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顶空气相色谱系列讲座(125)（上）--气相色谱残留溶剂测定保留时间预测

气相色谱保留时间预测在药品残留溶剂测定中的应用





摘 要 目的：通过计算预测有机溶剂在等温和程序升温条件下的保留时间，对测定药品残留溶剂时的色谱条件进行优化。

方法：首先确定有机溶剂的气相色谱保留值方程，再运用Excel表计算有机溶剂在不同柱温条件下的预测保留时间，进而优化色谱条件，缩短分析时间。

结果：可以获得良好的预测准确度。

结论：保留时间预测应用于药品残留溶剂测定时色谱条件优化，可以减少预试验次数，较快地选择出合适的色谱条件。



    本文由中国药品生物制品检定所的胡昌勤和云南省药品检验所的秦立撰写的论文，摘自药物分析杂志2006，26（10）p1469~1476。  因需要了解这方面问题的网友较多，现将第一作者的邮箱(但愿没变)贴上：

hucq@ nicpbp.org.cm



前 言

在我们建立的药品残留溶剂测定知识库［l］中，考察了 51种适于顶空分析的有机溶剂在2支不同极性的毛细管色谱柱的色谱特性，包括它们在一定的等温和程序升温条件下的出峰顺序，及其气相色谱保留值方程等。在测定药品中残留溶剂时，根据知识库中信息选择合适的色谱柱后，最常用的优化因素是调节柱温以改善色谱柱对组分的选择性及分离度。本文通过计算预测有机溶剂在不同柱温下的保留时间，用于色谱条件的优化。可以避免仅凭经验改变柱温的盲目性，减少预试验次数。在保证最难分离物质对有足够分离度的前提下，可以极大地缩短分析时间。

通过恒温标准数据和简单的实验数据可以计算出组分在各种柱温条件下的气相色谱保留值［2］。在不同的柱温下分别测定组分的保留值k′，即得其气相色谱保留值方程：




利用方程中的A、B值，可以通过计算预测出该组分在任意的等温或程序升温条件下的保留时间[3]。本文首先通过试验建立了适合进行顶空分析的51种有机溶剂在2支不同极性的毛细管色谱柱上的气相色谱保留值方程；然后运用Excel表计算预测有机溶剂在等温和一阶程序升温条件下的保留时间［4］，并应用于测定药品残留溶剂时色谱条件的优化。



实 验

1 仪器与试药

Agilent 6890气相色谱仪，HP 7694顶空自动进样器，HP化学工作站，GA2000A低噪音空气泵，GCD －300A全自动氢气发±器。

有机溶剂购自北京化工试剂公司、Fluka试剂公司或Merck试剂公司，水为纯净水。药品ONO －5046、葛根素均由中国药品生物制品检定所提供。

2 色谱条件

进样口温度200℃；FID温度250℃；分流比1：1；顶空温度100℃，平衡时间30 min，进样时间1．0 min，氮气流速2.0 mL·min -1。SPB-1柱（30.0 m×0.32 mm×0。25 μm）；HP － FFAP柱（25．0 m×0.32 mm×0．52μm）；

3 溶液的制备

3．1 有机溶剂的水溶液配制

分别称取各有机溶剂对照品适量，用水配制成浓度约为500 μg·mL -1的溶液，量取5．0 mL置20mL顶空瓶中，用聚四氟乙烯薄膜覆盖的橡胶垫塞紧，并用铝盖密封。

3．2 模拟药品溶液制备

精密称取经测定无残留溶剂的葛根素约0.2g置20mL顶空瓶中，加人含有浓度约为100 μg·mLˉl的正己烷、环己烷、甲醇、二氯甲烷、甲苯、1，2二氯乙烷、硝基甲烷、异丙基苯、甲氧基苯的水溶液2．0 mL使溶解，加盖密封。

3．3 药品ONO － 5046溶液制备

精密称取药I；古ONO －5046约0.2g置20mL顶空瓶中，加入I mol·Lˉ1氢氧化钠溶液2．0 mL，使溶解，加盖密封。

4 计算有机溶剂的预测保留时间

首先分别在4个等温条件下分别测定各种有机溶剂在SPB － I柱和HP － FFAP柱上的容量因子k′，将Ink′与柱温绝对温度的倒数1/T进行线性回归，建立51种有机溶剂在2支色谱柱上的气相色谱保留值方程，见表1。应用保留值方程中的A、B值，用Excel Sheet l（表2）计算等温条件下有机溶剂的预测保留时间，用Excel Sheet 2［4］（表3）计算一阶程序升温条件下的预测保留时间。









5 预测残留溶剂的保留时间应用实例

5．1 对2005年版中国药典附录残留溶剂测定法附表中溶剂的预测

运用所建立的有机溶剂的气相色谱保留值方程，预测2005年版中国药典附录Ⅷ P中表2、表3有机溶剂保留值的预测值，并与实际测定值比较，发现无论是等温还是程序升温条件，都得到较好的预测结果，预测值与实测值的误差一般均小于0.1 min，见表4、表5。

