該發(fā)明涉及一種便攜式多模式采樣器，具有氣體直接采樣、頂空模式采樣、固相微萃取模式采樣三種模式功能，用于氣體采樣或液體類、固體類樣品中揮發(fā)/半揮發(fā)性組分的富集采樣。氣體分析檢測領域中，首要解決的問題是氣體（或氣態(tài)）組分的樣品采集與富集技術。

背景技術：

無論是涉及工農業(yè)生產(chǎn)領域，還是環(huán)境保護日常監(jiān)測，或是科學研究與公共安全等國計民生的各行各業(yè)，無不接觸到氣體、液體、固體類樣品的分析檢測，特別是對其中的揮發(fā)/半揮發(fā)性組分的分析檢測工作，已成為分析檢測工作者的一項艱巨的任務。如何科學、準確、高效、快捷地完成樣品中揮發(fā)性組分的富集與采集？已成為分析領域的關鍵一環(huán)，其直接關系到后續(xù)最終檢測結果的好壞與成敗。目前，用于揮發(fā)/半揮發(fā)性組分的專用檢測分析儀器（如氣相色譜儀、氣相色譜質譜聯(lián)用儀）對于通過進樣方式導入其中的揮發(fā)/半揮發(fā)性組分樣品有以下要求：一是揮發(fā)性組分的濃度要大于儀器的最低檢出限；二是揮發(fā)性組分的采樣體積要準確，否則，不能準確定量；三是導入的揮發(fā)性組分中不能含有水蒸氣或允許含有極微量的水蒸氣，否則損壞儀器；四是為了提高分析檢測的效率，要求單個樣品的檢測時間要縮短，這就要求對揮發(fā)性組分的采樣做到選擇性的精準采集，即要檢測的目標組分充分采集，非目標組分盡可能少采集或不采集，使得導入儀器中的雜質組分相對大大減少，從而縮短樣品的檢測時間和儀器的準備時間；五是揮發(fā)性組分擴散性強不宜采集，且受外界溫度影響大，不宜儲存和運輸，這為分析檢測工作帶來了很大困難；六是一些特殊行業(yè)如軍事、公共安全、科學考察、應急等要求現(xiàn)場及時快速完成樣品采集，即要求樣品采集的時效性很強。

目前該技術領域現(xiàn)有的揮發(fā)性組分采樣器主要有以下四種：一種是氣密針構造的采樣器，如圖1所示；第二種是定量環(huán)構造采樣器，如圖5所示；第三種是萃取纖維吸附原理采樣器，如圖3所示；第四種是基于真空泵構造的氣體吸附管采樣器，如圖4所示。上述四種用于樣品中揮發(fā)性組分的采樣器均不能全部滿足上述幾點采樣要求，每種采樣器只能解決部分采樣問題，因此，其行業(yè)通用性受到局限，不能廣泛被推廣使用，同時用戶為解決所有采樣問題，不得不化費高昂費用來購置所有采樣器，使得分析成本居高不下。下面以圖為例逐一具體分述。

如圖1所示，氣密針構造的采樣器。其核心由一個供放置樣品瓶的溫控加熱裝置（a），一個具精密刻度的氣密采樣針（c）及其溫控加熱裝置（b）構成，所有的溫控裝置的溫度可設定，氣密針的采樣體積可經(jīng)手動或自動頂空進樣器裝置設置。其定量原理是通過外界大氣壓或揮發(fā)性組分的飽和蒸汽壓與氣密針管內的大氣壓之間的壓差，將一定體積的組分壓入氣密針內。其缺點是，沒有采用質量流量計定量，其結果準確度要差，在日常要求不高的情況下可以使用，但對某些高精確度要求，不能滿足。如將一定量體積（v液）(a2)的液體類樣品加入合適體積（v瓶）的樣品瓶中（a1），密閉之，將其放入已設定好某個溫度（t℃）的加熱裝置中（a）加熱并計時，此時，氣密采樣針的溫控裝置的溫度設置與樣品加熱裝置相同，即（t℃），計時結束后，啟動氣密采樣針密封墊至某一刻度，完成樣品中揮發(fā)性組分的采樣，如采樣體積為v氣。這里的v氣是v液在t℃下，揮發(fā)出的所有組分的總合，包括目標組分與雜質組分，且含有大量的水蒸氣。即不能實現(xiàn)化學選擇性的精準采樣。另一個問題是氣密針采樣完成后，必須快速將樣品導入后續(xù)儀器進行分析，否則，樣品會經(jīng)針孔泄漏。因此，該采樣器不能滿足采樣后樣品儲存或運輸。

