本实用新型属于分析检测技术领域，特别涉及一种气相色谱与离子迁移谱(GC-IMS)联用的方法及设备。
背景技术：
离子迁移谱仪(IMS)具有结构简单，灵敏度高，分析速度快等的特点而被广泛用于化学战剂、毒品、爆炸物、环境等方面的检测或监测。但IMS单独作为检测仪器对成分复杂的样品进行检测时，存在如下一些问题：(1)由于制造工艺的问题，现有商用IMS的分辨率在40左右，因此很难对迁移率相近的物质进行区分；(2)一些化合物的离子在电离区会发生复杂的反应而互相湮灭；(3)IMS的动态范围比较低，当有一种或几种化合物浓度非常大时会影响其他化合物的离子生成，从而造成漏检。基于以上原因IMS在检测成分复杂的样品时，容易发生漏报、误报。
气相色谱仪是目前普遍认可的高效率和高稳定性分离工具，在气相物质的分离分析中有广泛的应用。然而，不同的检测器对物质的选择性和灵敏度不同，甚至有的检测器不是通用型检测器如电子捕获检测器和氢火焰检测器，另外热导检测器作为通用型检测器，它的灵敏度并不能完全满足很多物质的检测限要求。
气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)联用技术不仅有效的利用了GC对复杂样品突出的分离能力，同时还有效的利用了IMS检测器灵敏度高，以及正负双模式对物质的选择性宽的特点，这种联用技术能够大大提高对混合物的检测精度及检测灵敏度。因此，近年来该联用技术在分析检测领域得到了足够的重视和迅猛的发展。
然而，在现有的GC-IMS联用技术中，GC与IMS之间的连接方式要么是将色谱柱直接插在IMS的电离区前端，要么是将色谱柱直接插在IMS的电离区内，或者是将色谱柱插在IMS的反应区内，这些连接方式通常简单且易操作。但是这类连接方式一方面会在仪器的长期使用过程中对迁移管内部产生污染而难以清理，另一方面由于IMS正模式的反应离子主要是,负模式的反应离子主要是而作为GC载气的高纯氮气持续进入IMS还会影响IMS的离化环境使得正模式反应离子成分复杂，负模式难以产生反应离子等这些因素都不利于GC-IMS的长期稳定性及推广。
技术实现要素：
本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种气相色谱-离子迁移谱探测器及联用装置，以解决现有仪器的长期使用过程中对迁移管内部产生污染而难以清理的问题。
为达成上述目的，本实用新型提供一种气相色谱-离子迁移谱探测器，其包括气相色谱机构和离子迁移谱机构。
气相色谱机构包括色谱柱和进样口，进样口位于色谱柱的一端，且与色谱柱连通。
离子迁移谱机构包括迁移管和连接体，连接体连通的设置于色谱柱与迁移管之间，连接体包括金属连接盘，金属连接盘包括对应设置的色谱金属盘和离子迁移金属盘及色谱金属盘与离子迁移金属盘之间的半透膜，色谱金属盘设置有色谱样品载气入口、色谱样品腔及色谱废气排出口，色谱样品载气入口与色谱柱和色谱样品腔连通；离子迁移金属盘上设置有连通的离子迁移进样载气入口、离子迁移样品腔及样品进样口，样品进样口与迁移管连通；色谱样品腔和离子迁移样品腔通过半透膜隔开。
其中，样品分子在色谱进样载气作用下经由进样口进入色谱柱内进行预分离，经预分离的样品分子经色谱样品载气入口进入色谱样品腔，一部分样品分子能够经半透膜渗透到离子迁移样品腔内，并经样品进样口进入迁移管；另一部分样品及全部的色谱进样载气随后经色谱废气排出口排出。
根据一实施例，进样口为分流或不分流进样口。
根据一实施例，色谱柱为毛细色谱柱或集束毛细柱，气相色谱机构还包括色谱柱套，用于保护色谱柱及对色谱柱均匀加热，且色谱柱套使得色谱柱与进样口及与迁移管之间密封连接。
根据一实施例，迁移管包括正模式管和负模式管，并通过连接体连通。
根据一实施例，连接体还包括耐高温绝缘盘，其设置于金属连接盘的两侧，且金属连接盘接地。
根据一实施例，色谱金属盘、离子迁移金属盘及半透膜采用O形密封圈及组合螺钉密封固定，色谱样品腔和离子迁移样品腔为两个独立密封的环形空腔。
