一种气相色谱质谱联用接口、系统及流量匹配方法与流程

本发明总地涉及气相检测领域，具体涉及一种气相色谱质谱联用接口、系统及流量匹配方法。

背景技术：

随着世界经济的飞速发展，人类活动对地球造成的破坏也是不可忽视的。世界上的发达国家在工业加速发展的过程中，都曾经历过雾霾肆虐的阶段，如今作为最大的发展中国家，中国的重工业城市也会常有雾霾出现。雾霾的产生不是一朝一夕的结果，而是工业废气不断增加超过了环境自我净化能力导致的。因此，为了预防重污染天气发生，应该密切关注大气组分浓度的变化，合理控制有害物质的排放，制定有针对性的环保减排措施，这就需要精密仪器更加精确地对气体组分进行定性和定量分析，气体组分浓度的检测因而成为了目前研究的热点。

在众多的气体在线分析设备中，质谱仪以其特有的灵敏度高、特异性强、准确度好等优点备受青睐，在现场应用过程中，分析速度快，结果可靠性高。由于环境空气组分较为复杂，单一的在线质谱分析大气组分无法满足实际应用的需求，而现有的气相色谱－质谱联用仪器多为实验室分析，仅仅依靠现场采样实验室分析无法实时地反应现有的气候情况，同时采样过程中也会引入很大误差并且采样装置对气体组分也会有一定的吸附作用。

在分析组分非常复杂的气体时，多种组分得到的谱图非常复杂，常常会给解谱工作者带来很大的困难。为了能够实现快速定性和定量的目的，实验室分析采用气相色谱－质谱联用手段，通过色谱柱来实现多组分气体的预分离功能。由于在线质谱仪器不同于实验室分析，多数采用连续进样，且入口流量大，直接与色谱连接会造成流速的不匹配问题，不仅会使色谱柱由于背压的原因柱效下降，而且也会使质谱由于进样量不足定量不精确。因此，研究开发一种应用于在线气相色谱-质谱分析设备的联用接口设计，对于质谱在线分析具有重要的意义。

现有的色谱－质谱连接件仅适用于实验室气相色谱－质谱分析设备，而实验室设备分析现场大气组分会带来很多的不便和成分损失。

现有的色谱－质谱连接件接入在线质谱中，会引入流量匹配不合适的问题，质谱分析受色谱气流量的限制，测试浓度偏低，色谱受质谱腔体背压的影响，保留时间和柱效发生改变。

按在线质谱进样流量来调节色谱流量则会使色谱柱饱和无法达到预期的分离效果。

如果在线分析不需要利用色谱分离的时候，需要重新拆装连接接口，使用过程中会由于多次切换造成接口松动，密封性下降。

在线连续进样设备在分析大气组分的过程中，可能受到环境空气的影响，出现气体进样量不稳定的情况，如果仅仅依靠气相色谱和质谱的直接连接，无法实现气流量的调节，分析得出的谱图可能由于气流量的变化而发生波动。

从色谱柱分离出的气体进入质谱进样口后，由于气体量较少，无法充满进样管线，因此在气体样品还未进入质谱的时候，色谱分离过程已经结束，所以经色谱分离后的气体组分会在质谱进样口处再次混合，失去色谱分离应有的意义。

所以在线色谱－质谱联用的技术开发已是势在必行，而色谱分离与质谱分析的连接接口设计是这一技术开发的关键阶段，这种接口技术方案的设计应同时满足在线质谱高通量的要求和色谱分离低样品引入量的特点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种气相色谱质谱联用接口、系统及流量匹配方法，以平衡质谱进样口流量与色谱柱出口流量的差值，解决质谱分析仪与色谱分离仪流量不匹配的问题，改善因质谱分析受色谱分析气流量的限制而导致分析得出的谱图不准确的效果。

