用于监测气体环境中的有机化合物的系统、装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种系统和微型监测器装置，一种用于浓缩、识别和量化气体环境中的有机化合物的空间、时间和成本有效的设备。本发明专利技术还涉及一种以气相色谱法为中心的方法，所述方法使用空气作为载气来识别和量化气体环境中的有机化合物，而不需要压缩的预装瓶纯化载气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测气体环境中的有机化合物的系统、装置和方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年4月15日提交的美国临时申请No.62/322,980的优先权，该临时申请以引用的方式整体并入本文中。
技术介绍
一般而言，有机化合物(包括大气或其他环境中的挥发性有机化合物(VOC))的测量需要价格昂贵(范围为$25k-500k)的大型(最小为～2英尺x2英尺x2英尺)仪器，并且需要用于色谱法的消耗气体，例如高纯度氦气、氢气和/或氮气瓶。科学进展、健康筛查、环境监测和监管政策受到这些局限及其成本的极大限制，在发展中国家或弱势地区更是如此。当前的测量工具要么需要在现场安装(以及由经过培训的专家操作)大型气相色谱仪和/或质谱仪，要么需要将空气样品捕获在1英尺的气罐中，然后运输气罐(距离甚至跨越大洋)以便在实验室中进行分析，可从罐中回收的物质冷凝并吸附到罐壁上，使得这些测量因此受到限制。职业和工业环境必须依赖于吸附性“管”或“剂量计(badges)”或化学非选择性传感器，它们分别提供有限的每日或更长的平均测量值，或者精确度和选择性差的数据。用于人体健康筛查的工具非常昂贵，并且可能需要进行侵入性或涉及辐射的测试，因此人类呼吸(或其他气体介质)分析领域因其作为低成本、非侵入性方法的潜力显示出极大的前景。然而，考虑到保养和操作所需的专业知识，可用的呼吸分析方法极其昂贵且罕见，例如实时大气压电离质谱仪便是如此。这个问题需要有一个强大的低成本解决方案，可以分散在卫生保健服务网络中。因此，本领域一直需要用于识别和量化气体环境中的有机化合物的系统和方法，特别是无需压缩载气即可操作的系统和方法。本专利技术解决了本领域的这种持续需求。
技术实现思路
在一方面，本专利技术涉及一种用于分析气体混合物的系统，所述系统包括：过滤器；捕集器；色谱柱；检测器；和泵，其中捕集器和泵流体连接以形成第一气体流动路径，并且其中过滤器、捕集器、色谱柱、检测器和泵流体连接以形成第二气体流动路径。在一个实施方案中，检测器和泵流体连接以形成第三气体流动路径。在另一个实施方案中，色谱柱是气-固吸附色谱柱。在另一个实施方案中，色谱柱是气-液气相色谱柱。在另一个实施方案中，捕集器还包含吸附材料。在另一个实施方案中，过滤器是活性炭过滤器。在另一个实施方案中，检测器是选自由光电离检测器、质谱仪、分光光度计和热导检测器组成的组。在另一个实施方案中，检测器是光电离检测器。在另一个实施方案中，泵提供负压。在另一个实施方案中，所述系统还包括壳体。在另一个实施方案中，壳体不大于216立方英寸。在另一方面，本专利技术涉及一种分析气体混合物中的至少一种化学化合物的方法，所述方法包括：引导气体混合物流通过捕集器以浓缩至少一定量的所述至少一种化学化合物；重新引导气体混合物流通过过滤器以将过滤的气体流提供到捕集器中；将至少一定量的所述至少一种浓缩的化学化合物释放到所述过滤的气体流中；分析至少一定量的所述释放的至少一种浓缩的化学化合物。在一个实施方案中，所述至少一种化学化合物包含至少一种有机化合物。在另一个实施方案中，所述至少一种有机化合物包含至少一种挥发性有机化合物。在一个实施方案中，分析至少一定量的所述释放的至少一种浓缩的化学化合物包括使至少一定量的所述释放的至少一种浓缩的化学化合物流过气相色谱柱。在一个实施方案中，气相色谱柱是气-固吸附色谱柱。在另一个实施方案中，色谱柱是气-液气相色谱柱。在另一个实施方案中，分析至少一定量的所述释放的至少一种浓缩的化学化合物包括通过选自由光电离、质谱法、分光光度法和热导率组成的组的方法识别所述至少一种有机化合物。在另一个实施方案中，分析至少一定量的所述释放的至少一种浓缩的化学化合物还包括量化所述至少一种化学化合物。在一个实施方案中，气体混合物是环境气体混合物。在另一个实施方案中，气体混合物包含由活体呼出或以其他方式发出的气体。在另一个实施方案中，气体混合物是空气。附图说明结合附图阅读，将会更好地理解本专利技术的优选实施方案的以下详细描述。出于说明本专利技术的目的，在附图中示出了目前优选的实施方案。然而，应该理解，本专利技术并不限于附图中所示实施方案的精确布置和手段。图1，包括图1A至图1H，是根据本专利技术的两个实施方案的系统或装置的示意流程图，因为它们涉及具有或不具有分析物的气体流，即空气流通过系统或装置。图2，包括图2A和图2B，是根据本专利技术的一个实施方案的装置的局部示意电路。图3是示出根据本专利技术的一个实施方案的控制系统的简化电气图。图4是根据本专利技术的一个实施方案的装置的透视图。图5，包括图5A至图5D，描绘了卷绕有气相色谱柱的卷轴和用于该卷轴的盖子的视图。图6，包括图6A至图6E，描绘了用于气相色谱柱的烘箱和相关部件的视图。