顶空气相色谱系列讲座（114）顶空衍生化-SPME测酒中老化醛类

自动顶空衍生化固相微萃取法

测定啤酒中的老化醛类化合物

摘 要：采用邻-五氟苯甲基羟胺（PFBOA）衍生，顶空固相微萃取（HS-SPME）和气相色谱质谱（GC-MS）测定啤酒中2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、反-2壬烯醛等8种老化醛类化合物。顶空固相微萃取采用65 μm PDMS/DVB纤维，先用纤维吸附PFBOA溶液，再将纤维插入装有2 mL啤酒的20mL顶空进样瓶的顶空层在60℃萃取60 min，衍生和萃取都在自动进样器中进行，采用GC-MS检则，特征离子为rn／z 181。8种羰基化合物在0.2～500 μg／L范围内线性关系良好，相关系数在0.990以上。检测样品的相对标准偏差为1.0％～15.7%回收率为88%～103％。同时研究并讨论了萃取纤维、萃取温度、萃取时间、样品体积等因素对醛类萃取量的影响。该方法可用于啤酒保鲜期研究和产品质量控制。

本文是国家重点技术创新项目、国家经贸委（02BK-439）项目资助，由国家啤酒质量监督检验中心的武千钧和青岛啤酒股份有限公司科研开发中心的陈华磊和杨朝霞等研究人员协作完成，下面全文提供大家参考。

前 言

啤酒在包装以后，随着时间的延长，啤酒开始丧失原有的新鲜、完美、纯正的风味和口味，产生“老化味”或“氧化味”，影响了啤酒的可饮性。目前，啤酒的老化已成为制约国内外啤酒行业发展的瓶颈问题。啤酒老化的产生主要是由于3－甲基丁醛、2－甲基丙醛等挥发性醛类化合物的形成造成的。建立灵敏可靠的啤酒老化醛类化合物的分析方法，是有重要意义的。由于啤酒样品中老化醛类的含量低（10ˉ9级），易挥发和氧化，化学性质极不稳定，因此都需要烦琐的样品前处理，如真空蒸馏、液液萃取及衍生化等［l~3］。

固相微萃取技术早于1990年由加拿大学者Pawliszyn及合作者首创，具有灵敏度高，操作简便，能实现自动化等优点[4]。其中衍生化-顶空固相微萃取是这一技术的最新进展，作为一种样品制备技术，最近7、8年在食品等领域的应用发展迅速[5～7]。但是顶空-固相微萃取技术用于啤酒老化成分研究．迄今国内外鲜有报道，本实验建立了邻-五氟苯甲基羟胺（PFBOA）衍生，顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用技术测定啤酒中2-甲基丙醛、3－甲基丁、2-甲基丁醛、戊醛、已醛、糠醛、苯乙醛和反－2－壬烯醛等8种 醛的方法。该方法可用于啤酒抗老化研究和产品质量控制。
1 实验部分

1，1 仪器、试剂与材料

Agilent 6890N GC-5973MSD 气-质联用仪（美国Agilent公司）。色谱柱为DB－5毛细管柱（30m×0.25 mm i d，0.25 μm）。 Combi PAL自动进样器（瑞士CTC公司），聚二甲基硅氧烷／二乙烯基苯涂层纤维：（65μm PDMS／DVB），20 ml带PTFE涂层硅橡胶垫的顶空样品瓶。3-甲基丁醛（97％），2-甲基丁醛（95%），2-甲基丙醛（99％），戊醛（97%），已醛（98％），反－2－壬烯醛（98％），苯乙醛（90％），2-糠醛（99％）， PFBOA（98％）购自SIGMA－ALDRICH公司。醛类标准溶液的配制：准确称取醛类标准适量，溶解于甲醇（HPLC级，Fisher公司）中。PFB0A衍生溶液的配制：称取适量PFBOA，用水溶解至所需浓度。为防止水中醛类干扰，实验用水选用瓶装纯净水，煮沸30 min后冷却备用。啤酒样品取青岛啤酒股份有限公司。



1．2 顶空固相微萃取方法

先将固相微萃取纤维插入装有l0mL PFBOA溶液（60 mg／L）的顶空瓶的顶空中在60℃萃取10min，再将吸附有PFBOA的纤维插人装有2 mL除气啤酒的顶空瓶的顶空层中60℃萃取60 min。所有的衍生和进样都在自动进样器上进行。



I．3 气相色谱-质谱分析条件

气相色谱条件：载气为氦气，流速l.1mL／min，进样口温度为250℃ ，无分流进样。 程序升温：40℃（2 min），以10℃／min升至140℃，再以7 ℃/min升至250℃（3min）

质谱条件：电子轰击（El）离子源、电子能量 70eV；GC－MS接口温度：250℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；扫描范围50～550amu；羰基化合物的PFBOA衍生物的定性采用质谱全扫描方式，标准物质定性。定量采用选择离子扫描方式。



2 结果与讨论

2．l 固相微萃取条件的确定

2．l．1 固相微萃取纤维的选择

在顶空固相微萃取中，首先应结合待测化合物的极性、沸点和分配系数，选用不同涂层材料的萃取纤维。实验要求SPM E纤维对PFBOA及衍生物都具有良好的吸附效果。对3种萃取纤维PDMS／DVB（65μm），CW／DVB（65 μm）和PoIyacrylate（85 μm）进行测试比较，结果表明PDMS／DVB（65 μm）的萃取效果最好。因此，选择PDMS／DVB（65 μm）作为萃取纤维。



2．1．2 萃取温度和萃取时间的选择

适当升温能提高 HS－SPME分析的灵敏度，但是啤酒样品长时间在高温下会加剧老化，生成更多的老化醛类。经过实验，啤酒样品采用60℃萃取60min，所有的醛类能够达到平衡。



2，l，3 固相微萃取样品量的选择

在20mL顶空瓶中分别加入2、5、10 mL啤酒，结果发现2 mL啤酒测定的重现性最好。原因在于顶空体积占整个顶空瓶体积的50％以上，更有利于气－液平衡，取样稳定性好。



2．2 气相色谱－质谱定性研究

醛类与PFBOA的衍生化反应见图1。文献证明［7］，每种醛的PFBOA衍生物都有一个特征离子m／z 181（M － ON＝CH － R）＋ 和分子离子峰；并且都有顺反两种异构体。测定的醛类衍生物的主要碎片离子如下：2－甲基丙醛（181，267，195，250）、3－甲基丁醛（181，281，239，253）、2-甲基丁醛（l8l，281，239，266）、戊醛（181，281，239，207）、己醛（181，295，239，I 14）、糠醛（181，291，218，195）、苯乙醛（l8l，315，297，91）、反－2－壬烯醛（181， 335， 250， l60）。




2．3 线性范围和检出限

在0，2～500 μg／L的质最浓度范围内按照5种浓度梯度配制每种醛的标准溶液，衍生，进气相色谱－质谱进行定量测定。8种醛线性关系良好．相关系数和检出限（S／N＝3）见表1。图2是醛类标准的PFBOA衍生物经HS－SPME后的总离子流色谱图。


