专利名称：一种采样方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对大浓度范围物质进行采样的方法及装置，它主要应用在气相色 谱分析领域。
背景技术：
气相色谱仪(GC)是一种定性定量分析未知物质的仪器，根据进样方式的不同，可 分为注射器进样方式和采样泵进样方式两类仪器，注射器进样方式的仪器通常分析的是液 态样品，采样泵进样方式的仪器通常分析的是气态样品。气态样品的浓度可能从ppt量级到ppm量级变化，用采样泵进样方式的仪器分析 气态样品时，为了适应不同浓度物质的分析，通常采用定量环和富集管两种器件进行定量。 定量环通常是具有一定体积的空管，用于测试高浓度的样品；富集管通常是填充了某种吸 附剂的填充管，吸附剂在低温下可以吸附待测物，起到富集的作用，在高温下可以让待测物 挥发出来，用于测试低浓度的样品。该方案主要有以下不足1、采样器件定量环和富集管安装在GC流路的相同位置，在分析不同浓度样品时 需要人工更换采样器件，耗时耗力，特别是便携式GC用于现场应急监测时，更换定量环和 富集管所带来的时间损失是巨大的；2、更换定量环/富集管时，容易损坏器件；3、定量环和富集管均需安装至GC流路中，以便于对不同浓度的待测气体进行分 析，这样时常更换定量环和富集管，使色谱流路变得复杂，而且增大了流路中的死体积。而在用富集管对浓度较低(通常为PPt ppb)的气态样品进行采样时，通常待测 物浓度越低，所需的富集时间越长。则在测试未知浓度的样品时，富集时间就成了一个令人 头痛的问题，如何选择富集时间显得至关重要。富集时间太长，容易造成信号饱和或超过柱 容量，富集时间太短，则会造成信号微弱，信噪比差。目前，只能按照经验选择富集时间，然后根据测试结果调整富集时间，这种工作模 式主要有以下不足1、费时、费力将待测气体通过预先设定富集时间的富集管进行富集，再通过进样、分离及分析， 得到测量结果；根据测量结果，微调富集时间，再将待测气体通入富集管，最后得到测量结 果，直至达到满意效果；在此过程中，可能需要多次微调富集时间，才能达到满意效果，耗费 的时间较长；2、成本高微调富集时间时需要进行相应的测量，则这些前序测量使样品浪费较多，使测量 的费用成本变高；3、危险系数高如果待测物是有毒有害气体，长时间地暴露在该环境中，对操作者的身体会造成损害；4、时机延误待测物的浓度是随着时间变化的，如果进行多次调节富集时间，则不能及时地得 到某一时刻的浓度信息。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种仅采用富集管即可实现不同 浓度样品进行采样的方法及装置。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案一种采样方法，包括以下步骤a、根据待测样品的浓度，控制富集管的温度，使待测样品的浓度高于设定值时，富 集管对待测样品不富集；b、待测样品通入富集管进行采样。进一步，人工或温控单元根据待测样品浓度控制富集管温度及温度持续时间。作为优选，所述温控单元为时序加热控制单元。作为优选，系统进样口分别与富集管和检测器相连；所述进样口和检测器相连通时，待测样品通入检测器，进行浓度预判；根据待测样 品浓度的预判结果，控制富集管的温度；所述进样口和检测器的通路断开时，待测样品通入富集管进行采样。进一步，在步骤b中，对待测样品采样之后，将富集管的温度调整为进样温度；载气将富集管中的气体带入色谱柱，经色谱柱分离后由色谱检测器进行分析。本发明还提供了一种采样装置，包括进样口、出样口和富集管，所述富集管分别与进样口和出样口相连；加热元件，对富集管加热；温控单元，与加热元件相连，根据待测样品的浓度控制富集管的温度，使待测样品 的浓度高于设定值时，富集管对待测样品不富集。进一步，人工或温控单元根据待测样品浓度，控制加热元件对富集管的加热温度 及温度持续时间。作为优选，所述温控单元为时序加热控制单元。作为优选，所述采样装置还包括检测器，所述检测器与进样口相连；所述进样口和检测器相连通时，待测样品通入检测器，进行浓度预判；根据待测样 品浓度的预判结果，控制加热元件对富集管的加热温度及温度持续时间；所述进样口和检测器的通路断开时，待测样品通入富集管进行采样。进一步，所述的检测器包括但不限于热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获 检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器、质谱检测器。进一步，所述采样装置还包括色谱分析单元，分别与所述进样口和出样口相连；经 过富集管采样得到的待测样品由载气带入色谱分析单元分离并进入色谱检测器分析。