解决气相色谱法假阳性测定结果的方法

2022-09-21朱广文

环境保护与循环经济 2022年7期

关键词：极性检测器定性

朱广文

（上海市青浦区环境监测站，上海 201799）

1 引言

气相色谱法是一种常用的物质定性定量分析方法，由于特定的测定方法原理，其检测结果经常会出现假阳性的现象。为了确保检测结果的准确性，在气相色谱法应用过程中会采用一些技术手段和方法来避免假阳性结果的产生。

2 气相色谱法原理

气相色谱是一种利用不同物质之间的沸点、吸附性质以及极性的差异，来实现物质分离并定性和定量的技术方法。气相色谱仪中使用的流动相即载气，通常为惰性气体。色谱柱的固定相一般由表面积较大的活性吸附剂组成。气相色谱系统分为进样口、柱温箱、色谱柱、检测器、气源、管路和数据处理系统等部分，其中色谱柱是样品组分分离的主要场所。样品组分随着载气进入色谱柱后，会在流动相和固定相之间形成特定的吸附分配平衡，组分在流动相和固定相之间的分配系数是由组分自身的沸点、极性或吸附性质决定的。经过在色谱柱中反复多次的分配和吸附之后，最终固定相中分配系数小的组分先随载气流出色谱柱，分配系数大的组分后流出色谱柱。组分流出色谱柱之后会进入检测器中。检测器会产生相应的电信号，而其产生的电信号大小与各组分的浓度成正比，这些信号会被记录下来，作为包含全部原始信息的色谱图来保存［1］。所以气相色谱的分离能力与组分在流动相和固定相之间的吸附分配特性有关。如果不同的组分在特定的流动相和固定相之间吸附分配特性非常相似，就会导致组分之间很难分离，并可能产生假阳性的检测结果，这是气相色谱在定性方面的难点。为了避免这种因难分离组分产生的假阳性结果，本文列举了一些解决方法。

3 避免假阳性测定结果的方法

3.1 气相色谱质谱联用

气相色谱系统可以连接多种类型的检测器，如火焰离子化检测器（FID）、电子俘获检测器（ECD）和火焰光度检测器（FPD）等常规检测器。如果在使用这些常规检测器过程中遇出现假阳性结果的问题，就可以尝试选择使用质谱检测器（MS）来解决，因为质谱检测器是以待测样品离子化后的质荷比分析为主的检测方法。样品组分经色谱柱分离后进入质谱仪的离子源中被离子化，离子再经质量分析器和检测器转化为相应的电信号，存入数据处理系统保存为样品组分的质谱特征信息，然后对质谱特征信息进行对照分析，以实现对待测样品的定性与定量测定［2-3］。通过质谱分析可以得到混合组分样品的总的离子流图谱信息，如混合组分在色谱柱中没有很有效地分离开来，可以提取总离子流图谱中的特定一个或数个特征离子，与标准物质的质谱谱图进行比对，对不同组分进行定性和定量分析。与其他的检测器相比，质谱检测器定性的主要依据不是组分出峰的保留时间，而是组分的特征质谱谱图，所以使用气相色谱质谱联用方法可以很好地定性难分离组分。

3.2 选择两种不同极性的色谱柱进样

采用气相色谱法时，色谱柱的选择非常重要。其选择通常会依据相似性原则来确定，相似性原则是指两种或两种以上的物质，其极性、官能团、化学键等相似，可以相互溶解。通常情况下，非极性组分一般使用非极性固定相，极性组分一般选用极性固定相［4］。但遇到比较难分离的组分时，可以选择极性有差异的两种色谱柱分别进样，然后比较组分与标准物质的出峰位置。如果组分在两种不同极性的色谱柱上的出峰位置都与标准物质相符，就可以确定组分为该物质，否则组分与标准物质不是同一物质。两种色谱柱的选择是在能满足组分测定的基础上，以柱极性差异尽可能大为原则的［5］。