顶空气相色谱系列讲座(125)（下）--气相色谱残留溶剂测定保留时间预测 


5．2 模拟药品

为更好地体现计算机辅助下优化色谱条件的优势，向已知无残留溶剂的药品葛根素中加人浓度约为l 00 μg·mL-1的正己烷、环己烷、甲醇、二氯甲烷、甲苯、1，2二氯乙烷、硝基甲烷、异丙基苯、甲氧基苯等9种有机溶剂的水溶液。其中正己烷与环己烷是只能在低柱温下分离的较难分离物质对，甲氧基苯则是需要较高柱温洗脱的高沸点溶剂。将柱温由等温条件优化为程序升温，分析时间从18 min缩短为8 min，见图1。用Excel计算预测出2种色谱条件下残留溶剂的保留时间，与实验测定值进行比较，见表6。预测误差等温条件下小于1．5 min，程序升温条件下小于0．8 min。




5．3 药品ONO － 5046 药品

ONO一5046中残留有甲醇、二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯。用SPB －1柱40℃等温测定时，甲苯的保留时间太长，故进行优化。设计在40℃等温运行3．5 min后以l0℃·min -1

的速率程序升温，以期缩短甲苯的保留时间。预测结果提示，甲苯的保留时间可由等温条件时的11．5 min缩短为4．9 min；实际测定值为5．6 min，且各色谱峰分离良好，见表7、图2。比较2种色谱条件下诸溶剂的预测值与实验测，等温条件下的预测误差小于0．3min，程序升温条件下的预测误差小于0．8 min。



6 讨论

死时间是气相色谱中的一个重要参数，对于准确预测保留时间具有重要的影响。Ambrus法是一种准确简便的间接测定气相色谱死时间的方法［5］。它通过测定4个连续正构烷烃的保留时间，以t R，z+1对莎t R，z作线性回归，由所得直线方程的斜率和截距既可求出死时间。在实验中我们用2种方法获得死时间，一种是测定正戊烷至正辛烷的保留时间，用Ambrus法计算死时间；另一种是根据所用色谱条件及色谱柱参数直接由色谱工作站（Agilent ChemStation）计算出系统的死时间。2种方法各有利弊，前一种方法较麻烦，需要进行实验和计算，但是可以反映色谱系统各参数微小改变带来的影响；后一种方法可直接得到，不需实验和计算，但是当各色谱参数的设定值与实际值存在差异时将给预测结果引入很大的误差。作为一般预测，后一种方法已能满足需要。

通过少量等温实验数据来计算程序升温保留时间，是假设程序升温气相色谱中色谱柱是由一系列的等温小片断构成。如果热平衡在瞬间达成，则色谱柱的每一个片断都可认为是在温度T和时间δtR内处于等温状态。这一假设已由Cavalli等人通过实验得到证实［6］。Excel Sheet 2（表3）中的柱片段数n就是将程序升温过程中的色谱柱看作一系列处于不同温度的等温片断而主观设定的值，它不同于理论板数。色谱柱长为25～30 m时，选定片断数为500就足以准确地预测保留时间［4］。另外，程序升温保留时间的预测准确度受程序升温速率的影响。升温速率越快，柱温真实值比设定值滞后越多，使预测产生的误差也越大。升温速率以5～l0℃·min -1比较合适，我们在实验中采用8℃·min-1或l0℃·min-1的升温速率，均获得了较为准确的预测结果。

确定了药品中预测定的残留溶剂种类并选择了合适的色谱系统后、对柱温进行优化是必要的 。当药品中残留溶剂的保留行为差异较大时，使用程序升温可比使用等温节约大量的分析时间。在汁算机辅助下利用有机溶剂的保留值方程，通过计算可以较准确地预测有机溶剂在等温及程序升温条件下的保留时间，较快地选择出合适的柱温，实现对色谱条件的优化。由于气相色谱保留值方程在不同的色谱系统中受多种因素的影响，实际应用中利用表I的数据得到的预测结果可能误差较大．此时，可以在使用的色谱系统中测定2个温度条件下被测溶剂的保留值，快速建立气相色谱保留值方程，再将A、B参数带入到Excel Sheet 1（表2）或Excel Sheet 2（表3）后进行预测。

顶空气相色谱系列讲座(126)两种不同顶空进样方式对分析结果的对比 

两种不同顶空进样方式对啤酒风味分析的对比



本文由汕头市科毅仪器设备有限公司的陈新总经理提供，对使用不同进样方式的用户有一定参考价值，现全文发表如下



前 言

顶空进样技术是气相色谱法中一种方便、快捷的样品前处理方法，其原理是将待测样品置入一密闭的容器中，通过加热升温使挥发性组分从样品基体中挥发出来，在气液（或气固）两相中达到平衡，直接抽取顶部气体进行色谱分析，从而检验样品中挥发性组分的成分和含量。使用顶空进样技术可以免除冗长烦琐的样品前处理过程，简化了分析程序、节省分析时间、提高了分析数据的可靠性，避免有机溶剂对分析造成的干扰、减少对色谱柱及进样口的污染。由于顶空进样技术具备的优势使得顶空气相色谱法（HS-GC）在检测食品、血液、土壤、水、化妆品、制药和包装材料中的挥发物时得到了广泛的应用。



