用于离子迁移率谱仪的快速热解析进样方法.pdf

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1、第39卷分析化学(FENXIHUAXUE)仪器装置与实验技术第1O期2011年1O月ChineseJournalofAnalyticalChemistryl487～1490用于离子迁移率谱仪的快速热解析进样方法贾建高晓光何秀丽李建平(中国科学院电子学研究所，传感技术联合国家重点实验室，北京100190)摘要热解析是用于离子迁移率谱仪(IMS)的液体和固体样品进样的重要手段，但在检测高沸点或易分解有机物时，存在易重新凝结或过热分解的问题。本研究建立了一种与IMS半透膜结合的热解析进样方法，设计了可快速加热的微型热解析装置，通过热子通电发热及热电偶测温实现对样

2、品解析区域的升温控制，提高半透膜的进样效率。以低浓度三聚氰胺溶液为例进行了检测实验，分析了解析装置的加热特性及不同温度和升温速度下的IMS产物离子峰变化。结果表明，采用升温速率为76℃／s的脉冲加热至230℃的热解析方法，样品释放集中，通过半透膜时损失和污染少，保证了输出线性和较低的检出限(低于0．05ng)。关键词离子迁移率谱仪；热解析；脉冲加热；三聚氰胺引言离子迁移率谱技术(Ionmobilityspectrometry,IMS)目前已被广泛应用于痕量化学战剂、毒品、炸药等的快速检测以及各种有机污染成分的实时监测和分析。它是在一定温度和气压下，通过精确

3、测定弱电场中气相离子的漂移时间来确定待测物质的种类，一1。因此，IMS常用于气相样品的检测。将液相或固相样品快速高效转化为气相，引入IMS系统进行检测，是当前IMS技术的研究热点。其中热解析方法是应用较多的一种样品进样方法，如文献[4-7]报道了用于微量物质检测的陶瓷蒸发器、加热解附管、吸附萃取搅拌棒、固相微萃取器等多种进样装置。国外商品化的IMS大多采用半透膜进样，在进样口前设置加热盘或加热管用于样品的汽化。通常这些进样装置的体积较大，样品解析时间长，造成进样浓度低，在进样过程中样品容易因为局部的温度不均匀和进样气流不稳定等而出现损失，难以用于定量检测；

4、特别对于高沸点物质或不稳定物质，样品容易在温度较低的区域重新凝结或过热分解，引起物质结构改变或组分丢失，从而造成交叉污染，最终影响分析结果。提出一种与IMS半透膜结合的热解析进样方法，用以实现液体和固体样品的快速分析。所制备的进样装置用于自制的IMS系统，以低浓度三聚氰胺水溶液为检测对象，研究热解析工作条件对IMS产物离子峰和检测效果的影响，通过优化热解析的加热过程有效缩短进样时间，提高IMS的检测灵敏度。2实验部分2．1热解析装置实验所使用的离子迁移率谱系统如文献[8，9】描述，其中漂移管长度4．0cm，迁移区电场强度238V／cm，工作温度205℃，离

5、化源为N气路为密闭循环结构，使用13X分子筛清洁漂移气体，气流量为150sccm(Standard-statecubiccentineterperminute，mL／min)，采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)半透膜进样并隔离外界空气。检测时固体或液体样品需通过热解析方法转化为气态，透过半透膜进入漂移管，因此进样效率与样品加热温度及半透膜温度密切相关。如果能使样品在短时间内快速充分气化，集中通过半透膜形成高浓度的样品气体，即形成浓度脉冲，可以提高进样效率，降低系统检出限，使得系统更灵敏。为了达到样品快速充分气化的目的，设计了一种与IMS半透膜结合的热解析进样装

6、置，通过控制加热电流和加热时间，调整加热区域的热功率，实现样品在不同温度下的解析气化。图1为微型热解析器原理图。热解析器主要由热子、样品加热盘、测温热电偶和圆筒支架等部分组成。热子是热解析器的2010-12-13收稿；201卜03—23接受本文系国家自然科学基金(No．60901048)资助E-mail：jiajian@mail．ie．ac．ca分析化学第39卷发热器件，由螺旋型细钨丝盘成数圈圆环构成，钨丝表面由电泳方法覆盖氧化铝绝缘层；热子由不锈钢片点焊固定在样品加热盘背面。样品加热盘为不锈钢圆片(直径0．7cm，厚度0．1mm)，正面中心为解析区域，用

7、于放置样品物质或吸附膜，热子通电加热使得中心的解析区域温度上升而实现样品的气化。加热盘背面点焊直径0．08mm的硅铝热电偶细丝测量热解析温度，由此调节热子的加热电流，实现对加热盘的温度控制。圆筒支架为聚四氟乙烯材料，通过圆筒上的螺纹调整样品加热盘与IMS半透膜的图1热解析器的原理图距离(小于1mm)，最大限度地保证加热过程Fig．1Schematicdiagramofthermaldesorber中待测样品通过半透膜，减少样品散逸损失。2．2实验方法以三聚氰胺为例，进行热解析进样检测实验。三聚氰胺通常为固体，在常压下不易挥发，354℃分解，能快速受热升华。

8、由于三聚氰胺的气化温度高，加热温度过低不容易气化，但加热温度过高则