本发明旨在提供一种气相色谱质谱联用接口，所述联用接口包括鞘流装置，所述鞘流装置上设有内部能够相互连通的色谱连接口、质谱连接口、载气接口，所述色谱连接口与所述载气接口用于通入载气气体，所述质谱连接口用于输出气体。

如上所述的联用接口，所述联用接口还包括气路转接头，其连接所述鞘流装置的色谱连接口或所述质谱连接口。

如上所述的联用接口，所述联用接口还包括密封件，其密封设置于所述色谱连接口、质谱连接口或载气接口处。

如上所述的联用接口，在所述质谱连接口与所述载气接口处分别设有阀门。

如上所述的联用接口，所述鞘流装置为三通或多通接头。

优选地，如上所述的联用接口，所述鞘流装置为等径三通。

本发明还提供一种气相色谱质谱联用系统，所述系统包括色谱分离仪、质谱分析仪和如上所述的联用接口，所述联用接口的色谱连接口连接所述色谱分离仪，所述联用接口的质谱连接口连接所述质谱分析仪。

本发明还提供一种利用上述的气相色谱质谱联用系统的流量匹配方法，所述方法包括步骤：通过向所述联用接口的载气接口通入载气将所述色谱连接口输入的分离气体引入所述质谱分析仪。

进一步地，所述方法还包括步骤：通过对所述载气的流量进行调节使所述质谱分析仪所需要的气流量稳定。

进一步地，所述载气为抗干扰气体。

本发明的技术方案是在质谱的进样口处加入一个鞘流装置，该装置的两路气流分别接色谱柱和质谱入口，剩下一路气流接除烃空气等载气气体用以平衡流量，避免色谱分离和质谱分析受到影响。本发明利用鞘流装置引入除干扰气体作为载气，来平衡质谱进样口流量与色谱柱出口流量的差值，解决了质谱分析仪与色谱分离仪流量不匹配的问题，改善因质谱分析受色谱分离气流量的限制而导致分析得出的谱图不准确的效果。

附图说明

图1为本发明气相色谱质谱联用工作流程示意图；

图2为本发明气相色谱质谱联用结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

在线气相色谱-质谱联用接口的设计是为了满足在线质谱与气相色谱联用过程中的流速匹配问题而设计的。

色谱分离是混合气体在压力驱动下流过色谱柱，不同的物质在色谱柱的保留时间不同，从而达到分离混合气体的目的。在线气相色谱－质谱联用设备可以利用色谱将混合气体分离后引入到质谱中进行分析，色谱作为质谱的预处理手段，质谱作为色谱分离后的检测方法。质谱分析是将气体样品电离后，通过离子传输装置进入分析腔体，在质量分析器的电场或磁场作用下实现不同质量物质的分离作用，被分离后的不同质量的物质到达检测器的时间不同，进而用以精确定性物质种类，样品浓度则是通过打到计数板上离子数目的多少来计算的。

在线气相色谱－质谱分析装置是一种现场实时气体分析设备，可以对一段时间内每种气体组分的浓度变化做连续监控，其中气相色谱用以分离混合气体，质谱用以鉴定气体名称和计算气体含量。

在色谱－质谱联用设备上，从色谱柱进入质谱的气流量需要与质谱分析的用气量保持一致，以此来避免背压或正压对分析设备性能的影响。

如图1所示，本发明的气相色谱质谱联用接口，主体结构为鞘流装置10，其上设有内部能够相互连通的色谱连接口101、质谱连接口102、载气接口103，色谱连接口101与所述载气接口103用于通入载气气体，所述质谱连接口102用于输出气体。色谱连接口101用于与色谱分离仪连接，质谱连接口102用于与质谱分析仪20连接。而载气接口103用于输入载气气体，其将从色谱连接口101进入的分离气体引入质谱分析仪20。

为了联用接口与色谱分离仪及质谱分析仪20连接或拆卸方便，联用接口还可包括气路转接头30，在鞘流装置10的色谱连接口101或质谱连接口102处分别连接一气路转接头30，或色谱连接口101与质谱连接口102处同时设置气路转接头30。

