气相色谱系统测试方法

一、气相色谱系统介绍：气相色谱法是一种*的用于鉴定材料样品的化学组成的方法，并且已经应用在依赖于鉴定化合物的各种行业中。气相色谱过程包括蒸发以及将材料样品引入色谱柱中，其中该材料样品通过一种惰性的气态载体如氮气(N2)、氢气(H。)(H。)或氦(He)的流动而被输送穿过该柱。现代气相色谱仪典型地采用熔融石英毛细管柱进行样品材料的分离。在使用这样的柱时，往往有必要将大量的样品分流以避免探测器饱和或柱的相饱和，或将供应气体的大部分分流以避免由于残留的溶剂蒸汽或低蒸汽压力的基质（如油）所造成的基线升高。实际上，大部分消耗的气体没有直接参与色谱法而被排除到大气中。例如，一种典型的气相色谱仪将50ml／min或以上的气体分流且在色谱法中或许仅利用Iml／min，相当于50：1的分流比。因此，这种色谱仪将排出的是携带样品经过色谱柱用于分析所实际需要的气体量的50倍。在许多气相色谱仪上发现的一个典型地称为“省气装置"自动化特征允许在注入后设置更低的分流流量，以节省气体。尽管省气装置特征导致消耗较低量的氦气，但己知在使用低分流流量和接着发生的随后的污染程度（如基线的提高）之间存在折中。因此，在分析上希望的是保持较高的分流流量，但经济上希望的是使用较低的分流流量。因此，希望的是使用50标准立方米／分钟(sccm)或更大的高分流流量，并提供一种用于再循环大部分用过的气体的装置。二、气相色谱系统特征：1、已经有一些对采用载气再循环的系统的描述。例如，以发明人Bonmati等人的名义发布的美国号4，230，464描述了一个使用高气体流速和大量载气（5与200立方米载气／小时之间）的工业规模的制备型色谱仪。纯化应用于已经在大规模物理分离和纯化已知成分（与实验室分析设置相反，是针对于鉴定和量化大大不同的基质中的恒量化学成分）的色谱过程中使用过的气体。以发明人Wilson的名义发布的美国号6，063，166描述了在利用金属氢化物存储系统的系统中的氢气闭合回路再循环。以发明人Bostrom等人的名义发布的美国申请公开2007／0125233A1描述了用于地下流体原位分析的现场便携式“井下"仪器，该原位分析使用温度固定的金属氢化物储存器(reservoir)作为载气体源和载气储存器。以发明人Wilson的名义发布的美国号6，074，461教导了耦合到色谱仪上的气体再循环系统的用途，其中这些再循环系统包括用于执行载气纯化和载气增压的相应任务的*级和第二级。Wilson进一步指出，气体纯化级可以根据在色谱仪的具体实施方案中可操作的特定载气而设计，并且可以包括一个填充阱(如分子筛(moleseive))、一个膜或类似的仅可渗透氢气的装置、一个氦气吸气器、一个设计用于清洁为另一种载气优化过的氦气的填充床阱、或一个仅对传送氦气有效的聚合物屏障。现有技术的上述气体纯化方法在Bonmati等人的情况下受到低效率和可扩展性差的困扰，而且在Bostrom等人和Wilson的情况下受到成本、复杂性、分析缺陷和／或安全性的困扰。当考虑基于氢的再循环系统时，情况就是这样。2、当作为气相色谱仪的载气使用时，氢气存在一种潜在的火灾或爆炸的危险，并与其他一些分析缺陷有关。己知，例如，如果氢气载气用于气相色谱／质谱法(GCMS)应用时，灵敏度下降，且在入口（如加氢）或离子源（如脱卤化氢）中可发生不利化学反应。因此，对于许多常规实验室或现场分析的目的，希望的是*使用氦气作为载气。令人遗憾的是，氦气的成本增加，导致将此气体用作气相色谱的载体变得过分地昂贵，特别是在一些发展中国家，例如一个单柱的气体可能要花费高达500欧元。现有技术中描述的气体纯化的传统方法（如氦气吸气）利用活性金属合金来确保从另外的纯氦中去除恒量污染物。由于能力有限和在这些类型的阱中发生的不可逆化学反应，这种技术对于洗涤多个微升的数量的溶剂是不切实际的。同样地，常规设计的分子筛阱被普遍采用并且对于去除被强力吸附的痕量污染物是有用的，但更轻的、更弱键合的化学物质可在相对短的时间间隔内贯穿这些阱，除非使用大量的吸附剂，或在阱的周围保持低温条件。