进一步，色谱检测器与进行浓度预判时的检测器是同一个检测器，或是不同的检 测器。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果1、不需要更换定量环和富集装置，仅用富集管即可实现高浓度范围物质的分析， 简化了操作；2、避免了因时常更换而对富集管带来的损坏，减少了器件的损耗；3、简化了色谱流路，减小了死体积；4、测试之前对待测样品的浓度进行预判，根据预判结果调整富集温度和富集时 间，节省了调整时间，简化了操作；5、由于根据浓度预判结果自动调整富集时间，无需人工参与，保证了人员安全；6、根据浓度预判结果对待测物的富集时间进行调整，能够实时响应待测物的浓度 变化，能够保证及时地得到各时刻样品的浓度信息。
图1是实施例1中采样装置的结构简图；图2为实施例2中采样装置处于采样状态的结构简图；图3为实施例2中浓度为IOppm的苯系物的色谱图；图4为实施例3中采样装置的结构简图；图5为实施例3中分析高浓度样品时的温度时序图；图6为实施例4中采样装置的结构简图；图7为实施例4中分析高浓度样品时的温度时序图。
具体实施例方式实施例1请参阅图1，一种采样装置，包括进样口、出样口、富集管1、加热元件2和温控单元 3 ；所述富集管1为一段填充了吸附物质的不锈钢管；所述富集管1的外形可以是但 不限于立方形、球形和圆桶形，本实施例为圆桶形；所述吸附物质可以是TenaxTA (2，6 二苯基对苯醚聚合树脂)或TenaxGR (2，6 二苯 基对苯醚聚合树脂+30%石墨)或Carbotrap (石墨化碳黑)或CarbotrapC (石墨化碳黑) 或Carboxen569 (碳分子筛)或CarbosieveSIII (碳分子筛)；本实施例为TenaxTA ；所述加热元件2可以为独立的加热器件，也可以为富集管本身，对加热元件2通电 即可实现对其加热；在本实施例中，加热元件2为独立的加热器件；所述加热元件2分别与富集管1和温控单元3相连；所述加热元件2响应温控单元3发出的信号，对富集管1进行加热，以使富集管1 的温度达到设定温度；所述温控单元3根据待测样品的浓度范围，给加热元件2发出信号，以控制加热元 件2对富集管1的加热温度，使待测样品浓度高于设定值时，富集管对待测样品不富集。本实施例还提供了一种采样方法，包括以下步骤a、提供本实施例所述的采样装置；已知待测样品为浓度IOppm的苯系物(包括苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、乙苯)，则待测样品的浓度范围在ppm量级，为高浓度范围；样品浓度设定值为lppm，由于待测样品浓度高于样品浓度设定值，则人工控制富 集管1具有较高的采样温度，使富集管1对待测样品不富集；在温控单元3上设置采样温度为240°C，加热元件2接到温控单元3发出的信号， 将富集管1加热至采样温度；b、待测样品由进样口通入富集管1，富集管1对待测气体进行采样。实施例2请参阅图2，一种采样装置，与实施例1所述的采样装置不同的是所述采样装置 还包括色谱分析单元，所述色谱分析单元包括阀门4、色谱柱5和色谱检测器62 ；所述阀门4可以为六通阀、八通阀或十通阀等，本实施例中为六通阀；所述阀门4 有六个接口 41、42、43、44、45、46 ；所述接口 45与进样口相连；所述接口 44与出样口相连；当阀门4处于采样位置时，接口 41和接口 42连通，接口 43和接口 44连通，接口 45和接口 46连通；载气经过接口 41流入六通阀，直接从接口 42流出，到达色谱柱5 ；待测 样品从进样口由接口 45经过接口 46流入到富集管1中，并由接口 43经过接口 44从出样 口流出；将阀门4从采样位置旋转60°至进样位置，即接口 41和接口 46连通，接口 42和 接口 43连通，接口 44和接口 45连通；载气由接口 41通过46与富集管1连通，将富集管1 中的样品从接口 43经过接口 42带至色谱柱5中，样品经过色谱柱5的分离达到色谱检测 器62 ；所述色谱柱5与接口 42相连，对由富集管1进样的待测样品进行分离；色谱检测器62对经过色谱柱5分离的待测样品进行分析；所述色谱检测器62可以是热导检测器(Thermal Conductivity Detector，TCD) 或氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector, FID)或电子捕获检测器(Electron Capture Detector, ECD)或火焰光度检测器(Flame PhotometricDetector, FPD)或氮 磷检测器(Nitrogen-phosphorus detector, NPD)或质谱检测器(Mass Spectrometer Detector, MSD)，本实施例为 FID。