氣相色譜儀傳輸管線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黃廉豐

（中國石油東北銷售油品監(jiān)測中心，黑龍江 哈爾濱 150090）

在現(xiàn)代氣相色譜實(shí)驗(yàn)室中，通常將幾種實(shí)驗(yàn)設(shè)備用于不同的目的。根據(jù)需要，每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備都配置不同，甚至有時(shí)候是單獨(dú)定制的設(shè)備。但是，當(dāng)指定用于某項(xiàng)目的氣相色譜儀用于另一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一些問題。因此在本項(xiàng)工作中提出了一個(gè)簡單的解決方案。它涉及使用一個(gè)特殊的接口，允許兩個(gè)單獨(dú)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(gè)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(jìn)一步的升級(jí)。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(xì)管，有時(shí)用隔熱材料包裹。

1 實(shí)驗(yàn)過程

（1）化學(xué)品與試劑。二氯甲烷（DCM，GR級(jí)，用于儀器分析），乙腈（用于液相色譜的梯度級(jí)）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(jí)）和銅，購自POCH（Gliwice，Poland）。農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品（TCL農(nóng)藥混合物，甲苯/乙烷含量2000ug/ml），來自Supelco（Poznan，Poland）。

（2）GC-GC傳輸管線的設(shè)計(jì)。為了使GC-GCTL具有柔性，使用銅管（150cm×1.5mm內(nèi)徑，12mm O.D）。實(shí)際上，有三個(gè)銅管：并排捆扎在一起，一邊至少達(dá)到制造商要求的加熱管線的最小彎曲半徑（6mm）。實(shí)驗(yàn)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(dá)700℃。傳輸管線的總長度為150cm。它的兩段彎曲成40°。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(dá)40～50°時(shí)，將毛細(xì)管柱插入TL是沒有問題的。

（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(yàn)證構(gòu)建的接口中的加熱條件，進(jìn)行了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。使用最大輸出功率（即600W）從23℃達(dá)到設(shè)定溫度所需的時(shí)間（實(shí)驗(yàn)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(shí)間的變化，即170℃、200℃、220℃、250℃。

（4）儀器設(shè)置。測試傳輸管線的兩種可能的用途。第一個(gè)：“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(shí)不可用，并且必須從另一個(gè)GC“取出”。TL的另一種實(shí)施方式是雙檢測器分析，其中檢測器安裝在單獨(dú)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(duì)特定的MS和AED模型而設(shè)計(jì)，并且非常昂貴。

2 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(jìn)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?jí)毫ξ?4.5kPa（5psi），然后以恒定流量模式運(yùn)行。注射量2L。使 用 來 自 Restek（Bellefome，PA，USA） 的 Rtx-5MS毛細(xì)管柱30m×0.25mm。為了連接2個(gè)色譜儀，使用熔融石英毛細(xì)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(yùn)行。對(duì)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）。

3 用于雙檢測器分析儀的分析設(shè)置

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(shí)間設(shè)定為0.2min（排氣流量：100ml/min）并將吹掃時(shí)間設(shè)定為1.5min（吹掃流量：50ml/mim）。載氣（氦氣）的初始?jí)毫υO(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。AED系統(tǒng)加熱區(qū)的溫度對(duì)于傳輸管線為280℃，對(duì)于腔為280℃。注射后6.5min開啟溶劑排放口。儀器默認(rèn)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。

4 數(shù)據(jù)采集與軟件使用

通過運(yùn)行的Hwelett-PackardGC化學(xué)工作站版本的Hwelett-PackardGCChemStationRev.A.05.02[273]andG1034Cver.C02.00，在兩臺(tái)PII計(jì)算機(jī)上執(zhí)行數(shù)據(jù)采集。構(gòu)建了兩臺(tái)設(shè)備之間的遠(yuǎn)程啟動(dòng)電纜，用于同時(shí)啟動(dòng)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(hào)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。

5 樣品處理

為了評(píng)估GC-AED-TL-MS系統(tǒng)，分析了兩種類型的樣品：標(biāo)準(zhǔn)溶液和實(shí)際樣品。制備濃度在50g/ml和0.3g/ml之間的有機(jī)氯農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)品（對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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?dú)饬飨轮敝粮稍?。將干燥的殘余物溶解?.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(jìn)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。

6 結(jié)果與討論

（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(shí)間相對(duì)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(dá)到設(shè)定溫度時(shí)調(diào)節(jié)最佳有效功率，確定溫度變化與功率的關(guān)系。無論溫度如何，加熱脈沖都需要調(diào)節(jié)到標(biāo)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(dá)到TL的熱穩(wěn)定性。

（2）使用冷柱式TL-MS系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分析。RSD的計(jì)算機(jī)與分析物的峰面積。對(duì)于所有分析的化合物（多氯聯(lián)苯，多環(huán)芳烴和有機(jī)氯農(nóng)藥），RSD小于5%，是典型的COC進(jìn)樣口手動(dòng)進(jìn)樣，但那是沒有考慮到Tl的負(fù)面影響。

（3）雙檢測儀器設(shè)置-系統(tǒng)性能測試。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)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(xì)管的不同幾何形狀（從分離器到檢測器）可以改變該比例。

7 結(jié)語

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€(gè)獨(dú)立的色譜儀有效連接到一個(gè)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(tái)色譜儀，可同時(shí)進(jìn)行工作。通過兩個(gè)不同儀器上的兩個(gè)檢測器分析單個(gè)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(jī)氯農(nóng)藥。雙檢測器系統(tǒng)是分析復(fù)雜矩陣中實(shí)際樣本的有用工具。