CN203870077U - 一种用于检测痕量磷化氢的二次冷阱富集与gc-fid联用装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于磷化氢检测技术领域，公开了一种用于检测痕量磷化氢的二次冷阱富集与GC-FID联用装置。所述的二次冷阱富集与GC-FID联用装置将GC-FID分析系统的载气系统与冷阱二次富集系统的六通阀相连，二次冷阱的出口通过毛细管连接到GC-FID分析系统的气相进样器。所述联用装置的冷阱二次富集系统与GC-FID分析系统的载气均通过GC-FID分析系统的载气系统进行设定和控制，气压和气体流速控制更加精确稳定，而且能与GC-FID分析系统更好的配合，大大提高了系统的重现性和稳定性。
Description
技术领域
本实用新型属于磷化氢检测技术领域，具体涉及一种用于检测痕量磷化氢的二次冷阱富集与GC-FID联用装置。
背景技术
磷化氢(PH3)是磷元素在自然环境中的一种重要的还原态形式，这一观点已经被普遍接受。自从1988年Devai等人在污水厂挥发物中首次检测到磷化氢的存在，越来越多的科研人员参与到了磷化氢相关领域的研究当中。对磷化氢的研究不仅对于了解磷元素在自然界中循环有着重要的地球化学意义，同时也为目前日益严重的水体富营养化问题的解决提供了一种新的解决方向。
磷化氢定量及定性分析方法主要有钼蓝比色法和气相色谱法。前者操作复杂、耗时长、灵敏度低不适用于大量样品和低浓度样品的测定；后者方便快捷，但样品预处理复杂，而且由于磷化氢容易受外界因素如光和氧气等的影响，目前仍未将其作为磷化氢分析的标准方法。钼蓝分光光度法测定磷化氢的原理是将其他磷化氢与强氧化剂接触，形成正磷酸盐，再用分光光度计间接检测得到磷化氢的含量。该方法由于精确度不高，干扰因素多特别是只适用于浓度较高的的场合。
在自然环境中磷化氢的含量十分低，采用钼蓝比色法方法几乎检测不到，这也造成了在气相色谱法出现前，环境领域中对磷化氢的研究起步较晚。但经过数十年的发展，气相色谱法的应用和不断进步，带动了磷化氢检测技术的不断完善。
实用新型内容
为了解决现有技术的缺点和不足之处，本实用新型的目的在于提供一种二次冷阱富集与GC-FID联用装置。
本实用新型目的通过以下技术方案实现：
一种用于检测痕量磷化氢的二次冷阱富集与GC-FID联用装置，包括冷阱二次富集系统和GC-FID分析系统，所述冷阱二次富集系统由样品进样装置、六通阀、一次冷阱和二次冷阱组成，一次冷阱和二次冷阱内设置温度在线检测器；所述GC-FID分析系统由气相进样器、色谱柱、火焰离子化检测器(FID)和GC-FID分析系统的载气系统组成，六通阀的接口分别连接样品进样装置、一次冷阱的进口和出口、二次冷阱的进口和GC-FID分析系统的载气系统，二次冷阱的出口通过毛细管连接到GC-FID分析系统的气相进样器。
所述一次冷阱或二次冷阱由富集毛细管柱和冷阱杯组成，毛细管柱置于冷阱杯中，冷阱杯中倒入液氮，冷阱杯可置于升降台上，并通过升降台调节冷阱杯中液氮液面与毛细柱间的距离来实现冷阱温度的恒定，所述富集毛细管柱优选长度为100cm，直径为0.53mm，内填充Al2O3-Na2SO4的毛细管柱(KromatCorporation)；所述温度在线检测器控制系统使用Pt100热电阻温度测定仪。
所述冷阱二次富集系统的样品进样装置前可设置磷化氢富集的前处理装置，所述前处理装置为两个串联的干燥管(50mm×4mm)，干燥管内装有多孔载体NaOH颗粒干燥剂。
一种用上述二次冷阱富集与GC-FID联用装置检测痕量磷化氢的方法，具体检测步骤为：通过GC-FID分析系统的载气系统设定及控制气路中的载气流量为1.5mL/min，然后磷化氢检测样品通过样品进样装置进入六通阀，在载气带动下进入一次冷阱进行一次富集，一次富集后，转动六通阀到相应的位置，将富集的磷化氢检测样品进行热解析并在载气带动下通过六通阀进入二次冷阱进行二次富集，一次冷阱和二次冷阱的温度均控制为-90℃，二次富集完成后进行热解析，热解析后的检测样品在载气带动下从GC-FID分析系统的气相进样器进入色谱柱，在柱温90℃条件下进行分离，最后进入火焰离子化检测器(FID)在220℃下进行检测。
通过本实用新型的装置具有如下优点及有益效果：
(1)本实用新型的检测装置中，载气均通过GC-FID分析系统的载气系统进行设定和控制，相比现有技术中的外接载气，气压和气体流速控制更加精确稳定，而且能与GC-FID分析系统更好的配合，大大提高了系统的重现性和稳定性；