目前市场上主要有三种类型的顶空进样器，包括气密针进样系统，代表厂家为意大利HTA公司；平衡加压系统，代表厂家为PE；定量环加压系统，代表厂家有：安捷伦的7694/7694E和Tekmar/DANI等。由于平衡式加压进样方式的进样的绝对体积是无法知道的，所以在此仅以啤酒风味分析为例来对气密针进样方式和定量环加压进样方式进行实验比较。



实 验

一 。气密针进样方式工作原理






三 。实验条件



气密针进样和定量环加压进样两种类型顶空自动进样器代表厂家仪器（意大利HTA的HT250D和美国Agilent的7694E）做啤酒中醇、醛、酯、酮类等啤酒风味指标的控制成分进样分析的对比实验。





五 、讨论：

由以上数据可以看出，在调整色谱条件（加大分流比和减少进样量）后，使得HT250D和7694E检测数值接近，浓度较高的组分两者的重现性接近，但微量组分如甲醇前者重现性明显优于后者。由此可估算出，在相同条件下（色谱条件相同，顶空进样量、加热平衡条件相同），HT250D顶空自动进样器的是灵敏度是7694E顶空自动进样器的十倍。虽然7694E也能对个别微量组份进行分析，但其重现性较差，数据可靠性不好。而在相同的色谱条件下，HT250D的进样量相对增加，重现性也将更优于7694E。



造成以上数据差异是由于两种顶空进样器结构差异而造成的。Agilent 7694E采用定量环加压系统，样品随着载气带入气相色谱的，因而在定量环中含有载气，无形中造成了样品稀释现象。由于结构相对复杂，容易产生交叉污染。如果载气质量不稳定，样品也无可避免的会受到污染。传输管道的对某些醇类、胺类物质吸附作用也是影响分析灵敏度的一个重要因素，因而传输管道材质的惰性化是解决问题的关键。此外，如果不增加气路的电子流量控制的话，管路气压的细微变化直接影响了进样的准确性。由上可知，改善这些负面干扰需要多种复杂技术的应用，成本就相应的大幅度提高。



HTA采用气密针进样，由于气密针是可加热的，这就保证了样品由顶空瓶到气相色谱的过程中不会出现样品冷凝、压力变化的情况。进样量稳定并且样品无稀释，因而灵敏度得以大幅度提高。这一点对于分析微量物质是非常有利的，检测下限可达到0.1ppm甚至更低，在一定程度上解决了顶空分析灵敏度不够的问题。作为一种成熟可靠的技术，相继为顶尖的独立自动进样器制造商（如意大利HTA）所采用。

顶空气相色谱系列讲座（127）（上）--啤酒中风味物质的顶空分析及评价 

啤酒中挥发性风味物质的顶空分析及风味评价





摘 要:  应用气相色谱定量分析啤酒中的挥发性风味物质如醇类、酯类、连二酮、含硫化合物等,通过风味强度进行风味特征评价及风味差别度的判别,达到控制质量的目的。结合应用GC- MS、气相色谱—气味测定法( GCO) 、电子自旋共振( ESR) 等技术对啤酒、酿造过程及原料中的风味化合物和异味组分进行测定的探讨。



    本文由山东青岛啤酒集团有限公司的王志沛、季晓东、武千钧、陈华磊研究人员合作完成，对分析酒类的网友有一定参考价值，现全文介绍如下。



前 言

在国内,啤酒作为饮料酒,其风味特征主要通过感官品尝进行评价。随着啤酒生产规模化、集团化发展,仅靠专业评酒人员进行感官品尝, 难以达到控制产品品质的目的。利用现代仪器分析技术对啤酒品质进行监控,保持啤酒风味一致性, 是啤酒行业发展的趋势。



分析与评价

1  啤酒中主要的挥发性风味物质啤酒中的挥发性风味成分,包括醇类、酯类、酸类、醛类、酮类、硫化物、酚类化合物等,其来源、风味阈值及在啤酒中的浓度见表1。其他影响啤酒品质的挥发性风味成分还有,酒花油中多种挥发性成分共同产生的“酒花香”, 反- 2 - 壬烯醛为代表的“老化味”,3 - 甲基- 2 - 丁烯硫醇为代表的“日光臭”,以及麦芽香气成分等。




2  啤酒中挥发性风味化合物的分析利用气相色谱可对啤酒中挥发性风味化合物进行分析, 气相色谱测定技术可以测定啤酒中连二酮、醇类、酯类、含硫化合物、羰基化合物等重要风味化合物。随着对啤酒风味物质研究越来越重视, 目前已采用GC- MS、GC气味检测法与GC - MS 结合及电子自旋共振( ESR) 技术对啤酒、酿造过程及原料中的风味化合物和异味组分进行分析。