—种采样方法，与实施例1所述的采样方法不同的是在步骤a中，提供本实施例所述的采样装置；设定富集管的采样温度，本实施例中，由于待测样品浓度为高浓度且浓度高于样 品浓度设定值，控制富集管的温度，使其对待测样品不富集，本实施例在采样温度240°C下， 富集管1内的吸附物质对待测样品不富集；在步骤b中，待测样品由进样口通入富集管1，对待测气体进行采样并分析，具体 步骤如下bl 六通阀处于采样位置，载气经过接口 41流入六通阀，直接从接口 42流出，到达 色谱柱5 ；待测样品从进样口由接口 45经过接口 46流入到富集管1中；在采样温度240°C 下，富集管1内的吸附物质对待测样品不富集，待测样品经过富集管1后由接口 43经过接 口 44从出样口流出；人工控制采样时间为30秒；b2、将六通阀旋转60°使其处于进样位置；
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温控单元3控制加热元件2对富集管1的加热，调整富集管1的温度使其保持在进 样温度；进样温度可以高于采样温度，也可以低于采样温度，也可以与采样温度相等，以进 样温度能够使富集管内的待测气体被载气带出为准；本实施例进样温度与采样温度相等；保持富集管1的温度不变；载气将富集管1中的待测样品从接口 42带至色谱柱5 中，样品经过色谱柱5的分离进入色谱检测器62进行分析，分析结果请参见图3。实施例3请参阅图4，一种采样装置，与实施例1所述的采样装置不同的是所述温控单元3为时序加热控制单元；在设置富集管1的加热温度时，同时可以设 定温度持续时间；所述采样装置还包括检测器63 ；所述检测器63通过阀门7与所述进样口相连；由 阀门7与检测器63形成的流路为旁路；所述检测器63可以是热导检测器(Thermal Conductivity Detector，TCD)或 氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector, FID)或电子捕获检测器(Electron Capture Detector, ECD)或火焰光度检测器(Flame PhotometricDetector, FPD)或氮 磷检测器(Nitrogen-phosphorus detector, NPD)或质谱检测器(Mass Spectrometer Detector, MSD)，本实施例为 MSD。当待测样品由进样口输入时，通过阀门7的控制，待测样品可以直接通入富集管1 进入采样状态；也可以直接通入检测器63，进入浓度预判状态检测器6检测到从旁路输入 的待测样品，分析得出待测样品的浓度；时序加热控制单元根据待测样品浓度控制对富集 管1的加热温度及温度持续时间的设置，使待测样品浓度高于设定值时，富集管对待测样 品不富集。本实施例还提供了一种采样方法，与实施例1所述的采样方法不同的是在步骤a中，提供本实施例所述的采样装置；阀门7控制待测样品直接输入至检测器63进行浓度预判，检测器63检测并分析 得到待测样品的浓度范围，如经分析得到待测样品的浓度范围在PPm量级，比浓度设定值 Ippm高，属于高浓度范围；时序加热控制单元根据预判得出的待测样品的浓度范围，自动设置采样温度为 240°C，使富集管1对待测样品不富集；所述采样温度持续时间为30秒；所述时序加热控制 单元对富集管1进行控制的温度时序图见图5 ；加热元件2响应时序加热控制单元发出的信号，将富集管1的温度加热至采样温 度；在步骤b中，阀门7控制待测样品进入富集管1对待测样品采样30秒。实施例4请参阅图6，一种采样装置，与实施例2所述的采样装置不同的是所述温控单元3为时序加热控制单元；在设置富集管1的加热温度时，同时可以设 定温度持续时间；所述采样装置还包括阀门7 ；检测器64通过阀门7与所述进样口相连通；阀门7 与检测器64形成的流路为旁路；当待测样品输入时，通过阀门7的控制，待测样品经由阀门4通入富集管1进入采样状态；也可以直接通入检测器64，进入浓度预判状态检测器64检测到从旁路输入的 待测样品，分析得出待测样品的浓度；时序加热控制单元根据待测样品浓度控制对富集管 1的加热温度及温度持续时间的设置，使待测样品浓度高于设定值时，富集管对待测样品不