2．4 精密度和回收率

取新鲜啤酒和贮存6个月的老化啤酒各5瓶，进行精密度测定试验，结果见表2 。老化啤酒中的8种醛类含量均比新鲜啤酒显著增加。 样品中添加一定浓度的醛类标准溶液，进行回收率试验，除反－二壬烯醛（回收率＞84％）外，各种醛的加标回收率在88％～103％之间。



2．5 与液液萃取法的比较

在用Gronqvist等[3]的液液萃取法测定啤酒样品时发现，如果样品中2-羟基3-丁酮的含量高，就会干扰醛类的分离，影响检测灵敏度。两种方法的色谱图比较见图3。因此，HS－SPME和GC－MS测定啤酒中的醛类具有所需样品量少、快速、分离效果好等明显的优点，适用于啤酒老化的质量控制。

顶空气相色谱系列讲座（115）大孔树脂吸附中药中有机残留物
中药产品中大孔吸附树脂有机残留物检测方法研究
摘要 目的：建立中药产品中苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、二乙苯、二乙烯苯、萘、癸烷、十一烷和十二烷共10种大孔吸附树脂有机残留物的检测方法。

方法：采用气相色谱法，以二氯甲烷为提取溶剂，以DB －624毛细管柱（30 m×0 32 mm×1.8 μm）分离、氢火焰离子化检测器检测。

结果：10种有机残留物在12 min内能很好地分离；各有机残留物的加样回收率（n＝3）为61.4％～109.2％，其RSD在0.62％～14％：精密度为1.3％～4 .4％，最低检测限为0.007～0.03 μg/mL。检测的3种中药产品中均未检出各有机残留物。

结论：该方法能够同时检测l0种有机残留物，并具有分离度高、快速、简便、艾敏和准确等特点。



本文由北京大学药学院的贾存勤、屠鹏飞、张洪全和甘肃农业大学草业学院的李阳春等共同撰写中药和天然药物中用大孔吸附树脂富集和纯化时可能带入有机残留物的分析方法，现全文介绍如下：



前言

大孔吸附树脂技术作为一种新的色谱技术已经广泛应用于中药和天然药物有效成分的富集和纯化［1～3］。由于市售树脂均为化工树脂，残留有一定量的有机溶剂，利用大孔吸附树脂技术生产的药品和保健食品可能被带人树脂有机残留物，而影响此类产品的安全性。为此，国家食品药品监督管理局（SFDA）多次召开专家会议对此问题进行认真讨论，并以会议纪要的形式发布有关使用大孔吸附树脂纯化中药产品和保健食品中有机残留物的规定，

要求中药产品应检验苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、烷烃类、二乙基苯类（二乙烯基）及树脂残留物总量，苯不得高于2 μg·gˉ1，其他残留物不得高于20μg·gˉ1；保健食品要求检测二乙烯苯，不得高于50μg·gˉ1。因此，建立药品和食品中大孔吸附树脂有机残留物有效的检测方法已成为急待解决的问题。

药品、食品和大孔吸附树脂中大孔吸附树脂有机残留物的检测方法文献报道不多，在这些树脂有机残留物的研究文献中［4～8］，仅仅对树脂中少数几种残留物进行了检测，其方法的灵敏度也不够高。作者在对9种代表性的大孔吸附树脂有机残留物的种类和检测方法进行系统研究的基础上（另文报道），对采用大孔吸附树脂生产的中药产品中有机残留物的检测方法进行了研究。

本文利用气相色谱法建立了中药产品中苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、二乙苯、二乙烯苯、萘、癸烷、十一烷和十二烷共10种有机残留物的定量分析方法。并利用所建立的方法检测了2种剂型（注射液和胶囊）3个新药中的大孔吸附树脂有机残留物。本方法能够同时检测10种有机残留物，具有分离度高、快速、灵敏、简便等特点，对确保中药产品的安全性具有重要作用。



实验

1 主要仪器与试药

Agilent 6890气相色谱仪（美国），配置氢火焰离子化检测器（FID），Agilent DB －624弹性石英毛细管柱；，1μL气相进样器（HAMILTON公司）；电子分析天平（Sartorius BP 110 S，德国）。

二乙苯（95％，Sigma公司），1，2一二乙烯苯为化学纯（中国医药集团上海化学试剂公司），甲苯、1,2-二甲苯、萘为分析纯（北京化学试剂厂），苯、苯乙烯、癸烷、十一烷、十二烷为色谱纯（北京化学试剂有限公司）。乙醇、甲醇、氯仿、二氯甲烷为色谱纯（天津康科得科技有限公司）。苁蓉总苷胶囊（CTS，杭州杏辉天力药业有限公司生产）、NMT胶囊（云南白药集团研制，因产品尚未报批，故以代号代之）和红花氯化钠注射液（HH，北京大学药学院天然药物学系研制）。



2 色谱条件

Agilent DB － 624石英毛细管柱（30 m×0．32mm×1．8μm）；载气为高纯氮气（≥99．999％），柱流速2．5 mL·min－1；进样器温度220℃；检测器温度250℃；氢气流速30 mL·min－1，空气流速300 mL·min－1尾吹流速30 mL·min－1；柱升温程序：起始温度40℃，以14℃·min－1速率升温至200℃，恒温1 min；采用无分流进样方式，进样量：1μL。在上述色谱条件下，对照品溶液及样品溶液的色谱图见图l。






3 样品溶液的制备

精密称取苁蓉总苷或NMT胶囊内容物的细粉1．0 g于10 mL量瓶中，精密加入二氯甲烷5 mL，称重，超声提取10 min，再称重，补足减失重量，滤过，待测。

精密吸取红花氯化钠注射液1 ml．于10 rnL量瓶中，精密加人二氯甲烷5 mL，振摇提取10 min，弃去水溶液层，取二氯甲烷液待测。



4 线性关系、精密度和最低检测限

分别精密称取苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯、二乙苯、二乙烯苯、萘、癸烷、十一烷和十二烷适量，用二氯甲烷配成300 μg·min－1的对照品储备液。稀释后得到一系列不同浓度的对照品溶液，其中苯分别为0.2，1.0，2.0，4.0，5.0μg·min－1；甲苯、苯乙烯、二甲苯、二乙苯、二乙烯苯、萘、癸烷、十一烷和十二烷分别为1.0，2.0，8.0，15.0，30.0μg·min－1。分别吸取对照品溶液1μL，注入气相色谱仪，以所确定的色谱条件测定峰面积，结果以浓度为横坐标（X），以峰面积值为纵坐标（y）进行线性回归。

吸取混合对照品溶液（其中苯为2.0μg·min－1，甲苯、二甲苯、苯乙烯、二乙苯、二乙烯苯、萘、癸烷、十一烷和十二烷为4.0μg·min－1 lμL，连续进样5针，以峰高计算精密度；以3倍信噪比确定l0种有机残留物的最低检测限，以l0倍信噪比确定10种有机残留物的定量限。10种有机残留物的色谱图见图1－ A，其回归方程、相关系数、精密度、最低定性检测限和定量检测限见表1。