(2)采用本实用新型的装置，可降低磷化氢的检出限并大幅度提高磷化氢检测的精度；
(3)本实用新型的GC-FID分析系统采用火焰离子化检测器(FID)，具有结构简单、操作方便、价格经济等优点，同时又对气体流速、压力和温度变化不敏感，降低了环境中痕量磷化氢检测分析的操作难度和经济成本，为更多研究人员参与到环境中磷化氢的研究提供了便利。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中二次冷阱富集与GC-FID联用装置的主体结构示意图。
图中标记说明如下：1-样品进样装置；2-六通阀；3-一次冷阱；4-二次冷阱；5-温度在线监测器；6-气相进样器；7-色谱柱；8-火焰离子化检测器(FID)；9-GC-FID分析系统的载气系统；①-⑥代表六通阀的6个接口。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种用于检测痕量磷化氢的二次冷阱富集与GC-FID联用装置，包括冷阱二次富集系统和GC-FID分析系统，所述冷阱二次富集系统由样品进样装置1、六通阀2、一次冷阱3和二次冷阱4组成，一次冷阱和二次冷阱内设置温度在线检测器5；所述GC-FID分析系统由气相进样器6、色谱柱7、火焰离子化检测器(FID)8和GC-FID分析系统的载气系统9组成，六通阀的接口方式为：在①号接口连接样品进样装置，②号接口为废气排放口，③号接口连接二次冷阱的进口，④号接口连接GC-FID分析系统的载气系统，⑤号接口连接一次冷阱的出口，⑥号接口连接一次冷阱的进口，二次冷阱的出口通过毛细管连接到GC-FID分析系统的气相进样器。
本实施例的二次冷阱富集与GC-FID联用装置用于检测痕量磷化氢的方法：
气体检测样品注入六通阀前，先通过GC-FID分析系统的载气系统设定气路中的载气流量为1.5mL/min，气体检测样品通过样品进样装置和六通阀后在载气带动下进入一级冷阱，在一级冷阱中进行一次富集，一次富集后，转动六通阀到相应的位置，将一次富集后的样品热解析并在载气带动下经过六通阀进入二次冷阱内进行二次冷阱富集，一次冷阱和二次冷阱的温度均控制为-90℃，二次富集后，触发气相色谱仪使其处于采集状态，热解析二次富集后的气体样品，在载气带动下从GC-FID分析系统的气相进样器进入色谱柱，在柱温90℃条件下进行分离，最后进入火焰离子化检测器(FID)在220℃下进行检测。
实施例2
本实施例的一种用于检测痕量磷化氢的二次冷阱富集与GC-FID联用装置，包括冷阱二次富集系统和GC-FID分析系统，冷阱二次富集系统由样品进样装置、六通阀、一次冷阱和二次冷阱组成，一次冷阱和二次冷阱内设置Pt100热电阻温度测定仪，一次冷阱和二次冷阱由长为100cm，直径为0.53mm，内填充Al2O3-Na2SO4的富集毛细管柱和冷阱杯组成，毛细管柱置于冷阱杯中，冷阱杯中倒入液氮，冷阱杯置于升降台上，并通过升降台调节冷阱杯中液氮液面与毛细柱间的距离来实现冷阱温度的恒定；GC-FID分析系统由气相进样器、色谱柱、火焰离子化检测器(FID)和GC-FID分析系统的载气系统组成，六通阀的接口分别连接样品进样装置、二次冷阱进口、GC-FID分析系统的载气系统、一次冷阱的进口和出口，二次冷阱的出口通过毛细管连接到GC-FID分析系统的气相进样器。所述联用装置的样品进样装置前还设置两个规格为50mm×4mm的串联干燥管，干燥管内装有多孔载体NaOH颗粒干燥剂(MerekKGaA，64271Darmstadt，Germany)。
本实施例的二次冷阱富集与GC-FID联用装置用于检测痕量磷化氢的方法，具体检测步骤为：
(1)测试前准备
首先进行设备外围检查，包括气体样品、液氮和气相色谱使用的氢气、高纯氮气和干燥空气，检查液氮罐和气瓶的容量保证使用过程不至中断，同时定期检查其阀门保证实验安全。开机预热，打开GC，点火后下载实验程序方法，预热1～2h，观察在GC基线稳定后方可开始测试样品。基线稳定后，准备冷阱，首先将液氮倒入冷阱杯中，将冷阱放置在升降台上，缓慢将冷阱升起，使得毛细管浸入冷阱中，待温度下降到零下90℃方可开始进样。
(2)进样与第一次富集
气体检测样品注入样品进样装置前，首先经过两个串联的规格为50mm×4mm的干燥管，管内装有多孔载体NaOH颗粒(Merek KGaA，64271Darmstadt，Germany)，以除去CO2、H2O、H2S气体。通过GC-FID分析系统的载气系统控制气路中的载气流量为1.5mL/min，过滤后的气体通过六通阀后在载气带动下进入一级冷阱，在一级冷阱的富集毛细管柱中进行富集(富集行为包括了在低温条件下吸附在毛细管表面和达到沸点后液化)，富集柱是一段长为100cm，直径为0.53mm，内填充Al2O3-Na2SO4的毛细管(Kromat Corporation)，本次富集将磷化氢与碳氢化合物、氧气、氮气等沸点更低的气体分离。从进样后开始计时，富集时间1min。