3.3 优化色谱条件以及添加标准物质

如果不选择使用质谱检测器和双柱进样的方法，还可以通过优化气相色谱的条件并辅助添加标准物质来排除假阳性测定结果的现象。可以优化的色谱条件包括色谱柱的长度、进样量以及色谱升温程序等，这些因素都会影响色谱系统的分离效果。其中色谱柱越长，塔板数就越多，柱效也就越高。气相色谱法的分离度与柱长的平方根成正比，柱长增加一倍，分离率会增加约40%。在恒温情况下，柱长增加一倍，分析时间也增加一倍［4］。所以可以综合考虑柱效的提高和分析时间的增加，来选择适当长度的色谱柱以提高分离效果。

进样量的大小对分离效果的影响主要体现在出峰的峰型效果上，过宽或过窄的峰型都会影响到混合组分的出峰辨别。一根色谱柱的柱容量是由色谱柱口径、固定液的液膜厚度等因素决定的，所以可以根据色谱柱的情况，选择合适的进样量，以达到最佳的峰型辨别效果。大口径柱和厚液膜的色谱柱进样量相对可以多一点，小内径柱和薄液膜的色谱柱进样量相对要少一点，最大的允许进样量控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。

色谱升温程序的设定对组分的分离有着非常关键的影响。升温程序一般是从低到高的梯度过程，其设置的内容包括进样口温度、检测器温度、柱温箱的温度梯度数量以及具体的温度、每个阶段温度的保留时间和每个温度梯度之间的升温速率等，这些设置条件都需要根据具体的组分情况和溶剂成分来调整设置，通过多次的摸索来达到最佳的组分分离效果。进样口温度设置在组分的沸点和分解温度之间，一般比柱温高30～50 ℃，以使样品迅速气化后被载气带入色谱柱。柱温箱温度从低点到高点的梯度跨度大一点，升温速率慢一点，组分在色谱柱分离的时间就会长一些，分离度也会更好。

对于怀疑是假阳性结果的情况，还可以将测定标的的标准物质加入样品组分中一起进样。标准物质的加标量需要控制在与样品中待测组分的进样量相当，才能便于分辨2 个峰的重叠和分离情况。然后结合上面的优化色谱条件的方法，不断调整进样条件，最后得到最佳分离效果的出峰图谱。加入标准物质后的谱图只需要出现双头峰或多头峰（见图1）的情况，就可以判断待测的组分和标准物质不是同一成分，不需要将组分出峰完全分离开来。

图1 加入标准物质后的谱图

3.4 其他检测方法辅助定性

除了气相色谱法，有些化学组分还可以采用其他检测方法辅助定性，来排除假阳性的可能。比如测定硝基苯，既可以使用气相色谱法的电子俘获检测器，也可以使用还原—偶氮分光光度法；有机磷农药的测定，既可以使用气相色谱法的火焰光度检测器，也可以使用光谱法、免疫分析法、高效液相色谱等多种方法。通过两种或两种以上方法的确认，可以使检测结果可信度更高。

4 几种方法的比较

质谱检测器的优势在于通过质谱特征来定性。每种物质的质谱特征都是不同的，所以在这几种方法中，气相色谱质谱联用方法的定性准确性最好，但质谱仪器相对比较昂贵，仪器的维护保养条件也比较苛刻。

使用双色谱柱方法过程中，如果实验室不具备两台气相色谱仪或者一台双柱双检测器气相色谱仪，就需要手动进行色谱柱的更换操作，会增加一些工作量，并且实验室也需要具备两种极性差异互补的色谱柱。双柱方法的定性准确性比较高，因为其通过组分在不同色谱柱中的出峰时间和峰形的差异来提高定性结果的准确度。

改变色谱条件并辅助添加标准物质的方法不需要额外的其他检测器与色谱柱，并且不需要使难分离组分得到完全的分离，只需要得到双头峰或多头峰的结果就能达到排除假阳性测定结果的结论。所以这种方法的使用非常方便，排除效果好。但这种方法也有不足之处，其仅适用于给出否定性的排除结论，如果是肯定性的定性结论，还需要进一步通过其他方法进行验证。

相比以上几种方法可见，用其他检测手段辅助定性的方法适用范围比较小，运用的便捷性和可靠性也比较差，而且需要根据组分具体的情况来决定，不一定适用于所有的样品组分。