熱解吸技術的應用
通常,以下四種類型樣品基質中有可熱解析的揮發性組分時,可使用熱解析技術:
①食品中的揮發性香味和風味化合物組成;
②固體基質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中揮發性組分,諸如在吸附管上采集空氣中的揮發性有機污染物(VOCs)。
第一類樣品是食品。分析化學家已經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,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,監測與一種食品相關的揮發性有機物的狀況,鑒定食品在整個時間過程中它們可能發生的變化。
第二類是樣品中的添加劑,諸如聚合物產品中的增塑劑、添加劑等。這些樣品經熱解吸的降解產物有助于縱火(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芳烴,無需經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境大氣樣品中的揮發性有機污染物。環境樣品經采樣管預濃縮后,通過熱解吸并將解吸產物吹掃出來,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。測定的揮發性組分包括2-和3- 氯乙烯、甲苯、乙苯、二甲苯等。
被測物質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出來而不發生降解且不產生不想要的合成產物。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性和親和性,控制采樣參數有助于富集樣品并傳輸到色譜儀器。優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境樣品分析中,可完成樣品中10-12水平的物質濃縮和測定。
②在色譜分析中沒有溶劑峰,可進行寬范圍揮發性物質分析,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境污染產生的影響。
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。