一种用于气相色谱法测定痕量磷化氢的前处理装置及方法

摘要

本发明属于磷化氢检测技术领域，公开了一种用于气相色谱法测定痕量磷化氢的前处理装置及方法。所述装置由冷阱富集系统、热吹扫脱附系统和设置在两者之间的冷热快速切换装置组成；所述冷热快速切换装置设置可翻转的隔板，隔板的一面设置缠绕有富集毛细管柱的轮毂，通过隔板的翻转能够快速实现富集毛细管柱中前处理样品由冷阱富集系统向热吹扫脱附系统的切换。通过实现冷阱富集和热吹扫脱附的快速切换，可减少磷化氢在富集和切换过程中的气路损失，降低磷化氢的检出限，提高磷化氢的检测精度。

说明书

技术领域

本发明属于磷化氢检测技术领域，具体涉及一种用于气相色谱法测定痕量 磷化氢的前处理装置及方法。

背景技术

磷化氢是一种无色、易燃、有毒的气体，沸点-87.7℃，熔点-132.8℃。自 1988年Devai等人在污水厂挥发物中首次检测到磷化氢，磷化氢引起越来越多 科研工作者的关注。磷化氢的研究不仅对于了解磷元素在自然界中循环有着重 要的地球化学意义，同时也为目前日益严重的水体富营养化问题的解决提供了 一种新的解决方向。

磷化氢定量及定性分析方法主要有钼蓝比色法和气相色谱法。比色法测定 PH₃只适用于PH₃浓度较高的气体，而且比色法最大的缺点缺乏必要的灵敏度、 专一性和灵活性。气相色谱法检测限低，定性分析和定量分析都相对准确，因 而气相色谱法被更广泛的接受。

随着色谱技术的日益完善，PH₃的检测方法也不断地完善，为了满足更低 检测限更高灵敏度的要求，人们在用气相色谱法测定磷化氢前需对磷化氢进行 冷阱富集，而磷化氢易氧化的性质要求其冷肼富集后快速汽化通入气相色谱中 进行测定，一般的冷肼升温过程比较慢，不能迅速将磷化氢汽化，从而影响测 定结果的准确性，因而将磷化氢冷阱后快速升温一直是人们的追求。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种用 于气相色谱法测定痕量磷化氢的前处理装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述装置对气相色谱法测定的痕量磷 化氢进行前处理的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种用于气相色谱法测定痕量磷化氢的前处理装置，由冷阱富集系统、热 吹扫脱附系统和设置在两者之间的冷热快速切换装置组成；所述冷热快速切换 装置设置可翻转的隔板，隔板的一面设置缠绕有富集毛细管柱的轮毂，通过隔 板的翻转能够快速实现富集毛细管柱中前处理样品由冷阱富集系统向热吹扫脱 附系统的切换。

所述冷阱富集系统由冷阱锅、制冷装置和温度在线检测控制系统组成；热 吹扫脱附系统由热锅、制热装置和温度在线检测控制系统组成；冷热快速切换 装置还设置法兰与冷阱富集系统和热吹扫脱附系统连接。

所述制冷装置是指无氟制冷剂压缩机；所述制热装置是指热电阻丝；所述 温度在线检测控制系统包括温度显示仪与控制开关。

所述热吹扫脱附系统还设置散热装置加速温度在热锅内的扩散。

所述冷热快速切换装置还设置带线槽的转轴，方便隔板翻转和富集毛细管 柱的穿出；设置定位槽，控制隔板的翻转角度；设置微型电机，实现隔板的自 动控制。

所述富集毛细管柱是指长度为100cm，直径为0.53mm，内填充 Al₂O₃/Na₂SO₄的毛细管。

所述用于气相色谱法测定痕量磷化氢的前处理装置还设置六通阀切换装 置，六通阀切换装置的六个端口分别连接气体干燥器、载气入口、气相色谱进 样口、尾气出口、富集毛细管柱的进口和出口。

所述的气体干燥器的规格为50mm×4mm，内装有多孔载体NaOH颗粒的 干燥器(Merek KGaA，64271Darmstadt，Germany)。

所述的载气入口与测定痕量磷化氢用的气相色谱仪的载气系统相连。

一种利用上述装置对气相色谱法测定的痕量磷化氢进行前处理的方法：通 过法兰将冷阱富集系统、热吹扫脱附系统和冷热快速切换装置紧密连接，保证 装置的气密性，将隔板翻转至缠绕有富集毛细管柱的轮毂处于冷阱锅内的位置， 并使冷阱锅与热锅完全隔绝，启动制冷装置和制热装置，通过温度在线检测控 制系统控制冷阱锅内的温度为-90℃，热锅内的温度为60℃，然后将磷化氢前处 理样品在载气的带动下进入富集毛细管柱富集1min；然后迅速将隔板翻转180 度使轮毂连同富集毛细管柱一起进入热锅内，富集的磷化氢在热锅的高温环境 中迅速汽化，从富集毛细管脱附，在载气的带动下进入气相色谱仪进行测定。

本发明的装置及方法具有如下优点及有益效果：

(1)本发明可实现冷阱富集和热吹扫脱附的快速切换，可减少磷化氢在富 集和切换过程中的气路损失，降低环境中磷化氢的检出限，提高磷化氢检测精 度；

(2)使用压缩机制冷取代传统的液氮制冷方式，克服了液氮不易保存的缺 点，经济便捷；而且采用无氟制冷剂压缩机的制冷方式，比传统制冷方式效率 高30％左右，其制冷温度可达零下95℃，可覆盖磷化氢气体的沸点(零下87.7 ℃)。

