一種用于揮發(fā)性有機(jī)化合物在線檢測(cè)專(zhuān)用質(zhì)譜儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于揮發(fā)性有機(jī)化合物在線檢測(cè)專(zhuān)用質(zhì)譜儀，它包括主機(jī)、樣品接口、氣路接口、進(jìn)樣單元、真空單元、離子源單元、質(zhì)量分析器單元、檢測(cè)器單元、微處理器單元、譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)及觸摸屏液晶顯示。其中，采用進(jìn)樣單元可以實(shí)現(xiàn)樣品在線連續(xù)進(jìn)樣。在微處理器單元的控制下，樣品經(jīng)處理分析后，檢測(cè)結(jié)果與譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)在觸摸屏液晶顯示上顯示出來(lái)。本發(fā)明可以用于揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）在線痕量檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于揮發(fā)性有機(jī)化合物在線檢測(cè)專(zhuān)用質(zhì)譜儀【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)分析領(lǐng)域，涉及一種簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、快速的揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC) 在線痕量檢測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種用于地表水或飲用水中揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)的在線 痕量檢測(cè)儀器?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]質(zhì)譜分析法是通過(guò)將樣品轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的氣態(tài)離子，按質(zhì)荷比(Mass to Charge Ratio離子的質(zhì)量和所帶電荷的比值，簡(jiǎn)寫(xiě)為M/Z)大小進(jìn)行分離并記錄其信息的分析方 法。所得結(jié)果以圖譜形式表達(dá)形成質(zhì)譜圖。質(zhì)譜分析法通過(guò)質(zhì)譜儀來(lái)實(shí)現(xiàn)。質(zhì)譜儀一般由 離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)器、真空系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及進(jìn)樣系統(tǒng)組成。揮發(fā)性有機(jī)化合物 (TVOC)在地表水或飲用水中的濃度都很低，樣品中待測(cè)物的富集很復(fù)雜，而檢測(cè)物中的水 分也很難去除，因此不能用普通質(zhì)譜儀直接在線測(cè)量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可用于對(duì)地表水或飲用水中揮發(fā)性有 機(jī)化合物(TVOC)進(jìn)行在線痕量檢測(cè)的專(zhuān)用質(zhì)譜儀。[0004]本發(fā)明一種用于揮發(fā)性有機(jī)化合物在線檢測(cè)專(zhuān)用質(zhì)譜儀，包括主機(jī)、樣品接口、氣 路接口、廢液接口、進(jìn)樣單元、真空單元、離子源單元、質(zhì)量分析器單元、檢測(cè)器單元、微處理 器單元及液晶觸摸屏，所述液晶觸摸屏安裝在主機(jī)體前上部，所述樣品接口、氣路接口和廢 液接口設(shè)于主機(jī)的側(cè)面，所述進(jìn)樣單元、真空單元、離子源單元、質(zhì)量分析器單元、檢測(cè)器單 元和微處理器單元安裝在主機(jī)內(nèi)；所述樣品接口與進(jìn)樣單元連接，進(jìn)樣單元、離子源單元、 質(zhì)量分析器單元、檢測(cè)器單元順序連接并分別和微處理器單元電連接，真空單元設(shè)于離子 源單元和質(zhì)量分析器單元內(nèi)，微處理器單元與液晶觸摸屏電連接。[0005]其中，所述進(jìn)樣單元包括霧化模塊、去溶模塊、捕集模塊和毛細(xì)管模塊，其中:所述 霧化模塊將液體樣品霧化成濕氣溶膠；所述去溶模塊將濕氣溶膠處理為干氣溶膠；所述捕 集模塊將干氣溶膠中TVOC吸附于其捕集劑中；所述毛細(xì)管模塊，將從捕集劑中脫附的TVOC 解吸出各組分并引入離子源單元。[0006]進(jìn)一步:所述霧化模塊含有樣品引入單元、載氣控制單元、樣品霧化單元和霧化氣 體加熱單元；所述樣品引入單元包括蠕動(dòng)泵和樣品瓶，液體樣品置于樣品瓶中，蠕動(dòng)泵將液 體樣品泵入所述樣品霧化單元；所述樣品霧化單元包括氣動(dòng)霧化器和霧化室，氣動(dòng)霧化器 的入口與蠕動(dòng)泵的輸出端相連，出口通向霧化室；所述載氣控制單元為載氣流量控制器； 所述氣動(dòng)霧化器上設(shè)有載氣接口與載氣流量控制器連通，載氣流量控制器通過(guò)主機(jī)側(cè)面的 所述氣路接口與外接載氣連通；所述霧化氣體加熱單元包括熱氣溶膠加熱器，其為帶有加 熱元件的加熱管，與霧化室連通，熱氣溶膠加熱器中設(shè)有第一溫度傳感器用于反饋熱氣溶 膠溫度；霧化室與熱氣溶膠加熱器相接處底端設(shè)有廢液口，廢液口接廢液瓶，廢液瓶?jī)?nèi)廢液 通過(guò)廢液接口弓I至主機(jī)之外。[0007]所述氣動(dòng)霧化器為軸向內(nèi)外套管形式，內(nèi)管設(shè)霧化器入口與蠕動(dòng)泵的輸出端相 連，外管與霧化器入口相對(duì)端設(shè)縮口的霧化器出口，該霧化器出口伸入霧化室當(dāng)中；所述氣 動(dòng)霧化器的載氣接口設(shè)于外管上。[0008]所述去溶模塊由雙層玻璃冷凝器構(gòu)成，其外層通入冷卻循環(huán)水，內(nèi)層為玻璃螺旋 管，玻璃螺旋管下端與去溶模塊的出口連通，上端連通捕集模塊的入口。[0009]所述捕集模塊由捕集管、鋁基體和半導(dǎo)體致冷器構(gòu)成；捕集管中填充有高效捕集 劑聚二乙烯基苯，其與去溶模塊的出口連通，其整體嵌入鋁基體中，出口連通所述毛細(xì)管模 塊；半導(dǎo)體致冷器與鋁基體貼合以使鋁基體致冷，設(shè)第二溫度傳感器裝于鋁基體上以反饋 捕集管的溫度。[0010]所述毛細(xì)管模塊由鋁制圓筒、毛細(xì)管柱、加熱電阻絲和第三溫度傳感器構(gòu)成，所述 毛細(xì)管柱的毛細(xì)管內(nèi)部涂有聚硅氧烷材料，毛細(xì)管螺旋繞于所述鋁制圓筒形成毛細(xì)管柱， 其氣體入口連通捕集模塊的出口，其氣體出口連通離子源單元；所述鋁制圓筒上中安裝有 加熱電阻絲，第三溫度傳感器裝配于熱電阻絲附近以反饋其溫度。[0011]以上所述質(zhì)譜儀中，所述離子源單元由離子源及其電路系統(tǒng)構(gòu)成，離子源為電子 電離源；離子源的進(jìn)樣通道與進(jìn)樣單元的毛細(xì)管模塊連通，離子源的離子束通道通入質(zhì)量 分析器單元，離子源的電路系統(tǒng)接入微處理器單元；所述質(zhì)量分析器單元由質(zhì)量分析器及 其電路系統(tǒng)構(gòu)成，所述質(zhì)量分析器為四極桿質(zhì)量分析器，所述電路系統(tǒng)接入微處理器單元， 質(zhì)量分析器的離子入口與離子源的離子束通道連通，離子出口正對(duì)檢測(cè)器單元的打拿極； 所述檢測(cè)器單元包括順序電連接的打拿極、電子倍增器、運(yùn)算放大器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字轉(zhuǎn) 換器與微處理器單元電連接；所述真空單元包括渦輪分子泵和機(jī)械真空泵，渦輪分子泵一 端與離子源或質(zhì)量分析器的空腔相連，另一端連通機(jī)械真空泵，機(jī)械真空泵出氣端與大氣 連通。[0012]以上所述質(zhì)譜儀中，微處理器單元對(duì)進(jìn)樣單元的進(jìn)樣實(shí)施控制，微處理器單元還 分別控制真空單元、離子源單元和質(zhì)量分析器單元；所述微處理器單元采用ARM1176JZF， 運(yùn)行LINUX操作系統(tǒng)；所述微處理器單元設(shè)SSD存儲(chǔ)模塊，其處理結(jié)果輸入該存儲(chǔ)模塊中構(gòu) 成譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)。微處理器單元對(duì)進(jìn)樣單元的進(jìn)樣實(shí)施控制主要包括:通過(guò)控制蠕動(dòng)泵的速 度來(lái)調(diào)整進(jìn)樣量，控制載氣流量控制器的壓力及流量來(lái)調(diào)整霧化量，通過(guò)第一溫度傳感器 的反饋控制熱氣溶膠氣體加熱器的加熱溫度，通過(guò)第二溫度傳感器的反饋控制半導(dǎo)體致冷 器的加熱及致冷溫度，通過(guò)第三溫度傳感器的反饋控制加熱電阻絲的加熱溫度。[0013]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，其顯著特點(diǎn)是:[0014]1、采用進(jìn)樣單元進(jìn)樣，可以實(shí)現(xiàn)樣品在線連續(xù)進(jìn)樣。[0015]2、采用進(jìn)樣單元實(shí)現(xiàn)樣品在線連續(xù)進(jìn)樣，可以實(shí)現(xiàn)樣品在線連續(xù)檢測(cè)。[0016]3、采用自建譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)，使檢測(cè)操作簡(jiǎn)單、使用方便。[0017]4、采用ARM系列芯片,可以運(yùn)行LINUX操作系統(tǒng),實(shí)用性強(qiáng)?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0018]圖1為本發(fā)明外部結(jié)構(gòu)示意圖。[0019]圖2為本發(fā)明工作原理示意圖。[0020]圖3為本發(fā)明電路原理示意圖。[0021]圖4為本發(fā)明中進(jìn)樣單元構(gòu)成。[0022]圖5為本發(fā)明中進(jìn)樣單元的捕集模塊外部結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖6為本發(fā)明中進(jìn)樣單元的毛細(xì)管模塊外部結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]圖7為用本發(fā)明質(zhì)譜儀對(duì)樣品中TVOC各組分檢測(cè)譜圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0025]下面結(jié)合【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。[0026]如圖1所示,本發(fā)明包括一主機(jī)體I,還包括進(jìn)樣單元5、真空單元6、離子源單元 7、質(zhì)量分析器單元8、檢測(cè)器單元9、微處理器單元10、譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)及液晶觸摸屏11，其中， 進(jìn)樣單元5、真空單元6、離子源單元7、質(zhì)量分析器單元8、檢測(cè)器單元9、微處理器單元10 安裝在主機(jī)體I中，液晶觸摸屏11安裝在主機(jī)體I前上部。主機(jī)體I的側(cè)下前部還設(shè)有樣 品接口 2通過(guò)硅膠管連至外部液體樣品中，主機(jī)體I側(cè)下中部設(shè)有廢液接口 3用于排出進(jìn) 樣過(guò)程中產(chǎn)生的廢液,主機(jī)體I的側(cè)上部設(shè)有氣路接口 4用于接通外部載氣。主體機(jī)I適 當(dāng)位置還裝配有電源開(kāi)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)(數(shù)據(jù)輸出)接口等，不在圖中一一示出。主機(jī)體I內(nèi)部各單 元的主要構(gòu)成及相互關(guān)聯(lián)見(jiàn)圖2。[0027]質(zhì)譜儀中，所述進(jìn)樣單元5為霧化去溶捕集樣品引入系統(tǒng)，順序包括霧化模塊、去 溶模塊、捕集模塊和毛細(xì)管模塊，液體樣品經(jīng)樣品接口 2首先進(jìn)入霧化模塊，經(jīng)其處理后生 成濕氣溶膠，濕氣溶膠經(jīng)去溶模塊處理后生成干氣溶膠，干氣溶膠到達(dá)捕集模塊被捕集，再 經(jīng)脫附后到達(dá)毛細(xì)管模塊，經(jīng)過(guò)吸附和解吸得到TVOC中的各組分作為待測(cè)物。以上為樣品 經(jīng)過(guò)進(jìn)樣單元的處理過(guò)程。樣品經(jīng)過(guò)進(jìn)樣單元處理后得到不含水汽的揮發(fā)性有機(jī)化合物 (TVOC)各組分的待測(cè)物，經(jīng)毛細(xì)管模塊的毛細(xì)管出口 383 (參見(jiàn)圖6)可以直接進(jìn)入離子源 單元7。[0028]具體的一種霧化去溶捕集樣品引入系統(tǒng)構(gòu)成參見(jiàn)圖4。[0029]該霧化去溶捕集樣品引入系統(tǒng)包括霧化模塊、去溶模塊、捕集模塊和毛細(xì)管模塊， 其中:[0030]所述霧化模塊含有樣品引入單元、樣品霧化單元、載氣控制單元、霧化氣體加熱單 元。樣品引入單元由蠕動(dòng)泵52和樣品瓶51構(gòu)成，液體樣品經(jīng)樣品接口 2進(jìn)入樣品瓶51中， 并通過(guò)蠕動(dòng)泵52將液體樣品泵入樣品霧化單元，液體樣品引入量為0.5-2.0ml/min ;樣品 霧化單元包括氣動(dòng)霧化器54和霧化室57，氣動(dòng)霧化器54為軸向內(nèi)外套管形式，內(nèi)管設(shè)霧 化器入口 53與蠕動(dòng)泵52的輸出端相連，外管與霧化器入口 53相對(duì)端設(shè)縮口的霧化器出口 56，外管還設(shè)有接口 41 ;通過(guò)蠕動(dòng)泵52將樣品瓶51中的液體樣品泵入霧化器入口 53 ;氣動(dòng) 霧化器54的霧化器出口 56伸入一柱腔式霧化室57當(dāng)中；載氣控制單元包括氣體流量控制 器55，其一端51接入氣路接口 4上以與外部載氣連通，另一端與氣動(dòng)霧化器54的外管上的 載氣接口 41連通，將一定壓力的載氣壓入氣動(dòng)霧化器54的外管中，并通過(guò)該氣體流量控制 器55控制氣體流速，將載氣與內(nèi)管出口的液體樣品在霧化器出口 56處交匯噴出，內(nèi)管中的 樣品在出口 56處?kù)F化生成濕氣溶膠，并進(jìn)入霧化室57中，濕氣溶膠流速通過(guò)氣體流量控制 器55控制在0.3—0.6L/min ;霧化氣體加熱單元包括熱氣溶膠加熱器58，其為帶有加熱元 件的加熱管，與霧化室57連通，熱氣溶膠加熱器58中設(shè)有第一溫度傳感器59 (PTlOOO)用 于監(jiān)測(cè)熱氣溶膠溫度，霧化室57中進(jìn)入的濕氣溶膠通過(guò)該熱氣溶膠加熱器58后被加熱(熱氣溶膠加熱器溫度為120°C)形成熱氣溶膠，濕氣溶膠多余的廢液由設(shè)于霧化室57與熱氣 溶膠加熱器58相接處底端的廢液口 25排出，進(jìn)入廢液瓶24中。以上部分構(gòu)成霧化模塊。[0031]所述去溶模塊由雙層玻璃冷凝器31構(gòu)成，其外部冷卻循環(huán)水設(shè)備22通入10°C冷 卻循環(huán)水(冷卻循環(huán)水設(shè)備內(nèi)部有壓縮機(jī)制冷，通過(guò)泵使水循環(huán))，內(nèi)部為玻璃螺旋管32，玻 璃螺旋管32與熱氣溶膠加熱器58出口連通，熱氣溶膠由下向上流經(jīng)內(nèi)部玻璃螺旋管32，在 與管外冷卻循環(huán)水的熱交換中，熱氣溶膠中水蒸氣遇冷后凝結(jié)成水，由設(shè)于玻璃螺旋管32 下端的出液口 23排出，進(jìn)入廢液瓶24中，而熱氣溶膠氣體中揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)則 以干氣溶膠形式向上從玻璃螺旋管32上部出口逸出，進(jìn)入所述捕集模塊。[0032]參見(jiàn)圖4和圖5所示:所述捕集模塊由捕集管34、鋁基體37、第二溫度傳感器36、 半導(dǎo)體致冷器35和半導(dǎo)體致冷器散熱片26 (參見(jiàn)圖5)構(gòu)成。捕集管34與玻璃螺旋管32 上部出口連通，其整體嵌入鋁基體37中，出口連通所述毛細(xì)管模塊；半導(dǎo)體致冷器35與鋁 基體37貼合以使鋁基體37致冷，第二溫度傳感器(PT1000) 36設(shè)于鋁基體37上以反饋捕 集管34的溫度，干氣溶膠需要降溫才能在捕集管34中被捕集，控制致冷捕集溫度在0°C? 室溫之間，捕集管34中填充0.3?0.5gPDVB (聚二乙烯基苯，顆粒狀)捕集劑，這種I3DVB捕 集劑具有最大的比表面積(1219m2/g)和不受水汽影響的性能，而且在50— 70°C條件下具有 優(yōu)良的脫附功能，可重復(fù)使用。通過(guò)捕集模塊的持續(xù)工作，從玻璃螺旋管32上部出口逸出 的干氣溶膠(TVOC)進(jìn)入捕集管34中，TVOC被其中捕集劑吸附，待TVOC捕集到一定濃度，這 時(shí)可以調(diào)整半導(dǎo)體致冷器35至5(T70°C將TVOC從捕集劑中脫附，并進(jìn)入毛細(xì)管模塊中。[0033]參見(jiàn)圖4和圖6所示，所述毛細(xì)管模塊主體由鋁制圓筒39、毛細(xì)管柱38、加熱電阻 絲21和第三溫度傳感器20組成。毛細(xì)管柱38和加熱電阻絲21并行纏繞在鋁制圓筒39 上，第三溫度傳感器20在鋁制圓筒上用于反饋毛細(xì)管柱38的溫度。毛細(xì)管柱一般采用內(nèi) 徑50 — IOOum玻璃毛細(xì)管(毛細(xì)管長(zhǎng)度可在30—50米間變化)，內(nèi)部涂專(zhuān)用材料聚硅氧烷來(lái) 吸附TV0C。在本實(shí)施例中毛細(xì)管柱38可采用內(nèi)直徑在50-100 μ m的玻璃毛細(xì)管，其氣體入 口 382連通捕集管34的出口，其氣體出口 383連通離子源單元7，第三溫度傳感器(PT1000) 20裝配于鋁制圓筒39上反饋毛細(xì)管柱38的溫度(50— 300°C )，通過(guò)加熱電阻絲21改變毛 細(xì)管柱38的溫度以分離TVOC的不同組分。從捕集管34中脫附的TVOC樣品經(jīng)過(guò)毛細(xì)管柱 38時(shí)被其中的聚硅氧烷吸附，調(diào)整加熱電阻絲21使毛細(xì)管模塊的溫度控制在50-300°C之 間，通過(guò)改變溫度使TVOC中的不同組分分別解吸，解吸后的TVOC氣體各組分分次從毛細(xì)管 柱38的出口 383被引入質(zhì)譜儀的離子源單元7用于檢測(cè)。[0034]質(zhì)譜儀中，所述離子源單元7由離子源及電路系統(tǒng)構(gòu)成。離子源(1n source)的 作用是電離分析樣品，得到帶有樣品信息的離子。用于揮發(fā)性樣品的離子源一般采用電子 電離源(Electron 1nization EI),即EI離子源。揮發(fā)性樣品TVOC的各組分(有機(jī)分子) 以氣體形式進(jìn)入EI離子源，由燈絲發(fā)出的電子與樣品分子發(fā)生碰撞使樣品分子電離。在一 般情況下，燈絲與接收極之間的電壓為70伏。因此，在70ev電子碰撞作用下，有機(jī)物分子 可能被打掉一個(gè)電子形成分子離子，也可能會(huì)發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂形成碎片離子。由分子離 子可以確定化合物分子量，由碎片離子可以得到化合物的結(jié)構(gòu)。所以在70ev下制作出本發(fā) 明譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)。離子源單元7使用已有的EI離子源及其配套的電路系統(tǒng)，離子源的進(jìn)樣通 道與進(jìn)樣單元5的毛細(xì)管模塊氣體出口 383連通，離子源的離子束通道通入質(zhì)量分析器單 元8，離子源配套的電路系統(tǒng)接入微處理器單元10。[0035]質(zhì)譜儀中，所述質(zhì)量分析器單元8由質(zhì)量分析器及電路系統(tǒng)構(gòu)成。檢測(cè)揮發(fā)性有 機(jī)化合物(TVOC)各組分的質(zhì)量分析器一般采用四極桿質(zhì)量分析器，在一般情況下，四極桿 質(zhì)量分析器由四根平行的圓柱形金屬極桿組成，相對(duì)的極桿以對(duì)角方式連接起來(lái)，構(gòu)成兩 組電極。在兩組電極之間加上數(shù)值相等方向相反的直流電壓Ud。和射頻交流電壓urt。四根 極桿內(nèi)所包圍的空間在電壓的作用下產(chǎn)生雙曲線形四極電場(chǎng)。從離子源入射的加速離子穿 過(guò)四極桿雙曲線形四極電場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到四極電場(chǎng)作用，只有選定的m/z離子以限定的頻率 穩(wěn)定地通過(guò)四極電場(chǎng)到達(dá)檢測(cè)器。在保持VdcZVrt不變的情況下改變Vrt值，對(duì)應(yīng)于一個(gè)Vrt 值，四極電場(chǎng)只允許一種質(zhì)荷比的離子通過(guò)，其余離子則振幅不斷增大，最后碰到四極桿而 被吸收。控制檢測(cè)范圍實(shí)際上是設(shè)置V-值的變化范圍。當(dāng)Vrt值由一個(gè)值變化到另一個(gè)值 時(shí)，檢測(cè)器檢測(cè)到的離子就會(huì)從ml變化到m2，也即得到ml到m2的質(zhì)譜。本發(fā)明中質(zhì)量分 析器單元8采用已有的四極桿質(zhì)量分析器及配套電路系統(tǒng)，配套的電路系統(tǒng)接入微處理器 單元10，四極桿質(zhì)量分析器的離子入口與離子源的離子束通道連通，離子出口正對(duì)檢測(cè)器 單元9的打拿極。[0036]質(zhì)譜儀中，所述檢測(cè)器單元9包括打拿極、電子倍增器、運(yùn)算放大器和數(shù)字轉(zhuǎn)換 器，由四極桿質(zhì)量分析器離子出口出來(lái)的離子打到打拿極上產(chǎn)生電子，經(jīng)電子倍增器產(chǎn)生 電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)OP系列運(yùn)算放大器放大后到Ad系列數(shù)字轉(zhuǎn)換器成數(shù)字信號(hào)，再傳輸至微 處理器單元10。[0037]質(zhì)譜儀中，所述真空單元6采用德國(guó)Hipace系列潤(rùn)輪分子泵和Penta系列高端雙 級(jí)旋片機(jī)械真空泵。EI離子源和四極桿質(zhì)量分析器都必須在高于10_5mbar的真空度才能 工作。在一般情況下，渦輪分子泵直接與離子源或質(zhì)量分析器的空腔相連，抽出的氣體再由 與渦輪分子泵相連的機(jī)械真空泵排到體系之外。[0038]質(zhì)譜儀中，所述微處理器單元10，采用ARM1176JZF，主頻700M，配有256M內(nèi)存， SSD32G固態(tài)硬盤(pán)存儲(chǔ)器，運(yùn)行LINUX操作系統(tǒng)。微處理單器元10可以對(duì)檢測(cè)器單元9傳輸 的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)信號(hào))進(jìn)行處理和控制。由微處理器處理后建立工作曲線可以得到譜圖數(shù)據(jù)， 對(duì)應(yīng)不同的揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)譜圖，微處理器單元10還設(shè)存儲(chǔ)模塊SSD12，不同譜 圖記錄于該存儲(chǔ)模塊SSD12中匯聚成譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)。在做樣品檢測(cè)時(shí)，所得的譜圖與譜圖數(shù) 據(jù)庫(kù)比對(duì)，就可以得出待檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)的成分、含量。[0039]微處理器單元10的控制過(guò)程參見(jiàn)圖2所示，微處理器單元10控制真空單元6的渦 輪分子泵和機(jī)械真空泵使體系達(dá)到檢測(cè)需要的真空度；微處理器單元10對(duì)進(jìn)樣單元5的進(jìn) 樣實(shí)施控制，主要是:通過(guò)控制蠕動(dòng)泵52的速度來(lái)調(diào)整進(jìn)樣量，控制載氣流量控制器55的 壓力及流量來(lái)調(diào)整霧化量，通過(guò)第一溫度傳感器59的反饋控制熱氣溶膠氣體加熱器58的 加熱溫度，通過(guò)第二溫度傳感器36的反饋控制半導(dǎo)體致冷器35的加熱及致冷溫度，通過(guò)第 三溫度傳感器20的反饋控制加熱電阻絲21的加熱溫度；微處理器單元10還分別控制離子 源單元7和質(zhì)量分析器單元8。進(jìn)樣單元5在微處理器單元10控制下，待檢測(cè)樣品中TVOC 各組分解吸后進(jìn)入離子源單元7，再進(jìn)入質(zhì)量分析器單元8，檢測(cè)器單元9將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸 給微處理單器元10，由其中裝載的通用質(zhì)譜分析算法進(jìn)行處理，并將檢測(cè)結(jié)果在液晶觸摸 屏11顯示出來(lái)。相關(guān)的電路連接請(qǐng)參考圖3，該電路僅為實(shí)現(xiàn)前述功能的一種具體電路連 接方式，不作為對(duì)其他可能的電路連接的限制。[0040]本發(fā)明質(zhì)譜儀工作過(guò)程:[0041]首先將外部載氣與氣路接口 4安裝緊密，在微處理器單元10的控制下，啟動(dòng)離子源單元7和質(zhì)量分析器單元8電源。[0042]然后啟動(dòng)真空單元6，關(guān)閉該單元內(nèi)的所有閥門(mén)，開(kāi)啟雙級(jí)旋片機(jī)械真空泵，打開(kāi)前級(jí)閥，將真空單元6內(nèi)部抽真空；開(kāi)啟渦輪分子泵，將渦輪分子泵內(nèi)部氣體通過(guò)雙級(jí)旋片機(jī)械真空泵排空；開(kāi)啟閘板閥，將真空單元6內(nèi)部進(jìn)一步抽真空由雙級(jí)旋片機(jī)械真空泵排空；開(kāi)啟超高閥，由雙級(jí)旋片機(jī)械真空泵將離子源單元7和質(zhì)量分析器單元8抽真空；開(kāi)啟微調(diào)閥由渦輪分子泵將離子源單元7和質(zhì)量分析器單元8抽真空達(dá)符合真空度。真空單元 6工作完畢。[0043]將樣品瓶51接入樣品接口 2，啟動(dòng)進(jìn)樣單元5，開(kāi)啟冷卻循環(huán)水設(shè)備22 ;開(kāi)啟蠕動(dòng)泵52 ;將樣品引入霧化器54，同時(shí)開(kāi)啟載氣流量控制系統(tǒng)55，使引入樣品霧化形成濕氣溶膠，濕氣溶膠經(jīng)過(guò)去溶模塊處理后生成干氣溶膠，干氣溶膠到達(dá)捕集模塊被持續(xù)捕集，捕集到一定量后再脫附，進(jìn)而到達(dá)毛細(xì)管模塊，經(jīng)毛細(xì)管柱的吸附和解吸后進(jìn)入離子源單元7。 以上為樣品經(jīng)過(guò)進(jìn)樣單元的處理過(guò)程?？梢詫?shí)現(xiàn)在線進(jìn)樣。[0044]樣品經(jīng)過(guò)進(jìn)樣單元處理后得到不含水汽的揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)各組分樣品， 可以直接進(jìn)入離子源單元7，檢測(cè)開(kāi)始。[0045]經(jīng)質(zhì)量分析器單元8、檢測(cè)單元9將檢測(cè)所得數(shù)據(jù)傳送至微處理器單元10處理，檢測(cè)結(jié)果在液晶觸摸屏11上顯示出來(lái)。[0046]利用本發(fā)明質(zhì)譜儀進(jìn)行水中揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)的檢測(cè)實(shí)例:[0047]檢測(cè)樣品:用濃度為0.01mg/ml的TVOC混標(biāo)1ml,混合于1Oml甲醇溶劑,再將配制后的溶液溶于1000ml的水中(此溶液中TVOC濃度為1ppb)。TVOC含有的組分為苯、甲苯、乙酸丁脂、乙苯、對(duì)間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯和正十一烷。[0048]檢測(cè)過(guò)程:按前述操作，并調(diào)整質(zhì)譜儀的進(jìn)樣壓力設(shè)定為0.12MP，毛細(xì)管柱采用外直徑0.47mm內(nèi)直徑0.3mm的玻璃毛細(xì)管，控制毛細(xì)管柱溫度(第三溫度傳感器反映的溫度)始溫50°C，升溫速度10°C /min，升溫時(shí)間20min，終溫250°C。用質(zhì)譜儀對(duì)樣品中解吸的各組分進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)譜圖如圖7所示。[0049]以上檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示利用本發(fā)明質(zhì)譜儀對(duì)TVOC濃度僅有Ippb的樣品溶液進(jìn)行檢測(cè)，仍可有效測(cè)出其中TVOC各組分的含量，表明利用該系統(tǒng)的檢測(cè)方法靈敏度較高；而同樣的樣品由于水汽過(guò)多不能用常規(guī)質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于揮發(fā)性有機(jī)化合物在線檢測(cè)專(zhuān)用質(zhì)譜儀，其特征在于，包括主機(jī)、樣品接口、氣路接口、廢液接口、進(jìn)樣單元、真空單元、離子源單元、質(zhì)量分析器單元、檢測(cè)器單元、 微處理器單元及液晶觸摸屏，所述液晶觸摸屏安裝在主機(jī)體前上部，所述樣品接口、氣路接口和廢液接口設(shè)于主機(jī)的側(cè)面，所述進(jìn)樣單元、真空單元、離子源單元、質(zhì)量分析器單元、檢測(cè)器單元和微處理器單元安裝在主機(jī)內(nèi)；所述樣品接口與進(jìn)樣單元連接，進(jìn)樣單元、離子源單元、質(zhì)量分析器單元、檢測(cè)器單元順序連接并分別和微處理器單元電連接，真空單元設(shè)于離子源單元和質(zhì)量分析器單元內(nèi)，微處理器單元與液晶觸摸屏電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述質(zhì)譜儀，其特征在于，所述進(jìn)樣單元包括霧化模塊、去溶模塊、 捕集模塊和毛細(xì)管模塊，其中:所述霧化模塊將液體樣品霧化成濕氣溶膠；所述去溶模塊將濕氣溶膠處理為干氣溶膠；所述捕集模塊將干氣溶膠中TVOC吸附于其捕集劑中；所述毛細(xì)管模塊，將從捕集劑中脫附的TVOC解吸出各組分并引入離子源單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述質(zhì)譜儀，其特征在于，所述霧化模塊含有樣品引入單元、載氣控制單元、樣品霧化單元和霧化氣體加熱單元；所述樣品引入單元包括蠕動(dòng)泵和樣品瓶，液體樣品置于樣品瓶中，蠕動(dòng)泵將液體樣品泵入所述樣品霧化單元；所述樣品霧化單元包括氣動(dòng)霧化器和霧化室，氣動(dòng)霧化器的入口與蠕動(dòng)泵的輸出端相連，出口通向霧化室；所述載氣控制單元為載氣流量控制器；所述氣動(dòng)霧化器上設(shè)有載氣接口與載氣流量控制器連通，載氣流量控制器通過(guò)主機(jī)側(cè)面的所述氣路接口與外接載氣連通；所述霧化氣體加熱單元包括熱氣溶膠加熱器，其為帶有加熱元件的加熱管，與霧化室連通，熱氣溶膠加熱器中設(shè)有第一溫度傳感器用于反饋熱氣溶膠溫度；霧化室與熱氣溶膠加熱器相接處底端設(shè)有廢液口，廢液口接廢液瓶，廢液瓶?jī)?nèi)廢液通過(guò)廢液接口引至主機(jī)之外。