2. 1 啤酒中低沸点风味化合物的气相色谱法测定

采用顶空自动进样,可定量测定啤酒中的乙醛、二甲基硫、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、正丙醇、异丁醇、异戊醇等9 种化合物。

仪器： PER KIN ELMER Autosystem 气相色谱仪, PE-HS- 40 全自动顶空进样器,PE 1022 数据处理机。FFAP 石英毛细管柱,30m 长,0. 32mm I. D. 。

顶空进样器条件：样品温度50 ℃,加热时间35min 。

气相色谱条件： 柱温35 ℃保持3min , 以10 ℃/ min 升温至190 ℃; 进样器温度150 ℃; 检测器温度200 ℃; 载气为高纯氮气,13PSI 。样品前处理:移取10ml 未除气啤酒于20 ml 顶空进样瓶中,加入正丁醇内标溶液,加密封垫,铝盖压紧。将密封后的进样瓶放入顶空进样器中进样测定。

2. 2 啤酒中连二酮及其前驱体的测定

采用顶空—毛细管气相色谱法, 定量测定啤酒中的双乙酰、

2 ,3 - 戊二酮及其前驱体。

仪器:：PE 公司Autosystem 气相色谱仪和HS - 40 全自动顶空进样器。Carbowax 20M 石英毛细管柱, 25m 长,0. 32mm I. D. 。

顶空进样器条件：样品温度35 ℃,加热时间40min 。

气相色谱条件：柱温55 ℃; 进样器温度150 ℃; 检测器温度200 ℃;载气为高纯氮气,17PSI 。

样品前处理：移取10ml 未除气啤酒于20 ml 顶空进样瓶中,加入内标溶液,加密封垫,铝盖压紧。将密封后的进样瓶放入顶空进样器中进样。对连二酮前驱体的测定, 采用曝气和60 ℃保温90min 的前处理方式使其全部转化成双乙酰和2 , 3 - 戊二酮, 测定的数值为连二酮加前驱体浓度之和。

2. 3 啤酒中游离脂肪酸的测定

定量测定丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸、己酸、辛酸、癸酸等短链脂肪酸及C12 、C14、C16 、C18、C20、C22、C16 ∶1、C18 ∶1、C18 ∶2、C18 ∶3 等长链及不饱和脂肪酸。

仪器：Agilent 6890 气相色谱仪, FFAP 石英毛细管柱,30 m长,0. 32mm I. D. 。

气相色谱条件： 测定短链脂肪酸, 柱温120 ℃; 进样器温度150 ℃;检测器温度200 ℃;载气为高纯氮气,10PSI 。测定长链及不饱和脂肪酸, 柱温100 ℃升温至200 ℃; 进样器温度210 ℃;检测器温度210 ℃;载气为高纯氮气,10PSI 。

样品前处理：测定短链脂肪酸,100ml 啤酒加入内标溶液,用二氯甲烷萃取2 次后, 经4000r / min 离心20min , 再震荡20min后, 用微量注射器移取2μl 进气相色谱。测定长链及不饱和脂肪酸, 1000 ml 啤酒加入内标溶液, 用氯仿/ 甲醇溶液萃取3 次, 得到的脂肪酸进行甲酯化反应并经纯化后, 用微量注射器移取4μl进气相色谱。

2. 4 啤酒中β- 苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸β- 苯乙酯等高沸点组分的测定

定量测定β- 苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸β- 苯乙酯等高沸点组分。

仪器：Agilent 6890 气相色谱仪, FFAP 石英毛细管柱,30 m长,0. 32mmI. D. 。

气相色谱条件：柱温100 ℃升温至190 ℃; 进样器温度150 ℃;检测器温度200 ℃;载气为高纯氮气,10PSI 。

样品前处理：100ml 啤酒加入内标溶液, 用二氯甲烷萃取2次后,经4000r / min 离心20min ,再震荡20min 后,用微量注射器移取2μl 进气相色谱。

2. 5 气相色谱—气味检测技术( GCO) 分析啤酒中的风味成分

20 世纪90 年代初期, 国际上采用气相色谱—气味检测技术

对啤酒中的风味成分进行分析,其优点是利用气相色谱的高分离效能, 将啤酒中复杂的风味组分分离成单个的化合物; 毛细管柱的出口一分为二, 一个接FID 检测器进行常规的定量, 一个接气味检测器,通过人的嗅觉鉴别单个成分的风味特征。GCO 法与其他分析手段相结合, 如GC - MS , 可以鉴别啤酒中具有明显风味特征的成分,如异戊醇、β- 苯乙醇、酯类、老化羰基化合物及杀菌剂味、硅藻土吸附的风味物质、易拉罐内层涂料引起的异味等风味物质。

顶空气相色谱系列讲座（127）（下）--啤酒中风味物质的顶空分析及评价 



应用举例:

① GCO 法分析啤酒中的老化风味成分。

20ml 啤酒在隔氧避光条件下吸附在Extrelute 20 萃取柱上,再用100ml 戊烷解吸后蒸馏浓缩, 直接注入气相色谱。

气相色谱条件： HP - 5 石英毛细管柱, 50 m 长, 0. 32mm I. D. ; 柱温40 ℃, 以3 ℃/ min 升温至270 ℃保持45min ; 柱出口洗脱分流比FID ∶气味检测器为10 ∶90 ;气味检测器工作时间60min 。GCO 法与GC - FID 结合可以分析啤酒中的高级醇、酯类、酚类及反- 2 - 壬烯醛、苯乙醛等老化风味醛类物质。



② 多维气相色谱—气味检测法与GC - MS 技术结合测定啤酒、酿造过程及原料中的风味化合物和异味组分。

啤酒酿造过程中产生杀菌剂味,例如2 ,6 - 二氯苯酚,单靠GC - MS 技术,因分离度不好, 无法定性, 采用多维气相色谱—气味检测技术可以解决这一难题。先将样品酒用乙醚为萃取剂采用固相萃取管萃取及浓缩, 然后利用HP - Innowax 毛细柱由GC 风味检测器在保留时间为63. 7min 进行杀菌剂味测定。再将分离出的样品吸附在Tenax TA 管上,采用Quadrex007 甲基硅酮毛细柱进行分离,由GC 气味检测器在保留时间为18. 3min 进行杀菌剂味测定, 最后由多维GC - MS 在相同分离条件下进行测定, 可鉴别出该种化合物是2 ,6 - 二氯苯酚。



2. 6 电子自旋共振( ESR) 技术改善啤酒的风味稳定性

利用电子自旋共振光谱技术,可以测定啤酒的内抗氧化活性及OH 基团产生活性。在生产实践中,该技术可对酿造工艺对啤酒风味稳定性的影响进行分析,达到预测和改善啤酒风味稳定性的目的。将ESR 技术应用于啤酒新鲜度管理中, 与化学发光技术、老化风味醛类测定技术相结合,可以定量分析啤酒的新鲜度,而且得到的新鲜度值与感官品评有很好的相关性。



3 啤酒中挥发性风味化合物的风味评价

啤酒风味特征评价方法的原理是,通过气相色谱对啤酒中的挥发性风味成分进行分析测定, 结合Meilgaad 有关风味阈值及风味协同作用的研究理论, 计算某种风味特征的风味强度值, 从而对啤酒的风味成分进行评价及对不同品牌啤酒进行风味差别的判别,达到控制和改善啤酒风味稳定性和一致性的目的。风味阈值是指某种风味成分在啤酒中可感受到的最低含量。某种风味成分对啤酒的影响,主要与其浓度和风味阈值有关,由此提出了风味强度的概念。风味强度( FU) = 风味物质浓度/ 风味阈值。根据风味强度值的大小, 将啤酒中的风味成分分为4类。

● 首要的风味成分( FU > 2. 0)

乙醇,酒花苦味物质(如异草酮) ,CO2。特殊啤酒:酒花香气成分,谷物香气成分,高浓啤酒的几种酯类和醇类,短链脂肪酸。

缺陷啤酒：反- 2 - 壬烯醛, 双乙酰和2 , 3 - 戊二酮, H2S、DMS 等含硫化合物, 乙酸, 3 - 甲基- 2 - 丁烯硫醇, 其他因微生物污染等生成的风味成分。

● 次要的风味成分(0. 5～2. 0 FU)

挥发性：香蕉酯(如乙酸异戊酯) ,苹果酯(如己酸乙酯) ,杂醇油(如异戊醇) ,C6、C8、C10脂肪酸,乙酸乙酯,丁酸和异戊酸,苯乙酸。

非挥发性：酚类,各种酸类,糖类及酒花化合物。

● 第三类风味成分(0. 1～0. 5 FU)

乙酸苯乙酯,对氨基苯乙酮,异戊醛,乙偶姻,γ- 戊内酯等。

● 其他风味成分( < 0. 1 FU)

