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在线超低温预浓缩-全二维气相色谱-飞行时间质谱联用系统在大气挥发性有机物监测
发表时间:2020-10-29阅读次数:48次
 
摘要
       本文采用自主研制在线超低温预浓缩设备,连续在线采集大气样品或者连续采集苏玛罐离线样品,对样品进行超低温捕集浓缩和二次超低温冷冻聚焦,再结合全二维气相色谱-飞行时间质谱联用技术对浓缩后的挥发性有机物分离检测,实现对大气中 C2 -C12 共一百多种挥发性有机物的浓缩富集和定性定量分析。同时,对该方法的线性、定量重复性、加标回收率、检出限等性能进行表征,并与在线预浓缩-气相色谱-四极杆质谱联用系统的定性定量结果进行比较,结果表明该方法不仅满足大气中挥发性有机物检测的性能指标要求,且组分定性定量准确性、灵敏度等方面均优于在线预浓缩-气相色谱-四极杆质谱联用技术,在挥发性有机物成分较为复杂的大气样品检测中具有明显优势。
 
关键词:在线超低温预浓缩;全二维气相色谱-飞行时间质谱联用;大气挥发性有机物

引言
       挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)是大气环境中最重要的污染物之一,大多具有较强的光化学反应活性,是对流层大气臭氧和二次有机气溶胶生成的关键前体物 [1] ,可导致大气光化学烟雾产生,对动植物产生健康损害;也可直接进入人体产生危害。研究 VOCs 的组成、浓度、污染特征及来源,在大气环境领域具有重要意义。大气 VOCs 组成十分复杂,包括碳氢化合物、含氧有机物、卤代烃、含氮化合物、含硫化合物等近千种组分,且浓度较低、活性较强、背景干扰大,采用常规方法检测十分困难。目前较为主流的检测方法是进行预浓缩处理后采用气相色谱-四极杆质谱(Gas Chromatography/Quadrupole Mass Spectrometer, GC-QMS)联用技术分离检测 [2-5] ,该技术可以提供相对丰富的 VOCs 各组分定性定量结果;但对于 VOCs 污染来源复杂、组分种类较多的空气监测需求,由于空气背景干扰大、常规 GC 分离程度有限、QMS离子扫描速率有限等原因,采用 GC-QMS技术对 VOCs成分复杂的空气样品分辨率、检测有效率不是很高,部分组分不能实现准确定性定量,无法满足空气中复杂VOCs的全组分分析需求。
 
       全二维气相色谱(Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatograph, GC×GC)技术是上世纪末逐渐发展起来的一种高效分离检测技术 [6] ,与常规一维 GC 技术相比,具有高峰容量、高分辨率、高灵敏度、族分离等特点 [7,8] ,对复杂样品的全组分分离具有极强的优势。在 GC×GC 分离过程中,由于第二维柱的分离速度非常快,形成的色谱峰窄至毫秒级,所以对质谱检测器的扫描速率要求非常快;而传统的四极杆质谱扫描速度较慢,不能满足 GC×GC的高通量数据采集需求,而飞行时间质谱(Time of FlightMass Spectrometer, TOFMS)检测技术理论上每秒能产生大于 100张的全谱图,在高速采集的同时完整的保留质谱数据,能够大幅度提高色谱分辨及定性能力,是 GC×GC非常理想的检测器 [9,10] 。目前,GC×GC-TOFMS 联用技术在环境、石油化工、香精食品、中药挥发油、代谢组学等复杂体系分析领域的应用已有大量文献报道 [11-14] ,并获得了较一维 GC-QMS 更理想的分析结果。在空气 VOCs 检测领域,郭亚伟等 [15,16] 采用离线预浓缩-全二维气相色谱-飞行时间质谱联用分析 39 种 TO-14 组分,得到良好的分离效果,但监测组分较少,已不能满足当前大气 VOCs 监测要求。近期雪景科技联合清华大学和上海市嘉定区环境监测站利用固态热调制器全二维气相色谱技术,结合特殊的调制柱和一维柱,实现了对大气 VOCs 中 C2-C12范围的全组分离线分析。
 
       本文采用自行研制的在线超低温预浓缩系统 [5] 与本公司的全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪 GGT 0610 [17] 对大气中超过一百种 VOCs组分同时进行定性与定量分析研究,并与同等条件下的一维气相色谱-四极杆质谱联用系统进行标样及空气检测结果比对,验证该系统方法的准确性和优越性。

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