根据一实施例，还包括加热膜、保温棉及屏蔽壳，加热膜包覆进样口、色谱柱套及迁移管；保温棉包覆加热膜的外侧；屏蔽壳设置于迁移管与加热膜之间。
本实用新型还提供一种气相色谱-离子迁移谱联用装置，包括气路系统和上述的气相色谱-离子迁移谱探测器，其中，气路系统包括色谱气路、第一迁移气路及第二迁移气路，色谱气路与进样口连通，色谱进样载气能够经由色谱气路和进样口进入色谱柱，一部分样品分子能够经半透膜渗透到离子迁移样品腔内；第一迁移气路的两端分别与迁移管和；第二迁移气路与迁移管连通，用于向迁移管提供迁移气；由迁移管排出的迁移管排出气能够经由第一迁移气路、第二迁移气路和离子迁移进样载气入口进入离子迁移管，且由色谱样品腔渗透进入离子迁移样品腔内的样品可在迁移进样载气的作用下经由样品进样口进入迁移管内离化，并在迁移电场的作用下到达法拉第盘而被探测。
根据一实施例，色谱气路包括过滤器、组合阀及流量控制器，色谱进样载气能够经由过滤器、组合阀及流量控制器进入进样口。
根据一实施例，迁移管包括正模式管、负模式管、正排出气接口及负排出气接口，正模式管和负模式管通过连接体连通，正排出气接口与正模式管连通，负排出气接口与负模式管连通；气路系统还包括缓冲底板，缓冲底板包括第一缓冲腔和第二缓冲腔，第一缓冲腔连接于正排出气接口与第一迁移气路之间，第二缓冲腔连接于负排出气接口与第一迁移气路之间。
根据一实施例，第一迁移气路包括通过三通连接的第一支路、第二支路及第三支路，来自第一缓冲腔和第二缓冲腔的迁移进样载气在第一支路汇合，第二支路上设有分子筛，并与离子迁移进样载气入口连通，第三支路上设有净化器和微孔滤膜，来自第一支路的迁移进样载气的一部分进入第二支路，另一部分进入第三支路。
根据一实施例，缓冲底板包括还包括第三缓冲腔，第一迁移气路还包括第四支路，第二支路与第三缓冲腔连接，第四支路连通第三缓冲腔与离子迁移进样载气入口，第四支路上设有流量控制器。
根据一实施例，第二迁移气路包括正模式支路和负模式支路，正模式支路连接于第三缓冲腔与正模式管之间，负模式支路连接于第三缓冲腔与负模式管之间。
根据一实施例，还包括电路，电路包括电源模块、主板、前放模块、高压模块、加热模块及控制模块，主板用于连接迁移管引出电缆，以及用于为前放模块、高压模块、控制板提供插槽；前放模块用于对法拉第盘接收的信号进行整形、滤波及放大；高压模块用于为离子门提供跳变脉冲、为迁移区以及为栅-盘提供电场；加热模块用于进行加热；控制模块用于实现对加热和气相色谱-离子迁移谱探测器启停的修改和控制。
根据一实施例，还包括屏蔽外壳，其包含迁移管加热屏蔽外壳、法拉第盘屏蔽筒、迁移管整体屏蔽外壳以及高压和前放的屏蔽外壳。
本实用新型相较于现有技术的有益效果在于：本实用新型的连接体中部设置为金属连接盘，并在金属连接盘内设置有半透膜，半透膜仅允许经气相色谱机构分离的部分样品进入离子迁移谱机构检测，而将高纯载气阻止在半透膜外，不仅保证了离子迁移谱机构独立的离化环境不受影响，而且能极大的简化气相色谱-离子迁移谱探测器长期使用过程中离子迁移谱检测器部分的清洁；并且，在金属连接盘的后端设置有色谱废气排出口，由此可防止某些毒害性样品直接排出而对人员及环境产生伤害。有效解决了现有仪器的长期使用过程中对迁移管内部产生污染而难以清理的问题。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1为本实用新型的气相色谱-离子迁移谱仪联用装置的结构示意图；
图2为本实用新型的气相色谱-离子迁移谱仪联用装置的金属连接盘结构示意图；
图3为本实用新型的气相色谱-离子迁移谱仪联用系统的气路系统示意图；及
图4为本实用新型的气相色谱-离子迁移谱仪联用系统以缓冲底板为支撑的整机前视布局图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