指不在上述范围的风味成分。通过利用风味强度值这一概念, 可对啤酒风味成分进行评价。其有两方面的涵义：

3. 1 评价个体样品的风味特征,预测风味病害

一般来讲, 当某种风味物质的风味强度小于0. 5 时, 不会对风味产生影响;当风味强度在0. 5～2. 0 时,则会对啤酒风味产生一定的影响; 当风味强度大于2. 0 时, 对啤酒的风味有严重的影响。利用气相色谱分析方法,对啤酒中重要的高级醇、酯类、连二酮、乙醛、二甲基硫、脂肪酸等成分进行分析测定, 这些物质涵盖了啤酒的醇味、酯香味、双乙酰味、生青味、煮玉米味等风味特征,约占啤酒主要香气特征的50 % ,是啤酒香气成分的主要骨架。由于啤酒中的风味成分之间具有风味协同作用或风味累加作用, 在进行风味特征评价时要考虑不同化合物对风味的影响。如正丙醇、异丁醇和异戊醇是高级醇的代表物质, 赋予啤酒典型的“醇味”。正丙醇、异丁醇在啤酒中的浓度均低于其阈值的15 % ,对啤酒影响甚微,异戊醇的阈值70mg/ L ,浓度范围25～85mg/ L ,对啤酒有较大的影响。由于这些醇类混合物具有风味协同作用, 根据不同醇类对啤酒风味的影响比例大小及风味阈值, 可以得到啤酒“醇味”的风味强度值计算公式。由此建立的风味特征及相关化合物关系见表2 ,醇酯比关系见表3。



3. 2 判别不同啤酒的风味差别, 改善啤酒的风味稳定性和一致性

风味强度值结合风味物质的协同作用理论, 可以对不同时期、不同地点生产的啤酒比较风味差别,以区分其风味特征。风味差别度的评价方式见表4。





由表6 可见,以样品1 作对照,样品2 双乙酰味稍弱,酸败味稍强; 样品4 的酯香味较强; 样品5 的酯香味略强; 样品6 生青味略强。



利用风味强度值进行啤酒风味评价, 主要适用评价啤酒香气成分的主要骨架, 如高级醇、酯、双乙酰等有典型风味特征的物质。对于甜味、苦味、涩味等口感物质,由于不能进行定性定量分析,对其风味难以进行评价。因此,该方法与感官品评相结合,能对啤酒风味特征进行较全面的评价。

顶空气相色谱系列讲座（128）正交优化顶空法测四氯乙烯 

正交法优化动态顶空气相色谱法测定

水中四氯乙烯的条件



摘 要 用动态顶空进样气相色谱法测定水中四氯乙烯，影响因素繁多，测试条件一般是根据经验选择。本文使用正交方法对动态顶空进样的温度、时间、压力等11个因素进行了优化，确定了动态顶空进样气相色谱法测定水中四氯乙烯的最佳操作条件，用本法选择实验条件更加科学合理，测定结果更加可靠。



    本文由郑州大学化学系的刘佳与河南省职业病防治研究所的秦文华发表在2007年第3期《分析仪器》上的论文，尝试将正交设计应用于动态顶空进样条件的优化，对顶空分析工作者很值得参考，现全文介绍如下。（通讯联系人:秦文华，Email:qwh6668@163com）



1 前 言

四氯乙烯 (tetrachloroethylene)又名全氯乙烯，是无色、不可燃、不溶于水的液体，有乙醚样气味，化学性质较稳定。四氯乙烯等挥发性卤代烃经常在金属部件清洗、洗衣业干洗中用作清洗剂。四氯乙烯有致癌作用并与中枢神经系统、肝脏、肾脏损害有关，美国环境保护局(EPA)的“癌症评估小组”将其列为致癌物B2级[1]。四氯乙烯慢性中毒可以引起功能性中枢神经系统抑制，出现头晕、嗜睡、恶心等症状，急性中毒严重时可致人死亡[2]。

测定四氯乙烯的方法较多，如直接水样注射法、液-液萃取法、吹脱捕集法、液上空间法(顶空法)等。其中液上空间法是我国目前测定挥发性卤代烃最常用的方法[3]。

四氯乙烯不溶于水，静态顶空法灵敏度不高，很难检测出来，所以需要使用动态顶空法。但是影响动态顶空法的因素较多，不易找出合适的测定条件。如用单因素设计实验，实验组数太多，需要大量时间优化测定条件，有时根本不可能完成实验计划。由于文献中很少涉及动态顶空条件优化问题，所以通常是按经验进行条件选择，带有很大的偶然性与盲目性，选择的往往并非最佳条件。本试验尝试将正交设计应用于动态顶空进样条件的优化，以便使实验条件的选择更加科学合理。



2 实验部分

2.1 仪器及试剂

顶空进样器(PerkinElmer Instruments (Shanghai) Co.Ltd.) (Turbo Matrix 4oTrap)，带顶空进样玻璃小瓶。

Clarus 500气相色谱仪 (PerkinElmer)，FID检测器：Elite-5MS色谱柱(PerkinElmer)，30m×0.25mm×0.5μm。

KQ-3200 B型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)

