用于元素分析光谱仪的改良的样品制备设备和方法技术

一种用于元素分析系统的样品制备设备，尤其是EA‑IRMS，包含用于接收待分析材料的样品的样品燃烧20和/或还原30和/或热解安排。产生含有原子、分子和/或化合物的样品气流。所述设备还包含所述样品气流被引导到其中的气相色谱(GC)柱60、用于加热所述GC柱的至少一部分的加热器65以及用于控制所述加热器65的控制器68。所述控制器68被配置成用于控制所述加热器65，以便在所述样品气流在所述GC柱60中洗脱的同时升高所述GC柱60的至少一部分的温度。

Improved sample preparation equipment and method for elemental analysis spectrometer

A system for elemental analysis of sample preparation equipment, especially EA IRMS, contains the material to be analyzed for receiving the samples 20 and / or 30 reduction of combustion and / or pyrolysis arrangement. The production of the sample airflow containing atoms, molecules and / or compounds. The device also includes a gas chromatographic (GC) column 60, a heater 65 for heating at least a part of the GC column, and a controller 68 for controlling the heater 65. The controller 68 is configured to control the heater 65 so as to increase the temperature of at least part of the GC column 60 when the sample air flow is eluted in the GC column 60.

【技术实现步骤摘要】
用于元素分析光谱仪的改良的样品制备设备和方法
本专利技术涉及一种用于元素分析系统的改良的样品制备设备，如元素分析同位素比质谱仪(EA-IRMS)。本专利技术尤其(但不仅仅)适合在这类光谱仪中进行δ13C、δ15N和δ34S同时测量和％C、％N和％S测定。
技术介绍
同位素比质谱法(IRMS)是一种可应用于众多领域中的技术，这些领域包括地球科学、考古学、医学、地质学、生物学、食品确证(foodauthenticity)以及司法科学。准确并精确地测量样品中轻元素的同位素比的丰度相对于同位素标准的差异能够提供关于物质的地理、化学和生物来源的信息，从而区分原本在化学上相同的样品，轻元素例如13C/12C(δ13C)、15N/14N(δ15N)、18O/16O(δ18O)、D/H以及34S/32S(δ34S)。δ值用一种特定的方式来定义。举例来说，δ13C被定义为：典型的EA-IRMS仪器由六个主要部分形成：样品引入系统、样品制备系统、电子电离源、扇形磁分析仪、法拉第收集器检测器阵列(Faradaycollectordetectorarray)以及计算机控制的数据采集系统。样品制备系统将样品分裂成原子/分子和/或化合物。电子电离源使所制备的样品电离并且所得样品离子得以在扇形磁分析仪中在空间上分离。法拉第收集器包含检测在空间上分离的离子的检测器阵列，而计算机控制的数据采集系统由法拉第收集器输出产生质谱。样品制备可以按多种不同的方式实现，每种方式各有优点和缺点。最知名的两组样品制备技术是对整个样品实施元素分析的技术(EA-IRMS)和先通过气相色谱分离样品的化学物质，然后再将经过分离的物质分裂成原子/分子和/或化合物的技术(GC-IRMS)。还研究过用液相色谱(LC-IRMS)来进行样品制备，但不太常用。EA-IRMS是这样一种测量技术，它同时分析整个样品来研究整个样品中的同位素比的丰度的差异。图1a示出了EA-IRMS系统的样品引入和制备部分(参见上文)的高度示意性安排。可以看出，所述系统是在系统控制器100的控制下。样品(图1a中未示出)经过称量并被放置在易燃胶囊(图1a中也未示出)中。样品被密封在易燃胶囊的内部并且易燃胶囊通常由锡制成，尽管可以使用铝或银代替。自动进样器传送带10安置在燃烧炉20上方。典型地以20-300ml/min的速率由第一气体供应控制件14从第一氦气瓶13向自动进样器10供应氦气净化气体来减少进气。He净化气体通过出口导管18流出进样器。自动进样器传送带10将密封的样品胶囊随着由第二气体供应控制件15从第二氦气瓶16供应的氦气载气流注入到燃烧炉20中。在系统控制器1的控制下，样品在燃烧炉20中燃烧。可以任选地使用脉冲氧来辅助燃烧。