实施例中可能使用相对性的用语，例如“较低”或“底部”及“较高”或“顶部”，以描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“较低”侧的组件将会成为在“较高”侧的组件。此外，当某层在其它层或基板“上”时，有可能是指“直接”在其它层或基板上，或指某层在其它层或基板上，或指其它层或基板之间夹设其它层。
本实用新型提供一种气相色谱-离子迁移谱探测器100及包含该探测器的气相色谱-离子迁移谱联用装置。如图1、2所示，气相色谱-离子迁移谱探测器100包括气相色谱机构和离子迁移谱机构。
气相色谱机构包括色谱柱112和进样口114，进样口114位于色谱柱112的一端，且与色谱柱112连通。
离子迁移谱机构包括迁移管111和连接体，连接体连通的设置于色谱柱112与迁移管111之间，连接体包括金属连接盘110，金属连接盘110包括对应设置的色谱金属盘137和离子迁移金属盘138及色谱金属盘137与离子迁移金属盘138之间的半透膜139，色谱金属盘137设置有色谱样品载气入口144、色谱样品腔142及色谱废气排出口145，色谱样品载气入口144与色谱柱112和色谱样品腔142连通；离子迁移金属盘138上设置有连通的离子迁移进样载气入口146、离子迁移样品腔143及样品进样口147，样品进样口147与迁移管111连通；色谱样品腔142和离子迁移样品腔143通过半透膜139隔开。
其中，样品分子在色谱进样载气作用下经由进样口114进入色谱柱112内进行预分离，经预分离的样品分子经色谱样品载气入口144进入色谱样品腔142，一部分由色谱进样载气载荷的样品分子能够经半透膜139渗透到离子迁移样品腔143内，并经样品进样口147进入迁移管111；另一部分样品分子及全部的色谱载气随后经色谱废气排出口145排出。
本实用新型的连接体中部设置为金属连接盘110，并在金属连接盘110内设置有半透膜139，半透膜139仅允许经气相色谱机构分离的部分样品进入离子迁移谱机构检测，而将高纯载气阻止在半透膜139外，不仅保证了离子迁移谱机构独立的离化环境不受影响，而且能极大的简化气相色谱-离子迁移谱探测器100长期使用过程中离子迁移谱检测器部分的清洁；并且，在金属连接盘110的后端设置有色谱废气排出口145，其能够与样品吸收装置连通，样品吸收装置可采用活性炭+分子筛，由此可防止某些毒害性样品直接排出而对人员及环境产生伤害。有效解决了现有仪器的长期使用过程中进样残留累积对迁移管111内部产生污染而难以清理的问题。
本实施例中，进样口114为分流或不分流进样口114。
色谱柱112可为毛细色谱柱或集束毛细柱(MCC)，本案以MCC柱为例进行说明。气相色谱机构还包括色谱柱套113，用于保护色谱柱112及对色谱柱112加热，色谱柱套113使得色谱柱112与进样口114及与迁移管111之间密封连接。
色谱金属盘137、离子迁移金属盘138及半透膜139采用O形密封圈及组合螺钉密封固定，半透膜139可将色谱样品腔142和离子迁移样品腔143分隔为两个独立密封的环形空腔。
本实施例，在进样口114、色谱柱套113及迁移管111等需要加热的部分铺有加热膜107，并在加热膜107外敷有保温棉104。为防止加热膜107、外界电磁场等对迁移管111信号的影响，在迁移管111及加热膜107之间采用内壁涂有耐高温且高绝缘胶的铝壳108屏蔽。为提高法拉第盘101的抗干扰能力，在法拉第盘101外侧采用金属盘102屏蔽。
本实用新型还提供一种气相色谱-离子迁移谱联用装置，包括气路系统和上述的气相色谱-离子迁移谱探测器100，以下对其具体结构及操作方法进行说明。
如图3所示，气路系统包括色谱气路、第一迁移气路及第二迁移气路，色谱气路与进样口114连通，色谱进样载气能够经由色谱气路和进样口114进入色谱柱112，一部分样品分子能够经半透膜139渗透到离子迁移样品腔143内；第一迁移气路的两端分别与迁移管111和；第二迁移气路与迁移管111连通，用于向迁移管111提供迁移气；由迁移管111排出的迁移管排出气能够经由第一迁移气路、第二迁移气路和离子迁移进样载气入口146进入离子迁移管，且由色谱样品腔渗透进入离子迁移样品腔内的样品可在离子迁移进样载气的作用下经由样品进样口147进入迁移管111内离化，并在迁移电场的作用下到达法拉第盘而被探测。