富集；色谱柱5对由富集管1进样的待测样品进行分离；色谱检测器对经过色谱柱5分 离的待测样品进行分析；色谱检测器与进行浓度预判的检测器可以为同一个检测器，也可 以为类型相同或不同的两个检测器；本实施例中，色谱检测器和进行浓度预判的检测器均 为检测器64，为FPD。本实施例还提供了一种采样方法，与实施例2所述的采样方法不同的是在步骤a中，提供本实施例所述的采样装置；阀门7控制待测样品直接通入检测器64进行浓度预判，检测器64检测并分析 得到待测样品的浓度范围，如经分析得到待测样品的浓度范围在PPm量级，比浓度设定值 Ippm高，属于高浓度范围；时序加热控制单元根据预判得出的待测样品的浓度范围，自动设置采样温度为 240°C，使富集管1对待测样品不富集；所述采样温度持续时间为30秒；所述时序加热控制 单元对富集管1进行控制的温度时序图见图7 ；加热元件2响应时序加热控制单元发出的信号，将富集管1的温度加热至采样温 度；在步骤bl中，阀门7和阀门4控制待测样品进入富集管1，富集管1对待测样品进 行富集，富集采样时间为30秒；在步骤1^2中，加热元件2根据温控单元3设定的进样温度，将富集管1的温度加 热至240°C;载气将富集管1中的待测样品从接口 42带至色谱柱5中，样品经过色谱柱5的 分离进入检测器64进行分析。上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是仅采用富 集管，若检测得到未知样品浓度比浓度设定值高，则对富集管的采样温度进行控制，使富集 管对待测样品不富集，以实现对高浓度范围物质的分析。在不脱离本发明精神的情况下，对 本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种采样方法，包括以下步骤a、根据待测样品的浓度，控制富集管的温度，使待测样品的浓度高于设定值时，富集管 对待测样品不富集；b、待测样品通入富集管进行采样。
2.根据权利要求1所述的采样方法，其特征在于人工或温控单元根据待测样品浓度 控制富集管温度及温度持续时间。
3.根据权利要求2所述的采样方法，其特征在于所述温控单元为时序加热控制单元。
4.根据权利要求1所述的采样方法，其特征在于系统进样口分别与富集管和检测器 相连；所述进样口和检测器相连通时，待测样品通入检测器，进行浓度预判；根据待测样品浓 度的预判结果，控制富集管的温度；所述进样口和检测器的通路断开时，待测样品通入富集管进行采样。
5.根据权利要求1 4任一权利要求所述的采样方法，其特征在于在步骤b中，对待 测样品采样之后，将富集管的温度调整为进样温度；载气将富集管中的气体带入色谱柱，经色谱柱分离后由色谱检测器进行分析。
6.一种采样装置，包括进样口、出样口和富集管，所述富集管分别与进样口和出样口相连；加热元件，对富集管加热；温控单元，与加热元件相连，根据待测样品的浓度控制富集管的温度，使待测样品的浓 度高于设定值时，富集管对待测样品不富集。
7.根据权利要求6所述的采样装置，其特征在于人工或温控单元根据待测样品浓度， 控制加热元件对富集管的加热温度及温度持续时间。
8.根据权利要求6所述的采样装置，其特征在于所述温控单元为时序加热控制单元。
9.根据权利要求6所述的采样装置，其特征在于所述采样装置还包括检测器，所述检 测器与进样口相连；所述进样口和检测器相连通时，待测样品通入检测器，进行浓度预判；根据待测样品浓 度的预判结果，控制加热元件对富集管的加热温度及温度持续时间；所述进样口和检测器的通路断开时，待测样品通入富集管进行采样。
10.根据权利要求6所述的采样装置，其特征在于所述的检测器为但不限于热导检测 器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器、质谱检测器。
11.根据权利要求6 10任一权利要求所述的采样装置，其特征在于所述采样装置 还包括色谱分析单元，分别与所述进样口和出样口相连；经过富集管采样得到的待测样品 由载气带入色谱分析单元分离并进入色谱检测器进行分析。
12.根据权利要求11所述的采样装置，其特征在于色谱检测器与进行浓度预判时的 检测器是同一个检测器，或是不同的检测器。
全文摘要
本发明涉及一种采样方法，包括以下步骤a、根据待测样品的浓度，控制富集管的温度，使待测样品的浓度高于设定值时，富集管对待测样品不富集；b、待测样品通入富集管进行采样。本发明还提供了一种采样装置。本发明具有操作简单、浓度适用范围广、实时性强等优点。
文档编号G01N30/08GK102128896SQ20101056595
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者刘立鹏, 吴文明, 郑毅 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司