6 重复性试验

按照样品测定方法，分别取苁蓉总苷胶囊和红花氯化钠注射液各5份进行测定。结果2种药品中均未检测出所检测的10种有机残留物。



7 样品中有机残留物检测

分别精密称取苁蓉总苷胶囊、NMT胶囊内容物的细粉各1．0 g及红花氯化钠注射液1 mL，按“3”项下方法操作，所得样品溶液以“2”项所述色谱条件检测10种有机残留物，结果3种药品中均未检测到所检测的10种有机残留物，其有机残留物含量以最低检测限（n＝3）计算，其中苯、甲苯、苯乙烯、癸烷、十一烷、一二烷和萘含量<0.05μg·g－1（或μg·min－1），二甲苯和二乙苯含量＜0，lμg·g－1（或μg·min－1），二乙烯苯含量<0．1μg·g－1（或［μg·min－1），各样品的气相色谱图见图1。

顶空气相色谱系列讲座（115）（下）--大孔树脂吸附中药中有机残留物

8 讨论

8．1 DB － 624毛细管色谱柱是专门用于测定溶剂残留的专用色谱柱，由图1和表1可见，在所确定的色谱条件下，对10种有机物既有良好的分离度，又有很低的检测限，可以满足检测要求。

8．2 利用大孔吸附树脂纯化的药品和食品一般极性较大，而有机残留物的极性很小，因此提取溶剂的选择至关重要。乙醇和甲醇等虽然对有机残留物的溶解性很好，但药品和食品中成分也易于溶解，直接进样会对毛细管色谱柱造成很大的损害；有机残留物难溶于水，用水作为溶剂不易操作。经过仔细筛选，我们选择了色谱纯二氯甲烷，可以针对性地只提取出有机残留物，而药品和食品中其他极性成分不易溶出，减少干扰，很好地保护了色谱柱

8．3 文中3种药品所使用的大孔吸附树脂分别为D－l0l、AB －8和LSA － 40，前期研究表明，3种树脂中除残留有苯系物外，还有萘；其中AB － 8和I，5A －40还有大量烷烃，但以癸烷、十一烷和十二烷含量最高。因此，所建立的方法检测了上述10种有机残留物。



参考文献

1 MA Zhen - shan（马振山） The application of macroporous adsorption resin on the research of medical sciences（大孔吸附树脂在药学领域中的研究应用）Chin Tradit Pat Med（中成药），1997，19（12）：40

2 TU Peng-fei（屠鹏飞），JIA Gun-q in（贾存勤），ZHANG Hong-quan（张洪全）。The application of macroporous adsorption resin on new drug research and production of TCM（大孔吸附树脂在新药研究开发和生产中的应用）,World Sci Technol Mod Tradit Chin Med（世界科学技术一中医药现代化），2004，6（3）：22

3 OU Lai -Liang（欧来良），KONG De-ling（孔德领），SHI Zuo-qing（史作清）The application of macroporous adsorption resin on the separation and purification of effective components in TCM（大孔吸附树脂在中药有效成分分离纯化中的应用） Chin Tradit Herb Drugs（中草药），2004，35［Suppl（增刊）］：32

4 ZHONG Zhao-qing（仲昭庆），ZHANG Qing-bo（张清波）Determination of organic residue in CiwuJia for injection purified by orifice resin（注射用刺五加粉针大孔树脂有机残留物的测定）Drug Stand China（中国药品标准），2004，5（2）：32

5 LING Ning-sheng（凌宁生），LIU Zhi -qing（刘志青），LI Lin（李

林），et al, Analysis of benzene-series residues in D－101 macroreticular resin used for TCM（中药用D101大孔吸附树脂苯系列残留物分析研究）．Chin Tradit Herb Drugs（中草药），2002，33（2）：122

6 XU Xing-chen（许兴臣），LI Di-hua（李棣华），LIU Jun-hong（刘俊红），et al．Determination of styrene and other residues in WLD-III type macroreticular resin WLD-Ⅲ型大孔吸附树脂中苯乙烯等残留物的测定）Chin J Surg Integrated Tradit Wes Med（中国中西医结合外科杂志），2002，8（4）：293

7 YUAN Zhu-ren（袁铸人），GUO Li-wei（郭力玮），PENG Guo－ping（彭国平），et al Detection of residue of AB－8 macroscopic absorption resin and entrapment residue of acetylcellulose membrane with gas chromatograph），（气相色谱法检测AB－8大孔吸附树脂残

留物及醋酸纤维素膜截留残留物的研究〉J Nanjing Uniu Tradit Chin Med（Nat Sci）（南京中医药大学学报自然科学版），2002，18（2）：96

8 DENG Liang（邓亮），YE Li-ming（叶利明），CHEN Cong（陈聪），et al .A method for determination organic residues in macroreticular resin d styrene frame type by gas chromatography with large bore capillary（大口径毛细管柱气相色谱法检测苯乙烯型大孔吸附树脂中残留溶剂的方法研究） Chin Tradit Herb Drugs（中草药），2004，35［Suppl（增刊）］：72



(全文完)

顶空气相色谱系列讲座（116）分子筛对甲醛气体的吸附性能研究


沸石分子筛对甲醛气体吸附性能的研究



摘 要：对5A，ZSM-5，10X，13X型沸石分子筛吸附甲醛的性能进行了研究，发现10X沸石对甲醛的吸附量较高，穿透时间延长．用低温氮气(77．4 K)吸附法测定了各样品吸附等温线，用密度函数理论计算出各样品的孔径分布．推知沸石的孔径和沸石骨架中的阳离子对提高甲醛的吸附性能起了主要作用．分析了浓度对吸附效果的影响和10X分子筛活化后重复使用的情况．结果表明10X沸石对4 mg／m3的低浓度甲醛气体在较长时间内去除效率在90％以上；重新活化后。仍有良好的吸附能力，可以重复使用



本文是北京市教委基金资助项目，由北京理工大学化工与环境学院的王国庆副教授和孙剑平、吴锋、陈实等各位老师们共同研究完成，现全文介绍如下



前 言

甲醛是一种常见的室内污染物，主要来源是脲醛树脂、家具、油漆和涂料等．目前，治理甲醛污染的方法主要有通风法、化学反应法、催化氧化法、物理吸附法等．与其他方法相比，吸附法具有脱除效率高、富集功能强、不易造成二次污染等优点，是近年来治理低浓度有害气体的有效方法．

沸石分子筛以其规整的晶体结构、均匀一致的孔分布，非常高的比表面积和吸附容量及可调变的表面性质在气体吸附领域得到广泛的应用．由阳离子和带负电荷的硅铝氧骨架所构成的沸石本身是一种极性物质，可通过静电诱导使分子极化；甲醛等醛类物质含有羰基极性基团，为极性吸附质，易于被沸石吸附，作者初步研究了沸石对甲醛的吸附性能．