附图说明

图1为本发明实施例1的装置处于敞开状态时的主体结构示意图；

图2为本发明实施例1的装置处于闭合状态时的主体结构示意图；

图3为本发明实施例2的六通阀切换装置分别在冷阱富集过程和热吹扫脱 附过程的结构示意图；

图中标记说明如下：1-冷阱锅，2-制冷装置无氟制冷剂压缩机，3-冷阱箱体， 4-温度显示仪，5-控制开关，6-热锅，7-制热装置热电阻丝，8-散热风扇，9-控 制箱，10-法兰，11-可翻转的隔板，12-轮毂，13-设置有线槽的转轴，14-富集毛 细管柱，15-六通阀，16-气体干燥器，17-载气入口，18-气相色谱进样口，19- 富集毛细管柱进口，20-富集毛细管柱出口，21-尾气出口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方 式不限于此。

实施例1

本实施例的一种用于气相色谱法测定痕量磷化氢的前处理装置，如图1和 图2所示，由冷阱富集系统、热吹扫脱附系统和设置在两者之间的冷热快速切 换装置组成；冷阱富集系统由冷阱锅1、制冷装置无氟制冷剂压缩机2和冷阱箱 体3组成，冷阱箱体上设置温度显示仪4与控制开关5组成的温度在线检测控 制系统控制冷阱锅内的温度；热吹扫脱附系统由热锅6、制热装置热电阻丝7、 散热风扇8和控制箱9组成，热电阻丝和散热风扇设置在热锅内均匀加热，控 制箱上设置温度显示仪与控制开关组成的温度在线检测控制系统控制热锅内的 温度；冷热快速切换装置由法兰10和可翻转的隔板11组成，隔板的一面设置 轮毂12，隔板上设置有线槽的转轴13与法兰连接并可使隔板垂直于法兰平面翻 转，富集毛细管柱14缠绕于轮毂上，其进出口均从转轴的线槽中穿出。

利用上述装置对气相色谱法测定的痕量磷化氢进行前处理的方法：通过法 兰10将冷阱富集系统、热吹扫脱附系统和冷热快速切换装置紧密连接，保证装 置的气密性，将隔板11翻转至缠绕有富集毛细管柱14的轮毂12处于冷阱锅1 内的位置，并使冷阱锅1与热锅6完全隔绝，启动无氟制冷剂压缩机2和热电 阻丝7，分别通过冷阱箱体和控制箱上的温度显示仪4与控制开关5控制冷阱锅 内的温度为-90℃，热锅内的温度为60℃，然后将磷化氢前处理样品在载气的带 动下进入富集毛细管柱14富集1min；然后迅速将隔板翻转180度使轮毂12连 同富集毛细管柱14一起翻转进入热锅内，富集的磷化氢在热锅的高温环境中迅 速汽化，从富集毛细管脱附，在载气的带动下进入气相色谱仪进行测定。

实施例2

本实施例的一种用于气相色谱法测定痕量磷化氢的前处理装置，由冷阱富 集系统、热吹扫脱附系统和设置在两者之间的冷热快速切换装置组成；冷阱富 集系统由冷阱锅、制冷装置无氟制冷剂压缩机和冷阱箱体组成，冷阱箱体上设 置温度显示仪与控制开关组成的温度在线检测控制系统控制冷阱锅内的温度； 热吹扫脱附系统由热锅、制热装置热电阻丝、散热风扇和控制箱组成，热电阻 丝和散热风扇设置在热锅内均匀加热，控制箱上设置温度显示仪与控制开关组 成的温度在线检测控制系统控制热锅内的温度；冷热快速切换装置由法兰和可 翻转的隔板组成，隔板的一面设置轮毂，隔板上设置有线槽的转轴与法兰连接 并可使隔板垂直于法兰平面翻转；长度为100cm，直径为0.53mm，内填充 Al₂O₃/Na₂SO₄的富集毛细管柱(Kromat Corporation)缠绕于轮毂上，其进出口 均从转轴的线槽中穿出；本实施例用于气相色谱法测定痕量磷化氢的前处理装 置还设置六通阀切换装置，其结构示意图如图3所示，六通阀15的六个端口分 别连接气体干燥器16、载气入口17、气相色谱进样口18、富集毛细管柱进口 19、富集毛细管柱出口20和尾气出口21，所述的气体干燥器的规格为50mm× 4mm，内装有多孔载体NaOH颗粒的干燥器(Merek KGaA，64271Darmstadt， Germany)。

利用上述装置对气相色谱法测定的痕量磷化氢进行前处理的方法：通过法 兰将冷阱富集系统、热吹扫脱附系统和冷热快速切换装置紧密连接，保证装置 的气密性，将隔板翻转至缠绕有富集毛细管柱的轮毂处于冷阱锅内的位置，并 使冷阱锅与热锅完全隔绝，启动无氟制冷剂压缩机和热电阻丝，分别通过冷阱 箱体和控制箱上的温度显示仪与控制开关控制冷阱锅内的温度为-90℃，热锅内 的温度为60℃，然后将磷化氢前处理样品先通过气体干燥器16，以除去CO₂、 H₂O、H₂S气体，然后样品在气相色谱仪载气的带动下由富集毛细管柱进口19 进入富集毛细管柱富集1min，尾气经富集毛细管柱出口20进入六通阀并由尾气 出口21排出系统外；切换六通阀位置，并迅速将隔板翻转180度使轮毂连同富 集毛细管柱一起翻转进入热锅内，富集的磷化氢在热锅的高温环境中迅速汽化， 从富集毛细管脱附，在载气的带动下由富集毛细管柱出口20进入六通阀并由由 气相色谱进样口18进入气相色谱仪进行测定。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。