混合毛细管/填充捕集器及使用方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年7月31日提交的名称为“hybridcapillary/packedtrapforchemicalanalysis”的美国临时申请号62/712699的优先权，该临时申请的内容据此全文以引用方式并入以用于所有目的。

本发明涉及捕集系统，并且更具体地，涉及包括能够从空气中捕集半挥发性化合物的开口管状毛细管捕集器和填充捕集器的多级捕集系统。

背景技术：

吸附剂可用于收集气相样本中的有机化合物。长期以来已经理解，使用吸附剂，随后热解吸到gc或gcms中，对于在-50℃至约400℃沸点范围内的挥发性至半挥发性化合物的分析是有效的，但沸点高于400℃的4-6环芳族化合物和链烷烃化合物到c30的回收还尚未成功。此外，由于从填充吸附剂捕集器中得到较重化合物所需的高温，使用热解吸技术回收许多热不稳定化合物，诸如杀虫剂、除草剂和通常不仅含有碳和氢而且含有氧、氮、硫、磷和溴以及其他原子的杂原子半挥发性化合物也是不可靠的。

一种理论是吸附剂的“沟流”干扰这些化合物的完全回收。在加热和冷却期间吸附剂的正常膨胀和收缩期间，在吸附剂中产生通道。在捕集期间，虽然吸附剂处于与解吸期间的温度相比相对冷的温度，但较重化合物渗透吸附剂中的间隙至对于热解吸期间的有效或完全回收而言太大的程度。回收不良不仅由于批次之间的可变性而影响分析的准确性。回收的缺乏可导致这些较重化合物在后续分析中从吸附剂中“渗出”。

由于使用热解吸捕集器的这些挑战，usepa等替代地开发了更费力的样本制备方法，其利用吸附剂(例如，xad-2树脂和聚氨酯泡沫(puf)筒)随后进行溶剂提取而不是使用热解吸方法。然而，吸附剂的溶剂提取导致样本的稀释，并且使用可能具有有限便携性的大体积采样装置。在一些情况下，溶剂不能从吸附剂中完全回收所有化合物，因为所收集的化合物可能紧密地结合到吸附剂上，使得溶剂在不使用多个提取步骤和潜在的多种溶剂的情况下不能有效地释放它们。这些技术中的许多技术使用大量溶剂，通常每个样本使用0.1升至1升，这是非常浪费的并且占用实验室中的大量空间。在溶剂提取之后，必须通过蒸发去除大部分溶剂，因此比萘轻的样本化合物未被回收，而是随着溶剂一起蒸发而损失。现在实验室不得不投资非常昂贵的溶剂回收系统，但仍然不能防止一些溶剂逸出到环境中。溶剂还对化学家和环境产生健康风险，因此对于世界范围内的大多数环境机构，产生更“绿色”技术已成为高度优先的。

因此，需要一种捕集技术，其具有改进的重质和热不稳定化合物的回收、更好的可再现性、灵敏度和便携性，同时消除溶剂的使用以减少对人和环境两者的影响。

技术实现要素：

本发明涉及捕集系统，并且更具体地，涉及包括能够从空气中捕集半挥发性化合物的开口管状毛细管捕集器和填充捕集器的多级捕集系统。本发明所公开的技术使用基于非溶剂的热解吸，其方式允许回收使用传统填充吸附剂捕集器不能回收的gc相容化合物。

本公开的一些实施方案涉及一种包括填充级和毛细管级的捕集系统。填充级包括填充吸附剂床。毛细管级包括毛细管柱，诸如wcot(壁涂覆的开口管状)柱或plot(多孔层开口管状)柱。在采样期间，气体样本(例如，空气)首先被抽吸通过毛细管级，然后通过填充级。毛细管级可捕集空气中的颗粒和其他重质化合物，从而防止它们输送到下游的填充捕集级。应当理解，较重的半挥发性化合物被吸附到空气中的颗粒物上，并且初始的毛细管捕集器有效地防止这些颗粒到达填充捕集器。贯穿毛细管级的较轻的化合物，主要是那些尚未被吸附到较大颗粒上的化合物，被填充级捕集。为了分析所捕集的化合物，将捕集装置插入热解吸装置中并联接到化学分析系统诸如gc(气相色谱仪)。分析可通过检测器诸如ms(质谱仪)或其他检测器进行。

本公开的一些实施方案涉及捕集和分析气体样本诸如空气的方法。样本被抽吸通过包括毛细管级和填充级的捕集装置。在样本收集之后，将捕集装置插入与化学分析系统联接的热解吸装置中。在转移至前置柱之前，将解吸装置、捕集装置和样本加热至解吸温度(例如250℃-320℃)。在前置柱的与解吸装置相对的端部处的分流端口允许大量气体和水蒸气离开系统，而较重的(例如svoc、voc)化合物被捕集在前置柱上。然后，关闭分流端口，并且将前置柱上的化合物转移至另一柱进行分离，随后通过检测器进行分析。在从前置柱向另一柱转移期间，打开与捕集装置流体地联接的另一分流端口，以允许未转移至前置柱的化合物离开系统，或将极重质化合物从前置柱反冲出来。

在多次(例如，5次-20次)使用之后，可替换捕集装置的毛细管级。另外，解吸装置可包括提供从捕集装置到前置柱的清洁流动路径的可替换内衬。因此，替换捕集装置的毛细管级和/或解吸装置内衬可分别提高捕集装置和解吸装置的寿命，从而降低这些系统的维护和操作成本。