1 实验部分

1．1 试剂和仪器

5A型分子筛(大连)；I0X和13X型分子筛(美国环球公司)；ZSM-5型分子筛(南开大学)；以上材料在马弗炉中于400℃下活化4 h，粒度为20～40目．

甲醛：分析纯，济南白云有机化工有限公司．质量流量控制器：北京七星华创电子股份有限公司．自动吸附仪：Q uantachrome Instruments NOVA 1200E型自动吸附仪，美国Q uantachrome公司．气相色谱仪： SQ-204型气相色谱仪，北京分析仪器厂。配备SQ-204型转化炉．



1．2 样品孔结构和比表面积分析

各样品在NOVA 1200E自动吸附仪上测定比表面积和孔结构参数．按照标准的操作程序，先在573 K下抽真空，进行脱气干燥12 h以上，以保证样品初始吸附相对压力p／P0在10-8以下；再利用容积法于77．4 K下以氮气为吸附介质，在相对压力为10-7～1的范围内测定了吸附等温线．样品比表面积用BET方法计算，用Dubinin．Astakhov(DA)方程计算了微孔的孔容V mic [2]，用Horvath．Kawazoe(HK)方程计算微孔孔容V mic； 和平均孔径D [3]．



1．3 分子筛吸附量的测定方法

吸附量测定装置如图1所示．配好的40mg／mL的甲醛工作液置于U型多孔玻板气体发生器中，在一定的温度和压力下，甲醛的挥发是稳定的，通过气流量的正压控制甲醛气体的挥发量，并通过质量流量控制器准确混入氮气，即可方便的配出不同浓度和流量的实验模拟气体．通过六通阀手动定量进样并经色谱柱分离后，由有镍 触媒的转化炉将甲醛加氢催化为甲醇后进行测定， 即可实现动态实时监测吸附后甲醛气体的浓度．




1．4 动态吸附量的计算

按照上述实验方法，测得甲醛浓度随时间变化的计算为

吸附量(mg／g) = (C0一Ct )×V／m ．

式中：C0为甲醛的初始质量浓度，mg／m3；Ct为t时刻甲醛的瞬时质量浓度，mg／m3；V为配气的体积。动态吸附时标准状态流量与时间的乘积，m3；m 为吸附剂的质量g．

2 实验结果和分析

2．1 样品孔结构的测定[ ]

图2和图3为样品10X和13X分子筛的低温氮气吸附脱附等温线．从图2，图3可知样品按照Brunauer-Emmett．Teller分类为典型的I型等温线I型等温线以形成一个平台为特征，平台是几乎水平或完全水平的．随着饱和压力的达到，等温线或者陡峭的与p／ o=1轴相交，或者表现为一条“拖尾”。逐渐与压力轴相交。

顶空气相色谱系列讲座（116）(下)--分子筛对甲醛气体的吸附性能研究

由吸脱附等温线可以看出，样品主要由微孔组成。因为I型等温线是微孔吸附剂的特征，并且样品在很低的相对压力下就达到了饱和吸附．低温氮气在沸石上的吸附与脱附等温线基本重合，说明沸石样品的孔径分布是均一的。

根据密度函数理论(density functional theory)计算样品的孔径D分布，图4和图5分别为10X和13X按HK方程计算所得的孔径分布图．从图中可看出。10X和13X的孔径分布差别不大，都分布在2．0 nm以下。主要孔径分布在0．8～1．1 nm附近，称为微孔型吸附剂，与其氮气吸附脱附等温线相对应．



样品孔表1为样品的孔结构参数．从表1中可以看出，比表面积SBET X型分子筛比较大，由于13X是NaX型分子筛，10X是用 交换了13X中的Na 后得到的CaX型分子筛，交换后引起沸石结构破坏 ]，所以10X比13X的比表面积要小．并且由于Ca2 比Na 的半径大，堵塞了孔径，所以10X的孔径也要比13X略小一些



从图6可知，X型沸石对甲醛的吸附量高于5A和ZSM一5。而5A的吸附量最小．5A的主晶穴是a笼，八元环是其主晶孔，有效孔径0．49 nm；ZSM一5属正交晶系，有效孔径0．55 nm[引．由前面的数据可知，ZSM一5的比表面积比5A小，说明吸附过程中沸石孔径的影响较大．

10X与13X的孔径相差不大，但要比ZSM一5和5A分子筛孔径大一些，吸附量也更大，由此可初步推断对甲醛的吸附，沸石的孔径起了重要的作用．10X的孔径与比表面积均小于13X，但吸附量却高于13X分子筛，说明孔径并不是决定吸附量大小的惟一因素．



2．3 样品的穿透时间对比试验

为进一步验证各样品对甲醛的吸附性能。在上述相同实验条件下，测得各样品的的动态吸附穿透曲线如图7所示．由图7可以看出，10X比13X吸附性能更好。



这可能是由于10X的Ca2 离子荷径比大于13X的Na 离子荷径比，产生的电场强，极化作用就更强一些．而甲醛含有羰基极性基团，易于被极化，所以线10X吸附甲醛的能力就更强一些；同时电场的增强也会使分子筛孔穴内的酸性中心增多，对气体的吸附作用增强．

另外还可观察到，x型沸石与5A和ZSM一5相比在较长的时间内保持很高的脱除率．原因可能在于5A和zSM．5孔径较小，甲醛分子主要在主孔道的活性中心吸附，吸附在主孔道后阻碍了沸石对其它甲醛分子的吸附．而10X和13X孔径有几个甲醛分子直径的宽度，但还没有宽到使甲醛分子能够避开品格中场的作用，邻近孔壁的势场将相互重叠，因而增加了固体与气体的相互作用能；另外，x型沸石具有八面沸石的硅铝氧骨架结构，吸附的甲醛分子易于移入超笼中，这样会有更多的甲醛分子进入沸石的孔穴中，使沸石材料在相当长的时间内保持较高的脱除率．



2．4 质量浓度对样品吸附的影响

选取甲醛的初始质量浓度为40 rag／m3和4 rag／m3，气体流量为2 L／m 的条件下，lOX型分子筛对甲醛的的处理率如图8所示．从图8中可以看出，在比较低的浓度下，IOX沸石几乎可以完全吸附甲醛；而在较高的的浓度下，经过一段时间后吸附效率迅速下降．说明沸石对动态低浓度的甲醛气体有很高的吸附容量，十分适于处理室内低浓度的有机气体．



3 结论

① 以低温氮气吸附法测定了5A，ZSM一5，10X，13X型沸石的吸附等温线，各样品的吸附等温线均为I型，孔径分布均一，全部是微孔．

② 对各样品吸附量进行比较，发现对甲醛的吸附，沸石的孔径和沸石骨架中的阳离子起主要作用．

③ 沸石对动态低浓度的甲醛气体有很高的脱除率，十分适于处理室内低浓度的有机气体．

顶空气相色谱系列讲座（117）（上）--顶空溶剂微萃取GC测水中脂肪胺

用顶空溶剂微萃取－气相色谱法测定水中的脂肪胺

摘 要：本实验用一滴溶剂进行顶空微萃取来测定水溶液中的胺。将1微升含有内标2－丁酮的苄醇液滴悬挂于色谱进样针的针头，并置于搅拌中的样品溶液的顶空来进行萃取。接着将液滴直接注入气相色谱仪。整个色谱检测过程少于10分钟。本实验对有关萃取效率的试验条件优化（取样时间，取样温度，搅拌速率，溶液离子强度，试剂浓度，萃取时间和有机液滴体积）进行了研究，对线性范围和精密度也进行了检测。标准曲线有良好的线性,最低检测限浓度为2.5 mg ml-1,R.S.D值从6.0到12.0%。最终，这个方法被成功的应用到萃取和检测自来水和河流水样品中的成分胺。这个系统为检测微量挥发性的有机化合物提供了一种经济、迅速、简便而又精确的样品清除和预富集的方法。

