[发明专利]一种质谱低温富集高温热解析的吹扫式膜进样装置及应用

说明书

技术领域

本发明属于质谱进样装置，提供了一种用于分析环境中半挥发性有机物(SVOCs)的低温富集高温热解析的吹扫式膜进样装置，无需任何样品前处理。

背景技术

SVOCs是一类熔点低于室温而沸点在170～350℃、蒸汽压在13.3～10^-5Pa范围内的有机化合物，在空气中以气相和颗粒相两种方式存在。SVOCs来源广泛，大部分具有生物毒性，对人体的危害较大，有些甚至还具有致癌、致畸和致突变效应，长期接触较高浓度的SVOCs会对人体造成严重的损害。

室内SVOCs主要来源于添加在家具材料中的助剂，卫生杀虫剂以及燃烧产物。例如用于玩具、建筑材料等塑料制品中增强材料柔韧性和拉伸性的增塑剂邻苯二甲酸酯；用于祛除蚊虫的电热蚊香片、气雾剂等的有效成分；日常烹饪过程中的燃烧产物等。SVOCs的分子量大，沸点高，饱和蒸汽压低，能吸附在颗粒物上更容易被人体吸入。

环境中SVOCs包括多环芳烃、氯苯类、硝基苯类、硝基甲苯类、邻苯二甲酸酯类、亚硝基胺类、苯胺类、氯代苯胺类、氯代烃类、氯代醚类、联苯胺类、氯代联苯胺类、氯代酚类和硝基酚类等。其中多环芳烃具有强致癌性，酞酸酯类物质主要属于环境激素污染物。这些SVOCs容易吸附到生物体内，在生物体内不易降解，生物蓄积性高。

随着工农业社会的飞速发展，排放到环境中的SVOCs造成的污染事故也日渐增多，无锡发生的蓝藻危机，松花江流域发生的水污染事件等使水环境中SVOCs的分析检测迫在眉睫。我国的《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)、《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)、《综合污水排放标准》(GB 8978-1996)等均规定了部分SVOCs的排放标准值。因此建立快速、灵敏的水中半挥发性有机物的监测分析方法，对了解水环境的质量，保护水质环境安全，保障公众饮水安全，研究水体中半挥发性有机物暴露对人群健康的影响具有重要的意义。

目前用于环境中SVOCs的分析检测方法主要是气相色谱质谱连用法(GC-MS)，通常在气相色谱分析之前会经过固相萃取(SPM)或固相微萃取(SPME)的前处理，这种二维分析方法虽然很准确，但是整个分析过程操作繁琐，耗时长，成本高，反映不出污染物的快速动态过程，此外冗长的离线分析过程可能使样品的某些组分发生改变影响分析结果的准确性。因此发展在线监测技术实时获取待测物的动态变化具有重要意义。其中在线监测质谱技术以其可以直接获得待测物的分子量信息，分辨率和灵敏度高等优势在在线监测领域得到广泛认可，获得飞速发展。

膜进样质谱广泛应用于环境中有机物的快速分析和在线监测。一般的膜进样装置中，膜进样端表面的样品分子选择性地吸附溶解在膜中，在膜两侧气压差的推动下，通过扩散作用在膜的另一侧脱附进入到质谱的真空系统。根据相似相容原理，不同的膜材料可以选择性地渗透不同的物质。膜进样可以消除基体干扰，灵敏度高，检测限能够达到10^-9(V/V)量级，被广泛用于痕量挥发性有机物的快速在线检测。其中最常用的富集膜是硅橡胶有机膜(PDMS)。当样品流经PDMS膜表面时，样品中的挥发性有机物在膜中溶解度不同，溶解度大的组分透过膜得到富集，而溶解度小的基体如水则很少透过，因此，挥发性有机物通过膜可以实现富集，富集倍数高达10-100倍。传统的膜进样装置中，富集膜直接贴近电离区，膜两侧气压差大，推动样品快速透过膜，导致电离区气压迅速升高，只有使用面积较小的膜才能符合电离区真空度的要求，文献中提到的膜面积一般不超过15mm²。然而膜面积太小会降低富集效率。此外，由于半挥发性有机物(SVOCs)的分子量大，沸点高，需要供给足够的能量才能使其从富集膜中解析出来，传统膜进样方式对其测定的灵敏度较低。

本装置针对半挥发性有机物(SVOCs)中的气相组分进行分析，为了克服传统膜进样质谱法测定半挥发性有机物(SVOCs)灵敏度较低的问题，结合Trap-release(富集-解析)思想，设计了富集-解析膜进样装置，膜的大小不受限制；此外，本设计还结合了吹扫捕集气质联用法中吹扫的思想，即在高温热解析进样步骤中采用吹扫气体将富集膜中的样品气体快速吹扫进入质谱仪，缩短了样品气体的扩散时间。分析后残留样品气体可被迅速吹出，无记忆效应。整套分析装置利用膜进样和富集-解析的共同优势，实现了环境中半挥发性有机物(SVOCs)准在线模式下的快速高灵敏分析检测。

发明内容