上述的联用接口，为了气密封完好，在连接处还可包括单独的密封件，其密封设置于色谱连接口101与色谱分离仪之间、质谱连接口102与质谱分析仪20之间或载气接口103与载气输入管道40间。当然该密封件也可与管接头集成为一体，比如在几个连接口处使用卡套接头50。

为了自由控制各通道的气体流量，可在质谱连接口102与所述载气接口103处分别设置阀门60，以随时调节流量的匹配及开关。

优选地，为了加工制造方便，鞘流装置10可为三通或多通接头。当然，鞘流装置也可加工为带有气体混合功能的气密性容器，使混合后的气体通入质谱进样口即可，如：比例稀释器等。

优选地，鞘流装置10为等径三通，这样便于零件的互换性。

本发明还提供一种气相色谱质谱联用系统，所述系统包括色谱分离仪、质谱分析仪20和如上所述的联用接口，所述联用接口的色谱连接口101连接色谱分离仪，所述联用接口的质谱连接口102连接所述质谱分析仪20。

本发明还提供一种利用上述的气相色谱质谱联用系统的流量匹配方法，主要是通过向联用接口的载气接口103通入载气将从色谱连接口101输入的分离气体引入所述质谱分析仪20。如此载气气体和色谱分离气体两部分的气体流量相加便可以满足质谱大流量气体的需求。

具体流量匹配的适度，可根据不同的检测对象而定，可设计鞘流装置10的几个通道内径来使得流量匹配，也可通过对载气的流量进行调节使质谱分析仪所需要的气流量稳定。

所述载气为抗干扰气体。比如载气可选用除烃空气、氮气、氢气等，具体可视被检测气体而定。

本发明利用联用接口可将在线质谱分析仪与气相色谱分离仪连接起来，以一路载气将色谱分离后的待分析气体带入到质谱分析腔体，可以适用于在线分析设备，有效地避免了实验室设备的不足和采样分析引入的吸附误差；通过引入载气合理地平衡了色谱流量和质谱流量的不匹配，使得进入质谱分析仪的气体流量与质谱分析所需的流量保持一致，同时也防止了色谱出口端背压的产生，不至于影响色谱柱的正常运行。

本发明的装置无需色谱改变进样量，同时又能满足质谱分析所需要的气流量，因而也不会出现由于色谱进样量大而导致的柱子饱和的现象；如果现场分析过程中不需要色谱分离，可以关闭色谱阀门，直接从载气入口端引入样品，不需要过多的拆装过程。

此外，现场实时连续分析过程中难免出现进样气体气流量的波动，本发明的装置可以通过载气流量的自动调节来满足质谱分析所需要的气流量的稳定性；经过色谱分离的样品在载气的作用下，很快被带入到质谱分析腔体，不会在质谱进样口停留很长时间，因而也不可能出现分离后的组分在未引入质谱时再次混合的现象。

实施例

本发明技术方案的工作流程如图2所示，鞘流装置10为一个三通气路接头，通过加入一路载气来将样品带入到质谱仪分析腔体，如上述实施方式中可利用阀门来实现载气和色谱柱流路的通断，在使用过程中可以打开或者关闭任意一路气流。

现有的气相色谱－质谱连接件的锁紧螺母适用于1/16"管接头，色谱柱通过气路转接头30与作为鞘流装置10的等径三通接头相连，载气经过阀门60接入三通接头，并将样品气体带入到质谱分析腔体中。载气气体为除烃空气。

样品进入质谱分析仪后进行离子化，通过离子传输装置进入分析腔体，在质量分析器的电场或磁场作用下实现不同质量物质的分离作用，被分离后的不同质量的物质进行离子检测，不同质量的物质到达检测器的时间不同，进而用以精确定性物质种类，样品浓度则是通过打到计数板上离子数目的多少来计算的，其中分子泵和机械泵用来提供离子分析和检测的真空环境。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。