熱解吸技術(shù)的應(yīng)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(shí),可使用熱解析技術(shù):
①食品中的揮發(fā)性香味和風(fēng)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(jī)污染物(VOCs)。
第一類樣品是食品。分析化學(xué)家已經(jīng)使用熱解吸技術(shù)用于食品分析有許多年了,不但可測(cè)定天然食品中的香味物質(zhì),而且可測(cè)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(jìn)一個(gè)密閉的可控制溫度的容器中(具有95mm 直徑和可進(jìn)行溫度控制)。然后使用真空泵將容器中空氣抽出并通過(guò)一個(gè)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(lái)的樣品輸送到色譜中的分離柱[0.53mm(i.d.)]并進(jìn)行測(cè)定(FID)。使用此種采樣方法可以比較食品風(fēng)味的變化情況,監(jiān)測(cè)與一種食品相關(guān)的揮發(fā)性有機(jī)物的狀況,鑒定食品在整個(gè)時(shí)間過(guò)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(cè)定,有助于土壤中污染物的定性測(cè)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(guò)GC-MS 在線測(cè)定,經(jīng)載氣吹掃通過(guò)一個(gè)0.25mm(i.d.)的毛細(xì)管并直接進(jìn)入MS可以快速地測(cè)定出芘和熒蒽等多環(huán)芳烴,無(wú)需經(jīng)過(guò)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(shí),可測(cè)定出一個(gè)非常強(qiáng)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(jī)污染物。環(huán)境樣品經(jīng)采樣管預(yù)濃縮后,通過(guò)熱解吸并將解吸產(chǎn)物吹掃出來(lái),直接輸送到GC或者在柱上再冷聚焦后進(jìn)行GC分析。結(jié)果表明,在canister采樣器中取出100ml 空氣樣品通過(guò)Tenax捕集阱,然后熱解吸進(jìn)入GC/PID。測(cè)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(cè)物質(zhì)從吸附材料上被全部地解吸出來(lái)是基礎(chǔ),即通過(guò)加熱使樣品中有機(jī)物揮發(fā)出來(lái)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(shí)間是很重要的。因?yàn)橛袡C(jī)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(guò)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(cè)定條件、與儀器的接口等等。
①熱解吸可進(jìn)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(shù)主要應(yīng)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(cè)定。
②在色譜分析中沒有溶劑峰,可進(jìn)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(huì)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(duì)環(huán)境污染產(chǎn)生的影響。
熱解吸的缺點(diǎn)是:樣品完全解吸可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間,需要考察和計(jì)算采樣量,樣品處理的費(fèi)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(zhǎng)的吹掃時(shí)間以完全地收集它們。熱解吸是一種非常靈敏的技術(shù),所以常常被用來(lái)測(cè)定小體積樣品,但是,令人關(guān)切的問(wèn)題是樣品的代表性,特別是應(yīng)用于龐大的樣品樣本時(shí)。此外,除了熱解吸裝置本身的較高的費(fèi)用之外,冷捕集和二次冷聚焦過(guò)程增加了樣品處理的時(shí)間和費(fèi)用。