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述質(zhì)譜儀，其特征在于，所述氣動(dòng)霧化器為軸向內(nèi)外套管形式，內(nèi)管設(shè)霧化器入口與蠕動(dòng)泵的輸出端相連，外管與霧化器入口相對(duì)端設(shè)縮口的霧化器出口， 該霧化器出口伸入霧化室當(dāng)中；所述氣動(dòng)霧化器的載氣接口設(shè)于外管上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述質(zhì)譜儀，其特征在于，所述去溶模塊由雙層玻璃冷凝器構(gòu)成，其外層通入冷卻循環(huán)水，內(nèi)層為玻璃螺旋管，玻璃螺旋管下端與去溶模塊的出口連通，上端連通捕集模塊的入口。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述質(zhì)譜儀，其特征在于，所述捕集模塊由捕集管、鋁基體和半導(dǎo)體致冷器構(gòu)成；捕集管中填充有高效捕集劑聚二乙烯基苯，其與去溶模塊的出口連通，其整體嵌入鋁基體中，出口連通所述毛細(xì)管模塊；半導(dǎo)體致冷器與鋁基體貼合以使鋁基體致冷，設(shè)第二`溫度傳感器裝于鋁基體上以反饋捕集管的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一所述質(zhì)譜儀，其特征在于，所述毛細(xì)管模塊由鋁制圓筒、毛細(xì)管柱、加熱電阻絲和第三溫度傳感器構(gòu)成，所述毛細(xì)管柱的毛細(xì)管內(nèi)部涂有聚硅氧烷材料，毛細(xì)管螺旋繞于所述鋁制圓筒形成毛細(xì)管柱，其氣體入口連通捕集模塊的出口，其氣體出口連通離子源單元；所述鋁制圓筒上中安裝有加熱電阻絲，第三溫度傳感器裝配于熱電阻絲附近以反饋其溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述質(zhì)譜儀，其特征在于，所述離子源單元由離子源及其電路系統(tǒng)構(gòu)成，離子源為電子電離源；離子源的進(jìn)樣通道與進(jìn)樣單元的毛細(xì)管模塊連通，離子源的離子束通道通入質(zhì)量分析器單元，離子源的電路系統(tǒng)接入微處理器單元；所述質(zhì)量分析器單元由質(zhì)量分析器及其電路系統(tǒng)構(gòu)成，所述質(zhì)量分析器為四極桿質(zhì)量分析器，所述電路系統(tǒng)接入微處理器單元，質(zhì)量分析器的離子入口與離子源的離子束通道連通，離子出口正對(duì)檢測(cè)器單元的打拿極；所述檢測(cè)器單元包括順序電連接的打拿極、電子倍增器、運(yùn)算放大器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字轉(zhuǎn)換器與微處理器單元電連接；所述真空單元包括渦輪分子泵和機(jī)械真空泵，渦輪分子泵一端與離子源或質(zhì)量分析器的空腔相連，另一端連通機(jī)械真空泵，機(jī)械真空泵出氣端與大氣連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一所述質(zhì)譜儀，其特征在于，微處理器單元對(duì)進(jìn)樣單元的進(jìn)樣實(shí)施控制，微處理器單元還分別控制真空單元、離子源單元和質(zhì)量分析器單元；所述微處理器單元采用ARM1176JZF，運(yùn)行LINUX操作系統(tǒng)；所述微處理器單元設(shè)SSD存儲(chǔ)模塊，其處理結(jié)果輸入該存儲(chǔ)模塊中構(gòu)成譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述質(zhì)譜儀，其特征在于，微處理器單元對(duì)進(jìn)樣單元的進(jìn)樣實(shí)施控制主要包括:通過(guò)控制蠕動(dòng)泵的速度來(lái)調(diào)整進(jìn)樣量，控制載氣流 制器的壓力及流量來(lái)調(diào)整霧化量，通過(guò)第一溫度傳感器的反饋控制熱氣溶膠氣體加熱器的加熱溫度，通過(guò)第二溫度傳感器的反饋控制半導(dǎo)體致冷器的加熱及致冷溫度，通過(guò)第三溫度傳感器的反饋控制加熱電阻絲的加熱溫度。
【文檔編號(hào)】G01N27/62GK103512943SQ201210213129
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】白崗, 孔祥麗, 霍陽(yáng) 申請(qǐng)人:吉林省維遠(yuǎn)科技有限公司