取样出口 130的区域可以是空的。在使用时，吸附设备100可放置在环境中，且诸如挥发性气体的流体可被允许扩散到吸附设备或使用泵或其它类似的设备被另外吸入到吸附设备中，或被动地吸附。在所期望的一段时间后，在分析之前，可密封吸附设备100。吸附设备100可被流动地连接到分析设备，例如GC或GC/MS，且载气可在图2的箭头215的通常方向吹扫穿过吸附设备100，通常通过加热实现，以解吸附所吸附的物质。参考图2，在一种构造中，可将载气提供在解吸附入口 210 (还称为图I中的取样出口 130)。吸附的物质通过解吸附出口 220 (还称为图I中的取样入口 120)离开吸附设备100。然后将解吸附的物质提供到柱(未示出)以分离它们，随后是使用合适的检测器(例如火焰电离检测器、电化学检测器、质谱仪或通常存在于气相色谱系统中或与气相色谱系统一起使用的任何其它合适的检测器)来后续分析。在另一个实施方案中，吸附设备可包括三种不同的吸附材料，每种通过流体可渗透屏障而分开。在图3中示出一种示例。设备300包括主体310。当取样时，样品进入样品入口 320。组分被吸附到吸附剂上，且未保留的材料通过取样出口 330离开管。从内布置在主体310的腔室中的是第一吸附材料340、第二吸附材料350和第三吸附材料360。第一吸附材料340、第二吸附材料350和第三吸附材料360可通过流体可渗透屏障365和370彼此分开。流体可渗透屏障365和370可以是允许流体从吸附设备的一部分扩散，穿过屏障并且达到吸附设备的另一部分上的任何合适的材料。在这种管设计中，使用薄的网筛；然而，还可使用玻璃粉或其它流体可渗透屏障。示例性的流体可渗透屏障包括本文描述的屏障。屏障或夹具375和380可用于将吸附材料340、350和360保持在吸附设备300的主体310中。在解吸附循环中，将管300插入到载体流中，并且物质解吸附并在与它们被取样的方向相反的方向流出；惰性气体被引入到取样出口(或解吸附入口)330，且当物质从吸附材料340、350和360解吸附时，吸附的物质通过取样入口(或解吸附出口)320离开吸附设备300，取样入口(或解吸附出口)320通常与气相色谱系统或其它分析设备中的流体线流体地相通。
在生产本文描述的吸附设备时，可按选择的顺序将吸附材料装到吸附设备中。在一些实施方案中，较强的吸附剂可填充成邻近取样出口，而较弱的吸附材料可以根据它们的对吸附物质的相对能力以连续方式倚着较强的吸附材料填充。这种填充允许以最弱的吸附材料至最强的吸附材料的方向取样，且允许从最强的吸附材料至最弱的吸附材料的方向分析。术语较强和较弱是相对术语，且吸附强度和解吸附效率是吸附材料的表面积、孔大小和形状、孔容积和表面化学的函数。不需要绝对强度，相反使用的各种材料是相对于另一种材料更强或更弱的吸附剂。鉴于本公开内容的益处，选择比另一种材料强或弱的材料将在本领域技术人员的能力内。较高沸点的化合物被较弱的吸附材料保留，而较轻的分析物穿透且被较强的吸附材料保留。因此，当化合物被吸附到吸附设备时，高沸点的材料将位于邻近取样入口(或解吸附出口)的吸附材料中，而低沸点的材料将吸附在更靠近取样出口(或解吸附入口)的吸附材料上。一些甚至更轻的组分(例如气体)穿透且被正邻近取样出口的最强的吸附剂保留。可选择吸附材料的具体顺序，以提高所有物质吸附和然后从吸附设备解吸附的可能性。例如，使较强的吸附材料的位置可得到以吸附较轻的组分是所期望的。另外，如果较高分子量的分析物开始吸附到更强或最强的吸附材料，它们可能不解吸附。通过在一个方向上取样且在相反的方向上解吸附，较高分子量的材料不占据或进入较强的吸附材料，这提高它们将完全从吸附设备中解吸附的可能性。