其中，色谱气路包括过滤器116、组合阀117及流量控制器118，色谱进样载气能够经由过滤器116、组合阀117及流量控制器118进入进样口114。
迁移管111优选的为一体化陶瓷迁移管，并可依据需要设计为具有单一检测模式的单模式迁移管或具有正负两个检测模式的双管。本案中，迁移管111包括正模式管、负模式管、正排出气接口106及负排出气接口105，正模式管和负模式管通过连接体连通，正排出气接口106与正模式管连通，负排出气接口106与负模式管连通。
同时，为确保迁移管111正、负模式间的绝缘以及降低相互干扰，连接体还包括耐高温绝缘盘109，其设置于金属连接盘的两侧，其采用耐高温、绝缘性好且膨胀系数小的致密型材料制作，如PTFE，PEEK，陶瓷等，金属连接盘110可采用不锈钢制作，且金属连接盘110接地。
气路系统还包括缓冲底板120，缓冲底板120包括缓冲腔A和缓冲腔B，缓冲腔A连接于正排出气接口106与第一迁移气路之间，缓冲腔B连接于负排出气接口105与第一迁移气路之间。
其中，缓冲底板120可沿用现有专利申请CN 106645472A中相同技术，不仅能有效的降低隔膜泵瓣膜工作时脉冲气流及仪器震动对迁移管111内部气流的影响也有利于安装调试及维修，在此不再赘述。
第一迁移气路可包括通过三通122连接的第一支路S1、第二支路S2及第三支路S3，来自缓冲腔A和缓冲腔B的迁移进样载气在第一支路S1汇合，第二支路S2上设有分子筛124，并与离子迁移进样载气入口146连通，第三支路S3上设有净化器116和微孔滤膜123，来自第一支路S1的迁移进样载气的一部分进入第二支路S2，另一部分进入第三支路S3。
缓冲底板120包括还包括缓冲腔C，第一迁移气路还包括第四支路S4，第二支路S2与缓冲腔C连接，第四支路S4连通缓冲腔C与离子迁移进样载气入口146，第四支路S4上设有流量控制器118。
第二迁移气路包括正模式支路S5和负模式支路S6，正模式支路S5连接于缓冲腔C与正模式管之间，负模式支路S6连接于缓冲腔C与负模式管之间。
仪器工作时，色谱进样载气由气源115提供并经管道中的过滤器116除去高纯气体中的碳氢化合物、氧气以及水等杂质，再经机壳外壁固定的组合阀117进入仪器气路。其中，当组合阀117由两个单向密封阀组成，当连接两个单向密封阀时，单向密封阀的子母头阀芯相互顶开，组合阀117形成通路，断开时两单向密封阀各自闭合。其中，在仪器的进样口114前端采用流量控制器118对色谱进样载气进行调控，获得调控的色谱进样载气从进样口114的色谱载气入口经预热后进入气化室并将气化室内的被检样品带入色谱柱112内进行预分离(图3中附图标记119表示气相色谱机构)，经MCC预分离的样品再从中间连接体的色谱金属连接盘137的色谱样品载气入口144进入色谱样品腔142并经半透膜139渗透到离子迁移样品腔143内，然后在离子迁移进样载气的作用下经样品进样口147再经离化区、反应区、离子门、并在迁移电场的作用下到达法拉第盘而被探测。而未及时渗透到离子迁移样品腔143内的样品将随色谱载气一同由色谱样品腔142经色谱废气排出口145，再经过滤器116吸附吸收后从废气管道排出。
这种采用半透膜139将色谱与离子迁移谱隔离的方式，一方面可以保证了离子迁移的离化环境不受色谱载气的影响；另一方面也能简化离子迁移检测器部分的清洁。
在气路连接中，缓冲底板120采用硬铝制作，并有3个独立密封空腔，即上述的缓冲腔A、缓冲腔B及缓冲腔C。
负模式的排出气接口105与缓冲腔B相连后再与隔膜泵121的抽气接口相连；正模式的排出气接口106与缓冲腔C相连后再与隔膜泵121的抽气接口相连。正负模式排出气在三通122处汇合，三通122的其它两个通道中的其中一个与离子迁移净化分子筛124相连，另一个与净化器116相连，在净化器116末端设置有微孔滤膜123。其中，与净化器116相连的通道用于平衡气压。与离子迁移净化分子筛124连接的通道用于净化离子迁移循环气，循环气经分子筛124净化并进入缓冲腔C后被分成三路并在流量控制器118的控制下分别与正、负模式迁移管111的迁移气接口103连通，形成迁移气以及与离子迁移金属盘138上的离子迁移进样载气入口146连通形成离子迁移进样载气，离子迁移进样载气将透过半透膜139进入离子迁移样品腔143的样品从样品进样口147引入迁移管111内进行离化分析。
气相色谱-离子迁移谱联用装置还包括电路，电路包括电源模块127、主板129、前放模块133、高压模块130、加热模块及控制模块132，上述主板129一方面用于连接迁移管111引出电缆(法拉第盘信号线及迁移管111高压引线)，另一方面还用于为前放模块、高压模块、控制板等提供快速插槽，便于各模块的固定、更换及维修；电源模块127用于将交流转换为直流，并为主板等提供恒稳工作电压。
为降低隔膜泵121工作产生的震动，隔膜泵121与缓冲底板120的连接采用减震垫125和减震螺钉。交流电源电压经电源模块127转换成直流低压后可直接为主板129、控制模块132、高压模块130以及前放模块134提供恒稳直流工作电压。
高压模块131用于为离子门提供跳变脉冲、为迁移区以及为栅-盘(抑制删和法拉第盘之间)提供稳定电场，前放模块134用于对法拉第盘接收的信号进行整形、滤波以及放大；控制模块132用于实现对加热保温，仪器启动停机以及其它工作参数的修改和控制。加热模块用于对GC-IMS工作在高温条件下的结构进行加热；控制模块用于实现对加热，仪器启停及其它工作参数的修改和控制。
固定柱128用于将主板129固定在缓冲底板120上。主板129用于为高压、前放、中控等提供快速插槽；同时用于将迁移管111工作所需高压引入迁移管电极和将法拉第盘信号输送至前放模块进行整形滤波以及放大等。其中，为避免高压对信号以及法拉第盘信号在传输过程中受到干扰，主板与迁移管111电极间的高压引线以及法拉第盘信号与主板之间的引线均采用屏蔽同轴电缆135。
同时，高压模块130、前放模块还分别采用高压屏蔽罩131、前放屏蔽罩134屏蔽，迁移管111被迁移管111屏蔽铝皮108包围，屏蔽电缆以及屏蔽罩能有效地减少外界对迁移管111及电路的电磁干扰，使探测器系统能够长期有效地工作。
其中，上述的屏蔽外壳包含迁移管111加热屏蔽外壳、法拉第盘屏蔽筒、迁移管111整体屏蔽外壳以及高压和前放的屏蔽外壳等，多层的金属屏蔽可有效的减少外界及GC-IMS内部电路对迁移管111收集及输出信号的干扰，电路的屏蔽可减少外界对电路工作稳定性的干扰，使迁移管111模块能够长期有效地工作。
缓冲底板120提供的缓冲空腔能有效的消除隔膜泵121的气流脉冲，并可实现正、负模式迁移气及排出气的独立控制；另一方面缓冲底板120还为分子筛124及气相色谱-离子迁移谱探测器100等的气路连接提供快速接口，方便了分子筛的更换、气路连接。
与此同时，气相色谱-离子迁移谱探测器100、分子筛124、电源模块127、加热模块126、气泵减震垫125以及主板129等均固定在缓冲底板120上，使得系统能够成为一个整体模块，维修及安装时可将缓冲底板120直接从仪器外壳136中和盘托出，或安调完成后再装入仪器外壳136内，这不仅方便了探测器在机壳中的装配、维修与更换，同时还使得探测器具有良好的抗震、屏蔽效果。
综上所述，本实用新型提供了一种GC-IMS联用技术的联用接口方法及其设备，不仅能极大的方便色谱与离子迁移谱仪间的互连、GC-IMS的维护、迁移管的清洁，同时还能保证离子迁移稳定的离化环境不受影响使得GC-IMS的使用和维护更方便，性能更稳定。
虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和变型都应为随附权利要求所涵盖。