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在線超低溫預濃縮-全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用系統在大氣揮發性有機物監測
發表時間:2020-10-29閱讀次數:57次
 
摘要
       本文采用自主研制在線超低溫預濃縮設備,連續在線采集大氣樣品或者連續采集蘇瑪罐離線樣品,對樣品進行超低溫捕集濃縮和二次超低溫冷凍聚焦,再結合全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用技術對濃縮后的揮發性有機物分離檢測,實現對大氣中 C2 -C12 共一百多種揮發性有機物的濃縮富集和定性定量分析。同時,對該方法的線性、定量重復性、加標回收率、檢出限等性能進行表征,并與在線預濃縮-氣相色譜-四極桿質譜聯用系統的定性定量結果進行比較,結果表明該方法不僅滿足大氣中揮發性有機物檢測的性能指標要求,且組分定性定量準確性、靈敏度等方面均優于在線預濃縮-氣相色譜-四極桿質譜聯用技術,在揮發性有機物成分較為復雜的大氣樣品檢測中具有明顯優勢。
 
關鍵詞:在線超低溫預濃縮;全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用;大氣揮發性有機物

引言
       揮發性有機物(volatile organic compounds, VOCs)是大氣環境中最重要的污染物之一,大多具有較強的光化學反應活性,是對流層大氣臭氧和二次有機氣溶膠生成的關鍵前體物 [1] ,可導致大氣光化學煙霧產生,對動植物產生健康損害;也可直接進入人體產生危害。研究 VOCs 的組成、濃度、污染特征及來源,在大氣環境領域具有重要意義。大氣 VOCs 組成十分復雜,包括碳氫化合物、含氧有機物、鹵代烴、含氮化合物、含硫化合物等近千種組分,且濃度較低、活性較強、背景干擾大,采用常規方法檢測十分困難。目前較為主流的檢測方法是進行預濃縮處理后采用氣相色譜-四極桿質譜(Gas Chromatography/Quadrupole Mass Spectrometer, GC-QMS)聯用技術分離檢測 [2-5] ,該技術可以提供相對豐富的 VOCs 各組分定性定量結果;但對于 VOCs 污染來源復雜、組分種類較多的空氣監測需求,由于空氣背景干擾大、常規 GC 分離程度有限、QMS離子掃描速率有限等原因,采用 GC-QMS技術對 VOCs成分復雜的空氣樣品分辨率、檢測有效率不是很高,部分組分不能實現準確定性定量,無法滿足空氣中復雜VOCs的全組分分析需求。
 
       全二維氣相色譜(Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatograph, GC×GC)技術是上世紀末逐漸發展起來的一種高效分離檢測技術 [6] ,與常規一維 GC 技術相比,具有高峰容量、高分辨率、高靈敏度、族分離等特點 [7,8] ,對復雜樣品的全組分分離具有極強的優勢。在 GC×GC 分離過程中,由于第二維柱的分離速度非???,形成的色譜峰窄至毫秒級,所以對質譜檢測器的掃描速率要求非???;而傳統的四極桿質譜掃描速度較慢,不能滿足 GC×GC的高通量數據采集需求,而飛行時間質譜(Time of FlightMass Spectrometer, TOFMS)檢測技術理論上每秒能產生大于 100張的全譜圖,在高速采集的同時完整的保留質譜數據,能夠大幅度提高色譜分辨及定性能力,是 GC×GC非常理想的檢測器 [9,10] 。目前,GC×GC-TOFMS 聯用技術在環境、石油化工、香精食品、中藥揮發油、代謝組學等復雜體系分析領域的應用已有大量文獻報道 [11-14] ,并獲得了較一維 GC-QMS 更理想的分析結果。在空氣 VOCs 檢測領域,郭亞偉等 [15,16] 采用離線預濃縮-全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用分析 39 種 TO-14 組分,得到良好的分離效果,但監測組分較少,已不能滿足當前大氣 VOCs 監測要求。近期雪景科技聯合清華大學和上海市嘉定區環境監測站利用固態熱調制器全二維氣相色譜技術,結合特殊的調制柱和一維柱,實現了對大氣 VOCs 中 C2-C12范圍的全組分離線分析。
 
       本文采用自行研制的在線超低溫預濃縮系統 [5] 與本公司的全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用儀 GGT 0610 [17] 對大氣中超過一百種 VOCs組分同時進行定性與定量分析研究,并與同等條件下的一維氣相色譜-四極桿質譜聯用系統進行標樣及空氣檢測結果比對,驗證該系統方法的準確性和優越性。

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