氧气由氧气瓶17供应，也是在第二气体供应控制件15的控制下。样品基质分解成其组成元素组分(主要是原子)并由来自第二氦气瓶16的氦气载气流传送通过如Cr2O3、WO3或CuO的氧供体化合物。存在氧供体是为了确保元素组分、尤其是由样品基质发展而来的碳、氮和硫的完全氧化。典型地，燃烧炉20中的反应器区域(含有氧供体)保持在介于400与1100摄氏度之间的温度下，理想范围是介于900与1050摄氏度之间。氦气载气采用高达1000mL/min的最大流动速率，但典型地在40到200mL/min的范围内。所得产物可以是NOx、CO2、SO2和/或H2O中的一个或多个。在氧化之后发生还原。举例来说，为了测量δ15N，NOx必须被还原为N2。这可以使用单独的、串联安排的燃烧炉和还原炉(如图1a中所示)进行，或者通过将两者合并成由同一个炉加热的单一反应器进行。具体来说，图1a中所示的安排采用单独的还原烘箱30，它被安排在燃烧炉20的下游并单独给燃烧炉20加热。在图1a的安排中，通常使用氦气载气在燃烧炉20的反应器区域中的氧供体材料上吹扫样品，然后通过不锈钢/sulfinert毛细管或加热桥将样品转移到含有金属铜(图1a中未示出)的还原烘箱30中。还原烘箱30通常保持在450-900℃之间的温度下，并被设计成用于将NOx和NO气体物种(例如)还原为N2，将SO3还原为SO2，并吸收燃烧反应中未用掉的多余O2。在将燃烧和还原过程改为合并在由同一个炉加热的同一个反应器中的替代性安排中，分析物气体首先通过氧供体化合物。气体然后被向前传送到同一个反应器内的金属铜上。此时，它们发生与上文关于图1a中所说明的串联安排的炉所述相同的化学反应。在任一种情况下(单独的或合并的燃烧和还原炉/烘箱)，所得气体然后被引导通过水分捕集器50(图1a)。任选地，还可以提供化学捕集器40，它可以含有碱石灰、在二氧化硅衬底上的NaOH、等。当只需要考虑氮同位素比时，化学捕集器40可以从分析物气体中去除二氧化碳。水分捕集器50通常含有高氯酸镁来捕集任何在燃烧过程期间产生的水。取决于试剂的性质，化学捕集器40和水分捕集器50可以按与图1a中所示相反的顺序放置。将经过干燥的气体输出引入到分离柱60中，分离柱60用以将输出分离成其组成原子、分子或化合物，例如二氧化碳和氮气或二氧化碳、氮气和二氧化硫。分离柱60可以是用于气相色谱(GC)的填充柱，当经过干燥的气体输出流动通过GC柱时，该柱温度恒定，GC柱通过围绕GC柱60的电阻加热器62来加热。电阻加热器62由加热器控制器68控制以保持GC柱的温度恒定。此加热器控制器68由系统控制器100触发开始加热。图1a的安排示出了采用GC柱形式的分离柱60，其中水分捕集器50安排在分离柱60之前，如上所述。一旦分析物气体基于其与分离柱60的相互作用分离成其燃烧组分，它们就被传送通过热导检测器(TCD)80，这形成了重量％测定的基础。TCD80的检测是非破坏性的。因此，在检测之后，气体可以通过必要时能够稀释气体的接口(图1a中未示出)被传送到同位素比质谱仪，尤其是进行δ13C、δ15N和/或δ34S值的同时测量。为了进行参考测量，可以在用IRMS测量同位素比之前或之后，或与用IRMS测量同位素比同时，向IRMS供应所研究的同位素比的参考气体。参考气体可以通过气体供应管70供应并且是在参考气体供应控制器72的控制下。参考气体供应控制器72与N2瓶73、CO2瓶74和SO2瓶75连接。测量得到的同位素比是整个样品的平均值。EA-IRMS尤其适合于非挥发性物质，如土壤、沉积物、植物、食品、药物、氨基酸和脂肪酸以及许多其它物质。虽然获得的是整个样品的平均同位素比值，但是极小样品的分析依然是可能的。分离柱60还可以是用于气体分离的热解吸单元。在这类解吸单元中，热解吸温度不同，如EP-A-1831680中所述。如果将分离柱改为热解吸单元，那么水分捕集器50也可以被安排在分离柱60之后。热解吸单元使用热解吸原理。将从还原烘箱出来的气体供应到解吸单元。整个气体组分混合物都被热解吸单元的吸附材料吸附。这种吸附发生在介于室温与50摄氏度之间的温度下，发生在具有单一热解吸单元的系统中(还知晓具有多个热解吸单元的系统，并且在这些系统中，温度范围的下限可以高于室温)。储存整个气体并且可以通过吸附材料浓缩。气体组分的分离基于不同的解吸温度而发生。因此，须将热解吸单元加热到不同温度以向EA-IRMS供应特定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于元素分析系统的样品制备设备，尤其是EA‑IRMS，包含：样品燃烧和/或还原和/或热解安排，用于接收待分析材料的样品并由其产生含有原子、分子和/或化合物的样品气流；所述样品气流被引导到其中的气相色谱(GC)柱；用于加热所述GC柱的至少一部分的加热器；以及用于控制所述加热器的控制器；所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以便在所述样品气流在所述GC柱中洗脱的同时升高所述GC柱的至少所述部分的温度。

