用于与气相色谱法一起使用的样品预浓缩系统和方法技术方案

本发明专利技术公开的系统和方法在分析之前使化学样品浓缩和富集，同时去除水和/或CO2，从而改进定量化学分析的检测限和可重复性，而无需低温冷却或低于环境温度的冷却。该系统可包括阀系统、露点控制区和多毛细管柱捕集系统(MCCTS)。在第一时间段期间，该阀系统可将露点控制区联接到MCCTS。在第二时间段期间，阀系统可将MCCTS联接到化学分离柱，由此使得绕过露点控制区。在样品转移到露点控制区和MCCTS时，样品中所包含的过量的水可在露点控制区中冷凝。当样品从MCCTS转移到化学分离柱时，露点控制区中的冷凝水不转移到化学分离柱。

Sample preconcentration systems and methods for use with gas chromatography

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于与气相色谱法一起使用的样品预浓缩系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年10月25日提交的美国临时专利申请No.62/576,769的权益，该临时专利申请的全部公开内容出于所有目的全文以引用方式并入本文。
本专利技术涉及使样品预浓缩以用于后续化学分析的系统和方法，该后续化学分析诸如通过气相色谱法或气相色谱-质谱法进行。
技术介绍
通过气相色谱法和气相色谱-质谱法对痕量水平的VOC和其他挥发性化学品的分析可能需要在注入到化学分析装置(例如，GC或GCMS(气相色谱/质谱仪))之前预浓缩，以便检测所具有的浓度低于约50PPBv的化合物。在一些实施方案中，GC使用毛细管GC柱进行操作，其中流速为在0.5-3cc/min的范围内，并且从柱洗脱的典型峰宽为2-8秒宽。例如，在2cc/min的流速下，当0.2cc(2cc/min×0.1min)的载气从柱洗脱时，该载气内可包含6秒宽的峰。因此，在此示例中，注入体积应当不超过0.2cc，否则可能发生峰加宽和较轻化合物的分离度损失。由于此峰宽中的一部分是由柱上的扩散和“峰扩展”引起的，因此可能期望将与样品一起注入到毛细管GC柱上的载气的体积限制为此6秒峰体积(0.2cc)的约一半或0.1cc，以便保持分离度。分离度的损失可导致例如较低灵敏度和受其他化学品的干扰的较大可能性。由宽峰引起的差分离度还需要较长的运行时间以便进一步分离注入混合物中的化合物，这可影响生产率，同时进一步增加峰宽，因为化合物可能经历更多基于扩散的谱带加宽，它们保留在柱上的时间更长。良好的GC方法通常试图使峰宽减小或最小化，以便使分析技术的有效性增大或最大化。水、食品、饮料、消费品和其他样品中的许多所关注的化学品的检出水平必须比0.1cc注射器或环注入装置的50PPB限值低1000倍。以亚PPB水平存在的化合物仍可造成毒性风险，而其他痕量水平的化合物可在万亿分之一的水平下积极和消极地影响消费品的风味和气味。此外，现在考虑呼吸、血液和尿液中的许多痕量水平的标记物来诊断各种人类相关的病症和疾病。因此，在一些实施方案中，具有以这些低浓度出现的所关注的化合物的样品需要在GC注入之前进行样品富集。在一些实施方案中，使用体积小于0.1cc的载流体解吸样品并使其移动以实现最佳注入速率。所提供的灵敏度在0.1cc注射器或环注入系统的灵敏度以下的示例性挥发性化学分析技术在下面给出：·动态顶部空间(例如，吹扫捕集器)·在盐饱和溶液中在高温下的静态顶部空间、环注入·SPME(固相微萃取)·VASE(真空辅助吸着剂萃取)·大体积环注入虽然上述技术可提供的灵敏度在由0.1cc注射器或环注入系统提供的那些灵敏度以下(例如，对样品中以较低浓度出现的化合物敏感)，但在一些实施方案中，它们通常不能足够快速地将样品转移到以仅0.5-3cc/min流动的典型GC柱，同时使较轻化合物的分离度最大化。使用上述技术捕集或转移的轻化学品在注入时可能不沉积并动态聚集到GC柱上，而是在分析期间即使在较低初始温度下也可保持穿过柱朝向检测器移动。在一些实施方案中，这种趋势要求注入快速完成，并且为了获得最佳色谱分离度，注入需要在0.1cc体积内。由于吸附剂床的尺寸或由于样品的初始体积，使用上文列出的样品引入技术可能无法实现快速注入速率。因此，可使用下文所述的三种技术在化学分析之前聚集样品，以实现更快的注入速率。第一种聚集技术涉及具有若干微升的内部体积的低温捕集器，其可用于分析样品中以非常低的浓度(例如，对于1cc的样品，小于50PPB或低至5PPB；对于10cc的样品，0.5cc；或对于100cc的样品，低至0.05PPB)出现的目标化合物，以允许所有化合物“聚集”在GC柱的头部处。所得的低体积可在1-2秒内完全解吸，从而允许减小的或最小的带宽，由此改进GC柱上的峰分离度。然而，这种方法可具有两个问题。首先，由于成本和安全考虑，液氮在一些实验室中是不受欢迎的，并且由于这些原因以及其他原因，许多实验室根本不能使用液氮。