熱解吸儀綜述

一、前言

——色譜法簡介

    說起色譜法，其歷史很悠久，到目前為止。色譜法已經(jīng)一個多世紀(jì)了，目前已成為現(xiàn)代科學(xué)中常用的儀器分析手段之一。從古羅馬人分析染料與色素時，就已經(jīng)用到了色譜法的原理。1901年，植物學(xué)家茨維特開始用這種方法研究、分離、提純植物色素，1903年他在波蘭華沙自然科學(xué)學(xué)會生物學(xué)會會議上發(fā)表文章，*次提出“色譜”一詞，1906年，茨維特把這種方法稱為色譜法。但茨維特的色譜法并未引起人們的注意。（多年后，茨維特因提出色譜法而被提名1917年諾貝爾化學(xué)獎候選人。47歲早逝）。之后，1931年德國化學(xué)家?guī)於鳎↘uhn）等人參照茨維特的方法，成功地分離了α-、β-和γ-三種胡蘿素的異構(gòu)體；1940年，英國化學(xué)家馬?。∕artin）和*（Synge）等提出了液-液分配色譜法。幾年之后，馬丁和*等發(fā)表了從理論到實踐比較完整的氣相色譜法，并因此獲得了1952年諾貝爾化學(xué)獎（*）。色譜法從此進(jìn)入大發(fā)展時期，由1941年馬丁和*建立塔板理論，到1956年荷蘭學(xué)者范第姆特（Van Deemter）創(chuàng)立速率理論為色譜法奠定了理論基礎(chǔ)（經(jīng)驗理論）；1957年，高萊（Golay）開創(chuàng)毛細(xì)管氣相色譜法。100多年來，色譜法在實踐中逐漸完善，在整個科學(xué)領(lǐng)域形成了一門應(yīng)用廣泛的分析技術(shù)，而且上升趨勢不減。聯(lián)用儀器是今后發(fā)展的必然趨勢，色譜法在未來的生命科學(xué)等前沿領(lǐng)域也必將發(fā)揮出重要作用。

——氣相色譜儀的歷史

    1954年，美國珀金-埃默爾公司（即PE公司，Perkin-Elmer corp.）率產(chǎn)出世界*臺填充柱氣相色譜儀；1959年又生產(chǎn)出毛細(xì)管氣相色譜儀。接著，日本、英國、德國等相繼生產(chǎn)出商品氣相色譜儀。我國色譜法于1954年起步，從60年代開始?xì)庀嗌V儀的研制，～1962年，北京分析儀器廠生產(chǎn)出我國*臺氣相色譜儀。國內(nèi)氣相色譜儀較多使用的是北京等儀器廠家的產(chǎn)品。

——氣相色譜分析法

    顧名思義就是利用氣相色譜儀進(jìn)行分析測試的方法。

    古往今來，氣相色譜分析與所有分析一樣，提高分析靈敏度幾乎是一個永恒的話題。就氣相色譜分析來說，儀器制造者總是設(shè)法制造高靈敏度的儀器、色譜分析工作者總是研發(fā)理想的分析方法，尤其在環(huán)境分析、藥物分析和食品分析方面，有關(guān)法規(guī)方法對檢測限都有很高的要求，比如GB11737-89對苯的檢測限達(dá)到0.005mg/m³。也正是這種要求促進(jìn)了儀器的發(fā)展，而儀器的發(fā)展又使法規(guī)制定者提出更高的檢測靈敏度要求，這種互動是循環(huán)往復(fù)的。而下述幾種進(jìn)樣方法都是提高靈敏度直接、價廉、簡單、易行、有效的方法，其中樣品濃縮、高靈敏度檢測器、降低儀器系統(tǒng)噪聲、改進(jìn)進(jìn)樣方式等都是常用的方式。對于濃度很低的樣品，超載問題一般只與溶劑有關(guān)。所以，只要有效地消除或大部分消除溶劑，不讓過多的溶劑進(jìn)入色譜柱，就不會產(chǎn)生柱容量超載，就可以大大增加進(jìn)樣量，而有效的提高靈敏度。

