基于单光子电离飞行时间质谱的样品前处理技术研究及其在挥发性有机污染物块速检测中的应用

摘要

近年来,便携式单光子电离-飞行时间质谱被广泛的应用于环境中挥发性有机污染物的快速、在线检测。但是传统样品前处理技术操作繁琐、耗时,因此如何减少样品的前处理时间成为了研究人员的研究热点之一。
　　 本课题使用实验室自主研制的单光子电离-飞行时间质谱作为在线分析仪器,旨在对环境中的挥发性有机污染物进行样品前处理及分析方法的技术研究。自行设计并搭建了两套分析装置和系统,分别实现了水中和大气中挥发性有机污染物的在线监测和快速分析。
　　 本课题的主要内容及成果如下:
　　 (1)建立了一种在线衍生-膜进样质谱快速检测废水中酚类污染物的方法。
　　 利用自主研制的膜进样-单光子电离-飞行时间质谱仪实现了水中四种酚类化合物苯酚、3-甲酚、2-氯酚和2,4-二氯酚的快速检测。搭建了一个在线衍生化装置,经衍生化的水样,通过膜进样(聚二甲基硅氧烷)法在线富集后进样分析,显著提高了酚类化合物的检测灵敏度,缩短了样品的分析检测时间(单个样品的分析时间少于15min)。同时,由于单光子电离技术产生的碎片峰少,灵敏度高,谱图解析方便,适于现场的快速分析检测。经过衍生化方法的探索(如衍生化试剂和装置的选择等)和实验条件优化后(如反应时间,pH值和乙酸酐加入量),苯酚、3-甲酚、2-氯酚和2,4-二氯酚的检出限分别达到3、6、8、14μg L-1,线性范围可达0.03—5mgL-1。该检测方法的指标达到了GB8978-1996《污水综合排放标准》中一级标准,是一种很有应用前景的分析方法。
　　 此外,该装置可用于在线监测有机反应的进行,有助于了解有机反应的中间产物、反应速率、转换率等信息,为实时跟踪反应提供了可能。
　　 (2)研制了一个便携式气相色谱,作为质谱的进样系统,应用于大气中挥发性有机物的快速分离与检测。
　　 单光子电离-飞行时间质谱的电离源电离能量低,碎片峰少,主要依据待测物的分子离子峰定性和定量,对于复杂的实际样品中存在的同分异构体无法准确识别。色谱法是一种高效的分离技术,与质谱联用,可以充分结合两者的优点,实现对未知物的定性和定量。因此,研制了一个便携式气相色谱。该气相色谱仪采用六通阀进样口,气体样品在吸附阱内富集后,由包裹在外壁上的加热丝快速解析,释放的待测物质由载气带入恒温色谱柱进行分离,苯的最低检测限约为250ppb。设计了新型的色谱柱加热装置和光离子化检测器,该离子化检测器包含一种自清洁系统,可以实时的对检测器进行清洁,避免了传统光离子化检测器在连续工作后灵敏度下降和峰漂移等现象。与质谱联用,初步试验了汽油样品和香烟气流中的挥发性有机物的检测,在数分钟内检测到几十种化合物。经过进一步的实验可以用于快速在线的检测大气环境中的有机物。