1、引 言

基于短链脂肪胺在一些工业、化学和制造方面的广泛应用，它们在液相环境中普遍存在。这些化合物在塑料、染料、药品、抗氧化剂和炸药的生产过程中以及石化工业中产生出来。作为类似氨基酸和蛋白质等有机原料的降解产物，脂肪胺也是生物系统中的普遍成分。这些化合物除了因刺激性气味而导致的卫生问题，还对皮肤、眼睛、黏膜和呼吸道有刺激作用而对人类健康造成危害。并且，它们能与某些含氮的化合物作用产生潜在的致癌物质亚硝胺。因此，不同基质体中的脂肪胺的测定越来越受到关注。

液相媒介中的脂肪胺一般运用色谱技术来检测，有一些运用气相色谱（GC）或液相色谱(LC)的方法都是可行的。由于这些化合物通常以微量存在，这些检测方法的普遍特征就是对分析物的预富集要求。分析物的浓缩通常由萃取技术完成。可是，不用于环境中的其它化合物，脂肪胺具有很高的极性和水溶性，用萃取技术来浓缩是一项艰难的任务。作为对LC的补充，化学衍生化应该被用来增强灵敏度，因为脂肪胺没有UV或荧光基团。.然而，大多数方法中的主要障碍在于有关的样品处理所引入的可能的错误和较长的分析时间。大部分过程的反应时间为20～60分钟，但也有长达180分钟的。此外，衍生化反应物的多重液－液萃取要求达到可接受的回收率，于是大量的有机溶剂必须在色谱阶段之前被汽化，而且过量的试剂必须被再次萃取或消除。因此，分析起来既单调又浪费时间。基于上面所说的各种缺点，不使用溶剂或使用少量有机溶剂的样品准备方法变得越来越重要。

过去几年里，人们都努力通过大量缩小溶剂与水相的比率来简化液－液萃取过程，导致了溶剂微萃取方法的发展。这项技术不浪费,只有分析物的一小部分被萃取/预富集来进行分析。溶剂微萃取能用最简单的设备来操作，例如常用的微量注射器。此外，由于极性萃取溶剂有很大的选择范围，顶空溶剂微萃取成为更有吸引力的技术。从水溶液中直接溶剂微萃取的溶剂甚至不需要是斥水的。

最近报道了在顶空分析中利用一滴溶剂液滴萃取有机化合物来检测的方法。

本文的目的是在对水溶液中脂肪胺的顶空分析中使用溶剂的小液滴，来发展一种简单而敏锐的预富集方法。这项技术非常经济，而且在很短的分析时间内就能达到良好的精确度和敏锐度。

2 实 验

2．1． 使用仪器

分离,检测和定量使用Chrompack CP-9002（Chrompack,Middleburg,荷兰）气象色谱系统，装备火焰离子化检测器。Chrompack公司的CP-Cil 5TM毛细管柱(cat. no. 7700)，规格为10m × 0.25mm i.d. × 0.12μm。

进样口分流比10：1，载气（氮气）流速为1.2 ml min－1。进样器和检测器温度分别为190℃和160℃。柱中程序升温过程为起始温度35℃，以3℃min-1的速度升到50℃，接着以50℃min-1的速度升到125℃。10μl注射器(Hamilton, Reno, NY, USA)用来悬挂苄醇液滴并将其注入GC。样品在5ml带有Teflon-lined隔膜的平底小瓶中用电磁搅拌器(VWR Scientific, West Chester, PA, USA)搅拌。微量注射器要用微萃取所用溶剂反复洗涤来除去里面的空气。注射器要夹在相对小瓶的固定位置上，使针头一直位于小瓶的顶空。小瓶被水浴加热到要求的温度。

2．2．化学药品

所有分析对象，苄醇和2－丁酮都为分析纯，Merck KGa(Darmstadt, FRG)出品，使用时没有进一步纯化。准备标准液(1.0 g l-1)乙胺、2-丙胺, 1-丙胺, N-ethyl-ethanamine和1－丁胺。标准液以4℃冷藏。每天用经过二次蒸馏的水将标准液稀释成2ppb到1.5ppm的各种浓度的工作标准溶液。有机提取剂为苄醇，内含固定量的2－丁酮作为内标(0.100 %, v/v)。

2．3．萃取程序

实验装置如Fig.1所示。5ml小瓶中装有2ml的标准混合剂和一个6mm的电磁转子(VWR Scientific)。 Hamilton 7105 注射器用溶剂/内标物清洗至少20次。抽取1μl（除非另有规定）溶剂，针头刺穿小瓶的隔膜，注射器用夹子固定以保证针头在顶空处于不变的位置。压下注射器活塞，挤出溶剂液滴，在萃取期间以不用速率用不同时间搅拌。搅拌停止后，液滴被吸回注射器并注入GC进行分析。分析信号就是分析物与内标物的峰面积之比。




3、结果与讨论

3．1．基本原理

萃取溶剂必须符合两个要求――能完全萃取到分析物并在色谱图上能与分析物的峰分开。并且，该溶剂应具有较低的蒸汽压从而在萃取过程中防止溶剂液滴的蒸发。

我们试验了几种不同极性、沸点和水溶性的试剂。最初的尝试显示苄醇提供了最好的萃取效率，所以选择它作为进一步工作中的萃取溶剂。因为脂肪胺有挥发性，注入量也会有一些波动，所以加入2－丁酮作为内标物来修正这些问题，而分析物与其峰面积之比即为分析信号。脂肪胺标准溶液经过一滴含有2－丁酮（内标）的苄醇顶空萃取后的典型色谱图由Fig.2表示。



3．2．溶剂微萃取的优化

最初的目标是为了在水溶液中萃取脂肪胺而发展和优化溶剂微萃取的取样条件。对于溶剂微萃取，有一些参数控制这项方法的好坏，例如萃取溶剂、样品搅拌速率、有机液滴体积、溶液离子强度、取样时间、温度和试剂浓度。我们将每项参数对萃取的影响都做了检验。结果如下。

3．2．1．萃取溶剂

试用了三种不同溶剂。溶剂的选择性用萃取5ml的样品来评估，样品为含有100μg l-1每种分析物的去离子水。搅拌（400rpm）中的溶液用1μl的适当有机溶剂取样10分钟。这里试用的溶剂具有不同的水溶性。较长的取样时间和较快的搅拌速率都被避免。结果如Fig.3所示。