附图说明

图1示出了根据本公开的一些实施方案的捕集装置。

图2示出了根据本公开的一些实施方案的壳体中的捕集装置。

图3示出了根据本公开的一些实施方案的装配到解吸装置内衬中的捕集装置。

图4示出了根据本公开的一些实施方案的用于分析捕集装置中收集的样本的系统。

图5示出了根据本公开的一些实施方案的收集样本的方法。

图6示出了根据本公开的一些实施方案的对样本执行化学分析的示例性方法。

具体实施方式

本发明涉及捕集系统，并且更具体地，涉及包括能够从空气中捕集半挥发性化合物的开口管状毛细管捕集器和填充捕集器的多级捕集系统。本发明所公开的技术使用基于非溶剂的热解吸，其方式允许回收使用传统填充吸附剂捕集器不能回收的gc相容化合物。

本公开的一些实施方案涉及一种包括填充级和毛细管级的捕集系统。填充级包括填充吸附剂床。毛细管级包括毛细管柱，诸如wcot(壁涂覆的开口管状)柱或plot(多孔层开口管状)柱。在采样期间，气体样本(例如，空气)首先被抽吸通过毛细管级，然后通过填充级。毛细管级可捕集空气中的颗粒和其他重质化合物，从而防止它们输送到下游的填充捕集级。应当理解，较重的半挥发性化合物被吸附到空气中的颗粒物上，并且初始的毛细管捕集器有效地防止这些颗粒到达填充捕集器。贯穿毛细管级的较轻的化合物，主要是那些尚未被吸附到较大颗粒上的化合物，被填充级捕集。为了分析所捕集的化合物，将捕集装置插入热解吸装置中并联接到化学分析系统诸如gc(气相色谱仪)。分析可通过检测器诸如ms(质谱仪)或其他检测器进行。

本公开的一些实施方案涉及捕集和分析气体样本诸如空气的方法。样本被抽吸通过包括毛细管级和填充级的捕集装置。在样本收集之后，将捕集装置插入与化学分析系统联接的热解吸装置中。在转移至前置柱之前，将解吸装置、捕集装置和样本加热至解吸温度(例如250℃-320℃)。在前置柱的与解吸装置相对的端部处的分流端口允许大量气体和水蒸气离开系统，而较重的(例如svoc、voc)化合物被捕集在前置柱上。然后，关闭分流端口，并且将前置柱上的化合物转移至另一柱进行分离，随后通过检测器进行分析。在从前置柱向另一柱转移期间，打开与捕集装置流体地联接的另一分流端口，以允许未转移至前置柱的化合物离开系统，或将极重质化合物从前置柱反冲出来。

在多次(例如，5次-20次)使用之后，可替换捕集装置的毛细管级。另外，解吸装置可包括提供从捕集装置到前置柱的清洁流动路径的可替换内衬。因此，替换捕集装置的毛细管级和/或解吸装置内衬可分别提高捕集装置和解吸装置的寿命，从而降低这些系统的维护和操作成本。

概述

本发明提出了一种用于对挥发性和半挥发性化合物进行采样以通过gc或gcms进行热解吸分析的新方法。通过在填充捕集器的入口处放置短毛细管捕集器，诸如wcot(壁涂覆的开口管)柱或plot(多孔层开口管)柱，解决了与另选捕集技术相关的问题。该毛细级防止较重的化合物到达捕集器的填充级，但使用与在多床填充捕集器中简单地使用较弱填充级截然不同的机制。

包括与单床或多床填充捕集器流体连通的毛细管柱的捕集装置允许通过增加毛细管级来捕集较重的半挥发性化合物，以在热解吸期间更有效地回收。空气中的颗粒可由毛细管级保持，这防止非挥发性碎屑进入填充级。具体地，wcot毛细管柱具有聚合物涂层，该聚合物涂层使得颗粒粘附到开口管状柱的壁上，从而防止颗粒和吸附到颗粒上的重质有机化合物到达填充捕集器。毛细管捕集器的开口管状性质防止在毛细管柱内发生沟流，因为无论捕集器是热的还是冷的，毛细管柱都具有基本上相同的开口结构，从而形成可靠且可再现的分析装置。由于毛细管级的横截面积相对于填充级较小，因此在比填充捕集器中存在的大多数吸附剂吸附性小得多的聚合物材料上将重质、颗粒结合的化合物保持在捕集器的入口处，允许重质化合物在低得多的温度处且以更高的线速度被解吸。这些因素全部合计起来使得较低挥发性化合物和更热不稳定的化合物的回收更有效。最后，在采样期间和在热解吸分析期间，防止原本将减少下游填充级寿命的非挥发性颗粒和碎屑到达该级。在多次使用之后，可替换毛细管级，以再生通过毛细管级的清洁、无颗粒的流动路径，而不必替换整个采样装置。

捕集系统通常用于收集0.01升至10升的空气，随后热解吸到gc或gcms系统中，以使用现场便携式gc/gcms或通过递送至移动或固定式实验室进行分析。虽然puf筒和xad-2树脂可用于捕集数千升样本，但存在典型的1000x稀释度，因为由于注入较大量的溶剂的负面影响，仅可分析最终1000μl的溶剂浓缩物中的1μl；即，样本反向扩展到载气递送管线中，这产生拆卸和清洁受污染的gc注射器组件的需要。毛细管级通过防止较重的化合物暴露于填充捕集器中的较强吸附剂并且通过在解吸至gc或gcms的过程期间保持较高的线速度而提高了这些较重的化合物的回收率。防止暴露于填充捕集器还减少了填充捕集器的污染和较重化合物在批次之间的夹带，这在试图用填充捕集器分析这些重质化合物时是已知的问题。最后，在弱得多的毛细管捕集器上收集允许重质和热不稳定的化合物在较低解吸温度处回收，从而允许准确分析许多已知单独使用填充捕集器回收不佳的化合物。

