主题:【分享】气相色谱的样品引入装置:吹扫捕集装置-8

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3.1 待机过程(Standby)



在待机状态,仪器等待温度和流量参数就绪,系统通过小流量的吹扫气体保持管路正压,气体流路如下:



吹扫气流由气源流经质量流量计→三通阀2(BAKE-上)→三通阀3(PURGE-下)→四通连接件→六通阀(②③→除水装置→捕集阱→⑥①)→三通阀1(VENT-下)→排空。



其中,样品吹扫管的两个出口(浅蓝色线)分别连接于三通阀3(PURGE-上)、三通阀4(DRAIN公共端-上-堵头),处于不导通状态;四通连接件的气流无法进入样品吹扫管。



3.2 吹扫过程(Purge)



加入液体样品后,吹扫气体以一定的流量和时间通过样品吹扫管底部的玻璃砂芯鼓泡,将待分析组分带入捕集阱吸附和浓缩,吹扫气体则通过捕集阱后由出口排出。气体流路如下:



吹扫气流由气源流经质量流量计→三通阀2(BAKE-上)→三通阀3(PURGE-)→样品吹扫管→四通连接件→六通阀(②③→除水装置→捕集阱→⑥①)→三通阀1(VENT-下)→排空。该步骤通过三通阀3,即PURGE阀的切换,实现了吹扫气流由不通过样品吹扫管→通过样品吹扫管(及其内的样品)。此时,一般设置除水装置温度(MCS Ready Temp)稍微高于捕集阱温度(PurgeReady Temp),以避免样品和水汽的冷凝。



其中,样品吹扫管的一个出口(浅蓝色线)连接于三通阀4(DRAIN公共端-上-堵头),处于不导通状态;四通连接件的一路(浅蓝色线)连接于三通阀3(PURGE-下),处于不导通状态。



3.3 干吹过程(Dry Purge)



当吹扫捕集方法使用疏水性捕集阱时,捕集阱填料对水不亲和,可以使用干吹模式除去吹扫过程中被吸附于捕集阱中的水分。采用干吹模式时,水汽管理部件(除湿装置)在系统中一般不用于除湿。



干吹模式的气体流路与待机状态相同,此种情况下,捕集阱中已经吸附了待测组分和大量的水;干吹时,吹扫气流不再通过样品吹扫管(将样品吹扫管旁路,不再带出水汽),由于捕集阱填料疏水,捕集阱中的水分被吹扫气流带出排空,待测组分仍然留在捕集阱中。见下图:



需要说明的是,①在进行干吹时,捕集阱中已经吸附了待测组分和大量的水,干吹时间和流量不宜过大,否则可能会导致待测组分穿透捕集阱,导致其分析结果响应值降低;②进行干吹时,捕集阱温度可以适当提高,有利于水分的去除,但会造成待测组分的损失。



3.4 脱附/解吸过程(Desorb)



解吸过程常常伴随有预解吸模式;首先,吹扫和富集(以及干吹)完成之后进入预解吸过程,即——电磁阀切换,使捕集阱两端通路封闭,其中不再有吹扫气流通过,此时捕集阱升温至预解吸温度,捕集阱在两端通路封闭情况下,待测组分高温解吸;预解吸模式结束后进入解吸过程,捕集阱快速升温至解吸温度,六通阀切换,气相色谱载气将解吸后的待测组分带入色谱柱进行分离分析;同时,捕集阱中吸附的大量水也在该过程中通过除水装置去除(以本文所示流路图为例,在该过程中除水;不同厂家略有不同,具体原理请参考下期文章第41.5篇)



3.4.1 预解吸过程(Desorb)



预解吸过程中,质量流量计关闭,无吹扫气流通过;三通阀1(VENT)切换,由三通阀1(VENT-下)→三通阀1(VENT-上),禁止排空;捕集阱升温至预解吸温度;气体流路如下:





3.4.2 解吸过程(Desorb)



解吸过程中捕集阱快速升温至解吸温度,六通阀切换,气相色谱载气将解吸后的待测组分带入色谱柱进行分离分析(下图-右,六通阀进样),同时,捕集阱中吸附的大量水也在该过程中通过除水装置去除;在解吸过程中,除了六通阀切换为进样状态外,电磁阀也进行切换,将液体样品开始排出样品吹扫管(下图-左,液体样品排出)。



液体样品排出样品吹扫管时,吹扫气流由气源流经质量流量计→三通阀2(BAKE-上)→三通阀3(PURGE-上)→样品吹扫管→排液管线→三通阀4(DRAIN-下)→废液桶。



在解吸过程(Desorb)中,液体样品排出样品吹扫管之后,会进入吹洗过程(DRAIN)。该过区别于吹扫过程,属于解吸过程(发生于解吸过程中间,此时六通阀仍然处于进样过程)。具体流路图如下:



吹洗过程(DRAIN)中,吹扫气流由气源流经质量流量计→三通阀2(BAKE-)→六通阀(①②)→四通连接件→样品吹扫管→排液管线→三通阀4(DRAIN-下)→废液桶。该过程主要作用是使用大流量吹扫气流流经吹扫过程(PURGE)的管线,起到清洁作用。



3.5 烘烤过程(BAKE)



烘烤过程,六通阀从进样状态恢复到原始状态,各部件设置为较高的温度,其主要作用是利用加热和气流反吹来清洁捕集阱、除水装置、传输管线等,避免样品残留和和交叉污染。



吹扫气流由气源流经质量流量计→三通阀2(BAKE-下)→六通阀(①⑥→捕集阱→除水装置→③②)→四通连接件→样品吹扫管→排液管线→三通阀4(DRAIN-下)→废液桶。



烘烤过程中,气流流经捕集阱、除水装置的方向,与吹扫过程相反。



4 小结



吹扫捕集装置的主要工作流程包括仪器待机、吹扫和捕集,解吸附,管路清洗和烘烤四个过程,另外还有其他一些流程包含在以上四个流程之中或者之间,整体是为了更好的服务于样品的浓缩和解吸附;此外,目前吹扫捕集装置不仅可以用于水质中挥发性有机物的测定,也可以用于土壤和沉积物中挥发性有机物的测定,如标准《HJ 1020-2019 土壤和沉积物 石油烃(C6-C9)的测定 吹扫捕集-气相色谱法》;当用于土壤和沉积物时,则需要仪器有更加复杂的流路和功能。
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