本發(fā)明涉及一種在線分析煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的裝置和方法，具體來(lái)說(shuō)就是利用該在線分析裝置將低濃度的無(wú)機(jī)酸與煙灰樣品混合，使之發(fā)生酸化反應(yīng)，最后反應(yīng)流出氣通過(guò)氣體導(dǎo)管快速進(jìn)入氣體檢測(cè)裝置，從而實(shí)現(xiàn)在線分析煙灰酸化產(chǎn)物的目的。

背景技術(shù)：

眾所周知，火災(zāi)不僅造成重大財(cái)產(chǎn)損失還會(huì)引起嚴(yán)重的人員傷亡。根據(jù)引起火災(zāi)的原因可以將火災(zāi)分為自然火災(zāi)以及人為縱火引起的火災(zāi)。人為縱火多使用一些助燃材料或火源，常用的助燃材料有柴油、汽油、酒精和橡膠水等有機(jī)溶劑，而縱火火源的一個(gè)重要途徑是點(diǎn)燃的香煙，因此有效區(qū)分香煙煙灰和其他材料的煙灰有助于公安機(jī)關(guān)判定火災(zāi)類型進(jìn)而推斷火災(zāi)原因。文獻(xiàn)報(bào)道中用于分析煙灰的方法主要是GC或GC-MS，通常結(jié)合一定的離線樣品前處理方法完成，如有機(jī)溶劑萃取法對(duì)煙灰成分進(jìn)行檢測(cè)。但是，樣品前處理操作復(fù)雜，過(guò)程繁瑣，耗時(shí)耗力，且主要分析對(duì)象是煙灰中的有機(jī)成分，如多環(huán)芳烴類和多氯聯(lián)苯類，卻無(wú)法分析鑒別無(wú)機(jī)鹽類，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本文的目的在于提供一種分析煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的裝置和新方法。該方法以酸化反應(yīng)玻璃管為無(wú)機(jī)鹽的酸化反應(yīng)場(chǎng)所，一定濃度的磷酸和一定質(zhì)量的煙灰樣品在此混合反應(yīng)，然后酸化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置即Ni⁶³源負(fù)電離質(zhì)譜儀中進(jìn)行電離分析。該方法有效解決了上述分析方法的不足，實(shí)現(xiàn)了快速在線分析，不需要任何預(yù)濃縮、衍生化或洗脫步驟，為研究火災(zāi)中煙灰中有機(jī)和無(wú)機(jī)成分提供了一種簡(jiǎn)單快速、準(zhǔn)確高效的檢測(cè)手段和可靠數(shù)據(jù)。另外，該裝置氣路簡(jiǎn)單，成本低廉，便于操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種在線分析煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的裝置和方法。

一種在線分析煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的裝置，其特征在于：包括密閉的酸化反應(yīng)管、載氣導(dǎo)入管、無(wú)機(jī)酸樣品管、供氣裝置和反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置；

密閉的酸化反應(yīng)管上設(shè)有用于盛裝無(wú)機(jī)酸液的無(wú)機(jī)酸樣品管與可拆卸連接的無(wú)機(jī)酸液入口和氣體出口；

所述供氣裝置包括載氣氣源，載氣氣源的氣體經(jīng)載氣導(dǎo)入管通入酸化反應(yīng)管內(nèi)；載氣導(dǎo)入管的氣體出口端伸入至酸化反應(yīng)管底部或酸化反應(yīng)管內(nèi)液體的液面之下；

酸化反應(yīng)管的氣體出口與反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置的氣體進(jìn)樣口相連。

所述酸化反應(yīng)管為下端封閉的中空玻璃管，未封閉的上端為氣體入口管連接口，與載氣導(dǎo)入管密封連接，酸化反應(yīng)管的側(cè)壁設(shè)有兩個(gè)分別與氣體出口和無(wú)機(jī)酸液入口相連的玻璃導(dǎo)管，第一玻璃導(dǎo)管與無(wú)機(jī)酸樣品管相連，第二玻璃導(dǎo)管為酸化反應(yīng)產(chǎn)物氣體出口管；

無(wú)機(jī)酸樣品管為彈性材料做成的一端開口、另一端密閉的中空管；

酸化時(shí)通過(guò)擠壓無(wú)機(jī)酸樣品管將其內(nèi)盛裝的無(wú)機(jī)酸送入酸化反應(yīng)管；

所述載氣導(dǎo)入管為中空玻璃管，其一端開口，另一端為封閉的中空球形端，球形端上開設(shè)有2個(gè)以上的通孔，用于導(dǎo)出氣體，球形端接近酸化反應(yīng)管的底端，以保證球形端置于無(wú)機(jī)酸液面以下，利于酸化反應(yīng)產(chǎn)物被載氣充分帶出無(wú)機(jī)酸。

所述無(wú)機(jī)酸樣品管與第一玻璃導(dǎo)管插接，依靠無(wú)機(jī)酸樣品管自身的彈性進(jìn)行密封，防止擠壓無(wú)機(jī)酸時(shí)造成無(wú)機(jī)酸的滲漏，無(wú)機(jī)酸樣品管可從第一玻璃導(dǎo)管取下，且大小可調(diào)，便于盛放不同體積的無(wú)機(jī)酸，第一玻璃導(dǎo)管與酸化反應(yīng)管垂直設(shè)置。

載氣氣源為裝有氮?dú)獾匿撈炕騼艋蟮母稍锟諝?，載氣導(dǎo)入管上設(shè)有質(zhì)量流量控制器，載氣流量可控。

所述反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置為直接氣體進(jìn)樣的分析裝置，主要為氣體進(jìn)樣的負(fù)離子模式在線質(zhì)譜儀，通過(guò)氣體導(dǎo)管與酸化反應(yīng)管相連；對(duì)酸化反應(yīng)流出氣的一部分采樣分析，其余作為尾氣排出。

所述酸化反應(yīng)管的腔體大小可隨煙灰和無(wú)機(jī)酸的用量調(diào)節(jié)，保證載氣導(dǎo)入管的球形端置于無(wú)機(jī)酸液面以下。

采用權(quán)利要求1-6中任一所述裝置進(jìn)行操作，包括如下步驟：

A.將精確稱取的煙灰樣品放入酸化反應(yīng)管內(nèi)，盡力保證酸化反應(yīng)管內(nèi)側(cè)壁面無(wú)煙灰樣品粘附；

B.將載氣導(dǎo)入管放入酸化反應(yīng)管內(nèi)，密封連接，此時(shí)尚無(wú)氣體通入；

C.將無(wú)機(jī)酸裝入無(wú)機(jī)酸樣品管，并將無(wú)機(jī)酸樣品管與第一玻璃導(dǎo)管密封連接；

D.將氣體導(dǎo)管與反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置相連；

E.通過(guò)擠壓無(wú)機(jī)酸樣品管將無(wú)機(jī)酸送入酸化反應(yīng)管，之后立即打開質(zhì)量流量控制器，通入載氣，同時(shí)利用反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置對(duì)流出氣在線采樣，獲得煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的特征譜圖。

所述氣體導(dǎo)管為有機(jī)聚合物材料管或不銹鋼管；

所述無(wú)機(jī)酸為質(zhì)量濃度1-20％的無(wú)機(jī)酸，防止高濃度酸對(duì)無(wú)機(jī)鹽成分的氧化和無(wú)機(jī)酸樣品管的腐蝕。

反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置為氣體進(jìn)樣的負(fù)離子模式在線質(zhì)譜儀，采用Ni⁶³離子源對(duì)反應(yīng)流出氣進(jìn)行電離，該方法可對(duì)難電離的酸類進(jìn)行有效電離，從而獲得其特征譜圖。

其中無(wú)機(jī)鹽經(jīng)酸化反應(yīng)一般得到相應(yīng)的無(wú)機(jī)酸類，由于無(wú)機(jī)酸的電離能較高，因此Ni⁶³源適于無(wú)機(jī)酸的電離。經(jīng)過(guò)負(fù)離子質(zhì)譜電離分析后一般得到酸根負(fù)離子或酸根離子與相應(yīng)酸中性分子的團(tuán)簇離子。

附圖說(shuō)明

圖1為在線分析煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的裝置示意圖：1-酸化反應(yīng)管；2-載氣導(dǎo)入管；3-球形端；4-無(wú)機(jī)酸樣品管；5-供氣裝置；6-載氣氣源；7-質(zhì)量流量控制器；8-反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置；9-無(wú)機(jī)酸；10-第一玻璃導(dǎo)管；11-第二玻璃導(dǎo)管；12-氣體導(dǎo)管。

圖2為六種不同品牌香煙煙灰的特征譜圖；

圖3為兩種火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)提取的煙灰特征譜圖。

具體實(shí)施方式

首先，圖1為一種在線分析煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的裝置，其特征在于：包括密閉的酸化反應(yīng)管1、載氣導(dǎo)入管2、無(wú)機(jī)酸樣品管4、供氣裝置5和反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置8；

密閉的酸化反應(yīng)管1上設(shè)有用于盛裝無(wú)機(jī)酸液的無(wú)機(jī)酸樣品管4與可拆卸連接的無(wú)機(jī)酸液入口和氣體出口；

所述供氣裝置5包括載氣氣源6，載氣氣源6的氣體經(jīng)載氣導(dǎo)入管2通入酸化反應(yīng)管1內(nèi)；載氣導(dǎo)入管2的氣體出口端伸入至酸化反應(yīng)管1底部或酸化反應(yīng)管1內(nèi)液體的液面之下；

酸化反應(yīng)管1的氣體出口與反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置8的氣體進(jìn)樣口相連。

所述酸化反應(yīng)管1為下端封閉的中空玻璃管，未封閉的上端為氣體入口管連接口，與載氣導(dǎo)入管2密封連接，酸化反應(yīng)管1的側(cè)壁設(shè)有兩個(gè)分別與氣體出口和無(wú)機(jī)酸液入口相連的玻璃導(dǎo)管，第一玻璃導(dǎo)管10與無(wú)機(jī)酸樣品管4相連，第二玻璃導(dǎo)管11為酸化反應(yīng)產(chǎn)物氣體出口管；

無(wú)機(jī)酸樣品管4為彈性材料做成的一端開口、另一端密閉的中空管；

酸化時(shí)通過(guò)擠壓無(wú)機(jī)酸樣品管4將其內(nèi)盛裝的無(wú)機(jī)酸9送入酸化反應(yīng)管1；

所述載氣導(dǎo)入管2為中空玻璃管，其一端開口，另一端為封閉的中空球形端3，球形端3上開設(shè)有2個(gè)以上的通孔，用于導(dǎo)出氣體，球形端3接近酸化反應(yīng)管1的底端，以保證球形端3置于無(wú)機(jī)酸9液面以下，利于酸化反應(yīng)產(chǎn)物被載氣充分帶出無(wú)機(jī)酸9。

所述無(wú)機(jī)酸樣品管4與第一玻璃導(dǎo)管10插接，依靠無(wú)機(jī)酸樣品管4自身的彈性進(jìn)行密封，防止擠壓無(wú)機(jī)酸9時(shí)造成無(wú)機(jī)酸9的滲漏，無(wú)機(jī)酸樣品管4可從第一玻璃導(dǎo)管10取下，且大小可調(diào)，便于盛放不同體積的無(wú)機(jī)酸9，第一玻璃導(dǎo)管10與酸化反應(yīng)管1垂直設(shè)置。

載氣氣源6為裝有氮?dú)獾匿撈炕騼艋蟮母稍锟諝?，載氣導(dǎo)入管2上設(shè)有質(zhì)量流量控制器7，載氣流量可控。

所述反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置5為直接氣體進(jìn)樣的分析裝置，主要為氣體進(jìn)樣的負(fù)離子模式在線質(zhì)譜儀，通過(guò)氣體導(dǎo)管12與酸化反應(yīng)管1相連；對(duì)酸化反應(yīng)流出氣的一部分采樣分析，其余作為尾氣排出。

所述酸化反應(yīng)管1的腔體大小可隨煙灰和無(wú)機(jī)酸9的用量調(diào)節(jié)，保證載氣導(dǎo)入管2的球形端3置于無(wú)機(jī)酸9液面以下。

采用權(quán)利要求1-6中任一所述裝置進(jìn)行操作，包括如下步驟：

A.將精確稱取的煙灰樣品放入酸化反應(yīng)管1內(nèi)，盡力保證酸化反應(yīng)管1內(nèi)側(cè)壁面無(wú)煙灰樣品粘附；

B.將載氣導(dǎo)入管2放入酸化反應(yīng)管1內(nèi)，密封連接，此時(shí)尚無(wú)氣體通入；

C.將無(wú)機(jī)酸9裝入無(wú)機(jī)酸樣品管4，并將無(wú)機(jī)酸樣品管(4與第一玻璃導(dǎo)管10密封連接；

D.將氣體導(dǎo)管12與反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置5相連；

E.通過(guò)擠壓無(wú)機(jī)酸樣品管4將無(wú)機(jī)酸9送入酸化反應(yīng)管1，之后立即打開質(zhì)量流量控制器7，通入載氣，同時(shí)利用反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置2對(duì)流出氣在線采樣，獲得煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的特征譜圖。

所述氣體導(dǎo)管12為有機(jī)聚合物材料管或不銹鋼管；

所述無(wú)機(jī)酸9為質(zhì)量濃度1-20％的無(wú)機(jī)酸，防止高濃度酸對(duì)無(wú)機(jī)鹽成分的氧化和無(wú)機(jī)酸樣品管4的腐蝕。

反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置2為氣體進(jìn)樣的負(fù)離子模式在線質(zhì)譜儀，采用Ni⁶³離子源對(duì)反應(yīng)流出氣進(jìn)行電離，該方法可對(duì)難電離的酸類進(jìn)行有效電離，從而獲得其特征譜圖。