本发明所公开的捕集系统的优点是减少了沟流的负面影响。填充捕集器完全充满吸附剂，而毛细管柱诸如wcot或plot柱仅具有涂覆在柱内壁上的吸收剂或吸附剂。因此，将毛细管柱放置在填充捕集器的入口处可防止较重化合物经受沟流效应，由此与基于化合物对吸附剂的高亲和力原本所预期的相比，化合物被进一步递送至填充捕集器的捕集介质中。具体地，已经吸附到颗粒上的较重化合物可能不会粘附到填充捕集器中存在的大多数吸附剂上，从而允许它们甚至进一步渗透到吸附剂中，从而进一步减少吸附到颗粒上的化合物的回收率。另外，样本化合物迁移的可能性提高了防止颗粒到达填充吸附剂的重要性，因为允许这些颗粒进一步迁移到填充吸附剂中可能干扰解吸和分析期间的回收。因此，用毛细管级捕集颗粒和其他重质化合物防止这些颗粒污染填充吸附剂，并且确保在解吸和分析期间回收粘附到这些颗粒上的化合物。

吸附剂，包括填充捕集器中使用的吸附剂，具有使其在加热时膨胀并且在冷却时收缩的热膨胀系数。在解吸期间，吸附剂可由于被加热至高温而膨胀。在解吸之后，诸如在捕集期间，吸附剂可由于冷却至低温而收缩。当吸附剂处于用于捕集的降低的温度时，重复的加热和冷却循环可使得在吸附剂中形成通道，从而允许较重的化合物被捕集在通道内并且当吸附剂膨胀时不能在解吸期间逸出，这可关闭通道。此外，将填充捕集器运输到采样位置可使得吸附剂以一定方式沉降，使得沿包含吸附剂的管材的内壁形成通道，从而致使采样期间进一步的沟流和更深的渗透。在解吸期间未能从捕集级消除重质化合物不仅可能通过减少检测到的重质化合物的量而损害化学分析结果，而且还可能导致填充捕集器的污染，因为重质化合物可能在捕集器的后续使用期间被解吸，从而增加在捕集器的后续使用期间检测到的重质化合物的量。当使用传统填充捕集器时，通道形成的程度和这些通道的确切结构(大量小通道或一些更大的通道)可产生广泛的可变性，但通过使用混合毛细管/填充捕集器防止较重的化合物到达这些通道可显著改善捕集器之间的一致性，这对于任何良好的分析技术当然是重要的。

根据泊肃叶定律，通道内径或柱内径的加倍将使相对流速增加该增加的四次方。因此，诸如通过沟流使填充吸附剂捕集器中的颗粒分离增加2倍将使通过该通道的流速增加16倍。在特定温度处，在采样流速远高于气体的扩散速率时，化学品可在它们与吸附剂接触之前通过这些通道被进一步引入吸附剂中。较重的有机化合物将强烈地附着到吸附剂上，以致仅少量的渗透增加就可能导致在热解吸期间回收较差。此外，较大的渗透导致许多热不稳定的化合物在它们分解的高温处的热解吸期间在管上保持足够长的时间，并且因此在分析期间不能准确测量。

虽然所有化合物均在填充捕集器级内经受沟流，但最重质化合物受到最大的影响，并且在分析期间将显示出最大的损失以及在后续分析中夹带的最大可能性。毛细管柱诸如wcot和plot柱不像填充柱那样易受沟流影响，因为它们仅在壁上具有薄的吸附剂涂层，而不是像填充柱那样在柱的整个内部填充有吸附剂。通过中心开口的毛细管管材在加热时不关闭。例如，内径为530μm的毛细管柱在其内壁上具有1μm-20μm的涂层，这使得内径为490μm-528μm的通路完全打开，该通路为毛细管内径的92％至99％以上。在毛细管柱的加热和冷却期间，该开口的尺寸保持大致恒定，从而消除了填充捕集器中可能发生的沟流。这极大地增加了分析之间和采样器之间的一致性，因为这些毛细管捕集器通常用于制造毛细管柱，这些毛细管柱如今极其可再现，因此远远多于填充柱及其对应物填充吸附剂捕集器。此外，毛细管柱中吸附剂颗粒的体积通常比填充捕集器中使用的吸附剂颗粒小1000倍-5000倍，因为需要在填充捕集器中使用较大的吸附剂颗粒以在颗粒之间产生适当大的间隙，并因此在采样期间产生通过填充捕集器的适当流速。如果在填充捕集器中使用小得多的颗粒，则考虑到没有用于流动通过的开口空间，流速可降至接近零。因此，填充捕集器前面的毛细管柱提供用于对空气或其他挥发性基质中的有机化合物进行采样的紧凑设计，同时提供相对于其他热解吸装置的显著改善的回收率。

本发明所公开的系统和方法的另一个有益效果是颗粒管理。为了获得空气中半挥发性化合物的准确测量，颗粒物的收集是重要的，因为存在于空气中的较重有机物的大部分结合到这些颗粒。这些颗粒可粘附到毛细管柱的聚合物相中，从而允许它们被捕集并且基本上防止它们行进到捕集器的填充级。在热解吸期间，大多数颗粒对化学化合物不具有强吸附作用，因此这些化合物(例如，重质挥发性化合物、半挥发性化合物等)可从颗粒解吸，从而允许这些化合物的定量测量。在空气采样5次至20次之后，可移除毛细管段并以替换整个捕集器成本的一小部分用干净的毛细管段替换。替换毛细管柱的能力提供了可持续高达数百个采样和热解吸循环的空气监测方案。

最后，通过在填充捕集器的入口处放置毛细管捕集器，可在较低的解吸温度处实现化合物(包括沸点为600℃的化合物)的完全回收。尽管一些方法展示了使用常规填充吸附剂捕集器将化合物回收至c30的能力，但必须使用高达400℃的解吸温度，然后仅可回收在该温度处稳定的化合物。通过在填充捕集器的入口处放置具有较低表面积和低得多的吸附强度的毛细管捕集器，可在较低解吸温度(例如，250℃-320℃)处回收重质化合物，从而允许还回收更热不稳定的化合物。此外，当发生热降解时，可产生对吸附剂具有破坏性的自由基，从而缩短了捕集装置的寿命。降低解吸温度使得能够回收更热不稳定的化合物以实现更完整、全面的分析，同时极大地增加采样装置的寿命。

通过使用具有已知流速的真空泵或通过使用真空贮存器来执行现场空气的收集，其中所收集的体积可通过已知体积的贮存器内的真空变化来确定。由于所有或基本上所有的样本都被热解吸到化学分析装置(例如gc、gcms等)中，因此溶剂提取技术中存在的1000x的典型稀释度意味着使用新的混合采样器收集的仅1升体积空气就可得到与收集到puf(聚氨酯泡沫)或xad-2树脂上的1000升空气相当的灵敏度。此外，缺少实验室处理意味着分析快得多，并且使得可使用便携式gc或移动实验室在现场执行分析。

实施方案描述

图1示出了根据本公开的一些实施方案的捕集装置100。捕集装置100包括毛细管级110，随后是填充级120。毛细管级110和填充级120流体地联接，并且在样本收集期间流动通过毛细管级110的空气离开毛细管级110以流动通过填充级120。毛细管级110为毛细管柱，诸如plot柱或wcot柱。填充级120包括在采样流动方向上从弱到强布置的多个吸附剂床122-126。也就是说，吸附剂床122对一种或多种目标化合物的化学亲和力低于吸附剂床124，后者对一种或多种目标化合物的化学亲和力低于吸附剂床126。换句话讲，吸附剂床126是最强的，并且吸附剂床122是最弱的。在一些实施方案中，填充级120可使用不同数量的吸附剂床，诸如单个吸附剂床或不同数量的多个吸附剂床。

毛细管级110能够捕集沸点在400℃-600℃范围内的化合物，而填充级120能够收集在-50℃至400℃沸腾的化合物，这取决于所使用的吸附剂。毛细管级110的小入口直径使得净扩散速率几乎为零，因此当以低至0.2-1cc/min的流速执行主动采样时几乎不发生扩散偏移。也就是说，捕集装置100可保持未加盖状态，其中由于扩散而向样本中添加的量非常少。当执行长期集成采样时，当需要平均浓度时，诸如在1天或1周的时间段或更长时间内，使用缓慢的主动采样速率可能是期望的。除了捕集较重的化合物之外，毛细管级110还将捕集颗粒，从而防止将它们引入填充级120中。

毛细管级110可为标准熔融二氧化硅毛细管柱或用于增强耐久性的涂覆金属柱。毛细管级110的直径可为0.01英寸至0.04英寸的直径，或者可使用稍微更小或更大的id。毛细管级的长度在1cm-10cm的范围内，或为0.5英寸。毛细管级110可使用多种技术联接到填充级120，包括压力配合、螺纹连接、高温聚合物连接或陶瓷连接等。由于毛细管级110的质量低，需要非常小的保持力来将其保持在适当位置。在多次(例如，5次-20次)使用(例如，采样和热解吸到gc或gcms中的多个循环)之后，可移除毛细管级110并用新的毛细管级替换，以消除颗粒在毛细管级110上的积聚。通过在多次使用之后替换毛细管级110，产生进出填充级120的新流动路径，从而改善毛细管级110的吸附强度并防止或减少填充级120的污染。

捕集装置100还包括筛网130以将吸附剂保持在填充级120中，从而防止吸附剂直接暴露于毛细管级110。在往返于现场的运输期间不允许填充捕集器中的吸附剂床混合。因此，捕集装置100包括保持玻璃料132或其他材料，以将吸附剂122-126保持在适当位置，从而防止其在捕集装置的主体101内移动。填充级120的外径通常为1/4英寸，但其他尺寸也是可能的。另外，捕集装置100还包括在吸附剂122、124和126的每个床之间的筛网，以保持每种类型的吸附剂彼此分开。也就是说，在吸附剂122和124之间存在筛网，并且在吸附剂124和吸附剂126之间存在筛网。

填充级120可包括可根据目标化合物的期望挥发性范围使用的一种或多种吸附剂。使用单一吸附剂，可在填充级120中保持和回收200℃-400℃的化合物，其与毛细管级110结合产生200℃-600℃的总沸点范围。在期望回收甚至更轻质化合物的一些情况下，可使用2或3个吸附剂床，其中在每个床之间插入筛网。在这种情况下，毛细管柱后的第一床的强度最弱，随后是强度或保持增加的床。使用多个吸附剂床允许回收甚至更易挥发的化合物，而不损害保持在较弱的第一填充吸附剂床和入口毛细管级上的200℃-600℃沸点化合物的回收。