如圖5所示，定量環(huán)構造的采樣器。其采樣原理與氣密針構造的采樣器類似，其優(yōu)點是定量環(huán)采樣后兩端密封，樣品不會泄露，采樣體積可經(jīng)自動機械裝置設定；其缺點是采樣體積不能任意設定，采樣體積是固定的，方法優(yōu)化時不方便。該采樣器只能與其它主檢測儀器在線使用，不能用于現(xiàn)場、野外采樣。其它方面面臨著與氣密針采樣器相同的技術問題，。

如圖3所示，萃取纖維構造的采樣器。其核心構成由一個供放置液體類樣品瓶的溫控加熱裝置（a），一個裝有用于揮發(fā)性組分采樣的吸附纖維裝置,由手柄（e）、直徑為0.7mm的不銹鋼針（e1）和吸附纖維（e2）構成，其中的吸附纖維由中間部分直徑0.5mm左右的石英玻璃（或鎳合金）纖維，和外周包被的一定膜厚的具有化學選擇性吸附的有機吸附劑構成。其采樣原理是通過計時萃取纖維吸附揮發(fā)性組分的吸附時間來完成的。其優(yōu)點是：解決了現(xiàn)場采樣問題，以及采樣后樣品儲存和運輸問題。缺點是：單個樣品的吸附采樣時間很長，定量時，定量方法繁瑣，且重現(xiàn)性較差；萃取纖維的機械強度脆弱，實際應用中非常易斷，加之售價昂貴，導致后續(xù)使用成本極高，不能廣泛被推廣；采樣過程中不能解決水蒸氣干擾的問題；萃取纖維的種類很少，應用范圍受限；時效性差，不能滿足一些特殊行業(yè)的使用。

如圖4所示，基于真空泵構造的氣體吸附管采樣器。其由一個供放置液體類樣品瓶的溫控加熱裝置（a），一個可以設定采樣體積的真空采樣泵（g），以及內部填充有選擇性吸附劑的用以吸附揮發(fā)性組分的吸附管（f）構成。該技術解決了樣品吸附的選擇性采樣，但仍存在一些局限。如水蒸氣的存在；吸附管容積相對較大，組分擴散嚴重；真空泵仍遵循著樣品飽和蒸汽壓與外界大氣壓的壓差原理來工作，因此，仍不能做到精確定量；吸附管采樣后，除分析所用主色譜儀之外，還需配備其它專用的昂貴的樣品處理設備，分析檢測成本會極大增加；不能用于現(xiàn)場采樣。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述目前的幾種用于揮發(fā)性組分的采樣器存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種便攜式的多模式采樣器?？山鉀Q精準采樣，現(xiàn)場采樣，野外采樣的問題，使用成本低，滿足更多行業(yè)用戶的需要。

本發(fā)明提供了一種具有選擇性吸附劑的采樣部件的便攜式采樣器。包括：基于一個內置式微控制系統(tǒng)為控制核心的，至少一個富集針連接裝置及其管路連接、一個富集管連接裝置及其管路連接、一個采樣模式切換部件、一個在線氣體過濾器、一個氣體質量流量控制器、一個抽氣泵、一個具有溫控功能的樣品瓶加熱裝置、一個萃取纖維采樣裝置(含手柄和萃取纖維)和一個內置可充電電源裝置。上述構建被布局安裝在一個手提箱內，可以隨身攜帶。該發(fā)明具有氣體直接采樣、頂空模式采樣、固相微萃取模式采樣的三種功能一體機。

本發(fā)明所揭示的具有選擇性富集性能的采樣部件，可以是富集針、富集管、萃取纖維、富集膜。

本發(fā)明可以解決組分擴散嚴重的問題。采樣針尺寸很小，一般直徑約0.7mm，長度50-70mm長；采樣管的直徑為3-4mm,長50-60mm,且顆粒細?。惠腿±w維直徑0.5mm,涂層厚度50-100um；富集膜厚度0.001-0.005英寸；這些構造具有更大的吸附活性位點的比表面積，形成更高濃度的組分吸附帶；另一方面，更少的吸附劑，大大減少了雜質的吸附，凈化時，只需要幾分鐘的時間，大大縮短儀器準備時間，提高工作效率。再者，單個吸附針或吸附管的成本較低，以及整體裝置的成本不高，因此，大大降低了使用者的成本。

本發(fā)明在樣品盛放容器的設計上，提供了更多的容器選擇方案，如配套2ml、6ml、10ml、20ml樣品瓶，因此拓寬了應用領域。

本發(fā)明在整套裝置的控制系統(tǒng)方面，提供了一種更簡潔的、成本更低的內置式微處理器單元。

以上關于本發(fā)明內容的說明及以下的實施方式的說明，用以示范和解釋本發(fā)明的精神與原理，并且提供本發(fā)明的保護范圍作進一步解釋。

附圖說明

圖1為示出傳統(tǒng)的頂空針采樣模式示意圖；

圖2為示出本發(fā)明樣品靜態(tài)頂空和動態(tài)頂空富集采樣模式的示意圖；

圖3為示出傳統(tǒng)的萃取纖維頭采樣模式示意圖；

圖4為示出傳統(tǒng)的真空采樣泵的吸附管采樣模式示意圖；

圖5為示出傳統(tǒng)的定量環(huán)采樣模式示意圖；

圖6為示出本發(fā)明便攜式多模式采樣器的分解示意圖；

其中附圖說明如下：

a樣品加熱器a1頂空樣品瓶a2液體/固體樣品a3捕集針

a41/16”不銹鋼管或peek管b頂空針加熱器

c頂空針d定量環(huán)采樣器d1定量環(huán)e萃取纖維采樣器

e1不銹鋼針頭e2纖維膜f吸附管g真空采樣泵

(1)樣品瓶(1a)磁力攪拌器

(2)樣品瓶加熱器(3)溫控器

(4)磁力攪拌控制器(5)系統(tǒng)微控制器

(6)質量流量計(7)抽氣泵

(8)調壓閥(9)功能切換器

(10)電磁控制閥(11)在線過濾器

(12)采樣部件連接件(13)惰性耐腐蝕管路。

具體實施方式

圖6為該發(fā)明一種便攜式多模式采樣器的整體結構分解示意圖。圖2為本發(fā)明的靜態(tài)頂空和動態(tài)頂空模式下的富集針采樣示意圖。請參閱圖1、圖2，本實施例的一種便攜式多模式采樣器用以解決精準采樣，現(xiàn)場采樣，野外采樣的問題，拓寬多種模式采樣需求，且使用成本低，滿足更多行業(yè)用戶的需要。

本發(fā)明一種便攜式多模式采樣器包括：基于一個內置式微控制系統(tǒng)（5）為控制核心的，至少一個捕集針連接裝置（a3）及其管路(13)連接、一個吸附管連接裝置及其管路連接（12）、一個采樣模式切換部件(9)、一個在線氣體過濾器(11)、一個電磁閥（10）、一個壓力調節(jié)器（8）、一個氣體質量流量控制器(6)、一個抽氣泵(7)、一個具有溫控功能的樣品瓶加熱裝置(2)、一個溫控器（3）、一個磁力攪拌器（14）及其控制器（4）、一個萃取纖維采樣裝置(含手柄和萃取纖維)和一個內置可充電電源裝置（15）。該發(fā)明具有氣體直接采樣、頂空模式采樣、固相微萃取模式采樣的三種功能一體機。

圖6所示，直接氣體采樣時，本實施例采用吸附管采樣，通過惰性管路（如1/8“ptfe或feb或peek或銅管材質）與吸附管連接裝置（12）和在線過濾器相連，本發(fā)明采用了快速接頭的連接方式，便于不同采樣模式間的更換。功能切換器(9)可以在i、ii兩種模式間切換，模式i為關閉外源氣（氮氣或氦氣），模式ii為打開外源氣（氮氣或氦氣）。（1）為不同規(guī)格的樣品瓶加熱位，可靈活更換2ml、6ml、10ml、20ml、40ml不同規(guī)格樣品瓶，通過溫控器（3）可設置不同的加熱溫度，如需攪拌加熱，可經(jīng)磁力攪拌器（4）設置攪拌速率。采樣體積和采樣體積經(jīng)內置式的微控制器（5）的面板設定，通過質量流量計（6）內部的流量傳感器來相互通訊反饋，從而保證流量的精準、采樣體積的精準。

圖2-1所示為液體/固體類樣品的靜態(tài)頂空模式下的樣品采集，本實施例中示意捕集針采樣，但不局限于捕集針，也可選用吸附管采樣部件（12）。捕集針部件（a1）經(jīng)快速接頭與在線過濾器連接（11），功能切換器（9）撥到i位，關閉外源氣路，然后，設定加熱溫度（如50℃），磁力攪拌速率500轉/分，等待熱平衡并計時，計時完畢后，將捕集針的針頭刺穿瓶墊插入樣品瓶內，經(jīng)微控制系統(tǒng)(5)設定好采樣速率、采樣體積，并啟動采樣程序，抽氣泵(7)與質量流量計（6）經(jīng)微控制系統(tǒng)（5）的協(xié)調控制下，完成采樣過程，樣品中的揮發(fā)性組分被捕集針內的吸附填料所吸附，然后，將捕集針取下，兩端用密封帽密封，經(jīng)儲存或運輸?shù)竭_分析地點，或就地隨時進行檢測分析。如選用萃取纖維模式采樣，本實施例中，樣品加熱、磁力攪拌、功能切換、平衡計時操作同上，此時，不需微控制系統(tǒng)（5）、抽氣泵（7）與質量流量計（6）運行。如圖3所示，用手柄（e）將萃取針（e1）插入樣品瓶內，推出萃取纖維（e2），然后計時采樣時間，計時結束后，將萃取纖維抽回針內，拔出萃取針即可，完成樣品采集。

圖2-2所示為液體/固體類樣品的動態(tài)頂空模式下的樣品采集，本實施例中示意捕集針采樣，但不局限于捕集針，也可選用吸附管采樣部件（12）。捕集針部件（a3）插入樣品瓶頂部空間，功能切換器（9）撥到ii位，打開外源氣路，設定調壓閥（8）使外源氣流量適度，微控制器的采樣流量設置、采樣體積設置同上，采樣程序啟動，采樣泵工作，外源氣經(jīng)質量流量計管路（a4）進入樣品瓶內，將樣品中的揮發(fā)性組分穿過捕集針(a3)流出，組分即被填料吸附，達到采樣設定體積時，系統(tǒng)自動停止工作，即完成采樣。

綜上所述，本發(fā)明的一種便攜式多模式采樣器不僅使用操作上簡便快速，提高效率，同時，解決了現(xiàn)場采樣、應急采樣、野外采樣的問題，更為重要的是保證了采樣的高精確度和樣品間良好的采樣重現(xiàn)性。

盡管本發(fā)明以上述實施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，所做的更改和修飾均屬本發(fā)明的保護范圍。關于本發(fā)明所界定的保護范圍請參見所附的權利要求書限定的范圍。