在另外的实施方案中，吸附设备可包括四种不同的吸附材料，每种吸附材料通过流体可渗透屏障而分开。在图4中示出这种示例。设备400包括主体410、取样入口 420和取样出口 430。从内布置在主体410的腔室中的是第一吸附材料440、第二吸附材料445、第三吸附材料450和第四吸附材料455。第一吸附材料440、第二吸附材料445、第三吸附材料450和第四吸附材料455可通过流体可渗透屏障460、465和470彼此分开。如上描述的。第一吸附材料440可以是弱的吸附材料，使得较轻的分析物穿透和较重的分析物被吸附。第二吸附材料445可以是比第一吸附材料440强的吸附材料和比第三吸附材料450弱的吸附材料。第四吸附材料455可以是吸附设备440中的最强的吸附材料。流体可渗透屏障460、465和470可以是允许流体从吸附设备的一部分扩散、穿过屏障并且达到吸附设备的另一部分的任何合适的材料。在这种管中，使用薄的网筛；然而，屏障可以是玻璃粉、涂布的不锈钢网或其它合适的流体可渗透屏障。示例性的流体可渗透屏障包括在本文描述的屏障。屏障或夹具475和480可用于将吸附材料440、445、450和455保持在吸附设备400的主体410中。在解吸附循环中，通过将惰性气体引入到解吸附入口(或取样出口)430，将管400插入到与其被取样的相反方向的流路中，且当物质从吸附材料440、445、450和455解吸附时，吸附的物质通过解吸附出口(或取样入口)420离开吸附设备400，解吸附出口 (或取样入口)420通常与气相色谱系统或其它分析设备中的流体线流体地相通。
在一些实施方案中，在吸附设备中还可使用多于4种的材料。例如，在吸附管内包括五种、六种、七种或更多种类型的吸附材料可能是期望的，以促进对物质的分析。在吸附设备中使用的吸附材料的数目可依赖于怀疑存在的分析物的数目和分析物的类型而变化。当分析物的数目和类型未知时，可使用包括多个不同类型的吸附材料的吸附设备，以确保大体上所有的分析物可被分析。在其中使用多于四种的吸附材料的一个实施方案中，吸附材料可从最弱至最强布置，使最弱的吸附材料最靠近取样入口，而使最强的吸附材料最靠近取样出口。
虽然图2-4示出大体上相同的各种吸附剂区域，但可能期望的是包括较大量的其它吸附材料的特殊吸附材料。例如，当怀疑样品具有大浓度的特殊分析物时，吸附和解吸附分析物有效的吸附材料可以以较大的量/容积存在，以提供该分析物的增大的负载。在一些实施例中，吸附材料可以以大体上相同的重量比例如I : I各自存在。在其它实施例中，不同的吸附材料可以独立地以从3 1,2. 5 1、2 1,1. 5 1,1. I 1、0. 9 1,0. 8 I、
0.7 1,0. 6 1,0. 5 1,0. 4 1,0. 3 1,0. 2 1,0. I I 变化的重量比或以这些示例的比之间的任何比存在。可能期望的是，使用第一吸附材料(最靠近取样入口的吸附材料)作为归一化因子来测定相对重量比，且存在的其它吸附材料中的每种的量可通过存在的第一吸附材料的量分开，以测定存在于吸附设备中的相对重量比。在使用四种床层吸附设备的一些实施例中，在吸附设备中可存在约I. 4至O. 6的第一吸附材料、I. 54至O. 56的第二吸附材料、I. 92至O. 82的第三吸附材料和I. 5至O. 64的第四吸附材料。鉴于本公开内容的益处，本领域技术人员将易于选择吸附材料的另外合适的量。
在一些实施方案中，在本文描述的吸附设备中使用的一种或多种吸附材料类型可基于或包括石墨化炭黑、碳分子筛或其组合。在一些实施例中，吸附材料可基于不同强度的石墨化炭黑、石墨、碳分子筛、聚合物树脂、氧化物、熔融硅珠、玻璃、石英、木炭、多孔聚合物、聚天冬氨酸(amisorb)或其它材料的混合物。在一些实施方案中，吸附设备中的不同的吸附材料可具有不同的化学组成，例如，每种吸附材料可包括炭黑或可以是不同的炭黑。在一些实施例中，吸附材料可以是衍生的形式例如衍生的炭黑。