其次，使用液氮进行的聚集将保留样品中的所有水分，从而在GC和GCMS分析期间引起干扰。过多的水(例如，在25℃和100％相对湿度下大约10cc或更多的气体样品)可能抑制质谱仪中的信号，并且通常还可能在气相色谱法期间影响化合物的分离度和峰形状。许多气体样品还可包含使用低温聚集捕集器可能无法消除的大量二氧化碳(CO2)，这可导致色谱问题和另外的检测器抑制。由于低温聚集的这些问题，在大多数情况下期望另选的聚集技术。第二种聚集技术涉及使用包含一个或多个吸附剂床的微填充捕集器，以进一步减小样品的体积，然后进行后续加热并反吹到例如GC柱上。这种捕集器可减少样品中水和CO2的量，并且可降低注入体积，但其不能有效地从样品中去除所有水分，并且可能无法足够快速地释放样品，以在毛细管GC柱上获得最佳峰宽。这些缺点之所以可能出现是因为这些吸附剂捕集器中的粒度通常比毛细管柱的内表面上所存在的粒度大约10倍，以便实现穿过微填充捕集器的合理流速。假设形状接近球形，微填充捕集器中所包括的吸附剂颗粒的内部体积可比毛细管柱的壁上的吸附剂颗粒大大约1000倍，因为体积随半径的立方而变化。即使在较高的解吸温度下，这种更大的颗粒体积也需要更长的时间段来使化合物扩散出颗粒，这继而增加峰宽，并且甚至可导致不期望的峰“拖尾”，因为化学品的最后5-20％是从更大颗粒“渗出”的。与开放管状毛细管柱的壁上的具有小1000倍的内部体积的小颗粒相比，存在于填充捕集器中的更大颗粒另外需要更长的时间段在注入后的“系统烘烤”期间对它们进行清洁，并且它们更易受到高浓度样品的污染。第三种聚集技术包括执行“分流”注入，例如，通过将分流三通放置在GC柱前面，其中流出分流端口的流量通常比流到柱上的流量大10-100倍。例如，当2cc/min的载气流到化学分离柱上时，20倍的分流导致38cc/min的载气流出分流端口。在此示例中，样品以40cc/min而非2cc/min的速率注入，并且总共4cc在仅6秒内通过初始吸着剂解吸，这可实现从初始吸附剂捕集器出去且到化学分离柱上的几乎完全转移。此外，在20:1分流的情况下，消除了95％的水蒸气和其他基质组分，这可降低色谱问题或质谱仪中的抑制的可能性。分流注入的不利之处在于95％的样品经由分流端口被丢弃，从而使得更难达到所需的检测限，因为更少的样品被提供到检测器。又如，SPME(一种使用小纤维来收集样品的技术)可能无法收集非常多的水并且可能相对快速地解吸而不聚集或分流，但在许多基质中可能具有差的再现性，并且通常不能回收所关注的较轻化学品。因此，在化学分析领域，需要将样品体积减小到足够低，以允许使用0.1cc或更少的载气注入到GC中，同时去除水蒸气，并且在一些示例中去除乙醇和/或CO2。例如，当分析含醇饮料时，可能期望从样品中去除乙醇。一旦已经使用允许样品解吸到0.1cc或更少GC载气中的手段减小样品体积，就可将样品快速转移到化学分离柱而不执行分流注入，这可产生比当前分流注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学分析系统，包括：/n阀系统；/n露点控制区，所述露点控制区包括管，所述管具有第一端部和第二端部，其中所述露点控制区管的所述第一端部流体联接到样品源，并且所述露点控制区的所述第二端部联接到所述阀系统；/n多毛细管柱捕集系统(MCCTS)，所述MCCTS包括第一端部和第二端部，所述MCCTS的所述第一端部流体联接到所述阀系统；/n化学分离柱，所述化学分离柱具有第一端部和第二端部，所述化学分离柱的所述第一端部流体联接到所述阀系统；以及/n检测器，所述检测器联接到所述化学分离柱的所述第二端部，其中所述阀系统被配置成：/n在第一时间段期间，将所述露点控制区管的所述第二端部联接到所述MCCTS的所述第一端部，并且/n在所述第一时间段之后的第二时间段期间，将所述MCCTS的所述第一端部联接到所述化学分离柱。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171025 US 62/576,7691.一种化学分析系统，包括：
阀系统；
露点控制区，所述露点控制区包括管，所述管具有第一端部和第二端部，其中所述露点控制区管的所述第一端部流体联接到样品源，并且所述露点控制区的所述第二端部联接到所述阀系统；
多毛细管柱捕集系统(MCCTS)，所述MCCTS包括第一端部和第二端部，所述MCCTS的所述第一端部流体联接到所述阀系统；
化学分离柱，所述化学分离柱具有第一端部和第二端部，所述化学分离柱的所述第一端部流体联接到所述阀系统；以及
检测器，所述检测器联接到所述化学分离柱的所述第二端部，其中所述阀系统被配置成：
在第一时间段期间，将所述露点控制区管的所述第二端部联接到所述MCCTS的所述第一端部，并且
在所述第一时间段之后的第二时间段期间，将所述MCCTS的所述第一端部联接到所述化学分离柱。