图7，包括图7A和图7B，描绘了围绕吸附捕集器外部用于加热和冷却的块的两个视图。图8，包括图8A和图8B，描绘了容纳光电离检测器的壳体的部件的两个视图，该部件包括入口端口。图9，包括图9A和图9B，描绘了容纳光电离检测器的壳体的部件的两个视图，该部件包括出口端口。图10，包括图10A和10B，描绘了容纳光电离检测器的壳体的部件的两个视图，该部件包括用于检测器引脚，即用于电源和信号的三个孔。图11A是描绘使用根据本专利技术的一个实施方案的装置收集冷却样品和解吸高挥发性分析物的实验的结果的图表。图11B是描绘使用根据本专利技术的一个实施方案的装置用空气作为载气来分离双组分混合物的实验的结果的图表。图12A是描绘测试本专利技术的一个实施方案的“捕集-运行”模式的实验的结果的图表。图12B是描绘环境空气样品的实验色谱图的结果的图表。图13是根据本专利技术的一个实施方案的用于识别和量化气体环境中的有机化合物的实时分析方法的流程图。图14是根据本专利技术的一个实施方案的用于识别和量化气体环境中的有机化合物的气相色谱方法的流程图。图15是根据本专利技术的一个实施方案的用于识别和量化气体环境中的有机化合物的气相色谱方法的流程图。具体实施方式本专利技术涉及一种用于浓缩、识别和量化气体环境中的有机化合物的系统。本专利技术特别涉及一种微型监测器装置，一种浓缩、识别和量化气体环境中的有机化合物的空间、时间和成本有效的设备。本专利技术还涉及一种以气相色谱法为中心的方法，所述方法用于识别和定量气体环境中的有机化合物，而不需要压缩的预装瓶纯化载气。本专利技术在分析化学方面实现了意想不到的进步，因为本专利技术的方法、系统和装置设计成在没有压缩气体的情况下工作，因此相对于现有系统产生显着的改进。现有技术中已知的系统庞大、笨重且昂贵。另一方面，在一个实施方案中，本专利技术的装置可以是小的，大约6”x6”x6”，且成本低，例如<$1000。在另一个实施方案中，本专利技术的系统或装置是用于大气或其他气体环境中的有机化合物的监测器，这些有机化合物通常以例如十亿分率或万亿分率的痕量浓度存在。本专利技术的系统或装置无需使用压缩气瓶，通过周期性的气相色谱法实现总浓度同步实时测量和化学拆分。所述监测器提供了前所未有的小型、便携且低成本的能力来识别和测量主要的有机化合物。本专利技术的系统或装置可用于室外监测站点的研究或环境监测；用于室内工业环境或住宅的研究或环境监测；作为低成本的健康筛查设备，分析呼吸、其他身体物质或表面；或用于有机化合物测量至关重要的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析气体混合物的系统，所述系统包括：过滤器；捕集器；色谱柱；检测器；以及泵，其中所述捕集器和所述泵流体连接以形成第一气体流动路径，并且其中所述过滤器、所述捕集器、所述色谱柱、所述检测器和所述泵流体连接以形成第二气体流动路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.15 US 62/322,9801.一种用于分析气体混合物的系统，所述系统包括：过滤器；捕集器；色谱柱；检测器；以及泵，其中所述捕集器和所述泵流体连接以形成第一气体流动路径，并且其中所述过滤器、所述捕集器、所述色谱柱、所述检测器和所述泵流体连接以形成第二气体流动路径。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器和所述泵流体连接以形成第三气体流动路径。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述色谱柱是选自由以下组成的组：气-固吸附色谱柱和气-液气相色谱柱。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述捕集器还包括吸附材料。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述过滤器是活性炭过滤器。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器是选自由以下组成的组：光电离检测器、质谱仪、分光光度计和热导检测器。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器是光电离检测器。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵提供负压。9.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括壳体。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述壳体不大于216立方英寸。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统能够以万亿分率的灵敏度检测化学化合物。12.一种分析气体混合物中的至少一种化学化合物的方法，所述方法包括：引导所述气体混合物的流通过捕集...

【专利技术属性】
技术研发人员：德鲁·金特纳，
申请(专利权)人：耶鲁大学，
类型：发明
国别省市：美国,US