一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置

摘要

本发明涉及质谱分析仪器，具体的说是一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置，包括：文丘里管、膜富集采样管和大气压电离源。文丘里管包括依次同轴设置的气体传输管、收缩管、喉管和扩张管；气体传输管的入口端与外部高压载气气源相连；膜富集采样管为一管状膜，膜富集采样管穿过液体进样管的内部；于文丘里管喉管处的外壁面上开设有通孔，膜富集采样管的出口端与通孔密闭连接；一质谱进样Skimmer电极设置于扩张管出口后端，大气压电离源的电离区设置于文丘里管和质谱进样Skimmer电极之间的区域。本发明采用管状膜富集、文丘里采样、大气压软电离技术，可实现液体样品中VOCs无需样品前处理的高通量、快速、在线检测。

说明书

技术领域

本发明涉及质谱分析仪器，特别涉及质谱仪的采样和电离装置，具体的说是一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置。

背景技术

随着城市化和工业化进程的不断加快，人类赖以生存的水环境面临日益严峻的污染问题。挥发性有机物(VOCs)是一类室温下饱和蒸汽压大于133.322Pa，沸点在50℃至260℃的有机物。通常情况下，VOCs是以微量或痕量的水平存在于水环境中，但VOCs大都具有毒性和刺激性，有些甚至会产生致癌、致畸等生物毒性，对人体健康造成严重损害。因此，针对环境水体中大量样品的检测，高通量、快速、在线检测方法的研究受到了广泛的关注。目前，水中有机物的标准检测方法，如我国国家标准GB/T5750.8-2006《生活饮用水标准检验方法——有机物指标》中，采用的是基于气相色谱的离线分析方法，需要顶空平衡、溶剂萃取等复杂的样品预处理过程。这种方法虽然分析结果的精度高，但是检测速度慢、成本高，难以实现海量待测样品的快速、在线分析和筛查。

质谱法的分析速度快、分辨率和灵敏度高、定性能力强，特别是将质谱分析与各种软电离技术相结合，如电喷雾电离、大气压化学电离等，适合于有机物样品的快速、在线分析。然而，质谱需要工作于高真空的环境中，液体样品难以直接进入质谱腔体中进行电离和分析，通常需要利用顶空、萃取等方式提取液体样品中的待测VOCs，再进行电离和检测，但这种预处理方法耗时较长；电喷雾电离能够直接对液体样品中的待测物进行离子化，并通过去溶剂化形成气相离子进入质谱中分析，但是受限于液体样品中的待测物浓度，直接电喷雾电离对液体样品中痕量VOCs的检测灵敏度不高。

由此，本发明设计了一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置，采用管状膜富集结合文丘里采样技术，对液体样品中的VOCs进行直接的在线萃取、富集采样、溶剂再溶解脱附，以及充分的雾化后，经由大气压软电离源的高效电离，进入质谱中实现高通量、快速、在线分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置，利用管状膜富集、文丘里采样、大气压软电离技术，实现液体样品中VOCs无需样品前处理的高通量、快速、在线检测。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置，包括：文丘里管、膜富集采样管和大气压电离源；

文丘里管包括依次同轴设置的气体传输管、收缩管、喉管和扩张管；喉管的内径小于气体传输管的内径；气体传输管的入口端与外部高压载气气源相连；

膜富集采样管为一管状膜，膜富集采样管穿过液体进样管的内部；于文丘里管喉管处的外壁面上开设有通孔，膜富集采样管的出口端与通孔密闭连接，膜富集采样管的入口端伸入至喷雾溶剂储槽内的喷雾溶剂液面以下；

一质谱进样Skimmer电极设置于扩张管出口后端，质谱进样Skimmer电极中部开设有通孔；文丘里管的轴线与质谱进样Skimmer电极通孔的轴线之间的夹角θ呈0°～90°设置；大气压电离源的电离区设置于文丘里管)和质谱进样Skimmer电极之间的区域。

膜富集采样管与液体进样管同轴设置，或膜富集采样管在液体进样管内部呈螺旋状设置。

所述的液体进样管的两端分别设置有液体样品入口和液体样品出口；待测液体样品从液体样品入口进入到液体进样管内部，并流经膜富集采样管的外表面后，产生的废液由液体样品出口排出。

收缩管的内表面轴截面为对称的直线线段或曲线线段，从气体传输管至喉管其径向截面面积逐渐缩小；

扩张管的内表面轴截面为对称的直线线段或曲线线段，从喉管至出口端其径向截面面积逐渐增大。

所述高压载气气源的气压为0.1～20MPa。

所述的大气压电离源为电喷雾电离源、大气压化学电离源或大气压光电离源；高压载气经过文丘里管后在扩张管出口端产生样品喷雾，样品喷雾经大气压电离源电离后产生样品离子，样品离子通过质谱进样Skimmer电极中部的通孔进入到后端的质谱仪)中进行检测。

