[发明专利]基于离子迁移谱技术的多组分气体检测装置和方法

说明书

本发明提供了基于离子迁移谱技术的多组分气体检测装置和方法，所述多组分气体检测装置包括第一迁移管，所述第一迁移管具有第一进样口、第一漂气进口和第一出口；第二迁移管与所述第一迁移管并列设置，并具有第二进样口、第二漂气进口和第二出口；第一气体通道连通所述第一进样口和第二进样口，待测气体进入所述第一气体通道，第二气体通道连通所述第一气体通道；压力控制单元用于调整进入所述第二气体通道内的气体压力；流量控制单元用于调整所述第一漂气进口、第二漂气进口、第一出口和第二出口处的气体流量。本发明具有灵敏度高等优点。

技术领域

本发明涉及离子迁移谱，特别涉及基于离子迁移谱技术的多组分气体检测装置和方法。

背景技术

恶臭是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快感觉及损害生活环境的异味气体，是典型的扰民污染。实际生产生活中，排放的恶臭物质种类繁多，可以达到4000多种，主要包括硫化氢、氨等无机物，及含硫、含氮有机物、醛酮类、醇类、酯类、酸类、酚类、芳香烃、萜烯类等OVOC的含氧有机物，这些物质都具有嗅觉阈值低、活性较强、气味明显的特点，可导致恶臭污染的发生。其中氨和部分VOCs是PM2.5中二次颗粒物形成的前体物，VOCs也是臭氧生成的重要前体物。

目前，主流应用于恶臭气体在线监测的技术主要是传感器阵列法，使用电化学传感器+MOS传感器+PID传感器，能够覆盖恶臭气体国标要求八因子及一定电离能的VOCs，测定因子范围较宽、检测速度快、操作简单，适用于低成本、便携式方案，但其劣势也较明显，如：传感器阵列均无可靠的定性能力，传感器对一类化合物均有响应，交叉干扰严重，检出限不足，一般可靠值为50～100ppb。

除传感器外，高端的分析仪器方法也有相关应用，开放光程紫外差分法(DOAS)检出限不足，气质联用法(GC-MS)成本较高，更适用于离线的实验室检测，便携式GC-MS其直接测量方法灵敏度不足，使用吸附材料的富集方法后则会影响难富集的醛酮类化合物的检测，使用冷阱富集方法仪器体积庞大，售价昂贵。

离子迁移谱(ion mobility spectrometry)是一种灵敏度高、分析速度快的分离分析技术。具备能够同时检测多种无机气体的能力，由于仪器结构简单、易于小型化，除在国家安全行业的爆炸物毒品检测、毒害气体检测有着较高的市场占有率外，目前在食品安全、生命科学等其他各个领域也有着丰富的应用。IMS使用不同化合物离子迁移率的差异作为分离分析的方法，但不同化合物的离子迁移率差异较小，且商品化IMS仪器由于体积等条件的限制，普遍分辨率有限。

将IMS应用于气相色谱的后端作为检测器时，会出现如下问题：

1.色谱柱插入迁移管的进样方式容易导致不良的色谱柱材质形成杂质峰，且工作模式单一，单极性离子迁移管仅能工作在正模式或负模式，工作模式的切换延长了分析时间，难以实现正负离子的同时检测；

2.双极性离子迁移管通常使用简单柱后分流引入的方式导致样品进入迁移管的路径较长，结构死体积较大，导致样品在传输路径中残留影响灵敏度；

3.在使用N₂作为载气和漂移气的过程中，离子迁移谱的负模式的电离机理为电子捕获模式，而较高的温度会使电子获取更高的能量，不利于产物离子的生成，并列式双极性迁移管为减小体积往往采用室温或恒定一致的温度；

4.传统双极性迁移管通常使用复杂的线性结构，难以模块化应用。

5.单纯阀块的分流难以实现分流比的精确控制，对同时产生正负离子产物的分析物，分流后的样品浓度不可控，定量差异较大，单一产物离子的样品进行检测时，样品经分流后会影响灵敏度。