2.根据权利要求1所述的化学分析系统，其中：
在所述第一时间段期间，所述样品沿从所述露点控制区的所述第一端部到所述MCCTS的所述第二端部的前进方向流动，并且
在所述第二时间段期间，所述样品沿从所述MCCTS的所述第二端部到所述MCCTS的所述第一端部的相反方向流动。


3.根据权利要求1所述的化学分析系统，其中：
在所述第一时间段期间，所述露点控制区的温度为在25至35摄氏度的范围内，并且所述MCCTS的温度比所述露点控制区的温度高5至10摄氏度，并且
在所述第二时间段期间，所述MCCTS的温度为在100至300摄氏度的范围内。


4.根据权利要求1所述的化学分析系统，其中所述化学分析系统被配置成在处于或高于25摄氏度的温度下操作。


5.根据权利要求1所述的化学分析系统，其中所述化学分析系统不包括用于将所述系统的任何部分冷却至低于环境温度的装置。


6.根据权利要求1所述的化学分析系统，其中所述MCCTS包括：
第一毛细管柱，所述第一毛细管柱具有第一端部和第二端部，所述第一端部位于所述MCCTS的所述第一端部处，所述第一毛细管柱具有对所述样品的一种或多种化合物的第一亲和力；以及
第二毛细管柱，所述第二毛细管柱具有第一端部和第二端部，所述第一端部流体联接到所述第一毛细管柱的所述第二端部，所述第二端部位于所述MCCTS的所述第二端部处，所述第二毛细管柱具有对所述样品的所述一种或多种化合物的第二亲和力，所述第二亲和力大于对所述样品的所述一种或多种化合物的所述第一亲和力。


7.根据权利要求1所述的化学分析系统，还包括：
热解吸装置，所述热解吸装置被配置成保持所述样品源，所述热解吸装置被配置成在所述样品源和所述露点控制区的所述第一端部之间提供流体联接。


8.根据权利要求1所述的化学分析系统，其中所述露点控制区的所述管包括惰性毛细管。


9.根据权利要求1所述的化学分析系统，其中：
在所述第一时间段期间，所述露点控制区的相对湿度高于所述MCCTS的相对湿度。


10.根据权利要求1所述的化学分析系统，其中：
当由所述样品源保持时，所述样品包含第...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·B·卡丁，
申请(专利权)人：因泰科设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US