由于合成多孔聚合物的成本高，因此，这种本质的大容量直列式(in-line)阱也是不切实际的。3、再压缩所再循环的气体流中涉及的压缩循环必要地是一个闭环系统，以防止引入大气气体，否则这些大气气体就会污染气体流。现有技术的泵送系统采用的转动叶片泵、柱塞泵等，由于需要油基润滑剂而具有成本和倾向于将烃类污染物引入气流中的缺点。另外地，这些泵为自由运行类型的泵，在泵的气体采集侧施加了真空。不对气相色谱仪的电子压力控制进行特殊修改以应对减压，或不提供用于对输送至泵的流进行节流的复杂装置，这些方法不能用于GC和GCMS单元的现有设备。4、因此，在大多数现有的常规实验室或现场色谱仪中，进一步希望的是采用氦气再生及再循环系统。为了增加便携性和多功能性并尽可能降低运行成本，该氦气再生及再循环系统应该(a)容易适应几乎任何分析性气相色谱仪系统，而不干扰该色谱系统的正常运行，(b)应该包括用于对再生氦气的纯度进行定期的自行分析的设备，并且(C)应该允许重新产生该再生系统的洁净品质，使得不需要大量的吸收剂。本发明解决了这些需求。发明内容5、本披露提供了能够在气相色谱仪注入周期过程中和之后收集相对纯净的分流气体氦气的方法和系统。这些方法和系统可以使氦气柱能够使用长达数年而无需更换。例如，根据本传授内容的一种示例性系统从气相色谱仪的分流出口(split vent)和隔垫吹扫输出端在基本上大气压力下收集氦气（连同残留溶剂和分析物一起）、再压缩所收集的气体、纯化该氦气至适当的纯度、并且将纯化后的气体再次引入气相色谱仪的上游。6、在本仪器的*方面，披露了一种对用作气相色谱仪的载气的氦气进行收集、重新加压、纯化和再利用的系统，该气相色谱仪具有一个载气入口和至少一个排气口(outletvent)，该排气口包括一个分流出口或一个隔垫吹扫出口，该系统包括一个纯化的氦气体源，用于将纯化的氦气提供到该载气入口，该系统的特征在于：(i)一个柔性气囊，其包括一个气囊内部，该气囊内部流体连接到至少一个排气口，从而从其接收携带有氦气的气体；(ii) -个隔室，其包括一个隔室内部，该气囊被包含在该隔室内部中；(iii)-个加压空气或气体源，该加压空气或气体源流体连接到该隔室内部并且且是可操作的以便将所述加压空气或气体供应到该隔室内部，从而压缩该含有携带有氦气的气体的气囊；(iv)一个气体储存器，其流体连接到该气囊内部，从而从该压缩的气囊的内部接收携带有氦气的气体；以及(v)至少一个气体纯化模块，其流体连接到该气体储存器，从而从该气体储存器接收该携带有氦气的气体，并且是可操作的以便从该携带有氦气的气体中除去除氦气以外的气体组分，其中该至少一个气体纯化模块的一个出口流体连接到该载气入口上。7、根据本传授内容的一种系统的一个收集和再压缩部分可以包括一个气体阻隔袋，该气体阻隔袋包含被收纳在一个袋安全容器(containment vessel)内的一种膜材料。优选地，该膜材料包括一种柔性的气体阻隔材料，例如Tedlar⑩，或更优选地一种低渗透性金属箔一聚合物叠层薄膜，例如来自sorbentsystems. com.的PAKVF4。用从分流出口和隔垫吹扫输出端收集的气体使袋膨胀，这允许在注入时间周期后在基本上大气压力下收集氦气。这允许在注入后的时间间隔过程中进行收集，其中柱头压力对保持正确的柱流量是至关重要的，而分流流量不是。在接近大气压力下进行收集还允许在此披露的系统被用在现有的气相色谱仪上，而无需对气相色谱仪的任何分流和吹扫控制进行过多修改。利用随后通过一个阀与该分流出口和隔垫吹扫出口分离的袋，使用低成本的空气压缩机或室内空气供应来加压该安全容器，从而进行该膜的气体压缩。该气体袋的压缩导致所收集的气体部分通过一个单向止回阀而转移到一个储存器。压缩空气可以从该安全容器中排出而进入一个噪音抑制器，且必要时重复这个循环。压缩机和阀操作可以被配置成光学地启动或通过该膜附近的一个簧片开关或接触开关而启动。可替代地，可以设置一个简单的定时器机构来与所确立的气体流量一致地间歇性地压缩该膜。