捕集装置100还包括密封o形环140、解吸端口142和集成阀150。捕集装置100的顶部包括止动器152，在该止动器处，捕集装置100可在捕集期间附接到真空源。o形环140和集成阀150可使采样和分析更容易，并且可使用安装在gc或gcms顶部的机器人轨道或其他自动采样器来帮助自动化分析。然而，本公开还包括使用常规压缩配件隔离的管。

o形环140、解吸端口142和阀150在采样、储存和解吸期间的细节和功能将在下面参考图2-图3更详细地描述。

图2示出了根据本公开的一些实施方案的壳体200中的捕集装置100。壳体200包括通过螺纹206彼此螺纹联接的套管202和盖204。壳体200的内径的尺寸被设定成使得当将捕集装置100放置在壳体200中时，o形环140抵靠套管202的内表面形成密封。

当不使用捕集装置100时，诸如在往返于采样位置的运输期间，盖204可装配到套管202，以将采样装置100的主体101的内部腔体与采样装置的外部环境隔离。如上所述，o形环140抵靠套管202的内表面形成密封，以密封解吸端口142。盖204密封采样装置的毛细管级110的入口端部。采样装置100的阀150保持关闭，诸如由于阀的弹簧的力，从而密封捕集装置100的顶部。以这种方式密封捕集装置100防止采样装置100的污染。

在采样期间，移除盖204，从而允许空气通过毛细管级110进入捕集装置100，同时o形环140和套管202继续密封解吸端口142。因此，样本能够通过毛细管级110进入捕集装置100，但不能通过解吸端口142。在将套管202留在适当位置的同时移除盖204还防止诸如处理期间(例如，当收集样本时)对采样装置管126外部的污染。在处理期间移除套管202可导致引入来自人接触的脂肪酸、醛和其他污染物。计量泵或真空贮存器连接到捕集系统100顶部的止动器152，以将已知体积的空气抽吸到捕集系统100中来收集样本。在样本收集之后，替换盖204。另外，计量泵或真空贮存器与止动器152断开，从而允许阀150关闭。替换盖204并允许阀门150关闭，以防止捕集装置100在返回实验室期间以及等待gc或gcms的热解吸分析时受到污染。

图3示出了根据本公开的一些实施方案的装配到解吸装置内衬300中的捕集装置100。在解吸期间，捕集装置100和解吸装置内衬300被放置在热解吸装置内部，该热解吸装置用于将样本从捕集装置100反解吸到gc或gcms上。下面参考图4更详细地描述热解吸装置。

内衬300围绕捕集装置100的主体101装配。与图2所示的壳体200不同，内衬300不密封捕集装置100的解吸端口142。在解吸期间，解吸气体(例如，惰性载气诸如氢气或氦气)通过解吸端口142进入捕集装置100。内衬300包括开口301，该开口允许样本离开捕集装置100以用于分析，如将在下面参考图4更详细地描述的。

内衬300可由惰性玻璃制成，或者由涂覆有惰性材料诸如二氧化硅涂层的不锈钢制成。内衬300通过允许在若干(或数百)个热解吸循环后进行替换而保持化学分析系统清洁。将解吸装置100插入内衬的能力确保了通过简单地替换内衬300、解吸装置100的毛细管级110以及偶尔的前置柱422(如任何gc分析仪中所需的)，可为样本分析产生“类似新的”流动路径。这样，可实现全新分析仪的性能，从而针对化学分析仪的寿命提供相同的质量分析。

图4示出了根据本公开的一些实施方案的用于分析捕集装置100中收集的样本的系统400。系统400包括热解吸装置410、气相色谱仪420、多个阀432-438、检测器440以及流量控制器452和454。气相色谱仪420容纳前置柱422、另一柱424和载液(例如，惰性或非反应性气体，诸如氢气或氦气)源428。流量控制器452控制载液428通过解吸阀434到捕集装置100的流速和/或载液428通过旁通阀432到柱424的流速。分流控件454控制从捕集装置100通过分流阀436和/或从接头426通过分流阀438流出系统400的流速。

旁通阀432将载液源428联接到前置柱422与柱424之间的接头426。解吸阀432将载液源联接到捕集装置100。分流阀436将捕集装置100联接到分流控制器454，从而允许化合物在前置柱422之前离开系统。分流阀438将前置柱422与柱424之间的接头426联接到分流控制器454，从而允许贯穿前置柱422的化合物在进入柱424之前离开系统。下面将参考图6更详细地描述这些阀的操作。

热解吸装置410附接到气相色谱仪(gc)420的顶部，以允许样本被直接引入gc420中。相对于将样本解吸到远程“调节”装置中的系统，这种布置提高了样本的回收率，该远程“调节”装置然后必须通过旋转阀和附加的加热管线将样本递送至gc。热解吸装置410仅将样本暴露于热解吸装置内衬300和可用于在解吸之后进一步浓缩样本的前置柱422。

在解吸期间，热解吸装置410被加热至250℃-320℃范围内的解吸温度。该热量使得捕集在捕集装置100中的化合物被捕集装置100的吸附剂(包括填充级中的填充吸附剂和毛细管级的吸附剂涂层)释放。在解吸期间，打开前置柱下游的分流端口438以增加通过捕集装置100的流速，从而提高较重的化合物的回收率。在解吸期间，重质voc和所有svoc被收集在前置柱422上，其中水蒸气和较轻的化合物主要经由分流端口438在前置柱422与柱424之间分流。

解吸完成后，打开分流端口436以基本上防止捕集装置100中留下的任何残余化合物到达前置柱422，并且可关闭分流端口438。这样，随着gc420的温度上升到更高的温度，前置柱422的全部内容物被转移到柱424，从而使该技术的灵敏度最大化。稍后，在一些实施方案中，打开旁通阀432以使载液428能够流动通过柱424而不流动通过前置柱422。在其他实施方案中，通过打开旁通阀432然后打开分流阀436，可反冲前置柱以移除最重质化合物，从而避免污染主分析柱424。由于当今gc分析仪的温度和流量一致性，分析中的该反冲点可以是非常可再现的，以确保回收所有目标化合物，同时仍然优化样本通量，因为最重质化合物可比它们可被推过主柱424的整个长度快得多地从前置柱422中反冲出来。将从柱424洗脱的化合物引入检测器440中。检测器可以是非特异性检测器，诸如fid、pid、ecd、fpd、pfpd、ppd、霍尔检测器、cld或其他检测器或质谱仪。