    空氣中的污染物的濃度很低，一般都是ppb～ppt級，直接取樣分析根本無法做到，必須進(jìn)行高倍濃縮。目前常用的氣體取樣方式是用大氣采樣器抽取空氣，通過吸附管內(nèi)的吸附劑吸附污染物。吸附劑多用活性炭和Tenax或幾者的混合物。取樣時，該吸附管接在一個經(jīng)流量校正的泵上，當(dāng)一定體積空氣在泵的作用下通過吸附管時，空氣中的污染物就被吸附（捕集）濃縮在吸附管中的吸附劑上。然后密封吸附管(必要時在低溫下保存)，回到實驗室利用熱解吸儀進(jìn)行分析。當(dāng)然，也可以用溶劑將管中吸附劑所吸附的污染物洗脫下來，再進(jìn)行色譜分析（比如GB50325中測定空氣中苯的方法之一使用二硫化碳洗脫）。但這樣做一是費時、費力、費錢，二是可能造成樣品損失，三是還要處理廢液。比較理想的方法就是熱解吸進(jìn)樣，把吸附管置于熱解吸裝置中，就可快速分析大氣中的污染物。

——氣相色譜的進(jìn)樣技術(shù)

在氣相色譜分析中，預(yù)處理設(shè)備和進(jìn)樣技術(shù)是非常重要的一個環(huán)節(jié)。氣相色譜法的進(jìn)樣技術(shù)一般有：注射器手動進(jìn)樣、冷柱頭進(jìn)樣、程序升溫汽化(PTV)進(jìn)樣、大體積進(jìn)樣（LVI）、閥進(jìn)樣、頂空進(jìn)樣、熱解析進(jìn)樣等，有的可加入反吹技術(shù)。

       在閥進(jìn)樣、頂空進(jìn)樣、熱解析進(jìn)樣等情況下，這些來自色譜儀之外的設(shè)備的連接是有講究的，當(dāng)然，不同的廠家各有各的做法，但就一般而論：連接方式好是不影響進(jìn)樣口的使用，也就是說操作人員可以不拆卸外設(shè)而進(jìn)行普通的氣相色譜分析(在進(jìn)樣口照常注射樣品)，可是這樣就無形中增大了汽化室的死體積，也就會影響到峰型的好壞，這一點一定要注意到。這些外設(shè)一般接在進(jìn)樣口之前的載氣氣路上（一般加一個類似進(jìn)樣口的零件連接色譜儀），注意與進(jìn)樣口之間的連接管越短越好，并且此段管路也應(yīng)有控溫系統(tǒng)。這樣的連接方式可以使樣品盡快直接進(jìn)入汽化室，而不通過多余的傳送管路。同時可使用進(jìn)樣口的分流設(shè)置來控制進(jìn)入色譜柱的樣品量，避免超載問題。另一個好處是不用拆卸外設(shè)就可進(jìn)行普通的GC分析。

二、熱解吸儀

——熱解析進(jìn)樣技術(shù)

    熱解析進(jìn)樣技術(shù)是目前應(yīng)用較廣泛的一種進(jìn)樣技術(shù)。熱解析進(jìn)樣技術(shù)的主要設(shè)備是熱解吸儀。

    熱解吸進(jìn)樣不*等同于頂空分析，熱解吸進(jìn)樣原理與吹掃-捕集技術(shù)的進(jìn)樣原理一樣，可以把熱解吸看作是吹掃-捕集進(jìn)樣的一部分，可以把熱解吸進(jìn)樣技術(shù)看作頂空進(jìn)樣技術(shù)的特例。

熱解吸進(jìn)樣技術(shù)是將固體樣品或吸附有待測物的吸附管置于熱解吸裝置中，該裝置與色譜儀直接連接（也有獨立安裝的型號），載氣通過熱解吸裝置進(jìn)入色譜儀進(jìn)樣口。當(dāng)熱解吸裝置升高溫度時，揮發(fā)性組分從固體樣品或吸附劑中釋放出來，隨載氣進(jìn)入氣相色譜系統(tǒng)進(jìn)行分析測定。所以熱解吸進(jìn)樣可以被看作是吹掃—捕集進(jìn)樣的一部分。

    GB50325-2010規(guī)定，室內(nèi)環(huán)境空氣中的苯和TVOC的檢測應(yīng)使用熱解吸技術(shù)進(jìn)樣。具體做法是：在分析大氣污染物時，用一個裝有吸附劑（活性炭或Tenax）的吸附管，利用大氣采樣器抽取一定量的空氣通過吸附管，空氣中污染物就被管內(nèi)的吸附劑吸附。然后將吸附管放在熱解吸裝置上，解吸后再用注射器進(jìn)樣、或與氣相色譜儀連接，熱解吸后直接進(jìn)樣分析。

