背景技术

在众多的分析测试方法中，色谱法和色质联用法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到广泛应用的检测技术，目前气相色谱仪和气相色谱质谱联用仪 广泛已经应用于环保行业、电子行业、纺织品行业、石油化工、香精香料行业、医 药行业、农业及食品安全等领域。

气相色谱法是指用气体作为流动相的色谱法,样品进入色谱柱后，由于吸附剂 对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不 同。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强 的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱中 彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。由于样品在气相中传递速度快， 样品组分在流动相和固定相之间可以瞬间地达到平衡。另外加上可选作固定相的物 质很多，因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。特别是 采用了质谱仪作为检测器后，使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等优点，也 就是气相色谱质谱联用法。气相色谱质谱联用仪是一种将气相色谱仪和质谱仪，它 结合气相色谱和质谱的特性，能够完成待测物中成分和含量的准确分析。在气相色 谱质谱联用仪里，气相色谱依然作为独立模块工作，而质谱仪作为后端检测器使用， 二者通过气质接口连接。

传统气相色谱仪和气相色谱质谱联用仪由于体积大、功耗高、对工作环境和人 员操作要求苛刻，无法满足应急监测与现场分析的需求，特别是日益增长的快速响 应、移动监测、维护简单、易于使用的现场快速应用场景，因此研制便携式仪器成 为一线分析仪器领域的发展趋势。小型化气相色谱仪和气相色谱质谱联用仪具有质 量轻、体积小、功耗低等特点，在便携性、时效性、简易性和成本方面有巨大的优 势和潜力，因此，仪器小型化已经成为分析仪器发展的一个重要趋势。

由于缺乏自有产品，目前以小型化质谱为代表的高端仪器市场被少数国外仪器公司完全垄断，主流产品如Inficon的HAPESITE、PerkinElmer的Torion T-9。为 了改变长期依赖进口仪器的不利现状，全面提高我国现场应急监测装备水平和检测 能力，现有规划中明确指出“推动色谱、质谱等通用仪器的小型化、便携化和专用 化”，“强化环境事件应急技术与装备开发，提升生态环境监测技术水平”。随着 国家对高端分析仪器的大力支持和投入，国内质谱技术方面正处在高速发展时期， 在核心技术和产品上都取得了系列突破，如磐诺的便携式气相色谱PCG-86，杭州聚 光的便携式色谱质谱联用仪Mars-400系列等。

因为色谱柱和气质接口都需要维持一定的温度，或者按照某种程序模式升温， 而且常见的色谱装置中需要外围辅助加热及温控装置来构建并维系色谱柱或者气 质接口所需的温场，可见其体积和功耗都是较为庞大的。一个重要指标是色谱柱温 度分布的均匀性。只有温度分布均匀的色谱柱才能保证每次分析结果具有高重复性 和精度，否则会造成保留时间的漂移，温度分布不均匀性严重时会出现样品在色谱 柱局部位置过冷凝结和过热分解的现象。传统气相色谱仪/气相色谱质谱联用仪中， 为保证色谱柱的温度条件，采用了一个较大的柱温箱101，箱体周围表面采用了反 光性能较高的光面不锈钢，内部包裹了保温石英棉，色谱柱102位于腔体中心位置， 在背面还有一个风扇103，如下图1所示。柱温箱的设计很好的保证了色谱柱102 的恒温效果，风扇103能保证环境温度的均一性。

和传统气相色谱仪/气相色谱质谱联用仪结构一样，便携式气相色谱/气相色谱质谱联用仪也需要温控系统对色谱柱和气质接口进行保温，但便携式气相色谱/气 相色谱质谱联用仪受限于体积，只能将并线绕制的加热丝202和测温线203缠绕于 色谱柱201上，通过PT100测温反馈调节加热丝通断等机制来维持色谱柱的恒温， 在部分机型中，甚至会采取内部添加保温隔热层的方式来维持温度。不同于台式仪 器的内部大风扇设计，便携式的内部空间小，加热保温容易，但散热很难，只能通 过开散热口和小风扇等方式完成，相邻两次实验之间需要长时间的等待恢复，且对 于某些要求户外现场作业的特种要求，严格限制淋雨和水滴侵入，开散热口和小风 扇的方案都难以实施。这些条件都限制了现场使用时，两次不同工作条件之间的快 速切换。

半导体制冷片也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用 在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的帕 尔帖效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可 分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术， 其特点是无运动部件，可靠性也比较高。目前在气相色谱领域，半导体制冷片应用 很少，主要用于全二维气相色谱(CN106940352A)、传统低温色谱(CN1412504) 和富集装置(CN209264371U)中，在便携式气相色谱和便携式气相色谱质谱联用仪 中并未有过应用。