摘 要 PTV大体积进样是气相色谱中新近发展出来的一个辅助技术,对环境污染物分析生化物质分析及一般有机痕量分析很有应用价值。该文就其原理、基本技术和应用范围作了介绍,并列举了一些应用范例。
关键词 PTV大体积进样 气相色谱 有机痕量分析

    所谓PTV大体积进样是指利用可快速程序升温设计的进样器实施大体积进样,这是近年来应生化和环境样品的分析需要而发展出来的一项新技术,是有机痕量分析的新进展。如所周知,生化样品和环境样品的分析是复杂系统中的痕量分析课题。尽管近代色谱技术,由于其高效、快速和选择性好,并易于与质谱联机,形成融分离-定性-定量于一体的联机技术,已经得到广泛的应用,其中气相色谱,特别是毛细柱气相色谱最为广泛应用,但是毛细柱气相色谱的样品容量很小,仅能接受微升级(一般≤1μL)的进样量,无论是采用柱上进样方式(on-column injection)还是分流不分流方式(splitsplitless injection),稍大的进样量,都会严重影响定性或定量分析效果。为此,生化样品或环境样品在色谱分析前都需要有严格的样品前处理工作,包括待测物的富集和净化。样品前处理工作主要有液液萃取、固相萃取,索氏抽提和超临界提取等,大多数方法都是设法把待测物与基体和干扰物质分开,并最终把待测物集中到合适的有机溶剂中,经过浓缩,取少量浓缩液进行色谱分析。前处理步骤冗长,特别是其中的浓缩一步极易导致待测物损失和引入外来干扰,由于色谱进样量只能取浓缩样品的11000或更少,因此检测能力也大受限制。大体积进样就是设法把色谱进样量增加一百倍或更多(>=100μL),既节省大量的人力物力和时间,又大大提高了检测能力和分析精度。

     Grob K于1980年在发展液相色谱——气相色谱的联机分析技术中研究了柱上进样方式的大体积进样,但柱上进样方式对复杂系统的样品不甚适用,因为样品中存在的非挥发性组分(基体)会损害色谱分析柱的效能。分流不分流进样方式可以接受比较“脏”的样品,其中程序升温蒸发(ProgrammedTemperatureVaporization)(PTV)设计是实现大体积进样的关键。利用可以快速程序升温的进样器设计,以~10℃/s的升温速度,从初温升到300℃,使样品中的绝大部分溶剂(99%)先气化排空,仅允许痕量的待测物转移并进入色谱分析系统。

    近年来,PTV大体积进样有不少新的发展,并已在实践中证明对复杂系统中痕量物质的分析起到了令人注目的积极的推动作用,不少成就值得我们借鉴和参考
 

1 原理和基本技术
    PTV进样器的基本结构和常规的分流不分流进样器一致,上端是注样口和载气入口,下端与毛细色谱柱相连接,下端旁侧是分流阀。进样器内置有衬垫管(liner),衬垫管的内径自1mm到4mm,供不同进样量用,前者适用于10-25μL,后者适用于100-150μL，PTV的基本结构示于图1。

    PTV大体积进样在样品注入后涉及溶剂放空、不分流转移和色谱三个阶段(图1)在样品注入后(时),分流阀打开(图1分流阀工作以虚线表示开,实线表示关),PTV进样器先保持在低于所用溶剂的沸点温度(0-50℃),此时在大流量的载气冲吹下,溶剂蒸气大部分放空,自分流阀逸出,高沸点的待测物则留在衬垫管上;然后分流阀关闭PTV进样器快速升温,留在衬垫管上的待测物被全部转移到色谱柱的顶端。转移结束后分流阀再度打开,以除去进样器内残留的溶剂和一些非(难)挥发的基体杂质,此时,色谱柱也开始程序升温,“聚焦”于柱顶端的待测物开始进入色谱工作状态。在进样时,一定要保证全部液体样品留存在衬垫管里,不然部分样品会被放空,导致待测物的回收率降低。不同口径的衬垫所能容纳最大的样品量(Vmax)如下：

    所谓Vmax是指在快速进样(进样时间1-2s)下,能进入最大的而不造成溢流的进样量。溶剂的放空时间是PTV大体积进样的一个重要实验参数。确定放空时间的典型办法是快速注入Vmax量的溶剂,PTV的温度设在始温(例如~30℃),分流速250mlmin,此时99%的溶剂以蒸气形式通过分流阀放空。然后约1%进入分析柱系统,直到衬垫管上的溶剂被蒸发逸尽为止。此时从色谱图上(图2),根据溶剂峰的峰宽即可确定溶剂的放空时间,一般约30s-2min,如果样品中含有挥发性组分,放空时间宜适当缩短。

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