图5示出了根据本公开的一些实施方案的收集样本的方法500。方法500可使用一个或多个装置诸如上文参考图1-图4描述的捕集装置100来执行，并且在根据下文参考图6描述的方法600进行分析之前执行。捕集装置100在实验室与要收集样本的位置之间是可便携的。因此，方法500的一个或多个步骤发生在采样位置处。在执行方法500之前，可将捕集装置100从另一位置(诸如使用捕集装置100进行先前分析的实验室或储存位置)运输到采样位置。在执行方法500之后，可将捕集装置100运输到实验室以供分析，或者运输到另一位置以供在分析之前储存。在一些实施方案中，可建立移动实验室以使得能够在收集样本的位置处分析样本。在一些实施方案中，方法500的一个或多个步骤可以是自动化的。

在步骤502中，当处于要对空气进行采样的环境中时，移除壳体200的盖204，从而将捕集装置100的毛细管级110的入口暴露于环境。壳体200的套管202保持在适当位置，使得解吸端口142由o形环140抵靠套管202的内表面密封。在利用自动化的实施方案中，机器人诸如通过提升捕集装置100同时保持盖204来移除壳体的盖204，从而将捕集装置100与盖分离。

在步骤504中，计量泵或真空源在止动器152处附接到捕集装置100。步骤502和504可以任何顺序或同时执行。在利用自动化的一些实施方案中，计量泵或真空源可通过机器人或其他自动化系统附接。在捕集装置100的止动器152处附接计量泵或真空源致使阀150打开，从而将计量泵或真空源联接到捕集装置100的主体101的内部腔体。

在步骤502和504之后，在步骤506中使用计量泵或真空源将已知体积的空气抽吸到捕集装置100中。用泵或真空源抽吸空气通过捕集装置100使得空气流动进入捕集装置100的毛细管级110，通过捕集装置的毛细管级110，进入捕集装置的填充级120，并且通过捕集装置110的填充级120。换句话讲，泵或真空源的单次致动可使得空气流动通过捕集系统100的毛细管级110和填充级120两者。采样可在长达一周或多周的时间段内发生。经过一天或多天或更多周的采样允许分析待在化学分析期间确定的各种化合物在采样期间的平均浓度。对于风险评估，在较长时间段内的平均浓度可能比在短期低浓度或高浓度发作期间的快速收集更有意义。在利用自动化装置的一些实施方案中，计量泵或真空源可自动启动，以在预定时间内以预定速率将空气抽吸到捕集系统100中，以将已知体积的空气抽吸到捕集系统100中。在采样完成之后，从捕集系统100中移除计量泵或真空。在利用自动化的一些实施方案中，计量泵或真空可由机器人或其他自动化装置移除。

在步骤506中收集样本之后，可在步骤508中替换壳体200的盖202以密封捕集装置100的毛细管级110的入口。也可移除计量泵或真空源，从而允许捕集装置100的阀150关闭。这样，捕集装置100在收集样本与执行化学分析之间的时间段内相对于外部环境密封，如下面图6所述。在利用自动化的一些实施方案中，可使用机器人、自动采样器或其他自动化装置将捕集装置100放置在壳体200的盖202的位置中。例如，如果盖202在捕集期间保持在捕集装置100下方，则机器人可朝向盖202降低捕集系统100以替换壳体的盖202。

图6示出了根据本公开的一些实施方案的对样本执行化学分析的示例性方法600。可使用一个或多个装置诸如上文参考图1-4描述的捕集装置100并根据上文参考图5描述的方法500来收集样本。在一些实施方案中，方法600的一个或多个步骤可以是自动化的。例如，样本制备轨道机器人自动采样器可从多个样本制备装置的托盘拾取样本制备装置100(例如，通过用止动器152抓取样本制备装置100)并将捕集装置100放置在热解吸装置410中(例如，下文所述的步骤604)。该方法的其余步骤可由可操作地联接到化学分析系统400的处理器控制。在分析完成之后，机器人自动采样器可从解吸装置移除捕集装置100，并将捕集装置100与其他捕集装置一起放回托盘中。

在步骤602中，从捕集装置100移除壳体200，包括套管202和盖204两者。移除壳体200打开解吸端口152和毛细管级110的入口，从而允许载液和一种或多种化合物流动通过捕集装置100。

在步骤604中，将捕集装置100插入已经包含解吸内衬300的解吸装置410中。这种布置提供了通向gc柱的低体积惰性流动路径，同时消除了解吸装置410随时间推移的污染。根据需要并且在多次使用之后，可替换解吸内衬300以提供从捕集装置100通过解吸装置410的新流动路径。

在步骤606中，将解吸装置410加热至预热温度。预热温度可在70℃-200℃的范围内。加热解吸装置410加热包含在捕集装置100中的样本并使样本的化合物开始从捕集装置100中的吸附剂(例如，填充吸附剂和毛细管柱涂层)解吸。