【技术特征摘要】
2016.09.02 GB 1614952.81.一种用于元素分析系统的样品制备设备，尤其是EA-IRMS，包含：样品燃烧和/或还原和/或热解安排，用于接收待分析材料的样品并由其产生含有原子、分子和/或化合物的样品气流；所述样品气流被引导到其中的气相色谱(GC)柱；用于加热所述GC柱的至少一部分的加热器；以及用于控制所述加热器的控制器；所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以便在所述样品气流在所述GC柱中洗脱的同时升高所述GC柱的至少所述部分的温度。2.根据权利要求1所述的样品制备设备，另外其中所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以使得在原子、分子或化合物中的第一批一个或多个物种已通过所述GC柱之后，升高所述GC柱的至少所述部分的温度。3.根据权利要求1或2所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以使得温度在起始温度T起始与最终温度T最终之间基本上线性地改变。4.根据权利要求1或2所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以使得温度在起始温度T起始与最终温度T最终之间基本上非线性地改变。5.根据权利要求1或2所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以使得所述温度改变在起始温度T起始与最终温度T最终之间是部分线性的和部分非线性的。6.根据权利要求1所述的样品制备设备，另外其中所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以使得在原子、分子或化合物中的第一批一个或多个物种已通过所述GC柱之后，在第一温度范围(T2-T起始)内升高所述GC柱的至少所述部分的温度，并且其中T2>T起始。7.根据权利要求6所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以使得在原子、分子或化合物中的第一批一个或多个物种已通过所述GC柱之后，在所述第一温度范围(T2-T起始)内，基本上线性地或基本上非线性地升高所述GC柱的至少所述部分的温度，或线性的和非线性的温度改变。8.根据权利要求1、权利要求6或权利要求7所述的样品制备设备，另外其中所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以使得在原子、分子或化合物中的第二批一个或多个物种通过所述GC柱之前，在第二温度范围(T最终-T2)内改变所述GC柱的至少所述部分中的温度，并且其中T最终>T2。9.根据权利要求8所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于控制所述加热器，以使得在原子、分子或化合物中的第二批一个或多个物种通过所述GC柱之前，在所述第二温度范围(T最终-T2)内，基本上线性地或基本上非线性地改变温度，或线性的和非线性的温度改变。10.根据前述权利要求中任一项所述的样品制备设备，其中所述样品和/或还原和/或热解安排产生N2、CO2或N2、CO2和SO2。11.根据从属于权利要求2到9中任一项的权利要求10所述的样品制备设备，其中所述GC柱中的分子或化合物中的所述第一批一个或多个物种包含N2和CO2。12.根据从属于权利要求2到5、8或9中任一项的权利要求10所述的样品制备设备，其中所述GC柱中的分子或化合物中的所述第二批一个或多个物种包含SO2。13.根据前述权利要求中任一项所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于在样品分析的第一阶段期间将所述GC柱的温度维持在第一固定温度T起始，在样品分析的第二阶段使所述GC柱的温度从所述第一固定温度T起始斜线变化到第二较高固定温度T最终，并在样品分析的第三阶段将所述GC柱的温度维持在所述第二较高固定温度T最终。14.根据权利要求13所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于在所述样品的燃烧/还原/热解之后的预定时间开始使所述GC柱的温度从所述第一温度T起始斜线变化到所述第二固定温度T最终。15.根据权利要求13所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于当确定所述样品燃烧/还原/热解安排的下游位置处的气体流动速率超过阈值时开始使所述GC柱的温度从所述第一温度T起始斜线变化到所述第二固定温度T最终。16.根据权利要求13、权利要求14或权利要求15所述的样品制备设备，其中所述第一固定温度处于35到90摄氏度、优选地55到70摄氏度、并且最优选地60到65摄氏度的范围内。17.根据权利要求13、权利要求14、权利要求15或权利要求16所述的样品制备设备，其中所述第二固定温度T最终是在190摄氏度与300摄氏度之间。18.根据权利要求13到17中任一项所述的样品制备设备，其中所述控制器被配置成用于发指令给所述加热器以引起所述GC柱的温度在约1到3分钟的时间内从所述第一固定温度T起始上升到所述第二固定温度T最终。19.根据权利要求13到18中任一项所述的样品制备设备，其中所述控制器进一步被配置成用于在样品分析的所述第三阶段之后在样...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·布罗迪，O·克拉克，A·哈特维格，M·克鲁门，J·施韦特斯，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE