氣相色譜儀傳輸管線的設(shè)計與應(yīng)用

摘 要：本項工作中提出了一個簡單的創(chuàng)新：在兩臺氣相色譜儀之間可以使用接口（或傳輸管線，即TL）傳輸一定量的物質(zhì)。該方法設(shè)定一個色譜儀用作常規(guī)GC（即氣相色譜儀），第二個色譜儀僅用于安裝檢測器。傳輸管線有兩種使用方式：第一種是“入口-傳輸管線-檢測器”系統(tǒng)，第二種是用于雙檢測分析的系統(tǒng)，即質(zhì)譜儀和原子吸收檢測。兩個系統(tǒng)取得的結(jié)果表明，該界面能夠有效連接兩個獨立的色譜儀。傳輸管線是制造商的獨特創(chuàng)新（具有獨立的電子設(shè)備），易于設(shè)置和維護。

關(guān)鍵詞：GC-GC界面；Trans ferline傳輸線；GC-MS-AED氣質(zhì)-液質(zhì)連用；Coupled techniques連接技術(shù)

中圖分類號：TH833 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0239-02

1 簡 介

在現(xiàn)代氣相色譜實驗室中，通常將幾種實驗設(shè)備用于不同的目的。根據(jù)需要，每個實驗設(shè)備都配置不同，甚至有時候是單獨定制的設(shè)備。但是，當指定用于某項目的氣相色譜儀用于另一個項目時，可能會出現(xiàn)一些問題。比如說，一起需要通過添加注射器或檢測器來升級，受到經(jīng)濟條件限制，并不總是可行的。各種氣相色譜技術(shù)的快速發(fā)展帶來了色譜設(shè)備儀器和結(jié)構(gòu)設(shè)計的許多變化。在許多情況下，色譜設(shè)備制造商會停止使用舊的知名產(chǎn)品并引入新產(chǎn)品，有時這會與舊設(shè)備不兼容。升級舊色譜儀系統(tǒng)的唯一方法通常是購買新的色譜系統(tǒng)。此外，它還帶有軟件升級，人員培訓(xùn)，實驗室轉(zhuǎn)移等。實際上，這種更換的總成本遠高于設(shè)備的標稱成本。

另一方面，有時唯一的問題是所需的設(shè)備（注射器和檢測器）安裝在不同的氣相色譜儀上（均可在實驗室中使用）由于不相容而不能連接到該設(shè)備。當制造商沒有預(yù)見到而將兩個檢測器連接到一個氣相色譜儀（例如GC-MS-AED），會出現(xiàn)類似的情況。（GC-MS-AED：即氣相色譜儀質(zhì)譜儀-原子吸收儀）。

因此在本項工作中提出了一個簡單的解決方案。它涉及到使用一個特殊的接口，允許兩個單獨的氣相色譜儀之間定量的質(zhì)量傳遞。以這種方式創(chuàng)建的GC系統(tǒng)通過加熱接口耦合。這允許每個安裝在儀器上的各種設(shè)備（如樣品入口和檢測器）均可使用而無需任何進一步的升級。

傳輸管線安裝在市售的GC-MS或氣相色譜原子吸收儀（AED）系統(tǒng)中。它們還用于與GC結(jié)合的頂空分析系統(tǒng)，LC-GC耦合技術(shù)，固相萃取-GC以及GC-電感耦合等離子體MS。

接口的構(gòu)造取決于使用目的。最簡單的傳輸管線用于傳輸液體介質(zhì)，例如用于LC-GC界面。在這種情況下，它通常是不銹鋼毛細管，有時用隔熱材料包裹。當要保持恒定溫度時，會使用更復(fù)雜的接口。它必須包括一個溫度控制器。GC-MS或GC-AED系統(tǒng)通常配備有加熱的伴熱管（內(nèi)部是GC毛細管），外面包裹有隔熱材料。這種結(jié)構(gòu)被寬大的管道包圍，以保持整潔和穩(wěn)固。

本項工作的目的是在使用不同的色譜儀之前，設(shè)計兩個獨立色譜儀系統(tǒng)之間的接口。該方法假設(shè)一個色譜儀用作常規(guī)GC裝置，第二個色譜儀僅用作安裝有適當檢測器和溫度控制器的設(shè)備。

2 實驗過程

2.1 化學品與試劑

二氯甲烷（DCM，GR級，用于儀器分析），乙腈（用于液相色譜的梯度級）和氧化鋁（用于柱色譜的90活性中性），來自Merck（Warsaw，Poland）。硫酸鈉（無水，分析試劑級）和銅，購自POCH（Gliwice，Poland）。農(nóng)藥標準品（TCL農(nóng)藥混合物，甲苯/乙烷含量2000ug/ml），來自Supelco（Poznan，Poland）。