所述的膜富集采样管为能够对挥发性有机物产生吸附的管状膜，其材质包括但不限于聚二甲基硅氧烷、聚亚胺酯、或聚二甲基硅氧烷-聚碳酸酯共聚物等；

所述的喷雾溶剂用于载带经膜富集采样管富集后的挥发性有机物样品，包括但不限于水、甲醇或乙腈等溶剂中的一种或两种以上溶剂的混合液。

本发明提供的富集采样和电离装置，采用管状膜对流经膜外表面的液体样品中的VOCs进行在线萃取和富集，同时在管状膜内表面通入喷雾溶剂，加速VOCs的解析与脱附。基于文丘里效应设计的文丘里雾化管，能够使携带有液体样品中待测VOCs组分的喷雾溶剂充分的雾化，再经由大气压软电离源的高效电离，进入后端质谱中进行检测，进而实现液体样品中VOCs的高通量、快速、在线分析。

附图说明

图1为本发明的一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置的结构示意图。

图2为本发明的其中一种采用同轴管状膜，以及文丘里雾化管轴线与质谱进样Skimmer电极轴线之间的夹角θ呈0°设置的富集采样和电离装置结构示意图。

图3为本发明的其中一种采用螺旋管状膜，以及文丘里雾化管轴线与质谱进样Skimmer电极轴线之间的夹角θ呈90°设置的富集采样和电离装置结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的结构示意图。本发明的一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置，由文丘里管1、膜富集采样管6和大气压电离源8组成；

文丘里管1包括依次同轴设置的气体传输管2、收缩管3、喉管4和扩张管5；喉管4的内径小于气体传输管2的内径；气体传输管2的入口端与外部高压载气气源13相连；

膜富集采样管6为一管状膜，膜富集采样管6穿过液体进样管7的内部；于文丘里管1喉管4处的外壁面上开设有通孔，膜富集采样管6的出口端与通孔密闭连接，膜富集采样管6的入口端伸入至喷雾溶剂储槽内的喷雾溶剂10液面以下；

一质谱进样Skimmer电极9设置于扩张管5出口后端，质谱进样Skimmer电极9中部开设有通孔；文丘里管1的轴线与质谱进样Skimmer电极9通孔的轴线之间的夹角θ呈0°～90°设置；大气压电离源8的电离区设置于文丘里管1和质谱进样Skimmer电极9之间的区域。

膜富集采样管6与液体进样管7同轴设置，或膜富集采样管6在液体进样管7内部呈螺旋状设置。

收缩管3的内表面轴截面为对称的直线线段或曲线线段，从气体传输管2至喉管4其径向截面面积逐渐缩小；

扩张管5的内表面轴截面为对称的直线线段或曲线线段，从喉管4至出口端其径向截面面积逐渐增大。

应用时，液体样品从液体样品入口11进入液体进样管7，在液体进样管7的内部，液体样品流经膜富集采样管6的外表面，液体样品中的VOCs在浓度梯度的作用下，经膜萃取和富集后在管状膜内表面脱附，而产生的废液由液体样品出口12排出；同时，在膜富集采样管6内表面通入喷雾溶剂10，以加速VOCs的解析和脱附。在外部高压载气气源13的作用下，文丘里雾化管1的喉管4处会产生一定的负压，喷雾溶剂10受到压力的驱动，载带待测VOCs进入文丘里雾化管1，并在扩张管5后端产生微小雾滴的样品喷雾14。样品喷雾14到达大气压电离源8处，得到高效的软电离，最终产生待测VOCs离子，通过质谱进样Skimmer电极9的中部通孔进入到后端的质谱仪16中实现高通量、快速、在线检测。所述高压载气气源13的气压为0.1～20MPa。所述的大气压电离源8为电喷雾电离源，大气压化学电离源或大气压光电离源。所述的膜富集采样管6为能够对挥发性有机物产生吸附的管状膜，其材质包括但不限于聚二甲基硅氧烷、聚亚胺酯、聚二甲基硅氧烷-聚碳酸酯共聚物等；所述的喷雾溶剂10用于载带经膜富集采样管6富集后的挥发性有机物样品，包括但不限于水、甲醇、乙腈等溶剂，或两种或两种以上溶剂的混合液。

实施例1

见图2所示。本发明的其中一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置。气体传输管的入口端相连的外部高压载气气源的气压为1MPa。膜富集采样管与液体进样管同轴设置，膜富集采样管采用聚二甲基硅氧烷材质。喷雾溶剂为乙腈，用于载带经膜富集采样管富集后的挥发性有机物样品。文丘里雾化管轴线与质谱进样Skimmer电极通孔轴线之间的夹角θ呈0°设置，大气压电离源采用电喷雾电离源。

实施例2

见图3所示。本发明的其中一种液体样品中挥发性有机物的富集采样和电离装置。气体传输管的入口端相连的外部高压载气气源的气压为2MPa。膜富集采样管在液体进样管内部呈螺旋管状设置，膜富集采样管采用聚二甲基硅氧烷-聚碳酸酯共聚物材质。喷雾溶剂为水和甲醇为1:1的混合液，用于载带经膜富集采样管富集后的挥发性有机物样品。文丘里雾化管轴线与质谱进样Skimmer电极通孔轴线之间的夹角θ呈90°设置，大气压电离源采用大气压光电离源。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，凡依本发明专利申请范围所述的构思、构造及原理所做的变化或修饰，均包括在本发明专利申请范围内。