    熱解吸裝置可以是一個不與色譜儀相連的獨立的熱解吸儀器，也可以用吹掃-捕集進(jìn)樣器的捕集管加熱裝置解吸，在這種情況下，熱解吸進(jìn)樣就是吹掃-捕集進(jìn)樣的特例。熱解吸裝置還可直接裝在色譜儀的進(jìn)樣口，此時它又可成為裂解進(jìn)樣器的特例。

    熱解吸進(jìn)樣技術(shù)已廣泛用于生命科學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、制藥、煙草、教育、石化、毒理、食品、電子等眾多領(lǐng)域。

——熱解吸儀

按照標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對大氣污染的定義是：大氣污染通常指由于人類活動和自然過程引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到了足夠的時間病因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境的現(xiàn)象。隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，大氣污染日趨嚴(yán)重，而人們的環(huán)保意識逐步增強，居室內(nèi)及裝修引起的室內(nèi)污染問題也就越來越引起人們的關(guān)注。1970年，日本頒布了“大氣污染防治法規(guī)”；1977年，美國開始實行“污染消減管理辦法”，并于1979年試點的“泡泡政策”（總量控制區(qū)），1990年推出“清潔空氣法”修正案。我國對城市大氣污染物總量的控制比較晚，開始于“六五”規(guī)劃，1991年，國家環(huán)保局推出“城市大氣污染總量控制方法手冊”；1991年國家環(huán)境保護局推出GB/T 13201“制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”。和老百姓關(guān)系密切、出臺早、至今依然有效執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是1989年國家衛(wèi)生部頒布的GB 11737-89《居住區(qū)大氣中苯、甲苯和二甲苯衛(wèi)生檢驗標(biāo)準(zhǔn)方法—氣相色譜法》，之后，從2001年起，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、國家環(huán)?？偩?、國家衛(wèi)生部、北京市建委等陸續(xù)出臺了國家標(biāo)準(zhǔn)GB50325-2010《民用建筑室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》、GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、HJ644-2013《環(huán)境空氣 揮發(fā)性有機物的測定 吸附管采樣-熱脫附/氣相色譜-質(zhì)譜法、北京市地標(biāo)DBJ01-91-2004《北京市民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)程》等一系列標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，以控制由建筑材料和裝飾裝修材料產(chǎn)生的、危及人們身體健康的室內(nèi)環(huán)境污染。   

目前，室內(nèi)環(huán)境污染物多達(dá)幾十上百種，GB50325、DBJ01-91主要控制項目是甲醛、氨、苯、TVOC和氡五項，GB/T 18883等標(biāo)準(zhǔn)除此外還有CO、CO2、NO2、苯并芘、菌落等共19項。其中甲醛、氨、苯等已經(jīng)是大家熟知的對人體有較大危害的污染物。

    這里僅就TVOC（Total volatile organic compound）作個簡單介紹：TVOC即總的揮發(fā)性的有機化合物，按照世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義-沸點在50℃-250℃的化合物，室溫下飽和蒸汽壓超過133.32Pa，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機物。實際上，我們把任何能在常溫常壓下自然揮發(fā)的液體或固體有機化合物，都看做是揮發(fā)性有機化合物，烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴都屬于此類，它包括：苯系物、有機氯化物、氟里昂系列、有機酮、胺、醇、醛、酸、酯、醚和石油烴化合物等。空氣中揮發(fā)性有機化合物的品種很多，目前已鑒定出8類300多種，在分析中不可能對其一一定性，所以標(biāo)準(zhǔn)中選擇標(biāo)識的組分是有限的幾個，而其他未標(biāo)識組分都以甲苯計。

    TVOC的主要來源是：在室外，主要來自燃料燃燒和交通運輸產(chǎn)生的工業(yè)廢氣、汽車尾氣、光化學(xué)污染等；而在室內(nèi)則主要來自燃煤和天然氣等燃燒產(chǎn)物、吸煙和烹調(diào)等的煙霧，建筑裝飾裝修材料、家具、家用電器、清潔劑和人體本身的排放等。一般油漆中TVOC含量在0.4～1.0mg/m³。由于TVOC具有揮發(fā)性，一般情況下，油漆施工后的10小時內(nèi)，可揮發(fā)出90%，而溶劑中的TVOC則在油漆風(fēng)干過程中只釋放總量的25%。