其中，酸化反應(yīng)管采用內(nèi)徑約20mm，長(zhǎng)度約12cm的玻璃管，載氣導(dǎo)入管采用內(nèi)徑約4mm，外徑約6mm，與酸化反應(yīng)管以磨口玻璃密封連接的玻璃管。另外，氣體導(dǎo)管采用外徑4mm的聚四氟乙烯管，反應(yīng)流出氣檢測(cè)裝置采用Ni⁶³源電離的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀采用正交加速設(shè)計(jì)，以MCP探測(cè)器檢測(cè)，反應(yīng)流出氣的一部分通過(guò)聚四氟乙烯管進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，其余作為廢氣排出。實(shí)驗(yàn)中電離區(qū)總氣壓維持在75Pa左右。

實(shí)施例1

針對(duì)本發(fā)明所述一種在線分析煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的裝置和方法性能的考查，實(shí)驗(yàn)以六種不同品牌香煙煙灰為對(duì)象，利用該在線分析裝置在線分析它們的酸化反應(yīng)產(chǎn)物，以確定所含無(wú)機(jī)鹽成分。設(shè)定進(jìn)入酸化反應(yīng)管的高純干燥空氣的流量為1L/min，所用無(wú)機(jī)酸為5％的H₃PO₄，煙灰質(zhì)量為0.1g，加入H₃PO₄約3ml。鑒于無(wú)機(jī)酸的難電離特性，實(shí)驗(yàn)中電離源的電離方式采用Ni⁶³離子源，電離區(qū)氣壓維持在75Pa左右。先是在無(wú)煙灰情況下加入3ml H₃PO₄進(jìn)行空白試驗(yàn)，采樣時(shí)間為10min。之后，在一個(gè)干凈的酸化反應(yīng)管中加入0.1g煙灰和3ml H₃PO₄，快速通入載氣并立即利用質(zhì)譜儀進(jìn)行采樣分析。圖2是六種不同品牌香煙煙灰的特征譜圖。根據(jù)離子峰的質(zhì)量數(shù)和相對(duì)強(qiáng)度推斷，六種香煙灰中均含有碳酸鹽(HCO₂^-，m/z＝45；)、氯鹽(³⁵Cl^-和³⁷Cl^-，m/z＝35和37)、硝酸和亞硝酸鹽(NO₃^-，m/z＝62；NO₂^-，m/z＝46；HNO₂.OCN^-，m/z＝89)和氰酸鹽(OCN^-，m/z＝42；H₂O.OCN^-，m/z＝60；HOCN.OCN^-，m/z＝85；HNO₂.OCN^-，m/z＝89)，但是它們的特征譜圖信號(hào)強(qiáng)度差異很大。上述離子峰均是香煙煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的特征譜峰，用于區(qū)分香煙煙灰和其他煙灰成分。

實(shí)施例2

針對(duì)本發(fā)明所述一種在線分析煙灰中無(wú)機(jī)鹽成分的裝置和方法性能的考查，實(shí)驗(yàn)以兩種火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)提取的煙灰為對(duì)象，利用該在線分析裝置在線分析它們的酸化反應(yīng)產(chǎn)物，以確定所含無(wú)機(jī)鹽成分。設(shè)定進(jìn)入酸化反應(yīng)管的高純干燥空氣的流量為1L/min，所用無(wú)機(jī)酸為5％的H₃PO₄，煙灰質(zhì)量為0.1g，加入H₃PO₄約3ml。鑒于無(wú)機(jī)酸的難電離特性，實(shí)驗(yàn)中電離源的電離方式采用Ni⁶³離子源，電離區(qū)氣壓維持在75Pa左右。先是在無(wú)煙灰情況下加入3ml H₃PO₄進(jìn)行空白試驗(yàn)，采樣時(shí)間為10min。之后，在一個(gè)干凈的酸化反應(yīng)管中加入0.1g煙灰和3ml H₃PO₄，快速通入載氣并立即利用質(zhì)譜儀進(jìn)行采樣分析。圖3是兩種火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)提取的煙灰特征譜圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)灰1的譜圖中缺少離子峰NO₂^-，m/z＝46和HNO₂.OCN^-，m/z＝89，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)灰1中沒(méi)有亞硝酸鹽，而現(xiàn)場(chǎng)灰2的譜圖缺少離子峰HCO₂^-，m/z＝45、HOCN.OCN^-，m/z＝85、NO₂^-，m/z＝46和HNO₂.OCN^-，m/z＝89，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)灰2中不存在碳酸鹽和亞硝酸鹽。因此，可以初步判斷這兩種現(xiàn)場(chǎng)灰并沒(méi)有香煙煙灰。