淺談預(yù)濃縮系統(tǒng)填充柱捕集阱和毛細(xì)柱捕集阱

環(huán)境空氣VOCs由于濃度較低，在分析之前需要通過捕集阱進(jìn)行預(yù)濃縮，去除空氣中的N2、O3、CO2、H2O等雜質(zhì)，只保留目標(biāo)組分進(jìn)入后續(xù)分析系統(tǒng)。

目前常用捕集阱主要包括兩大類：填充柱捕集阱、毛細(xì)柱捕集阱。本文簡單介紹了兩類捕集阱的特點(diǎn)，并對二者的主要性能進(jìn)行對比分析。

填充柱捕集阱

填充柱捕集阱是在金屬管或玻璃管中填充固定相（惰性載體、吸附劑等），實現(xiàn)對目標(biāo)組分的捕集。考慮到捕集阱的壓降和流量問題，填充柱捕集阱中的顆粒尺寸通常相對較大。

毛細(xì)柱捕集阱

毛細(xì)柱捕集阱在毛細(xì)管的內(nèi)壁有聚合物涂層，實現(xiàn)對目標(biāo)組分的捕集。同時毛細(xì)柱的內(nèi)徑較小、內(nèi)部中空，吸附劑顆粒的尺寸往往更小。

特性差異

吸附劑填充方式的不同使得兩類捕集阱具有BCT不同的特性。

• 通道效應(yīng)——填充柱捕集阱內(nèi)部填滿了吸附劑，吸附劑在捕集-解析過程中熱脹冷縮，隨機(jī)形成微小通道，導(dǎo)致目標(biāo)組分深入吸附劑內(nèi)部不易解析，降低目標(biāo)組分的回收率并導(dǎo)致殘留；此外，隨機(jī)的微小通道也會導(dǎo)致被測物質(zhì)的捕集解析路徑變化，降低系統(tǒng)的精密度。而毛細(xì)柱捕集阱內(nèi)部中空，氣流阻力小，通過熱脹冷縮形成的微小通道可以忽略不計。

• 吸附劑顆粒尺寸——為了避免壓降過大，填充柱捕集阱的顆粒尺寸通常相對較大，目標(biāo)組分的解析速度慢，容易導(dǎo)致系統(tǒng)被污染。毛細(xì)柱捕集阱不用考慮壓降問題，吸附劑顆粒的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于填充柱捕集阱，目標(biāo)組分解析更快更BCT，即使測試高濃度樣品也能很快清潔系統(tǒng)。

   

除水效果

為什么要除水？

1. 水進(jìn)入GC，在高溫下會導(dǎo)致色譜柱固定相流失，影響色譜柱使用壽命，同時流失的固定相還會污染離子源；

2. 水進(jìn)入質(zhì)譜，會影響目標(biāo)組分的離子化效率，降低目標(biāo)組分在質(zhì)譜上的響應(yīng)；

3. 水分還會影響水溶性組分（如醛酮類物質(zhì)）的穩(wěn)定性，導(dǎo)致水溶性組分無法檢測。

因此預(yù)濃縮系統(tǒng)的除水效果對后續(xù)分析檢測關(guān)重要。

除水方式

填充柱捕集阱通過干吹或冷凍等方式除水：

• 干吹除水的溫度難以控制，很可能在除水的同時去除了水溶性組分和低沸點(diǎn)組分，并且干吹可能會將樣品進(jìn)一步吹入捕集阱，影響目標(biāo)組分的回收率；

• 冷凍除水需要控制好除水溫度，在除水的同時保留低沸點(diǎn)組分，但除水效率只能達(dá)到95%左右。

相對濕度50%的10ppb標(biāo)氣水峰對比

毛細(xì)柱捕集阱采用疏水性吸附劑，并且顆粒極小，即使捕集了水也能很快擴(kuò)散出去，捕集阱幾乎不保留水，除水效率高達(dá)99%。

聚焦效果

聚焦指通過瞬間進(jìn)樣降低峰寬，以實現(xiàn)更好的分離度，避免干擾，從而提供更好的信噪比，提高分析的靈敏度和BCT性。聚焦效果的好壞直接影響定性定量分析。

• 填充柱捕集阱由于吸附劑顆粒大，解析速度慢，解析流量大，需要增加一個沒有任何吸附劑的空阱作為聚焦阱來實現(xiàn)樣品聚焦，這也可以避免捕集阱的較大解析流量對色譜柱的影響；若無聚焦阱，目標(biāo)組分的峰寬較寬，影響檢出限和分離度，對于較大解析流量的問題只能通過樣品分流來解決，這會損失大部分樣品，進(jìn)一步影響檢出限。

• 毛細(xì)柱捕集阱吸附劑顆粒極小，目標(biāo)組分解析速度快，峰寬更窄；這對GC色譜柱的分離度要求適當(dāng)降低，因此必要的時候可以實現(xiàn)短時間運(yùn)行，提高樣品分析效率。

離子碎片58的對比

部分組分譜圖對比

系統(tǒng)BCT

系統(tǒng)BCT表明了分析系統(tǒng)的潔凈程度，能反映系統(tǒng)的耐污染能力，并且干凈的系統(tǒng)也有利于得到更低的檢出限。若系統(tǒng)BCT不符合要求，會導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)“假陽性"，影響結(jié)果的BCT性。

• 填充柱捕集阱由于通道效應(yīng)，目標(biāo)組分會深入吸附劑內(nèi)部不易解析，特別是分析高濃度樣品之后會形成明顯殘留。

• 毛細(xì)柱捕集阱具有快速解析的特點(diǎn)，樣品解析BCT，殘留低；即使偶然運(yùn)行了高濃度樣品也能迅速清理，減少系統(tǒng)的停機(jī)時間。

10ppm三氯乙烯、四氯乙烯、苯系物標(biāo)氣譜圖

10ppm標(biāo)氣后立即運(yùn)行的BCT譜圖

填充柱制備簡單，且有較大的樣品容量，是靈敏度較低的檢測器所必需的捕集阱，多年來得到了廣泛應(yīng)用。隨著科技發(fā)展，檢測器靈敏度顯著提高，填充柱捕集阱樣品容量大的優(yōu)勢已經(jīng)消失，除水效果更好、分離度更高、耐污染能力更強(qiáng)的毛細(xì)柱捕集阱更適用于環(huán)境空氣VOCs的預(yù)濃縮。

BCT 7800A PLUS環(huán)境空氣揮發(fā)性有機(jī)物自動監(jiān)測系統(tǒng)：

BCT 7800A采用多重毛細(xì)柱捕集阱，通過吸附強(qiáng)度越來越大的開管毛細(xì)柱來捕獲含有各種揮發(fā)性化合物的復(fù)雜空氣樣品，常溫下即可捕集，具有除水效率高、檢出限低等特點(diǎn)。

• 常溫捕集，無需制冷劑，節(jié)約成本；

• 除水效率高，色譜柱使用壽命更長、質(zhì)譜更穩(wěn)定，減少系統(tǒng)維護(hù)耗費(fèi)的人力物力；

• 能適應(yīng)環(huán)境空氣樣品濕度的復(fù)雜變化，醛酮類物質(zhì)等極性組分的回收率高；

• 目標(biāo)組分峰寬窄、信噪比高，檢出限低，為空氣質(zhì)量分析提供更多有效數(shù)據(jù)。