在步骤608中，打开分流端口438。打开分流端口438将增加载液和所捕集的化合物通过捕集装置100并进入前置柱422的流速。

在步骤610中，打开解吸端口434以将载液从载液源428递送至捕集装置100。步骤608和610可以任何顺序执行，但通常同时执行。

在步骤611中，将解吸装置410加热至解吸温度。解吸温度在250℃-320℃的范围内。加热解吸装置410加热包含在捕集装置100中的样本并使样本的化合物继续从捕集装置100中的吸附剂(例如，填充吸附剂和毛细管柱涂层)解吸。步骤611可在步骤608-610之后或与之同时执行。在一些实施方案中，预热可在步骤608-610之前开始，并且步骤608-610可在解吸装置410达到最终预热温度之前执行(例如，开始加热，然后在继续加热的同时执行步骤608-610)。

在一些实施方案中，在一种或多种化合物从捕集装置100转移到前置柱422的一段时间之后，在步骤612中关闭分流端口438。关闭分流端口438使得系统400能够执行所有化合物从前置柱422到柱424并进入检测器440的无分流注入。执行无分流注入能够分析整个样本，使得检测器440能够检测样本中具有低浓度的化合物。在一些实施方案中，不执行步骤612。也就是说，在一些实施方案中，分流端口438保持打开以执行从前置柱422到柱424的分流注入。执行分流注入防止在分析高度浓缩的样本时检测器440饱和。

在步骤614中，打开分流端口436以允许残留在捕集装置100内的化合物逸出系统，同时将前置柱422的内容物转移到柱424。分流控件454控制载液和任何残留化合物从捕集装置100流出系统400。

在步骤616中，将气相色谱420逐渐加热至250℃-330℃范围内的温度。步骤612、614和616可以任何顺序或同时执行。如果不执行步骤612，则步骤614和616可以任何顺序或同时执行。

在一些实施方案中，在步骤618中，打开旁通端口432以将载液流从载液源428引导至柱424。在一些实施方案中，不执行步骤618。具体地，旁通端口432可允许将仍在前置柱422上的不需要的非常重质的化合物通过分流端口436反冲出来，以防止需要将gc加热至非常高的温度来洗脱这些非常重质的化合物(在gc柱烘除期间)，从而既增加gc柱的寿命，又减少分析的运行时间，从而提高实验室吞吐量。

在步骤620中，检测器440对从柱424洗脱的样本进行分析。

在方法600的步骤完成之后，气相色谱仪420、解吸装置410和捕集装置100保持在升高的温度处并且被烘除以去除任何残留的化合物。在烘除期间，打开解吸端口434和分流端口436。烘除捕集装置100去除任何残留的化合物以使捕集装置100准备再次使用，而没有残留的化合物被夹带进入下一次分析。如上所述，在多次使用之后，可替换捕集装置100的毛细管级110和/或解吸内衬300，以产生从捕集装置100通过解吸装置410进入前置柱422的新流动路径。

本公开的检测限

检测限取决于所收集的空气的体积和检测器440的灵敏度。近来，已发现质谱在可商购获得系统中的灵敏度大幅增加，使得1升空气样本可产生足以分析化合物的定量测量，这些化合物包括杀虫剂、聚芳烃(pah)、邻苯二甲酸酯、内分泌干扰物、化学战剂(cwa)、多氯联苯(pcb)、pcdd、pbdd、苯酚、气载thc和其他大麻素、以及低至1-3份/万亿份的其他化学品。在一些情况下，可收集0.01升-10升的样本。例如，以1cc/min的速率采样24小时使得系统能够收集1.44升的样本，并且以该速率采样一周使得系统能够收集约10升的样本。使用选择性离子监测模式(sim)或三重四极杆靶向分析，可能存在另外低十倍的检测限(例如，0.01-0.1份/万亿份，这取决于收集的10升或1升样本)。当分析1升样本时，高端质谱仪诸如orbitrap或飞行时间ms(tof-ms)可使用高分辨率、全扫描操作和光谱去卷积来提供对样本中未知化合物的靶向定量分析和非靶向定性鉴定，以报告低于0.1份/万亿份的浓度。

本公开的用途

本公开的实施方案提高了在气相样本中收集c4-c30范围内的化合物的准确性和容易性。具体地，可使用泵或其他计量装置以通过捕集系统100抽吸已知体积来收集环境和室内空气中的化合物。这些计量装置可根据期望的时间积分长度以变化的速率将空气抽吸到捕集器中。epa方法8270和to13可使用与当执行溶剂提取时所需体积相比所需体积的一部分来执行。在现场而不是在实验室中的分析的重要性持续增长。本公开的实施方案允许在现场进行分析，这与需要固定式实验室的溶剂提取技术不同，该固定式实验室设置有设备诸如提取装置和通风橱以及现在由于大多数地区的立法阻止将溶剂蒸气排入到环境中而变得昂贵的溶剂回收系统。在化学分析期间消除溶剂具有实现更环境友好的技术的优点，这对于实验室人员也是更安全的。可受益于该技术的其他样本类型包括呼吸分析仪和其他临床技术、大体积静态顶空分析仪、气味的收集和鉴定、从工业和消费品中逸气的化学品的测量、以及痕量芳香和香味分析。需要更高灵敏度和较重化合物的更完全回收两者的任何gc或gcms应用将受益于本公开的实施方案。

