气相色谱仪传输管线的设计与应用

黄廉丰

（中国石油东北销售油品监测中心，黑龙江 哈尔滨 150090）

在现代气相色谱实验室中，通常将几种实验设备用于不同的目的。根据需要，每个实验设备都配置不同，甚至有时候是单独定制的设备。但是，当指定用于某项目的气相色谱仪用于另一个项目时，可能会出现一些问题。因此在本项工作中提出了一个简单的解决方案。它涉及使用一个特殊的接口，允许两个单独的气相色谱仪之间定量的质量传递。以这种方式创建的GC系统通过加热接口耦合。这允许每个安装在仪器上的各种设备（如样品入口和检测器）均可使用而无需任何进一步的升级。传输管线安装在市售的GC-MS或气相色谱原子吸收仪（AED）系统中。它们还用于与GC结合的顶空分析系统，LC-GC耦合技术，固相萃取-GC以及GC-电感耦合等离子体MS。接口的构造取决于使用目的。最简单的传输管线用于传输液体介质，例如用于LC-GC界面。在这种情况下，它通常是不锈钢毛细管，有时用隔热材料包裹。

1 实验过程

（1）化学品与试剂。二氯甲烷（DCM，GR级，用于仪器分析），乙腈（用于液相色谱的梯度级）和氧化铝（用于柱色谱的90活性中性），来自Merck（Warsaw，Poland）。硫酸钠（无水，分析试剂级）和铜，购自POCH（Gliwice，Poland）。农药标准品（TCL农药混合物，甲苯/乙烷含量2000ug/ml），来自Supelco（Poznan，Poland）。

（2）GC-GC传输管线的设计。为了使GC-GCTL具有柔性，使用铜管（150cm×1.5mm内径，12mm O.D）。实际上，有三个铜管：并排捆扎在一起，一边至少达到制造商要求的加热管线的最小弯曲半径（6mm）。实验室伴热带HSS系列（5m，600W，最高450；Roth，Karlsruhe，Germany）盘绕在管道上。将伴热带连接到HT30温度控制单元（配备有插入铜管壁的温度探针Pt100；全部来自Roth）。传输管线采用玻璃纤维胶带和玻璃棉（25mm厚）隔热，耐热达700℃。传输管线的总长度为150cm。它的两段弯曲成40°。将TL的两端弯曲，然后通过色谱仪上壁中约1.5cm的孔插入GC炉中。灵活性是传输管线的重要特征。弯曲高达40～50°时，将毛细管柱插入TL是没有问题的。

（3）GC-GC传输管线的热特性。从用户的角度来看，最重要的是在接通电源后，传输管线如何使用以及如何调节加热功率以获得精确的温度控制。为了验证构建的接口中的加热条件，进行了两个实验。使用最大输出功率（即600W）从23℃达到设定温度所需的时间（实验室空调开启状态下）。为了表征传输管线中保持的温度精度，设定了各种输出功率，并测量了几种不同温度下的温度随时间的变化，即170℃、200℃、220℃、250℃。

（4）仪器设置。测试传输管线的两种可能的用途。第一个：“入口-TL-检测器”系统，其中特定样品入口（冷柱）在GC上与MS检测器连接时不可用，并且必须从另一个GC“取出”。TL的另一种实施方式是双检测器分析，其中检测器安装在单独的气相色谱仪（即MS和AED系统）上。虽然已经提出了GC-MS-AED解决方案，但它是用旧的现在不再使用的AED模型（HP5921）构建的。最近，AED制造商提出新的MS-AED连接方法，但它仅针对特定的MS和AED模型而设计，并且非常昂贵。

2 用于冷柱头的传输管线到质谱分析仪的设置

配备冷柱头（COC）进样器的Hwelett-Packard 6890气相色谱仪通过传输管线连接Hwelett-Packard 5890 SeriesII气相色谱仪，配备5972质量选择检测器。将分离柱的流出物通过融熔石英管（在传输管线中）转移至5890GC，然后转移至MS。喷射器（COC）的初始压力位34.5kPa（5psi），然后以恒定流量模式运行。注射量2L。使 用 来 自 Restek（Bellefome，PA，USA） 的 Rtx-5MS毛细管柱30m×0.25mm。为了连接2个色谱仪，使用熔融石英毛细管（5m×0.18mm）。HP6890的初始烘箱温度设定为35℃。然后将炉子以30℃/min加热至130℃，并以10℃/min的速率加热至250℃（保持2min）。TL和HP5890的温度设定为250℃（等温）。MS检测器已选定的离子检测模式运行。对于分析的每种物质，在分析期间检测两种特征离子（定量和定性）。