在一些实施例中，吸附材料可以是石墨化炭黑，例如如Carbotrap B吸附剂或Carbopa ck B 吸附剂，Carbotrap Z 吸附剂或 Carbopack Z 吸附剂，Carbotrap C 吸附剂或Carbopack C 吸附剂，Carbotrap X 吸附剂或 Carbopack X 吸附剂，Carbotrap Y 吸附剂或Carbopack Y吸附剂，Carbotrap F吸附剂或Carbopack F sorbent,这些吸附剂中的任何一种或多种可以以其商业形式(可从Supelco或Sigma-Aldrich商购)使用或可根据已知的方案被石墨化。在其它实施例中，吸附材料可以是碳分子筛，例如Carboxen 1000吸附齐U、Carboxen 1003吸附剂或Carboxen -1016吸附剂，这些吸附剂中的任何一种或多种可以以其商业形式(可从Supelco或Sigma-Aldrich商购)使用或可根据已知的方案被优化。在存在四种不同的吸附材料的一些实施方案中，吸附材料中的每种可以是在本段落中列出的吸附材料中的一种，使在吸附剂装置中使用的吸附材料中的每种为与其它吸附材料不同的吸附材料。在这种例子中，在吸附设备中将存在四种不同的吸附材料。
在一些实施例中，吸附剂的筛目大小或范围可依赖于所选择的具体的材料而变化。在一些实施例中，筛目大小可在20至约100的范围，更具体地从约20-80、30-70或40-60。在其它实施例中，筛目大小可来自约20-40、40-60、60-80或80-100的范围，这取决于在吸附设备中使用的材料。鉴于本公开内容的益处，本领域技术人员将易于选择其它合适的筛目大小。
在一些实施方案中，吸附设备的主体可用许多不同类型的材料制成或包括许多不同类型的材料。在一些实施例中，可使用石英、不锈钢、涂布的不锈钢或可容忍用于解吸附分析物的温度循环的其它金属或非金属基材料。
在一些实施方案中，可通过将合适类型和量的吸附材料布置在主体中来制造本文描述的吸附设备。例如，中空的不锈钢管的一端可装备固定筛，以将第一吸附材料保留在管中。第一吸附材料可布置在管中。第二流体可渗透屏障可置于布置的第一吸附材料上或置于布置的第一吸附材料中，然后第二吸附材料可布置在第二流体可渗透屏障上。可重复这种过程，直至在管中存在所期望数目的吸附材料。在最后的吸附剂后面，流体可渗透屏障可紧贴最后的吸附剂布置，且可插入夹具，以将吸附剂保持在适当位置。在这种构造中，吸附材料通过固定的流体可渗透屏障被保持在一端且通过夹具被保持在另一端上。可使用其它类似的保持设备，以将吸附剂保持在吸附设备的主体中。
在一些实施例中，一旦吸附设备被制造，在使用之前可评价设备的完整性。例如，可能形成会影响管质量的内部空隙。在一些实施例中，可按照专利号为U.S. 7，422，625的共同转让的授权的专利中的描述来评价解吸附管的质量，以确保在吸附设备中没有不期望的空隙或部件，该专利U. S. 7，422，625的所有公开内容通过引用并入本文。
在一些实施方案中，本文描述的吸附设备可与自动化热解吸附(ATD)气相色谱系统一起使用。在一个实施方案中，通过加热吸附设备持续需要量的时间，ATD起作用以从吸附材料中释放挥发物。在该加热期间，载气，例如氦气、氮气或氢气，以期望的流速流过管，以经由载气(其通常为氦气或氢气)将吸附管的内容物转移到冷却的附属分离器(trap)中，然后快速加热该分离器，以将在窄带中的收集的组分解吸附到GC柱中进行分离。质谱仪是用于提供分析的最常见的检测器。信息被发送到包含应用程序的计算机中，计算机将信息发送到用于控制的仪器并且收集来自检测器的信息用于分析。这种应用程序具有处理该信息的能力，这可提供定量和定性的结果。