SGH-300高纯氢发生器(北京东方精华苑科技有限公司)。

SPB一3全自动空气源(北京中惠普分析技术研究所)。

高纯氮气 ，纯度大于99.9%。

四氯乙烯为色谱纯；试剂水为蒸馏水(不含卤代烃)。

2.2 气相色谱条件

进样口温度140℃；检测器温度140℃；柱箱温度90℃；燃气(氢气)流速30mL/min；助燃气(空气)流速300mL/min；载气为氮气[4,5]。

2.3 溶液配制

四氯乙烯水溶液(25μL/mL):取10mL蒸馏水 于22mL的标准顶空样品瓶中，注人0.15μL四氯乙烯，超声波震荡30min，混合均匀。

2.4 试验方案

选择峰面积作为目标值，进行条件优化。影响实验指标的因素分别用A，B，C.……表示。可控制因素指[6]温度、时间、压强等。各因素所处的条件称为水平。影响本实验的因素有11个，分别为:取样针温度A(℃)、传输线温度B(℃)、炉温C(℃)、干吹时间D(min)、解析时间E(min)、捕集阱保持时间F(min)、加压时间G(min)、释压时间H(min)、色谱柱压强I(kPa)、瓶压强J(kPa)、解析压强K(kPa);每个影响因素又取5个水平。

在不考虑交互作用情况下，正交设计可以选用L50(511)正交表，做50次实验即可获得实验范围内的最佳实验条件。



3 结果与讨论

3.1 峰面积测定结果

根据顶空进样器的操作规程，取样针温度、传输线温度均需大于炉温5℃以上，如果等于或低于炉温时，一些物质会在取样针和传输线中冷凝，污染或损坏仪器，故正交实验中安排的1、3、4、5、8、9、11、12、13、16、17、21、28、29、30、33、34、36、37、38、41、42、46组不做实验。正交实验中不能完成或者缺失的数据，需要根据最小二乘法原理进行补偿[7]。由于实验影响因素较多，如对所有因素进行补偿，计算峰面积，计算过程复杂且计算量大，不适合在实验室与工厂中应用。由于不做的实验条件均为仪器操作规程之外的条件，故可假定其测定结果均为0，然后进行结果处理和分析，得出最佳优化条件和各因素对指标影响的主次顺序。使用经过优化的最佳条件进行实验，结果非常理想。L50(511)正交表与峰面积的测定结果(y)如表1所示。






3.2 均值与极差分析

表 2 为无交互作用的均值、极差分析表。表中K1、K2、K3、K4、K5:分别表示因素A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K中水平为1、2、3、4、5之和的平均值。

从K i值大小可知，诸因素中哪一水平分离效果好。

由K i值分析可知，水平的平均峰值越大，分离效果越好，得出优化水平组合为：

A5  B4  C2  D5  E5  F4  G2  H l  I1  J3  K 5

通常为了不使测试物质凝固在传输线内，安排取样针温度与传输线温度相同，同时安排优化水平组合为：

A4  B4  C2  D5  E5  F4  G2  :H l  I1  J3  K 5

两组实验结果均令人满意。

从峰面积的极差可以看出，因素对指标影响的主次顺序是：

C→ B→ K → J→ E→ G→ A→ F→ 1→ D→ H

顶空气相色谱系列讲座（129）（上）--固定污染源排气中乙醛的GC测定 


 
工业废气—固定污染源排气中乙醛的测定—气相色谱法



1 范围

本方法适用于固定污染源有组织排放和无组织排放的乙醛测定。

当采样体积为100L，进样体积为1μL时，乙醛的检出限为4×10-2mg/m3，乙醛的定量测定浓度范围为0.14~30mg/m3。

2 原理

用亚硫酸氢钠溶液采样，乙醛与亚硫酸氢钠发生亲核加成反应，在中性溶液中生成稳定的α-羟基磺酸盐，然后在稀碱溶液中共热释放出乙醛，经色谱柱分离，用氢火焰离子化检测器测定，以标准样品色谱峰的保留时间定性，峰高定量。




3 试剂

除非另有说明，分析时均使用符合国家标准的分析纯试剂和不含有机物的蒸馏水。不含有机物蒸馏水的制备：加入少量高锰酸钾的碱性溶液于普通的蒸馏水或去离子水中使呈红紫色，再进行蒸馏即得（在整个蒸馏过程中水应始终保持红紫色，否则应随时补高锰酸钾）。