(3)二次富集
一次富集后，转动六通阀到相应的位置，降下一次冷阱的冷阱杯使得富集毛细管柱露出，用暖风均匀吹扫富集毛细管柱表面使其温度上升至室温，富集在毛细管柱中的磷化氢在升温后迅速从毛细管脱附和气化，在载气带动下经过六通阀进入二次冷阱的富集毛细管柱内进行二次冷阱富集，通过二次冷阱富集提高磷化氢的富集率，增加响应信号值。从暖风吹扫开始计时，富集时间1min。
(4)进入气相色谱
二次富集后，触发气相色谱仪使其处于采集状态，降下二次冷阱的冷阱杯使得富集毛细管柱露出，用暖风均匀吹扫富集毛细管柱表面使其温度上升至室温。原富集在毛细管中的磷化氢在升温后迅速从毛细管脱附和气化，在载气带动下从GC-FID分析系统的气相进样器进入色谱柱在柱温90℃下进行分离，最后进入火焰离子化检测器(FID)在220℃下进行检测。测定实际样品前需要测试磷化氢标准校正样品，以确定磷化氢的出峰时间，同时制作磷化氢浓度检测的标准曲线。当测定实际样品时，将气相色谱仪测得的样品峰值与标准曲线比对得出样品浓度值。
由本实施例的检测设备和方法分别对广州地区典型水稻田中水稻处于各生长期时的水稻土结合态磷化氢(MBP)的含量进行检测，检测前先将水稻土制备成气体检测样品，具体制备步骤为：采集新鲜水稻土壤样品，将1g样品放入消解管中，利用5mL浓度为0.5mol/L的H2SO4溶液在消解管内对其进行加热消解，用高纯氮气带出消解得到的气体，最后将这些气体(即结合态磷化氢释放出的气体磷化氢)通过本检测系统进行检测。检测结果如表1所示。
表1水稻土结合态磷化氢(MBP)含量检测结果
系统重复性和稳定性验证：
实验组：选取磷化氢浓度为1.39ng/m3的标准样品和实施例2中的拔节期样品采用实施例2中的设备和方法进行测定，进样量为60ml，样品重复测定4次，分析各样品的变异系数，结果用峰面积的相对标准偏差(RSDs)表示。
对比组：检测设备和方法与实施例2的区别是二次冷阱富集系统通过外接载气提供动力而不与GC-FID分析系统的载气系统相连。
实验组及对比组结果如表2所示。
表2实验组及对比组系统重复性和稳定性验证结果
由表2结果可看出，实验组样品峰面积的相对标准偏差为4.289％和5.367％，得到的变异系数均在可接受范围，说明本方法具有良好的重复性和稳定性，且与对比组相比，本实用新型装置及方法的重复性和稳定性更好。
检出限验证：
对浓度为1.39ng/m3的磷化氢标准气体按实施例2的设备和方法进行测定，进样体积为30mL、60mL、90mL、120mL和150mL，磷化氢峰面积和进样体积间的线性方程为：y＝579.773x-221.000，其中x为磷化氢进样体积(mL)，y为峰面积(pA)，拟合系数(R Square)＝0.9996，检出限为0.0417pg。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于检测痕量磷化氢的二次冷阱富集与GC-FID联用装置，包括冷阱二次富集系统和GC-FID分析系统，其特征在于：所述冷阱二次富集系统由样品进样装置、六通阀、一次冷阱和二次冷阱组成，一次冷阱和二次冷阱内设置温度在线检测器；所述GC-FID分析系统由气相进样器、色谱柱、火焰离子化检测器和GC-FID分析系统的载气系统组成，六通阀的接口分别连接样品进样装置、一次冷阱的进口和出口、二次冷阱的进口和GC-FID分析系统的载气系统，二次冷阱的出口通过毛细管连接到GC-FID分析系统的气相进样器。
2.根据权利要求1所述的一种二次冷阱富集与GC-FID联用装置，其特征在于：一次冷阱或二次冷阱由富集毛细管柱和冷阱杯组成，毛细管柱置于冷阱杯中，冷阱杯中倒入液氮，冷阱杯置于升降台上。
3.根据权利要求2所述的一种二次冷阱富集与GC-FID联用装置，其特征在于：所述富集毛细管柱是指长为100cm，直径为0.53mm，内填充Al2O3-Na2SO4的富集毛细管柱。
4.根据权利要求1所述的一种二次冷阱富集与GC-FID联用装置，其特征在于：所述冷阱二次富集系统的样品进样装置前设置两个串联的干燥管，干燥管内装有多孔载体NaOH颗粒干燥剂。
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