通过在吸附设备中包括许多不同类型的吸附材料，可使用单个解吸附循环来基本上解吸附所有的吸附的物质。这种解吸附通常允许重复使用吸附设备，而无需进一步的温度处理，例如延伸周期的烘焙，以除去高分子量的物质。
在某些实施方案中，本文描述的吸附设备可以特别有利地用于期望连续监测由诸如人类的动物占据的空气空间的空气质量。吸附设备的再用性允许自动监测而无需更换管。例如，可以在机舱、座舱、飞船舱、太空站或存在可能引起不利的健康作用的挥发性物质的类似地方内对空气定期取样。在这样的情形中，可以重复使用单个吸附设备。重新使用同一个管而无需使管经历高温的能力允许这些管用于这些应用中和其它应用中，包括但不限于异物环境(如月亮、星球)中重复的空气空间取样，和其中在重新使用前加热管延长的时段可能不是可行的其它应用。
根据某些实施方案，本文描述的吸附设备可以与至少部分由计算机控制或另外操作的一种或多种仪器一起使用。图5显示了示例性的系统。系统500包括流体连接至吸附设备520的载气供给510，吸附设备520可以是本文描述的任一种。合适的阀或其它设备可以存在于系统中以允许或限制流体在载体供给510与吸附设备520之间流动，这取决于载气的期望流量。在一些实施例中，注射器也可以被流体连接至吸附设备和/或载气供给510，如果期望的话。吸附设备520被流体连接至柱530，柱530基于流动相与柱的固定相之间的它们的分层来分离物质。从柱530洗脱的物质被提供给检测器540，检测器540可以基于化学或物理特性来分析这些物质。检测器可以是气相色谱系统中通常使用的那些检测器中的任一种，包括但不限于，质谱仪、火焰电离检测器、导热率检测器、热离子检测器、电子捕获检测器、放电电离检测器、Hall电解导电检测器、原子发射检测器、火焰光度检测器、脉冲式放电电离检测器、光致电离检测器以及任何其它合适的检测器。在某些实施例中，系统500可以包括具有用户接口的计算机系统，使得用户可以进入开始和最终温度、温度上升参数、吸附设备材料，以及由量化吸附到吸附设备上的分析物的计算机系统使用的类似的。例如，在用户已经知道所存在的特定组的分析物的情形中，用户可以选择先前进入的色谱曲线以便用于分析。鉴于本公开内容的益处，引入到用户接口中的其它部件可以易于由本领域的技术人员选择。在一些实施例中，本文描述的吸附设备可以与swafer设备一起使用，诸如2009年5月27日提交的共同转让的美国专利申请第12/472,948号中描述的那些设备，该美国专利申请的整个公开内容在此基于所有目的通过引用并入。在使用swafer设备的某些构型中，载气供给510和吸附设备520可以被流体连接至swafer设备的不同端口。
本文描述的吸附设备的某些实施方案可以提供许多优势，包括但不限于，满足和/或超过在可接受的穿透限值内吸附最多的挥发性分析物(气体)，同时增大取样容积以确保检测限值。目前可利用的管不保留这些挥发性化合物且存在这些化合物明显的穿透-取样I升容积高达60%且取样10升容积高达80%。本文描述的吸附设备的实施方案还可以提供极佳的分析物回收率(定量精确度)，因为它们在管解吸附步骤中从管热解吸附，这允许分析物被定量引入到分析系统中。此外，本文描述的吸附设备的实施例可以在单个解吸附循环中解吸附分析物以提高实验室生产率并降低成本，这使取样在经济上可行，因为管被立即用于重新取样。目前的管不仅具有这些分析物的差的回收率，而且它们通常被烘焙，有时是10小时，以使管除去这些较高沸点的化合物，这降低了生产率并增大了每次的取样成本。
下面更详细地描述了某些具体的实施例以阐释本文描述的技术的另外一些新的方面和特征。
实施例I
使用8种不同的吸附材料来生产吸附设备。这些吸附材料是石墨化炭黑例如CarboTrap 或 CarboPack F、C、Y、B、Z 和 X 吸附剂，和碳分子筛例如 Carboxen 1000、1016以及特殊处理的carboxens。
吸附设备通常被如下构造使用PerkinElmer (部件L427-0128)提供的在一端含有固定的流体渗透膜的空管。该端为管的取样端。首先使用漏斗将最弱的吸附剂，CarboTrap F或Carb0PackTMF吸附剂装填到管中。轻敲管，以确保不发生吸附剂产生沟流。 在这种情况下，将流体渗透膜，来自PerkinElmer (部件#L407_1034)的不锈钢网插入到管中并且轻微压在吸附剂F上。对以最弱吸附剂至最强吸附剂的方向进入管的接下来的吸附剂中的每个进行该步骤。在添加最后的吸附剂后，将不锈钢网插入到管中并且轻微压在最强吸附剂上。将夹具，还已知为PerkinElmer (部件#L407-1123)的保持弹簧，插入到管中并且压在钢网上，以将吸附剂固定在适当位置。由于这些吸附剂在装填之前和在装填过程中已暴露于周围的空气和潜在的目标分析物，所以在取样之前，烘焙新的管。在350°C下以100mL/min的流速烘焙新的管，持续90分钟。用于烘焙的惰性气体可以是氮气或氦气。
实施例2
根据实施例I列出的方案生产吸附设备。该设备被特别设计成用于土壤蒸汽入侵测量，但不限于该应用。吸附设备包括以下类型的吸附材料(按从管的取样入口侧至管的取样出口侧的顺序):Carbotrap F吸附剂、Carbotrap Y吸附剂、Carbotrap Χ吸附剂和carboxen吸附材料。这种管设计除了提供在土壤蒸汽样品中需要的柴油中的显著扩展的分子量范围外，还提供气体的优异保留。
实施例3
根据实施例I列出的方案生产吸附设备。该设备被设计成用于其中在US EPAMethods T0-15/T0-17目标分析物中的气体不被特别地需要是二氯二氟甲烷、氯甲烷、氯乙烯、溴甲烷、氯乙烷和三氯氟甲烷的分析。优点是当最强的吸附剂被除去时，管是显著更疏水的，这需要较少的干燥净化时间和较快的分析。另外，较大床层的较弱的吸附剂可用于降低解吸附时间。吸附设备包括以下类型的吸附材料(按从管的取样入口侧至管的取样出口侧的顺序):Carbotrap F吸附剂、Carbotrap Y吸附剂和Carbotrap Χ吸附剂。
实施例4
根据实施例I列出的方案生产吸附设备。该设备被设计成用于场所具有更少较高分子量物质(或较大分子量)和需要另外的较强的吸附材料的显著更中等范围的目标时。该管用为更强吸附剂的Carbotrap Β吸附剂或Carbopack B吸附剂代替实施例2中的Carb0trapTMY吸附剂或Carb0packTMY吸附剂。吸附设备包括以下类型的吸附材料(按从管的取样入口侧至管的取样出口侧的顺序)Carbotrap F吸附剂或Carbopack F吸附剂，Carbotrap B 吸附剂或 Carbopack B 吸附剂，Carbotrap X 吸附剂或 Carbopack X 吸附剂和Carboxen 吸附剂。
实施例5[0069]根据实施例2制造的管被加标非常浓的标准品，总计25. 6微克的86种目标分析物加上10微克柴油。在图6示出的表格I中列出86种组分。在图7中示出管的示意图。从左到右(取样入口 720至取样出口 730)，管包括Carbotrap F吸附剂(20/40筛目)、Carbotrap Y 吸附剂(20/40 筛目)、Carbotrap X 吸附剂(20/40 筛目)和 Carboxen 吸附剂(60/80筛目)。在管的取样出口端存在约l_2mm的敞开空间。在最强的吸附剂后面插入夹具或保持弹簧710，以固定床。取样入口 720包括固定的流体渗透膜705，以保持吸附材料。不锈钢网740、750和760用于分离不同的吸附材料。每种材料的相对重量范围可按如下变化归一化到最弱吸附剂的重量，I. 4至O. 6的Carbotrap F吸附剂，I. 54至O. 56的Carbotrap Y 吸附剂，I. 92 至 O. 82 的 Carbotrap X 吸附剂和 I. 5 至 O. 64 的 Carboxen 吸附剂。
穿透、回收率(夹带)、精度、线性度、报告限值和最小可检测限值(mdl)的研究按如下进行管被加标非常浓的标准品，总计25. 6微克的表I中的86种目标分析物加上10微克柴油。
在加标后,将含有Carbotrap X吸附剂和Carboxen吸附剂的清洁的管(在下面称为“穿透管”)连接到加标的管，以使用图8示出的装置来确定穿透，用图8的箭头示出载气流的方向。装置800包括流动地连接到氮气载气的注射器810。通过穿过流体管线815将氮气气体提供到蓄水池820来润湿氮气载气。载气被提供到包含分析物的加标的管830。加标的管被流体连接到清洁的管840。管被置于具有100毫升/分钟的润湿(70% )氮气的歧管上，持续100分钟，以表示10升的取样容积。
在穿透管上仅存在两种组分。这些组分(和穿透百分比BT))为
权利要求
1.一种吸附设备，其包括主体，所述主体包括取样入口、取样出口和所述入口与所述出口之间的腔室，所述腔室包括连续布置的至少四种不同的吸附材料，其中所述吸附材料布置成从具有最弱吸附强度的材料到具有最强吸附强度的材料，且所述最弱吸附强度的材料邻近所述取样入口。
2.如权利要求
I所述的设备，还包括在各个所述不同的吸附材料之间的流体可渗透屏障。
3.如权利要求
I所述的设备，其中所述流体可渗透屏障包括钢网。
4.如权利要求
I所述的设备，其中所述四种不同的吸附材料中的至少一种包括石墨化炭黑O
5.如权利要求
I所述的设备，其中各所述四种不同的吸附材料独立地是石墨化炭黑或碳分子筛，且所述材料无一是相同的材料。
6.如权利要求
I所述的设备，其中在单个解吸附循环中，所述吸附材料有效地解吸附基本上所有吸附到所述四种不同的吸附材料上的挥发性有机物质。
7.如权利要求
6所述的设备，其中在所述单个解吸附循环之后，所述吸附材料有效地重新使用而无需任何温度处理步骤。
8.一种有效地吸附和解吸附样品中的挥发性有机物质的吸附设备，所述吸附设备包括中空的管,所述中空的管包括主体、取样入口和取样出口，所述主体包括内部容积,所述内部容积中布置有至少四种不同的吸附材料，所述吸附材料在单个解吸附循环中有效地解吸附基本上所有吸附到所述吸附材料上的所述挥发性有机物质，其中所述吸附材料连续布置成从具有最弱吸附强度的材料到具有最强吸附强度的材料，且所述最弱吸附强度的材料邻近所述取样入口。
9.如权利要求
8所述的设备，其中所述不同的吸附材料通过流体可渗透屏障而彼此分开。
10.如权利要求
9所述的设备，其中所述流体可渗透屏障包括钢网。
11.如权利要求
8所述的设备，其中所述四种不同的吸附材料中的至少一种包括石墨化炭黑。
12.如权利要求
8所述的设备，其中各所述四种不同的吸附材料独立地是石墨化炭黑或碳分子筛，且所述材料无一是相同的材料。
13.如权利要求
8所述的设备，其中在所述单个解吸附循环之后，所述吸附材料有效地重新使用而无需任何温度处理步骤。
专利摘要
某些方面和实施例涉及吸附设备。在某些实施方案中，描述了吸附设备，所述吸附设备包括中空管，所述中空管包括主体、取样入口和取样出口，所述主体包括内表面，所述内表面上布置有至少三种不同的吸附材料，所述吸附材料在单个解吸附循环中有效地解吸附基本上所有吸附到所述吸附材料上的挥发性有机物质。
文档编号B01J20/00GKCN202655038SQ201090001188
公开日2013年1月9日 申请日期2010年9月30日
发明者李·马罗塔, 迈尔斯·斯诺 申请人:珀金埃尔默健康科技有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan