氣相色譜襯管的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氣相色譜襯管，包括直型襯管主體，直型襯管主體內(nèi)設(shè)有可拆卸的障礙管，障礙管為上下貫通的沙漏型或雙漏斗型圓管，其外徑尺寸以恰嵌入直型襯管主體內(nèi)為度，其所用材料為環(huán)氧樹(shù)脂、尼龍12或鈦合金Ti64；障礙管為鈦合金Ti64材質(zhì)時(shí)，障礙管上方的凹槽中添加玻璃棉填充物。本發(fā)明所述障礙管采用3D快速成型技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧、可批量精確打印，并安裝在直型襯管主體內(nèi)。本發(fā)明所述襯管用于實(shí)際樣品分析時(shí)，具有能夠縮短保留時(shí)間、減小峰寬、增加色譜分離度、提高液體試樣的氣化效率及色譜結(jié)果的重復(fù)性、靈敏度等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
氣相色譜襯管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種氣相色譜襯管。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣相色譜法作為一種分離效率高、靈敏度好的分析方法，被廣泛應(yīng)用于不同行業(yè) 的常量及微量分析中。其分析過(guò)程的第一步即將樣品引入襯管并使之在其中受熱氣化，而 后定量轉(zhuǎn)入色譜柱[劉虎威，氣相色譜方法及應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社：北京，2007，p5]。襯 管內(nèi)不同幾何管路，可W有效改變液體試樣在襯管內(nèi)的流向及流速，即改善氣化過(guò)程、提高 氣化效率、減少進(jìn)樣歧視及柱外展寬，進(jìn)而改善色譜分析結(jié)果。目前，各大儀器公司也根據(jù) 用戶(hù)的需求開(kāi)發(fā)了多種新型通用/專(zhuān)用型襯管W滿(mǎn)足對(duì)復(fù)雜樣品分析的要求，如直型、雙端 型、折流板型、玻杯型、層流杯型等。市售的專(zhuān)用型襯管，由于存在清洗困難、更換頻繁及價(jià) 格高等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。
[0003] 3D打印技術(shù)，其原理為分層制造、逐層疊加，即在計(jì)算機(jī)控制下，根據(jù)物體的計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型或計(jì)算機(jī)斷層掃描等數(shù)據(jù)，通過(guò)材料(粉末金屬、塑料等)的精確堆積，快速 制造任意復(fù)雜形狀物體，綜合了數(shù)字建模、機(jī)電控制、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方 面的技術(shù)[遠(yuǎn)程教育雜志2013,（4) ,29-35;數(shù)字化技術(shù)2012, 37-41]。目前，根據(jù)打印所 用材料及生成片層方式的不同，成型技術(shù)有W下幾種:烙化或軟化材料產(chǎn)生層，如選擇性激 光燒結(jié)(SLS)和烙融沉積成型(FDM)技術(shù);液體材料加工方法，如光固化成型（SLA);層壓板 制造化0M)[金屬世界2013,（6)，6-11;徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2014,9 (1),20- 24]。該技術(shù)不需要原胚和模具，可W實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的量身定制[高分子學(xué)報(bào)2013,(6),722- 732] 〇
[0004] 襯管內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)影響液體試樣的氣化行為，進(jìn)而對(duì)各組分的色譜結(jié)果，可W通 過(guò)機(jī)外可視化實(shí)驗(yàn)及色譜方法學(xué)實(shí)驗(yàn)兩種評(píng)價(jià)手段，優(yōu)選襯管類(lèi)型。其中，可視化評(píng)價(jià)方 法，即使用氣化室儀器外模擬裝置和顏色指示劑，模擬進(jìn)樣及樣品氣化過(guò)程，并用攝像機(jī)拍 下來(lái)，得到氣化過(guò)程的圖像數(shù)據(jù)，W優(yōu)化進(jìn)樣條件、評(píng)價(jià)3D障礙管設(shè)計(jì)的合理性 [Analytical Chemistry 2002, 74 (1), 10-16; Journal of High Resolution Chromatography 1995, 18 (9), 573-578; Journal of High Resolution Qiromatography 1993, 16 (4), 224-228.]。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于分析復(fù)雜基質(zhì)樣品、可拆卸的氣相色譜襯管。
[0006] -種氣相色譜襯管，包括直型襯管主體，其特征在于所述直型襯管主體內(nèi)設(shè)有可 拆卸的障礙管，所述障礙管為上下貫通的沙漏型或雙漏斗型圓管，其外徑尺寸W恰嵌入直 型襯管主體內(nèi)為度，其所用材料為環(huán)氧樹(shù)脂、尼龍12或鐵合金Ti64;所述障礙管為鐵合金 Ti64材質(zhì)時(shí)，障礙管上方的凹槽中添加玻璃棉填充物。
[0007] 所述環(huán)氧樹(shù)脂材質(zhì)障礙管采用DLP光固化成形技術(shù)打印制得。
[0008] 所述尼龍12材質(zhì)障礙管采用化S選擇性激光燒結(jié)技術(shù)打印制得。
[0009] 所述鐵合金Ti64材質(zhì)障礙管采用SLM選區(qū)激光烙化技術(shù)打印制得。
[0010] 本發(fā)明所述直型襯管主體用于承載3郵章礙管并提供試樣氣化的場(chǎng)所;所述3郵章礙 管用于改變液體運(yùn)動(dòng)的流向及流速，優(yōu)化試樣氣化過(guò)程。
[0011] 本發(fā)明提出襯管障礙管的概念，制作出具有不同幾何結(jié)構(gòu)的管路，作為新型"填充 物"安裝在直型襯管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用型襯管的可拆卸、易清洗等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)操作簡(jiǎn)單且能夠反 復(fù)多次使用。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)障礙管的開(kāi)發(fā)及制作，引入3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)襯管障礙管模具的 快速精確成型，而后優(yōu)選其結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及安裝條件，實(shí)現(xiàn)襯管障礙管的快速開(kāi)發(fā)。本發(fā)明通 過(guò)引入3D打印技術(shù)，快速精確打印出襯管障礙管，并安裝在襯管內(nèi)，再通過(guò)色譜方法學(xué)及可 視化評(píng)價(jià)手段，優(yōu)選了襯管障礙管的成型材料及3D結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了使用參數(shù)，實(shí)現(xiàn)氣化室障礙 管的快速開(kāi)發(fā)。
[0012] 本發(fā)明所述襯管實(shí)現(xiàn)氣相色譜良好的分離效果的同時(shí)具備可拆卸、易清洗，操作 簡(jiǎn)單、再利用等特征;所述3郵章礙管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧、使用靈活、可批量精確打?。槐景l(fā)明所述 襯管用于實(shí)際樣品分析時(shí)，具有能夠縮短保留時(shí)間、減小峰寬、增加色譜分離度、增加色譜 峰面積、提高液體的氣化效率及重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明所述襯管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明所述沙漏型障礙管的左視圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明所述沙漏型障礙管的俯視圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明所述雙漏斗型障礙管的左視圖。
[0017] 圖5為本發(fā)明所述雙漏斗型障礙管的俯視圖。
[0018] 圖6為試樣在含雙漏斗型環(huán)氧樹(shù)脂障礙管的襯管內(nèi)的樣品氣化過(guò)程。
[0019] 圖7為試樣在含沙漏型環(huán)氧樹(shù)脂障礙管的襯管內(nèi)的樣品氣化過(guò)程。
[0020] 圖8為試樣在含沙漏型尼龍障礙管的襯管內(nèi)的樣品氣化過(guò)程。
[0021] 圖9為試樣在含沙漏型鐵合金障礙管的襯管內(nèi)的樣品氣化過(guò)程。
[0022] 圖10為試樣在含沙漏型鐵合金障礙管及玻璃棉的襯管內(nèi)的樣品氣化過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為了更清晰的理解本發(fā)明，W下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明 不限于W下實(shí)施例。
[0024] 參照?qǐng)D1，一種氣相色譜襯管，包括直型襯管主體1，直型襯管主體1內(nèi)設(shè)有可拆卸 的障礙管2,障礙管2為上下貫通的沙漏型或雙漏斗型，其外徑尺寸W恰嵌入直形襯管主體 內(nèi)為度，其所用材料為環(huán)氧樹(shù)脂、尼龍12或鐵合金Ti64;所述障礙管2為鐵合金Ti64材質(zhì)時(shí)， 障礙管2上方的凹槽中添加玻璃棉填充物。
[0025] 環(huán)氧樹(shù)脂材質(zhì)障礙管，采用CR-6 DLP 3D打印機(jī)及DLP光固化成形技術(shù)打印。
[0026] 尼龍12材質(zhì)障礙管，采用FS402尼龍打印機(jī)及化S選擇性激光燒結(jié)技術(shù)打印。
[0027] 鐵合金Ti64材質(zhì)障礙管，采用EOS M290金屬3D打印機(jī)及SLM選區(qū)激光烙化技術(shù)打 印D
[0028] 選用色譜方法學(xué)評(píng)價(jià)手段來(lái)評(píng)價(jià)氣相色譜進(jìn)樣系統(tǒng)中安裝的3D襯管障礙管對(duì)樣 品氣化的適用性，W保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾為度[化學(xué)分析計(jì)量2009,18 (5)，64-65]。 評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括:模型化合物的峰面積，可W用來(lái)判斷氣化程度及引入率或襯管對(duì)分析 物的吸附/催化活性[化romatographia 2006, 63 (3-4), 181-187; Journal of Chromatography A 2005,1097 (1-2) ,9-16];分離度，可W用來(lái)判斷襯管死體積及氣化速 率[色譜2006,24 (4) ,420-420]，當(dāng)出現(xiàn)連峰時(shí)，采用峰(高)分離度K3評(píng)價(jià)其分離度，其中 K3〉5%就基本上可W滿(mǎn)足色譜保留值定性的要求[俞惟樂(lè)、歐慶瑜，毛細(xì)管氣相色譜和分離 分析新技術(shù)，科學(xué)出版社:北京，1999];峰面積的RSD，分析襯管內(nèi)氣化的劇烈程度及重現(xiàn)性 [現(xiàn)代儀器2006,12 (5) ,29-30];峰寬，可W用來(lái)分析樣品在襯管內(nèi)的氣化速率[High Resolut.化romatogr. 1992，15 (6)，399-403];樣品的回收率，可W用來(lái)分析氣化歧 視、分流歧視或在吸附劑上的保留歧視[Journal of Chromatography B 1999，729 (1- 2), 199-210]ο
[0029] 由于色譜方法學(xué)評(píng)價(jià)手段難W給出樣品在襯管內(nèi)氣化的綜合信息，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引 入可視化評(píng)價(jià)方法，即使用襯管儀器外模擬裝置和顏色指示劑，模擬進(jìn)樣及樣品氣化過(guò)程， 并用攝像機(jī)拍下來(lái)，得到氣化具體過(guò)程圖像數(shù)據(jù)，用W優(yōu)化進(jìn)樣條件、評(píng)價(jià)障礙管設(shè)計(jì)的合 理性[Analytical ChemistiT 2002, 74 (1), 10-16; Journal of High Resolution Chromatography 1995, 18 (9), 573-578; Journal of High Resolution 化romatography 1993, 16 (4), 224-228; Journal of 化romatography A 2000, 897 (1-2)，247-25引。常使用巧光劑二糞嵌苯觀察液體在襯管內(nèi)的氣化過(guò)程，二糞嵌苯是一種 多環(huán)芳控，在非極性柱230~250° C被洗脫，溶液狀態(tài)下有很好的巧光(λ=365 nm)，但氣化后 巧光消失，可W作為樣品氣化程度的指示劑。因此，需要設(shè)計(jì)可視化裝置，數(shù)字相機(jī)拍照，觀 察液體的氣化過(guò)程。
[0030] 實(shí)施例1 通過(guò)可視化裝置模擬分流/不分流進(jìn)樣，分析了當(dāng)采用區(qū)帶進(jìn)樣時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂材質(zhì)的沙 漏型及雙漏斗型障礙管對(duì)液體氣化行為的影響。其中，樣品為0.1%的二糞嵌苯-氯仿溶液， 進(jìn)樣口溫度為100° C;進(jìn)樣量為6 yL。可視化結(jié)果表明，對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂的障礙管，其材質(zhì)及結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)可W有效阻擋并改變區(qū)帶液體的運(yùn)動(dòng)，如樣品在含雙漏斗型環(huán)氧樹(shù)脂障礙管的襯管 的氣化圖像數(shù)據(jù)（圖6)，區(qū)帶樣品在障礙管上方被阻擋，在障礙管下方可W看到液體呈霧 狀，即障礙管對(duì)樣品產(chǎn)生擴(kuò)散作用。而且對(duì)于沙漏型環(huán)氧樹(shù)脂障礙管，液體完全被障礙管阻 擋，且無(wú)液體漏出障礙管下部，如圖7。證明障礙管可W有效阻擋區(qū)帶液體的運(yùn)動(dòng)，提高液體 試樣在襯管內(nèi)氣化過(guò)程的重復(fù)性及氣化效率，而且沙漏型環(huán)氧樹(shù)脂障礙管對(duì)促進(jìn)樣品氣化 并減弱樣品運(yùn)動(dòng)劇烈程度的效果要優(yōu)于雙漏斗型環(huán)氧樹(shù)脂障礙管。