萃取效率基于分析物三次重复分析的平均峰面积。然而，结果显示半极性的四氯乙烯微滴由于其高蒸汽压萃取效果相对很好，其它极性溶剂，例如苄醇，更加适用。此外，苄醇被发现能提供更好的萃取效率。

顶空气相色谱系列讲座（117）（下）--顶空溶剂微萃取GC测水中脂肪胺

3．2．2．搅拌速率

样品的搅动能使液气两相平衡更快达到从而促进萃取并减少萃取时间。最基本的是要得到水溶液与气相中反应物浓度的线性关系。顶空中的质量传递被认为是一个很快的过程，因为气相中的扩散系数一般比浓缩相中的相应扩散系数大104倍。此外，液相中的搅动也引起了顶空中的对流。为了当前研究的目标，在五种搅拌速率下分别做了三次重复实验－0（静态），200，400，600和800rpm。我们不采用更快的搅拌速率，因为会导致有机液滴脱离针头。结果清晰的表明，与静态相比，搅拌使分析信号有了显著的增强（Fig.4）。

这与基于对流扩散质传递薄膜理论的溶剂微萃取的预期表现相一致。如Fig.4中看到的，所有分析物的峰面积随着搅拌速率的升高而增加，直到速率达到600rpm。在600rpm，一些分析物的峰面积保持不变，其余分析物的峰面积继续增加，因此在进一步研究中选择600rpm为搅拌速率。



3．2．3．取样温度

在10－80℃之间，将萃取液滴暴露在顶空中15分钟来研究搅拌温度的影响。我们测量了含有每种分析物浓度为100μg l-1的溶液。萃取曲线显示分析物的萃取量随着温度升高而增加，直到温度上升到50－60℃（Fig.5）。这可以用下面事实解释，随着温度的升高，分析物的蒸汽压变大，因而顶空中的分析物浓度增大。当高于上面提到的温度时，分析物的萃取量下降，大概由于萃取相中的分配系数减小。所以，对于固定的萃取时间15分钟而言，最适宜的取样温度为50℃。



3．2．4．取样时间

准备一系列spiked-water样品（100μg l-1），每种分析物的不同分析信号作为暴露时间的影响来研究。



如Fig.6所示，到达平衡前相对峰面积随着暴露时间的增加而增加。另一方面，我们注意到随着暴露时间的延长，液滴体积显著增大，在暴露45分钟后，它从一个最初1－5μl的微滴逐渐增大，最终从针头掉落。这是因为苄醇有亲水性，吸收分析物的同时也吸收了水份。

最初在针头上使用2μl的液滴也是不可实现的，在15分钟的暴露时间后，液滴体积太大而不能固定在针头上，液滴掉落。

然而，在定量分析中，分析物没有必要达到平衡，只要使足够的质传递进入液滴，并采用可重现的萃取时间就可以。因此，在进一步工作中，选择了15分钟这一折衷的暴露时间，虽然分析物在该时间点上没有达到平衡，但它可以避免液滴掉落的意外发生。

3．2．5．溶液的离子强度

在溶液中加入盐可能对萃取产生一些影响。更一般的说，盐的存在提高了溶液中的离子强度，并影响了有机分析物的溶解性。提高盐的浓度与分析物的极性有助于萃取的进行（盐析效应）。

对于溶剂微萃取而言，盐类的影响以前就被研究过。这些报道都与动力学液相微萃取有关，其中传统的微量进样针被用来作为分离的漏斗。研究结果显示盐类的存在降低了萃取效率。我们研究了NaCl浓度（范围从0到0.5gml-1）的影响并监控了萃取效率的变化。基于三次重复实验，结果在Fig.7中以相对峰面积和NaCl含量的关系表示。



很明显NaCl的加入可以促进分析物向顶空的传递，从而传送到萃取微滴。然而，萃取效率在NaCl浓度高于0.3gml-1后不再变化。因此在进一步工作中我们选择NaCl浓度为0.3gml-1 的饱和盐溶液。

3．3．实验方法评估

基于对2ml脂肪胺水溶液的检测计算出标度曲线。在分析前向萃取瓶中加入0.6mg的NaCl，在50℃，600rpm的搅拌速率下以1微升苄醇取样15min。使用five spiked levels，所有被检测的脂肪胺的线性范围都在1.2mgL-1之内。对于每种spiking level,均做了三次重复分析。所有过程都重复操作了三次来评价一天内的重现性。相关系数（r2）的范围如Table 1所示由0.9123到0.9418。

ACE委员会关于环境分析的报告用于评估这种试验方法的检测限（LOD）。LOD用分析物的最低检测限来确定，最低检测限与50次空白噪声分配的连续进样所得到的标准偏差的三倍有关。结果总结在Table 1里。



该方法应用于自来水与河水的分析中。样品经过spiked制成三种不同浓度0.06，0.50和0.90ppm.，来核实检测中的基质效应。未spiked的样品也同样进行了加工。

Spiked样品得到的色谱图与标准溶液得到的色谱图非常相似，样品中可能存在的化合物所造成的干扰也没有观察到（例如，氨）。检测的样品中没有发现所研究的胺。我们计算了spiked样品的浓度，记录在Table 2里。很明显，这些结果与包含相同浓度分析物的标准溶液的结果相差无几。这说明这一预处理过程的表现对于所有被测样品都是相似的。


4．结 论

这项工作的结果显示检测水样中的微量脂肪胺可使用溶剂微萃取法作为富集和定量的有效替代方法。这一过程非常简单快速。全部分析时间（样品预处理和色谱分析）大约为25分钟。另外，在许多其它方法中普遍使用的有毒有机溶剂是不需要的。溶剂微萃取也不需要专业而昂贵的仪器。该实验方法可被应用于低于ppm级浓度下的脂肪胺测定中，并得到令人满意的精确性和重现性。在检测的不同种样品中，分析物的量化没有观察到显著的差别。

（全文完）





译自《美国分析化学》，73卷，23期，题目为Headspace Sovent Microextraction

Massoud Kaykhaiia,., Saeed Nazarib, Mahmood Chamsazb

a Department of Chemistry, Faculty of Sciences, Sistan and Balouchestan University, Zahedan 98135-674, Iran

b Department of Chemistry, Faculty of Sciences, Ferdowsi University, Mashhad 91779, Iran

泽者：中国科学院生态环境研究中心 曹洁博士

顶空气相色谱系列讲座（118）（上）--吹扫捕集分析土味素和2-甲基异坎醇



采用吹扫捕集分析土味素和2-甲基异崁醇


简介

土味素和2-甲基异崁醇（2-MIB）是两种在饮用水中存在的导致令人厌恶的气味和口感的物质。它们是蓝绿藻类的代谢副产品，在水中产生了一种发霉的味道或者土味；有时，它们也被称为“模子气味”物质。常规的水处理方法（例如：加氯或者臭氧）不能够得到嗅味检测可接受的结果，这些物质通常处于10-20ppt。近来，土味素和2-甲基异崁醇在日本、欧洲和美国的西南部已经日益受到重视，开发一个方法以萃取和检测极低浓度的这些物质，已经变得益发重要了。

