挥发性有机物的快速测定 低热容快速升温气相色谱-质谱法
前言
挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是一类有机化合物的统称，指在标准大气压下，熔点低于室温、沸点低于200~260℃的有机化合物总称。挥发性有机物具有光化学活性，在一定条件下可能引发光化学烟雾，由此影响人的呼吸道功能，引发胸闷、恶心、疲乏等症状，同时也会对植物系统造成损伤。此外，挥发性有机物可以在大气中形成细小粒子，是灰霾的成因之一。一些挥发性有机物对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。其所具有的刺激性、神经毒性、致癌作用以及特殊气味能导致人体出现多种不适反应，并可能对人体健康造成较大的影响。因此，研究环境中挥发性有机物的来源、存在、分布特点、迁移规律以及对人体的影响受到人们的重视，成为国内外研究的热点。
低热容（Low Thermal Mass, LTM）气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术是近年来发展起来的一种快速分离分析技术，在挥发性有机物（VOCs）的快速检测和应急监测中展现出独特优势。LTM技术的核心在于对色谱柱加热方式的革新。传统的GC柱温箱采用空气浴加热方式，通过加热箱体内空气来间接加热色谱柱，热容量大、升降温速度慢。而LTM技术则采用直接电阻加热方式，将加热元件和温度传感器直接包裹在毛细管色谱柱外部，和传统的柱温箱相比，在升温速率上具有显著的优势，可大大降低分析周期。
具体而言，LTM色谱柱模块将标准熔融石英毛细管GC柱与加热丝、温度传感器、隔热材料等集成为一体。通过陶瓷绝缘加热线对色谱柱进行直接电阻加热，并内置温度传感器实现精确的温控-。由于整个模块的热质量极低，可以实现远超传统柱温箱的升温速率——最高可达1500~1800℃/min，降温速率也可达100~200℃/min。这种极快的程序升温和降温能力，使得色谱分析周期大幅缩短。
本文针对常见挥发性有机物的测定，建立低热容气相色谱-质谱联用检测方法，仪器核心性能指标优异：分析周期从原有的30~40min缩短至6min以内，目标物在全校准区间线性相关系数 R＞0.9995，方法精密度全部满足标准方法质控规范精准定性定量检测需求。
仪器设备
HP5231气相色谱-三重四极杆质谱联用仪 (GC-MS/MS)（浙江红谱科技有限公司）
配套专用辅助组件：LTM快速升温模块
试剂和材料
标准气体：浓度为1~10 mg/m3的不同浓度标准气体，具体组分见表1。
标准气体稀释气：高纯氮气或除烃氮气，纯度≥99.999%。
表1. 目标检测组分基础信息
序号 | 目标化合物 | 序号 | 目标化合物 |
1 | 丙酮 | 16 | 乙酸异丁酯 |
2 | 异丙醇 | 17 | 乙酸正丁酯 |
3 | 二氯甲烷 | 18 | 四氯乙烯 |
4 | 溴乙烷 | 19 | 氯苯 |
5 | 丁酮 | 20 | 乙基苯 |
6 | 乙酸乙酯 | 21，22 | 间&对二甲苯 |
7 | 正己烷 | 23 | 环己酮 |
8 | 三氯甲烷 | 24 | 苯乙烯 |
9 | 1,2-二氯乙烷 | 25 | 邻二甲苯 |
10 | 苯 | 26 | 异丙苯 |
11 | 四氯化碳 | 27 | 1,3,5-三甲苯 |
12 | 1,2-二氯丙烷 | 28 | 1,2,4-三甲苯 |
13 | 三氯乙烯 | 29 | 1,2,3-三甲苯 |
14 | 甲基异丁酮 | 30 | 邻二氯苯 |
15 | 甲苯 |
结果与讨论
色谱分离效果：
注：1-丙酮、2-异丙醇、3-溴乙烷、4-二氯甲烷、5-丁酮、6-正己烷、IS（1）-1,3,5-三（三氟甲基）苯、7-乙酸乙酯、8-三氯甲烷、9-1,2-二氯乙烷、10-苯、11-四氯化碳、12-三氯乙烯、13-1,2-二氯丙烷、14-甲基异丁酮、15-甲苯、16-乙酸异丁酯、17-四氯乙烯、18-乙酸正丁酯、19-氯苯、20-乙苯、21-间二甲苯、22-对二甲苯、23-苯乙烯、24-邻二甲苯、25-环己酮、26-异丙苯、IS（2）-对溴氟苯、27-1,3,5-三甲苯、28-1,2,4-三甲苯、29-1,2,3-三甲苯、30-邻二氯苯
方法精密度：使用动态校准仪配气，或者直接使用合适浓度的标准气体，浓度分别是1.00 mg/m3，5.00 mg/m3，8.00 mg/m3，代表为低、中、高三种浓度的样品气体，按照样品分析步骤，平行测定至少6次，其相对标准偏差分别为：3.1 %~8.1 %，3.1 %~8.7 %，2.3 %~8.5 %。平均空白加标回收率范围分别为：95.5%~110%，87.7 %~99.4 %，92.6 %~108%。
结论
LTM GC-MS系统可以实现远超传统柱温箱的升温速率（最高可达1500~1800℃/min），对VOCs的检测周期可缩短30min以上，在6min内完成30种VOCs的快速分析。
