熱解吸技術的應用
通常,以下四種類型樣品基質(zhì)中有可熱解析的揮發(fā)性組分時,可使用熱解析技術:
①食品中的揮發(fā)性香味和風味化合物組成;
②固體基質(zhì)中可熱降解的化合物組成,諸如聚合材料中的增塑劑、添加劑、單體等;
③樣品基質(zhì)中的不想要的組分,諸如商品中殘存的溶劑等;
④有目的地收集樣品基質(zhì)中揮發(fā)性組分,諸如在吸附管上采集空氣中的揮發(fā)性有機污染物(VOCs)。
第一類樣品是食品。分析化學家已經(jīng)使用熱解吸技術用于食品分析有許多年了,不但可測定天然食品中的香味物質(zhì),而且可測定食品中的殘存物和污染物。諸如:在50℃條件下,可收集紅蘋果的香味組分。將蘋果放進一個密閉的可控制溫度的容器中(具有95mm 直徑和可進行溫度控制)。然后使用真空泵將容器中空氣抽出并通過一個Tenax捕集阱,其出口流量為25ml/min收集10min。再將捕集阱中熱解吸(275℃保持2min)出來的樣品輸送到色譜中的分離柱[0.53mm(i.d.)]并進行測定(FID)。使用此種采樣方法可以比較食品風味的變化情況,監(jiān)測與一種食品相關的揮發(fā)性有機物的狀況,鑒定食品在整個時間過程中它們可能發(fā)生的變化。
第二類是樣品中的添加劑,諸如聚合物產(chǎn)品中的增塑劑、添加劑等。這些樣品經(jīng)熱解吸的降解產(chǎn)物有助于縱火(arson)案件中殘存瓦礫(debris)分析測定,有助于土壤中污染物的定性測定,有助于聚合物材料的性能分析等等。例如:被污染的20mg土壤樣品直接放在石英管中并快速加熱到400℃使用鉑絲)后,通過GC-MS 在線測定,經(jīng)載氣吹掃通過一個0.25mm(i.d.)的毛細管并直接進入MS可以快速地測定出芘和熒蒽等多環(huán)芳烴,無需經(jīng)過其他任何樣品制備程序。還有,使用上述的裝置可查看聚合物樣品中的增塑劑。將1mg聚氯乙烯塑料加熱到300℃時,可測定出一個非常強的色譜峰——鄰苯二甲酸-2-乙基己酯。
最后一類樣品是使用吸附劑管采集環(huán)境大氣樣品中的揮發(fā)性有機污染物。環(huán)境樣品經(jīng)采樣管預濃縮后,通過熱解吸并將解吸產(chǎn)物吹掃出來,直接輸送到GC或者在柱上再冷聚焦后進行GC分析。結(jié)果表明,在canister采樣器中取出100ml 空氣樣品通過Tenax捕集阱,然后熱解吸進入GC/PID。測定的揮發(fā)性組分包括2-和3- 氯乙烯、甲苯、乙苯、二甲苯等。
被測物質(zhì)從吸附材料上被全部地解吸出來是基礎,即通過加熱使樣品中有機物揮發(fā)出來而不發(fā)生降解且不產(chǎn)生不想要的合成產(chǎn)物。由此,控制樣品溫度、加熱速率和采樣時間是很重要的。因為有機物與特定的吸附材料具有很寬范圍的揮發(fā)性和親和性,控制采樣參數(shù)有助于富集樣品并傳輸?shù)缴V儀器。優(yōu)化這些分析過程常常涉及到采樣體積、溫度、載氣流速、吸附劑選擇、吸附效率、色譜測定條件、與儀器的接口等等。
①熱解吸可進行100%的樣品組分的色譜分析,而不是一部分,由此使靈敏度大大增加。早期的熱解吸技術主要應用在環(huán)境樣品分析中,可完成樣品中10-12水平的物質(zhì)濃縮和測定。
②在色譜分析中沒有溶劑峰,可進行寬范圍揮發(fā)性物質(zhì)分析,色譜保留值短的樣品組分不會受到溶劑峰的干擾。
③熱解吸不使用溶劑,減少和消除了由于溶劑汽化和廢棄物對環(huán)境污染產(chǎn)生的影響。
熱解吸的缺點是:樣品完全解吸可能需要較長的時間,需要考察和計算采樣量,樣品處理的費用可能較高。大的和重的污染樣品或者含有較不揮發(fā)性組分的樣品,常常需要很長的吹掃時間以完全地收集它們。熱解吸是一種非常靈敏的技術,所以常常被用來測定小體積樣品,但是,令人關切的問題是樣品的代表性,特別是應用于龐大的樣品樣本時。此外,除了熱解吸裝置本身的較高的費用之外,冷捕集和二次冷聚焦過程增加了樣品處理的時間和費用。