    TVOC的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的，當(dāng)居室中TVOC濃度超過一定濃度時，在短時間內(nèi)人們感到頭痛、惡心、嘔吐、四肢乏力；嚴(yán)重時會抽搐、昏迷，傷及人的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。居室內(nèi)TVOC污染近年來已引起世界各國的密切關(guān)注。TVOC所包含的物質(zhì)中很多已被列為致癌物，如氯乙烯、苯、多環(huán)芳烴等。因此，為了人民的健康，必須要嚴(yán)格控制這些化合物在空氣尤其是室內(nèi)空氣的含量。

隨著國家標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的規(guī)定制約、分析方法的開發(fā)，熱解吸儀的使用越來越廣泛，生產(chǎn)廠家也越來越多，這里簡單舉例廠家及型號：北京華盛譜信儀器有限責(zé)任公司 ATDS-3600A型。

    這里我們著重介紹一下用途廣泛、操作簡單、外觀大方、售后服務(wù)好、性價比高的北京華盛譜信儀器有限責(zé)任公司及其代表性產(chǎn)品 ATDS-3600A型全自動二次熱解吸儀。

   ATDS-3600A全自動二次熱解析儀特點及參數(shù)

一、簡介

ATDS-3600A型全自動二次熱解吸儀可適用于《HJ-644-2013 環(huán)境空氣 揮發(fā)性有機物的測定 吸附管采樣-熱脫附氣相色譜-質(zhì)譜法》、《HJ/T 400-2007車內(nèi)揮發(fā)性有機物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》、《GB/T18883-2002 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《HJ583-2010固體吸附/熱脫附-氣相色譜》、《GB 50325-2010 民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)。

二、儀器特點和主要功能

1. 可以自動運行多20個樣品，無需人員值守；

2. 開機自檢，故障報警和提示，自動定位樣品盤；

3. 微機程序控制，主要功能有：

⑴ 方法參數(shù)設(shè)置、實時動畫顯示工作狀態(tài)、運行時間；

⑵ 樣品區(qū)、進(jìn)樣閥和樣品傳輸管，三路均單獨加熱控溫；

⑶ 設(shè)定好分析程序，按下運行鍵自動完成整個樣品分析；

⑷ 具有多種擴展功能：可以根據(jù)用戶需求增加常溫二次解吸部件或低溫二次解吸部件、吹掃捕集、低溫冷阱；

⑸ 可同步啟動GC、色譜數(shù)據(jù)處理工作站，也可用外來程序啟動本裝置；

4. 設(shè)有外加載氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，無需對于GC儀器進(jìn)行任何改裝與變動，即可進(jìn)行進(jìn)樣分析,也可選用原儀器載氣；

5. 通過時間編程，自動實現(xiàn)解吸、進(jìn)樣、反吹清洗等功能；

6. 樣品傳輸管和進(jìn)樣閥有自動反吹功能，避免了不同樣品的交叉污染；

7. 為了配套進(jìn)口氣相色譜儀使用起來更方便準(zhǔn)確，本儀器還配有針對各種進(jìn)口儀器的接口，連接方便；

8. 對于活性物質(zhì)分析可選配彈性石英管作為樣品傳送管；

9. 進(jìn)樣針頭更換方便，可連接國內(nèi)外所有型號的GC進(jìn)樣口。

三、儀器主要技術(shù)性能

1.樣品區(qū)溫度控制范圍： 室溫—400℃ 以增量1℃任設(shè) 加熱功率約200W；

2.閥進(jìn)樣系統(tǒng)溫度控制范圍： 室溫—220℃ 以增量1℃任設(shè) 加熱功率約60W；

3.樣品傳送管線溫度控制范圍： 室溫—220℃ 以增量1℃任設(shè) 加熱功率約40W （為了操作安全，傳送管線溫度控制采用低壓供電）；

4.解吸 2 溫度控制范圍： 室溫—400℃ 以增量 1℃任設(shè)； （升溫速率>2000℃/min）

5.冷阱溫度控制范圍： -30℃—50℃ 以增量 1℃任設(shè) （采用*電子制冷裝置，無需液氮制冷）

6.溫度控制精度：< ±0.1℃ ；

7.溫度控制梯度：< ±0.1℃；

8.樣品位：20位

9.解吸回收率：>95%（和組分有關(guān)）；

10.反吹清洗流量：0～400ml/min （連續(xù)可調(diào)）；

11.儀器有效尺寸：450×360×510mm3

12.儀器重量：約25kg。