在大多数国家，强制的检出浓度是10ppt 或更低。在日本，要求的检出限是1ppt。低的检出限使常规的吹扫捕集萃取方法复杂化。这项研究的目标就是优化吹扫捕集和质谱的操作条件，以便满足1-ppt 的检出限，并且当开发一个新的方法时，执行通常要求的性能验证测试。



本文来自OI 分析仪器公司的一篇翻译吹扫捕集应用文章供大家参考！



最大化吹扫效率的策略

本项目中使用的吹扫捕集仪器是OI 分析仪器公司的4560 型样品浓缩仪，配置专利的红外线吹扫管样品加热器和旋风式除水装置，显示于图1。注意几个步骤使吹扫效率最大化并且优化整个的结果，包括如下的内容： 使用最大的样品体积25mL，使检测器能够检测到最大化的样品质量，使用10%（w/v）氯化钠（NaCl）溶液以增加萃取效率，和采用红外线吹扫管样品加热器加热样品至80C。




样品体积

大多数USEPA 的吹扫捕集方法都采用5-mL 的样品，最低检出限为0.5ppb（500ppt）。为了下降500 倍以得到1ppt 的最低浓度，最大化传送到检测器的质量是十分必要的。增加样品体积从5 mL 到25 mL 并且采用25-mL 的过滤式吹扫管。为了测试随样品体积的灵敏度的改变，制备一份含有土味素和2-甲基异崁醇的标样。在相同的吹扫捕集条件下，分析三个不同的样品体积，5 mL、10 mL 和25 mL，比较其峰高度。在m/z 95（保留时间为15.7 分钟），2-甲基异崁醇的峰高度从5-mL 样品体积的50 提高到25-mL 样品体积的240。表明当采用大的样品体积时，传送到检测器的样品质量几乎增加了5 倍。土味素的结果类似。在样品体积方面，分析物的回收率的结果显示于图2。



亲水特性

土味素和2-甲基异崁醇的结构和化学特性显示于图3。两个物质都是饱和的叔醇；因此，它们是亲水性的，不易被吹出来。对于水基体要得到最大的萃取效率，采用“盐化”技术。标样采用10%（w/v）的氯化钠溶液制备。样品分析之间，吹扫管和传输管线用清洗水清洗三次，因此没有发现腐蚀或者盐的沉积。



除了盐化，在吹扫阶段每个样品被加热到80°C 以提高萃取效率。专利的红外线吹扫管样品加热器采用高强度的灯泡加热吹扫管中的样品。一根内置的样品热电偶提供直接的样品温度反馈给电气系统，能够准确地监测和控制在±1°C 之内。样品能够被快速、准确和重复地加热到指定的温度。相比于通常的40°C 样品温度，回收率提高了38%到44%，显示于图4。



4560 型吹扫捕集的专利的旋风式除水系统在正常的USEPA 方法502.2 的时间和温度条件下，去除掉了除了0.25μL（≈98%）的水之外的几乎所有捕集到的水。在这里由于采用更高的样品吹扫温度，有必要考虑其它一些措施处理在吹扫阶段传输到捕集阱上的不寻常的大量的水。最终的方法中包括3 分钟额外的干吹扫作为标准参数，同时配以旋风式除水系统以去除掉这些水量。土味素和2-甲基异崁醇的保留时间都处于多余的水产生的色谱问题区域之后；虽然如此，多余的水将潜在地使较早洗脱出来的物质难以被分析。不采用一个高效的除水配置，对于质谱仪将产生有害的影响。所有其它的吹扫捕集条件都是标准的UPSPA 挥发性物质的检测方法，总结于表1。



优化GC/MS 的条件

优化GC/MS 的操作条件主要集中在注入技术和质谱（MS）的获取参数。

注入技术采用脉冲式分流注入技术，能够最大限度地传输分析物至GC 的柱子。脉冲注入增加了在运行开始时刻的注入口压力，在脱附阶段快速地推进载气流速，使样品能够更快地流出柱子。同时最小化了分析物在注入口的分解，尤其是2-甲基异崁醇，在高温下极易分解。峰形改善，且峰更加锐利。分流比设置为5：1，使到达检测器的质量更高。最后，传输管线直接连接到分流/不分流注入口的载气管线，并且提供保温措施以消除冷凝点。隔垫吹扫排放口被堵住，以避免了额外的损失（见图5）。

顶空气相色谱系列讲座（118）（下）-吹扫捕集分析土味素和2-甲基异坎醇

质谱的获取

要获得最大的灵敏度，选择选定离子监测（SIM）获取模式。在SIM 模式下，只有几个选定的离子碎片被监测，因此整个检测器的灵敏度大大提高。直接注入制备好的100-ppb 储备标样，MS 处于扫描模式，以决定分析物的保留时间和SIM 所需要的最佳离子。检查整个的扫描质谱图形，对于土味素和2-甲基异崁醇，选定一个主要和几个次要的离子。土味素的主要离子为m/z 112。2-甲基异崁醇有两个潜在的选择，m/z 95 和m/z 107。一些文献中报告在m/z 95 处有潜在的干扰，因此每个离子都进行监测，并且验证几个离子的比较结果（见图6）用于土味素和2-甲基异崁醇研究的GC/MS 条件总结于表2。





分析结果讨论

1、萃取效率

要检测萃取效率，首先直接注入分析每种物质50ng，然后采用优化的条件执行吹扫捕集分析。比较两个不同分析物得到的峰面积并且计算其百分回收率。比较峰面积的数值显示，土味素的回收率为31%（使用m/z 112），2-甲基异崁醇的回收率为28%（使用m/z 95）。由于在水基体中吹扫亲水性物质困难这一内在性质的决定，相比于厌水性物质而言，回收率总是明显低于100%（见图7）。



2、校准

通过分析6 点的标样，浓度分别为1ppt、2ppt、5ppt、10ppt、50ppt 和100ppt，得到一条校准曲线。采用两个分析物的主要离子数据以及2-甲基异崁醇的第二主要离子的数据进行曲线的绘制。土味素和2-甲基异崁醇的变异系数分别为0.9993、0.9994（m/z 95）和0.9997（m/z 107）（见图8）



当使用盐化技术用于提高分析的回收率时，常规维护的注意事项是必须的。必须注意每一个步骤中，盐不会沉积在样品流路中，导致堵塞或腐蚀。如上所述，推荐样品流路在每个样品分析完毕之后采用自动进样器的标准清洗步骤，至少用清洁水冲洗三次。另外，系统需要每天检查是否有盐沉积、堵塞、腐蚀或者泄漏的痕迹。当使用4551A 型自动进样器时，需要每星期或者每天用清洁水反冲洗管线、阀、采样针和吹扫管，以避免沉积。从4551A 型自动进样器到样品浓缩仪的整个样品传输流路，至少需要在每9年的常规维护中更换；如果需要更频繁的更换，表明盐的沉积或者腐蚀现象相当严重。以4552 型水/土壤自动进样器替代4551A 型自动进样器并且操作于土壤模式，则明显减少了盐化基体导致的问题，虽然不能彻底解决所有的问题。当采用这个配置时，样品直接在40-mL 的VOA 小瓶中吹扫，只是直接接触到土壤采样针。样品不会通过管线或者阀进行传输，因此不存在盐的沉积或者腐蚀的问题。土壤采样探头或者针，需要每天或者每星期进行常规的维护。