3 用于双检测器分析仪的分析设置

PTV入口（Hwelett-Packard）用于溶剂排放程序，初始温度为60℃（保持5min），最后为250℃直到分析结束。为了除去溶剂（二氧甲烷），将注射器排气时间设定为0.2min（排气流量：100ml/min）并将吹扫时间设定为1.5min（吹扫流量：50ml/mim）。载气（氦气）的初始压力设定为103.4kPa（15psi），MS的载气流速（60℃）为0.57ml/min，AED为0.65ml/mim。在分析期间，PTV以恒定流量模式操作。AED系统加热区的温度对于传输管线为280℃，对于腔为280℃。注射后6.5min开启溶剂排放口。仪器默认方法用于元素检测氯（479nm），氢（486nm）和碳（496nm）。使用的反应气体是275.8kPa（40psi）的氧气。施加4min的溶剂延迟。MS系统在选定的离子监测（SIM）或扫描模式下操作。

4 数据采集与软件使用

通过运行的Hwelett-PackardGC化学工作站版本的Hwelett-PackardGCChemStationRev.A.05.02[273]andG1034Cver.C02.00，在两台PII计算机上执行数据采集。构建了两台设备之间的远程启动电缆，用于同时启动色谱仪程序和数据采集系统。可以使用HPAED文件转换使用程序软件将AED信号转换为MS数据。可以使用Chemstation或互联网上从MS光谱生成ASCII文件。

5 样品处理

为了评估GC-AED-TL-MS系统，分析了两种类型的样品：标准溶液和实际样品。制备浓度在50g/ml和0.3g/ml之间的有机氯农药的标准溶液。使用前面描述的程序分析来自耕地的土壤样品。将土壤样品（15g）用DCM（40ml）在超声浴中萃取30min（2×15min）。在提取之前添加标准品（对于标准添加的样品）。将萃取物在旋转蒸发器中浓缩，然后置于氮气流下直至干燥。将干燥的残余物溶解在1.25ml乙腈中，并使用10端口SPE vacuum Manifold（Agilent，Palo Alto，CA，USA）在含有硫酸钠（0.5g）和铜的氧化铝（1g）SPE床上进行净化。用乙腈洗脱5ml的一部分。在溶剂交换为二氯甲烷后，通过GC-MS-AED系统分析样品。

6 结果与讨论

（1）GC-GC传输管线热特性。将TL从23℃加热到各种温度所需的时间相对较短，分别为3～5min，温度分别为170℃和250℃。在此之后，供应设备的电功率需要降低。根据所提供的加热线的功率，可以观察到传输管线中的温度变化。为了在TL达到设定温度时调节最佳有效功率，确定温度变化与功率的关系。无论温度如何，加热脉冲都需要调节到标称加热线功率的20%～30%（即600W），以获得低于0.1℃的温度正弦变化。这可以通过构造的界面的良好隔热来解释。开启后约1min达到TL的热稳定性。

（2）使用冷柱式TL-MS系统进行标准分析。RSD的计算机与分析物的峰面积。对于所有分析的化合物（多氯联苯，多环芳烃和有机氯农药），RSD小于5%，是典型的COC进样口手动进样，但那是没有考虑到Tl的负面影响。

（3）双检测仪器设置-系统性能测试。对标准溶液进行了几次分析以估算系统的基本特征。两种检测器的RSD和检测限均低，足以在农药的微量分析中使用该系统。用原子吸收仪测定的农药检测限（LOD）平均比SIM模式下MS检测器获得的检测限高10倍。通过使用不同的分离器或毛细管的不同几何形状（从分离器到检测器）可以改变该比例。

7 结语

获得的COC-TL-MS系统或PTV-AED-TL-MS系统的结果表明，该接口能够将两个独立的色谱仪有效连接到一个系统中。使用GC传输管线连接配备有MS和AED系统的两台色谱仪，可同时进行工作。通过两个不同仪器上的两个检测器分析单个样品。GC-MS-AED提供分析物和干扰的结构信息，防止误解所获得的数据。获得的检测限足够低，可以测量环境和食品样品中的有机氯农药。双检测器系统是分析复杂矩阵中实际样本的有用工具。