[0031] 實(shí)施例2 通過(guò)可視化裝置模擬分流/不分流進(jìn)樣，分析了當(dāng)采用區(qū)帶進(jìn)樣時(shí)，尼龍材質(zhì)的沙漏型 及雙漏斗型障礙管對(duì)液體氣化行為的影響。其中，樣品為0.1%的二糞嵌苯-氯仿溶液，進(jìn)樣 口溫度為100°c;進(jìn)樣量為6 yL?？梢暬Y(jié)果表明，雙漏斗型及沙漏型的尼龍障礙管的下方， 都捕捉不到巧光，且結(jié)構(gòu)對(duì)試樣氣化過(guò)程的影響無(wú)明顯差異，如圖8,證明兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 尼龍障礙管都可W有效的阻擋液體的運(yùn)動(dòng)。
[0032] 實(shí)施例3 通過(guò)可視化裝置模擬分流/不分流進(jìn)樣，分析了當(dāng)采用區(qū)帶進(jìn)樣時(shí)，鐵合金材質(zhì)的沙漏 型及雙漏斗型障礙管對(duì)液體氣化行為的影響。其中，樣品為0.1%的二糞嵌苯-氯仿溶液，進(jìn) 樣口溫度為100°c;進(jìn)樣量為6 yL?？梢暬Y(jié)果表明，兩種管路設(shè)計(jì)的鐵合金障礙管的下方， 都可W看到區(qū)帶巧光，如圖9,可W證明鐵合金材質(zhì)的障礙管難W阻擋或改變區(qū)帶樣品的運(yùn) 動(dòng)及流向的能力較小。因此，進(jìn)一步嘗試在鐵合金障礙管上方的凹槽中添加玻璃棉填充物 (5 mg)，在障礙管下部看不到巧光，如圖10,可W證明液體區(qū)帶完全被障礙管及填充物捕 集，直至完全氣化。
[0033] 實(shí)施例4 利用色譜方法學(xué)評(píng)價(jià)手段，W亞麻巧油樣品中棟桐酸、亞油酸、亞麻酸、硬脂酸的甲醋 衍生物為模型化合物，W保留時(shí)間t(表1)、峰寬W(表2)、峰面積A(表3)、分離度R/K3)(表4) 為指標(biāo)，在分流/不分流進(jìn)樣條件下，進(jìn)一步對(duì)比了沙漏型的環(huán)氧樹(shù)脂、鐵合金(含玻璃棉） 的障礙管，雙漏斗型和沙漏型尼龍障礙管的使用效果。相對(duì)于空的直型襯管，樣品在含障礙 管的保留時(shí)間和峰寬縮短，峰面積增加、重復(fù)性提高，在高溫條件下使樣品分離度增加，說(shuō) 明障礙管可W提高液體的氣化效率及重復(fù)性，而在低溫條件下分離度減小，運(yùn)主要是由于 障礙管推遲并集中了樣品的氣化。采用鐵合金障礙管時(shí)，為避免液體直接落入襯管底部而 污染色譜柱，必須添加玻璃棉，因此高溫下，峰面積有所減小，主要是由于玻璃棉表面活性 位點(diǎn)。
[0034] 可視化結(jié)果證明當(dāng)采用尼龍為材料的障礙管時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的障礙管都可W有 效捕集并阻擋區(qū)帶液體，但色譜方法學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示相對(duì)于沙漏型障礙管，雙漏斗型障礙 管的保留時(shí)間和峰寬更短、峰面積和分離度更大，因此當(dāng)采用尼龍材料時(shí)，雙漏斗型的管路 設(shè)計(jì)更適合樣品分析。究其原因，主要是尼龍材料表面粗糖，具有很多孔隙，可W有效提高 氣化效率，但當(dāng)孔隙過(guò)多時(shí)，對(duì)樣品的捕集或保留能力過(guò)大，從而延長(zhǎng)氣化時(shí)間、減小解吸 (效)率，所W說(shuō)雙漏斗型的障礙管的表面積較小，色譜分析結(jié)果更好。


[0035]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氣相色譜襯管，包括直型襯管主體（1)，其特征在于所述直型襯管主體（1)內(nèi)設(shè) 有可拆卸的障礙管(2)，所述障礙管(2)為上下貫通的沙漏型或雙漏斗型圓管，其外徑尺寸 以恰嵌入直型襯管主體內(nèi)為度，其所用材料為環(huán)氧樹(shù)脂、尼龍12或鈦合金Ti64;所述障礙管 (2)為鈦合金Ti64材質(zhì)時(shí)，障礙管(2)上方的凹槽中添加玻璃棉填充物。2. 如權(quán)利要求1所述的氣相色譜襯管，其特征在于所述環(huán)氧樹(shù)脂材質(zhì)障礙管采用DLP光 固化成形技術(shù)打印制得。3. 如權(quán)利要求1所述的氣相色譜襯管，其特征在于所述尼龍12材質(zhì)障礙管采用SLS選擇 性激光燒結(jié)技術(shù)打印制得。4. 如權(quán)利要求1所述的氣相色譜襯管，其特征在于所述鈦合金Ti64材質(zhì)障礙管采用SLM 選區(qū)激光熔化技術(shù)打印制得。
【文檔編號(hào)】G01N30/02GK106066370SQ201610441504
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日 公開(kāi)號(hào)201610441504.6, CN 106066370 A, CN 106066370A, CN 201610441504, CN-A-106066370, CN106066370 A, CN106066370A, CN201610441504, CN201610441504.6
【發(fā)明人】師彥平, 戚歡陽(yáng), 孫英佩, 陳明忠
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所