结论

用于土味素和2-甲基异崁醇的吹扫捕集和GC/MS 的操作条件经过优化，相对于标准的USEPA 方法，系统灵敏度已经提高了500 倍，达到了要求的1-ppt 的检出限。加大的25-mL 样品体积以及在吹扫阶段准确地加热样品到80°C，对于改进萃取的性能是十分必要的。有效地去除在吹扫捕集中传输到捕集阱上的大量的水，是这个方法成功的关键所在。每个物质的变异系数都优于0.9993， 在主要离子和第二离子处的2-甲基异崁醇的R2 值都相当好。参与测试的3 个离子在5-ppt 浓度的重复性都低于10%；虽然如此，2-甲基异崁醇的第二离子（m/z 107）的峰面积只有主要离子的一半，重复性的%RSD 也稍差一些。最后，为了获得这里需要的极低浓度的检测，保持一个清洁的、不受到污染的分析系统是绝对必要的。



作者感谢

1. 非常感谢Agilent 公司日本的应用化学家对于GC/MS 优化的协助。

2. 更多的背景信息可以从USEPA 网页中收集到，www.epa.gov。

顶空气相色谱系列讲堂（119）-吹扫捕集分析人尿中挥发有机物

吹扫-捕集-气相色谱/质谱法定性

分析人尿中挥发性有机物

1 前言

随着现代社会的迅速发展，卤代烃、苯系物、氯苯类等有机物的使用越来越多。由于这类挥发性有机物的大量使用，使得其进入环境中的数量和种类都大幅增加。甚至人体血液、尿液、乳汁中都发现VOCs 的踪迹 [1-3]。并且VOCs 在环境中产生积累效应，对人体健康产生危害，已引起广泛关注 [4]。本文运用吹扫-捕集气相色谱-质谱法测定了尿液中的挥发性有机物，同时针对部分VOCs 的来源作了简单讨论。



本文由国家地质实验测试中心的黄毅和饶竹研究人员与北京工商大学的王超老师共同完成人尿主要成分的GC-MS的分析，因受试人太少范围太窄仅供参考。现全文介绍如下。



2 实验部分

2.1 取样

健康成年男性3 人，女性1 人(下文分别用M1、M2、M3、W 表示)，每人采双样，每样均收集5mL尿液在棕色40mL VOA 小瓶中，瓶中预先加入聚四氟搅拌子，收集样品后立即封盖，上机测定。或者于-20℃保存14 天内尽快分析。



2.2 仪器与实验材料

2.2.1 空白溶剂水

蒸馏水在高纯氮气流下煮沸30min，冷却后使用。

2.2.2 仪器

气相色谱－质谱仪：QP2010 GC-MS 气相色谱－质谱联用仪（日本岛津公司）。

吹扫捕集进样器：Eclipse 4660-Purge & Trap Sample Concentrator 吹扫捕集仪（美国OI 公司），4552 水土两用自动进样器，5mL 砂芯式吹扫管，10＃捕集阱（Tenax/ 硅胶/ 碳分子筛）。

2.2.3 色谱柱

RESTEK 公司的VOC 专用柱，60m×0.32mm i.d，1.8μm 膜厚弹性石英毛细管柱。



2.3 仪器分析条件

2.3.1 气相条件

气化室温度：190℃，分流进样，分流比1:10。柱箱温度：初温45℃，保持2min，以6℃/min 升至150℃，再以12℃/min 升至220℃，保持3 min。柱前压：74.2KPa。

2.3.2 质谱条件

离子源温度200℃，接口温度220℃。电离方式EI，扫描方式全扫描。扫描速度660amu/s，扫描范围45～350 m/z，溶剂切除时间3min。

2.3.3 吹扫捕集条件

吹脱气（高纯氮气），流速40mL/min，吹扫时间11min；10＃捕集阱，解析预热温度180℃，解析温度190℃，烘焙温度220℃。解析时间1.5 分钟，烘焙时间10 分钟，样品温度40℃。阀温110℃，传输线温度110℃。



2.4 定性分析

通过随机NIST05 谱图库进行谱库检索，并结合相关文献进行人工解谱，确认样品中各挥发性有机物成分。



2.5 实验方法

冷冻样品取出后，需平衡至室温。未冷冻样品直接用OI4552 型水、土两用自动进样器，选择土壤进样模式，液面上吹扫，吹扫过程中搅拌子持续搅拌，样品基座保持40℃。按照上述条件对尿样中挥发性有机物进行分析，最后用GC-MS Solution 工作软件分析谱图。



3 结果与讨论

3.1 尿样的定性分析结果

按照实验方法进行分析，得到尿样挥发性有机物的总离子流图，见图1，其它样品谱图因篇幅限制省略，图上序号与尿样定性分析结果表序号一致。通过谱图解析并结合相关文献，定性检测出70 多种有机化合物，限于篇幅本文只提供了20 多种主要检出有机物。尿样定性分析结果见表1。




尿样中挥发性有机物种类较多，化学性质差异较大。其中大多数是醇、酮、醛、含氮杂环化合物、硫醚、芳香烃、脂肪烃、卤代烃等。



3.2 VOCs 来源的初步分析

从检测到的挥发性有机物来看，有和环境空气相似的组分，如部分烷烃、卤代烃、苯系物等，一定程度反映了人体所暴露的环境情况，为人体的生物环境检测提供了信息；也有尿液中细菌分解或人体新陈代谢产生的新的化学成分，如甲硫醇是甲硫氨酸细菌代谢产生；呋喃以及某些醛的衍生物是由于食物诱发的脂类过氧化作用代谢产物。男性测试者样品和女性测试者样品未见显著差异。但在女性样品中检测出苯、甲苯、氯仿等对人体危害较大的有机物，显示该受试者所处环境值得关注。一名受试者尿样中检出属于优先控制污染物的邻苯二甲酸二丁酯，该化合物具有遗传、生殖及发育毒性。其它样品未检出，不能排除其来自人体。

作为吸烟者生物标志化合物的烟碱也在一名有吸烟史的受试者中检出。萘及其甲基取代物分别在全部样品和部分样品中有检出，这与萘的化学性质和环境中存在的生物蓄积效应有关。文献表明VOCs 从体内清除过程复杂，时间缓慢，尤其是在低浓度反复接触情况更复杂 [5]。由于样品数量限制，本文未作进一步统计。对检出VOCs 的来源，出现频率，对人体健康的危害等还有待进一步研究探讨。



本研究得到中日友好环境保护中心施钧慧高级工程师的大力帮助，在此表示感谢。