因此，根据上文，在一些实施方案中，一种捕集系统，包括：毛细管级，该毛细管级包括开口管状毛细管柱，其中开口管状毛细管柱的内表面被吸附剂涂覆；填充级，该填充级包括填充吸附剂，填充级流体地联接到毛细管级；主体，该主体包括：容纳填充吸附剂的内部腔体；和解吸端口，该解吸端口流体地联接到内部腔体；和阀，该阀附接到捕集系统的主体，其中阀被配置为当泵附接到阀时将主体的开口流体地联接到泵，主体的开口流体地联接到主体的内部腔体，主体的开口不同于主体的解吸端口。附加地或另选地，在一些实施方案中，填充吸附剂包括第一填充吸附剂和第二填充吸附剂，并且捕集系统还包括在第一填充吸附剂与第二填充吸附剂之间的筛网。附加地或另选地，在一些实施方案中，捕集系统被配置为插入隔离壳体中，该隔离壳体将捕集系统与捕集系统的环境隔离。附加地或另选地，在一些实施方案中，解吸端口被配置为在样本从捕集系统解吸期间接收载液。附加地或另选地，在一些实施方案中，在样本从捕集系统解吸期间：从毛细管级解吸第一化合物，从填充级解吸第二化合物，并且接受载液使得第一化合物从毛细管级流入前置柱中，并且接受载液使得第二化合物从填充级流动通过毛细管级并流入前置柱中。附加地或另选地，在一些实施方案中，阀包括弹簧，该弹簧施加第一力，该第一力在阀上不存在第二力的情况下关闭阀，并且当泵附接到阀时，泵施加第二力。附加地或另选地，在一些实施方案中，捕集系统包括第一保持筛网；和第二保持筛网，其中填充吸附剂设置在第一保持筛网与第二保持筛网之间，并且填充吸附剂与第一保持筛网和第二保持筛网接触。附加地或另选地，在一些实施方案中，开口管状毛细管柱被配置为被移除并用第二开口管状毛细管柱替换，其中一个或多个颗粒附着到开口管状毛细管柱，并且移除开口管状毛细管柱将移除一个或多个颗粒。附加地或另选地，在一些实施方案中，捕集系统是便携式的，并且用捕集系统收集样本包括将捕集系统运输到不同于执行样本的分析的分析位置的采样位置。附加地或另选地，在一些实施方案中，对由捕集系统捕集的样本的分析是完全或部分自动化的。附加地或另选地，在一些实施方案中，用捕集系统完全或部分自动化地在一小时至一周范围内的时间段内收集样本。附加地或另选地，在一些实施方案中，毛细管级保持由捕集系统收集的一个或多个颗粒，并且一个或多个颗粒不被转移到填充级。

在一些实施方案中，一种用于捕集用于化学分析的样本的方法，包括：使用泵将样本抽吸通过捕集系统，样本包括第一化合物和第二化合物，捕集系统包括毛细管级和填充级，其中使用泵抽吸气体样本包括：将第一化合物和第二化合物抽吸到捕集系统的毛细管级中，毛细管级包括开口管状毛细管柱，其中开口管状毛细管柱的内表面被吸附剂涂覆；将第一化合物捕集在捕集系统的毛细管级中；将第二化合物抽吸到捕集系统的填充级中，填充级包括填充吸附剂；以及将第二化合物捕集在捕集系统的填充级中，其中：捕集系统包括主体，该主体包括：容纳填充吸附剂的内部腔体；和解吸端口，该解吸端口流体地联接到内部腔体；将气体样本抽吸通过捕集系统包括将泵附接到阀，阀附接到捕集系统的主体，其中将泵附接到阀使得阀将泵流体地联接到主体的开口，主体的开口流体地联接到主体的内部腔体，主体的开口不同于主体的解吸端口。附加地或另选地，在一些实施方案中，填充吸附剂包括第一填充吸附剂和第二填充吸附剂，并且捕集系统还包括在第一填充吸附剂与第二填充吸附剂之间的筛网。附加地或另选地，在一些实施方案中，方法还包括在将气体样本抽吸通过捕集系统之后，将捕集系统插入隔离壳体中，隔离壳体将捕集系统与捕集系统的环境隔离。附加地或另选地，在一些实施方案中，解吸端口被配置为在样本从捕集系统解吸期间接收载液。附加地或另选地，在一些实施方案中，方法还包括在样本从捕集系统解吸期间：从毛细管级解吸第一化合物；从填充级解吸第二化合物，其中接受载液使得第一化合物从毛细管级流入前置柱中，并且接受载液使得第二化合物从填充级流动通过毛细管级并流入前置柱中。附加地或另选地，在一些实施方案中，阀包括弹簧，该弹簧施加第一力，该第一力在阀上不存在第二力的情况下关闭阀，并且当泵附接到阀时，泵施加第二力。附加地或另选地，在一些实施方案中，捕集系统还包括：第一保持筛网；和第二保持筛网，其中填充吸附剂设置在第一保持筛网与第二保持筛网之间，并且填充吸附剂与第一保持筛网和第二保持筛网接触。附加地或替代地，在一些实施方案中，方法还包括移除开口管状毛细管柱并用第二开口管状毛细管柱替换开口管状毛细管柱，其中一个或多个颗粒附着到开口管状毛细管柱，并且移除开口管状毛细管柱将移除一个或多个颗粒。附加地或另选地，在一些实施方案中，捕集系统是便携式的，并且用捕集系统捕集样本包括将捕集系统运输到不同于执行样本的分析的分析位置的采样位置。附加地或另选地，在一些实施方案中，对由捕集系统捕集的样本的分析是完全或部分自动化的。附加地或另选地，在一些实施方案中，用捕集系统完全或部分自动化地在一小时至一周范围内的时间段内收集样本。附加地或另选地，在一些实施方案中，毛细管级保持由捕集系统收集的一个或多个颗粒，并且一个或多个颗粒不被转移到填充级。

尽管已参考附图全面地描述了示例，但应当注意，各种改变和修改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。此类改变和修改应当理解为包括在由所附权利要求限定的本公开的示例的范围内。