GC-MS定性檢測笑氣的方法

陳丹萍，董露斌，郭晶晶，楊飛，張晶，胡雙英

（浙江中和司法鑒定中心，浙江寧波 315000）

氧化亞氮即一氧化二氮，俗稱笑氣，是一種無色、帶甜味的氣體，1772年由英國化學家Joseph Priestly首次發(fā)現(xiàn)[1]。早期主要作為麻醉劑用于牙科領域，目前笑氣主要用于食品加工助劑、助燃劑、火箭氧化劑等[2]。笑氣作為食品加工助劑對人的健康不會造成有害影響，但如果直接吸食會造成健康危害，影響人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，嚴重的會造成死亡[3]。

本文利用氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）建立了一套快速、準確的笑氣檢測方法，通過優(yōu)化儀器條件，確定了最佳實驗方案，并成功應用于實際案例中。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

GC-MS-QP2020型氣質(zhì)聯(lián)用儀，日本島津公司；工作用氣體標準物質(zhì)：N2O/N2，N2O摩爾含量為10.18%。（大連大特氣體有限公司）。

1.2 方法

通過改變不同的儀器條件，設置不同分流比（5∶1，10∶1，20∶1）、色譜柱溫度（30 ℃、50 ℃、80 ℃和100 ℃）以及檢測器電壓（0.5 kV、0.8 kV、1.0 kV、1.2 kV和1.5 kV）的條件組合，對比不同條件下對笑氣檢測結果的影響，通過觀察分離度、靈敏度以及分析速度的性能指標，以確定最佳的檢測條件。

2 結果與分析

2.1 分流比

本課題主要測定小金屬氣瓶中的壓縮笑氣，通常笑氣濃度較高，會造成色譜柱過載，因此需要調(diào)節(jié)分流比以減少因笑氣濃度過高對色譜柱過載造成的影響。分別設置分流比5∶1、10∶1、20∶1，結果如圖1～圖3所示。

圖1 分流比5∶1下的N2O/N2色譜圖

圖2 分流比10∶1下的N2O/N2色譜圖

圖3 分流比20∶1下的N2O/N2色譜圖

由圖1～圖3可知，N2O/N2色譜峰隨著分流比的增大，分離度變好，峰寬越窄、峰型越尖銳。通常所知，當樣品濃度過高，色譜峰過寬，出現(xiàn)平頭峰，說明色譜柱過載，不適合樣品的分析；而分流比越大，峰面積越小，儀器的靈敏度降低，因此選擇分流比20∶1為最佳實驗點。

2.2 色譜柱溫度

在氣相色譜分離過程中，色譜柱溫度是一項重要的參數(shù)，色譜柱溫度高有利于傳質(zhì)，但色譜柱溫度過高分配系數(shù)小，不適合分離。本文考察了不同色譜柱溫度對分離度與靈敏度的影響，實驗結果如圖4～圖7所示。

圖4 色譜柱溫度為30 ℃下的N2O/N2色譜圖

圖5 色譜柱溫度為50 ℃下的N2O/N2色譜圖

圖6 色譜柱溫度為80 ℃下的N2O/N2色譜圖

圖7 色譜柱溫度為100 ℃下的N2O/N2色譜圖

由圖4～圖7可知，隨著色譜柱溫度的升高，N2與N2O色譜峰之間的分離度變小，當溫度升高至100 ℃時，兩者的色譜峰已不能達到有效分離。而峰面積隨著柱溫的升高呈現(xiàn)下降趨勢，但下降趨勢并不明顯，說明儀器的靈敏度受柱溫的影響并不大。當柱溫在30 ℃時，N2與N2O色譜峰之間的分離度最好，分離效果最佳。因此選擇30 ℃為方法最佳色譜柱溫度。

2.3 檢測器電壓

檢測器電壓對儀器的靈敏度有很大影響，通常檢測器電壓越大儀器的靈敏度越高，但是過高的電壓會導致檢測器過載，并且影響設備的使用壽命。本文考察了不同檢測器電壓對儀器靈敏度以及設備過載的影響，結果如圖8～圖13所示。

圖8 檢測器電壓與靈敏度的關系曲線圖

圖9 檢測器電壓為0.5 kV下的N2O/N2色譜圖

圖10 檢測器電壓為0.8 kV下的N2O/N2色譜圖

圖11 檢測器電壓為1.0 kV下的N2O/N2色譜圖

圖12 檢測器電壓為1.2 kV下的N2O/N2色譜圖

圖13 檢測器電壓為1.5 kV下的N2O/N2色譜圖

由圖8可知，儀器靈敏度隨著檢測器電壓升高而提高。當電壓從0.5 kV升至0.8 kV時，其儀器靈敏度提升并不明顯；而當電壓升至1.0 kV時，其儀器靈敏度有了明顯提高。由圖9～圖13可知當檢測器電壓為0.5 kV時，N2O/N2色譜峰峰型弱，說明該電壓下對樣品的電離信號不夠，無法分析樣品；而當檢測器電壓為1.2 kV時，N2O譜圖峰出現(xiàn)平頭峰，說明檢測器過載，則電壓超過1.2 kV時不適合樣品分析。綜上所述，本實驗選擇1.0 kV為檢測器最佳電壓。

2.4 方法精密度和準確度

綜上所述，最佳條件為分流比20∶1、色譜柱溫度30 ℃、檢測器電壓為1.0 kV。在最佳實驗條件下，對N2O標準氣體重復測定6次，結果分別為10.246%、10.203%、10.000%、9.959%、9.628% 及9.521%。在本實驗條件下，采用該方法獲得的測定結果的相對標準偏差為2.98%。準確度達97.51%。

2.5 應用案例

將本文建立的方法應用于實際樣品檢測中，截至2021年8月，2021年共對41份樣品（外觀為小鋼瓶盛裝的未知氣體）進行了測試分析，結果顯示均檢出笑氣，測試譜圖如圖14所示。

圖14 實際檢測樣品測試譜圖

3 結論

本文考察了分流比、色譜柱溫度以及檢測器電壓對樣品分離度和儀器靈敏度的影響，最后確定當分流比為20∶1、色譜柱溫度為30 ℃、檢測器電壓為1.0 kV時，達到最佳實驗條件。采用該方法對N2O/N2標準氣體進行測試，實驗相對標準偏差小于3%，準確度在97%以上。