2.2 GC-GC傳輸管線的設(shè)計

傳輸管線（TL）的橫截面視圖如圖1所示。為了使GC-GCTL具有柔性，使用銅管（150cm×1.5mm內(nèi)徑，12mm O.D）。實際上，有三個銅管：并排捆扎在一起，一邊至少達到制造商要求的加熱管線的最小彎曲半徑（6mm）。實驗室伴熱帶HSS系列（5m，600W，最高450；Roth，Karlsruhe，Germany）盤繞在管道上。將伴熱帶連接到HT30溫度控制單元（配備有插入銅管壁的溫度探針Pt100；全部來自Roth）。傳輸管線采用玻璃纖維膠帶和玻璃棉（25mm厚）隔熱，耐熱達700℃。傳輸管線的總長度為150cm。它的兩段彎曲成40°（圖2）。將TL的兩端彎曲，然后通過色譜儀上壁中約1.5cm的孔插入GC爐中。靈活性是傳輸管線的重要特征。彎曲高達40～50°時，將毛細管柱插入TL是沒有問題的。

2.3 GC-GC傳輸管線的熱特性

從用戶的角度來看，最重要的是在接通電源后，傳輸管線如何使用以及如何調(diào)節(jié)加熱功率以獲得精確的溫度控制。為了驗證構(gòu)建的接口中的加熱條件，進行了兩個實驗。使用最大輸出功率（即600W）從23℃達到設(shè)定溫度所需的時間（實驗室空調(diào)開啟狀態(tài)下）。為了表征傳輸管線中保持的溫度精度，設(shè)定了各種輸出功率，并測量了幾種不同溫度下的溫度隨時間的變化，即170℃，200℃，220℃，250℃。

2.4 儀器設(shè)置

測試傳輸管線的兩種可能的用途。第一個：“入口-TL-檢測器”系統(tǒng)，其中特定樣品入口（冷柱）在GC上與MS檢測器連接時不可用，并且必須從另一個GC“取出”。TL的另一種實施方式是雙檢測器分析，其中檢測器安裝在單獨的氣相色譜儀（即MS和AED系統(tǒng)）上。雖然已經(jīng)提出了GC-MS-AED解決方案，但它是用舊的現(xiàn)在不再使用的AED模型（HP5921）構(gòu)建的。最近，AED制造商提出新的MS-AED連接方法，但它僅針對特定的MS和AED模型而設(shè)計，并且非常昂貴。

2.4.1 用于冷柱頭的傳輸管線到質(zhì)譜分析儀的設(shè)置

配備冷柱頭（COC）進樣器的Hwelett-Packard 6890氣相色譜儀通過傳輸管線連接Hwelett-Packard 5890 SeriesII氣相色譜儀，配備5972質(zhì)量選擇檢測器。將分離柱的流出物通過融熔石英管（在傳輸管線中）轉(zhuǎn)移至5890GC，然后轉(zhuǎn)移至MS。噴射器（COC）的初始壓力位34.5kPa（5psi），然后以恒定流量模式運行。注射量2L。使用來自Restek（Bellefome，PA，USA）的Rtx-5MS毛細管柱30m×0.25mm，0.25？滋m。為了連接兩個色譜儀，使用熔融石英毛細管（5m×0.18mm）。HP6890的初始烘箱溫度設(shè)定為35℃。然后將爐子以30℃/min加熱至130℃，并以10℃/min的速率加熱至250℃（保持2min）。TL和HP5890的溫度設(shè)定為250℃（等溫）。MS檢測器已選定的離子檢測模式運行。對于分析的每種物質(zhì)，在分析期間檢測兩種特征離子（定量和定性）。

2.4.2 用于雙檢測器分析儀的分析設(shè)置

配備AED和可編程溫度蒸發(fā)（PTV）進樣器的Hwelett-Packard 6890氣相色譜儀通過傳輸管線與配備有5972質(zhì)量選擇檢測器的Hwelett-Packard 5890 SeriesII氣相色譜儀連接（圖2）。來自分離柱的流出物通過Y型連接器（玻璃質(zhì)二氧化硅出口分離器）分開，并通過熔融石英管（在傳輸管線中）轉(zhuǎn)移至5890GC和MS，并且還通過一段短的熔融石英管道AED系統(tǒng)。

PTV入口（Hwelett-Packard）用于溶劑排放程序，初始溫度為60℃（保持5min），最后為250℃直到分析結(jié)束。為了除去溶劑（二氧甲烷），將注射器排氣時間設(shè)定為0.2min（排氣流量：100ml/min）并將吹掃時間設(shè)定為1.5min（吹掃流量：50ml/mim）。載氣（氦氣）的初始壓力設(shè)定為103.4kPa（15psi），MS的載氣流速（60℃）為0.57ml/min，AED為0.65ml/mim。在分析期間，PTV以恒定流量模式操作。手動注射10？滋l溶液。AED系統(tǒng)加熱區(qū)的溫度對于傳輸管線為280℃，對于腔為280℃。注射后6.5min開啟溶劑排放口。儀器默認方法用于元素檢測氯（479nm），氫（486nm）和碳（496nm）。使用的反應(yīng)氣體是275.8kPa（40psi）的氧氣。施加4min的溶劑延遲。MS系統(tǒng)在選定的離子監(jiān)測（SIM）或掃描模式下操作。

2.5 數(shù)據(jù)采集與軟件使用

通過運行的Hwelett-PackardGC化學工作站版本的Hwelett-PackardGCChemStationRev.A.05.02[273]andG1034Cver.C02.00，在兩臺PII計算機上執(zhí)行數(shù)據(jù)采集。構(gòu)建了兩臺設(shè)備之間的遠程啟動電纜，用于同時啟動色譜儀程序和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？梢允褂肏PAED文件轉(zhuǎn)換使用程序軟件將AED信號轉(zhuǎn)換為MS數(shù)據(jù)?？梢允褂肅hemstation或互聯(lián)網(wǎng)上從MS光譜生成ASCII文件。

2.6 樣品處理

為了評估冷柱式TL-MS系統(tǒng)，分析了濃度為1g/ml的有機氯農(nóng)藥，多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴混合物的標準溶液。進行幾次重復(fù)的手動注射以獲得結(jié)果的標準偏差。

為了評估GC-AED-TL-MS系統(tǒng)，分析了兩種類型的樣品：標準溶液和實際樣品。制備濃度在50g/ml和0.3g/ml之間的有機氯農(nóng)藥的標準溶液。使用前面描述的程序分析來自耕地的土壤樣品。將土壤樣品（15g）用DCM（40ml）在超聲浴中萃取30min（2×15min）。在提取之前添加標準品（對于標準添加的樣品）。將萃取物在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中濃縮，然后置于氮氣流下直至干燥。將干燥的殘余物溶解在1.25ml乙腈中，并使用10端口SPE vacuum Manifold（Agilent，Palo Alto，CA，USA）在含有硫酸鈉（0.5g）和銅的氧化鋁（1g）SPE床上進行凈化。用乙腈洗脫5ml的一部分。在溶劑交換為二氯甲烷后，通過GC-MS-AED系統(tǒng)分析樣品。

3 結(jié)果與討論

3.1 GC-GC傳輸管線熱特性

將TL從23℃加熱到各種溫度所需的時間相對較短，分別為3～5min，溫度分別為170℃和250℃。在此之后，供應(yīng)設(shè)備的電功率需要降低。根據(jù)所提供的加熱線的功率，可以觀察到傳輸管線中的溫度變化。為了在TL達到設(shè)定溫度時調(diào)節(jié)最佳有效功率，確定溫度變化與功率的關(guān)系（圖3）。無論溫度如何，加熱脈沖都需要調(diào)節(jié)到標稱加熱線功率的20～30%（即600W），以獲得低于0.1℃的溫度正弦變化。這可以通過構(gòu)造的界面的良好隔熱來解釋。開啟后約1min達到TL的熱穩(wěn)定性。

3.2 使用冷柱式TL-MS系統(tǒng)進行標準分析

RSD的計算機與分析物的峰面積。對于所有分析的化合物（多氯聯(lián)苯，多環(huán)芳烴和有機氯農(nóng)藥），RSD小于5%，是典型的COC進樣口手動進樣，但那是沒有考慮到Tl的負面影響。

3.3 雙檢測儀器設(shè)置-系統(tǒng)性能測試

對標準溶液進行了幾次分析以估算系統(tǒng)的基本特征。兩種檢測器的RSD和檢測限均低，足以在農(nóng)藥的微量分析中使用該系統(tǒng)。用原子吸收儀測定的農(nóng)藥檢測限（LOD）平均比SIM模式下MS檢測器獲得的檢測限高10倍。通過使用不同的分離器或毛細管的不同幾何形狀（從分離器到檢測器）可以改變該比例。

注入GC系統(tǒng)的提取物通常包含濃度高于LOD的分析物。分析物的C-曲線的LOD約為C1含量的結(jié)果的3倍，但C-曲線僅用于作為確定這兩個探測器之間時間偏移的工具。

4 結(jié) 論

獲得的COC-TL-MS系統(tǒng)或PTV-AED-TL-MS系統(tǒng)的結(jié)果表明，該接口能夠?qū)蓚€獨立的色譜儀有效連接到一個系統(tǒng)中。使用GC傳輸管線連接配備有MS和AED系統(tǒng)的兩臺色譜儀，可同時進行工作。

通過兩個不同儀器上的兩個檢測器分析單個樣品。GC-MS-AED提供分析物和干擾的結(jié)構(gòu)信息，防止誤解所獲得的數(shù)據(jù)。獲得的檢測限足夠低，可以測量環(huán)境和食品樣品中的有機氯農(nóng)藥。雙檢測器系統(tǒng)可以使分析復(fù)雜矩陣中的實際樣本的有用工具。

傳輸管線是一種通用設(shè)備，可以用于許多不同的目的——連接兩個色譜儀使用安裝在兩個設(shè)備（入口，檢測器和其他）上的各種設(shè)備。傳輸管線是制造商的獨特創(chuàng)新（自帶電子設(shè)備），易于設(shè)置和維護。GC-GC界面使人們能夠創(chuàng)建通用且功能強大的系統(tǒng)，可用于許多GC實驗室。

譯自《Designandapplicationofagaschromatograph-gaschromatographtransferline》

翻譯：孫寧

收稿日期：2018-10-16