3.1 丙酮（CH3COCH3）。

3.2 三聚乙醛（CH3CHO）3。

3.3 浓盐酸（HCl）：ρ=1.19g/mL。

3.4 浓硫酸（H2SO4）：ρ=1.84g/mL。

3.5 无水碳酸钠（Na2CO3，基准试剂）。

3.6 880气相色谱载体（酸洗硅烷化硅藻土白色载体）（GCS880AW DMCS），80~100目。

3.7 聚乙二醇-20000固定液（PEG-20M）。

3.8 亚硫酸氢钠吸收液：c=10g/L。10.0g亚硫酸氢钠溶于蒸馏水中，并稀释至1000mL。

3.9 碳酸钠溶液：c（Na2CO3）=2.0mol/L。106g碳酸钠溶于蒸馏水中，并稀释至500mL。

3.10 饱和氯化钠水溶液。

3.11 氢氧化钠溶液：c（NaOH）=0.1mol/L。

3.12 羟胺乙醇溶液：c=21g/L。2.1g盐酸羟胺溶于10mL水中，用95%乙醇稀释到100mL。

3.13 溴酚蓝指示剂：c=1g/L。0.1g盐酚蓝溶于100mL 20%的乙醇中。

3.14 溴甲酚绿-甲基红指示剂：3份1g/L溴甲酚绿乙醇溶液与1份2g/L甲基红乙醇溶液混合。


3.15 盐酸标准溶液：c（HCl）=0.02mol/L。配制方法：量取浓盐酸（3.3）1.7mL，用水稀释至1000mL，混匀。标定方法：准确称取基准无水碳酸钠（3.5）（预先在270~300℃干燥至恒重）0.0400g三份，分别放于三个250mL锥形瓶中，并各加水50mL，使其溶解，加入溴甲酚绿-甲基红指示剂（3.14）10滴，以配制好的盐酸溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色，即为终点。



3.16 乙醛标准贮备液。在一个500mL容量瓶（A瓶）中，加入400mL亚硫酸氢钠吸收液（3.8），再加入5.00mL新鲜解聚的乙醛，用亚硫酸氢钠吸收液（3.8）稀释至标线（此乙醛标准贮备液在冰箱中可保存一个月）。与此同时，吸取5.00mL新鲜解聚的乙醛放入已加有400mL重蒸馏水的500mL容量瓶（B瓶）中，用重蒸馏水稀释至标线，用羟胺法标定乙醛溶液的浓度。

解聚方法：在装有分馏柱的蒸馏装置中加入50mL三聚乙醛（3.2）和0.5mL浓硫酸（3.4），缓慢加热，使乙醛在35℃以下蒸出，用一个冰水冷却的接收器收集解聚的新鲜乙醛。

标定方法：分别吸取21g/L羟胺乙醇溶液（3.12）5.00mL和0.1mol/L NaOH溶液（3.11）10.0mL于100mL碘量瓶中，然后加入5.00mL乙醛水溶液（3.16，B瓶），塞好磨口玻璃塞，摇匀，在室温放置30min，然后加3滴溴酚兰指示剂（3.13）后，用0.02mol/L盐酸标准溶液（3.15）滴定至兰绿色。同时进行空白试验，在5.00mL羟胺乙醇溶液（3.12）和10.0mL NaOH溶液（3.11）中加入2.0mL饱和NaCl水溶液（3.10）及3滴溴酚蓝指示剂（3.13），用0.02mol/L盐酸标准溶液（3.15）滴定至蓝绿色。另取20mL蒸馏水，加入3滴0.1%溴酚蓝指示剂（3.13），再滴定至终点。

按下式计算乙醛溶液浓度：



3.17 乙醛标准溶液。临用前，把乙醛标准贮备液（3.16 A瓶）用亚硫酸氢钠吸收液（3.8）逐级稀释成1000mg/L和100mg/L的标准溶液
4 仪器

4.1 气相色谱仪：具氢火焰离子化检测器。

4.2 色谱柱：长2m，内径3mm的玻璃柱。

4.3 固定相：20% PEG 20M-GCS880 AW DMCS，80~100目。

色谱柱的制备方法见9.8。

4.4 采样仪器

4.4.1 有组织排放监测采样仪器，参考F-HZ-HJ-DQ-0175中9.3配置采样仪器。

4.4.1.1 采样管，采用不锈钢、硬质玻璃或聚四氟乙烯材质，具有适当尺寸的管料作采样管，并具有可加热至120℃以上的保温夹套。

4.4.1.2 样品吸收装置，10mL多孔玻板吸收管。

4.4.1.3 流量计量装置主要部件包括：

a） 干燥器。为了保护流量计和抽气泵，并使气体干燥。干燥器容积应不少于200mL，干燥剂可用变色硅胶或其他相应的干燥剂。

b） 温度计。测量通过转子流量计或累积流量计的气体温度，可用水银温度计或其他型式温度计，其精确度应不低于2.5%，温度范围-10~60℃，最小分度值应不大于2℃。

c） 真空压力表。测量通过转子流量计或累积流量计气体压力，其精确度应不低于4%。

d） 转子流量计。控制和计量采气流量，当用多孔筛板吸收瓶时，流量范围为0~1.5L/min，当用其他型式吸收瓶时，流量计流量范围要与吸收瓶最佳采样流量相匹配，精确度应不低于2.5%。

e） 累积流量计。用以计量总的采气体积，精确度应不低于2.5%。

f） 流量调节装置。用针形阀或其他相应阀门调节采样流量，流量波动应保持在±10%以内。

4.4.1.4 抽气泵。采样动力，可用隔膜泵或旋片式抽气泵，抽气能力应能克服烟道及采样系统阻力。当流量计量装置放在抽气泵出口端时，抽气泵应不漏气。

4.4.1.5 连接管，聚四氟乙烯软管或内衬聚四氟乙烯薄膜的硅橡胶管。

4.4.2 无组织排放监测采样仪器

4.4.2.1 引气管，聚四氟乙烯软管，头部接一玻璃漏斗。

4.4.2.2 样品吸收装置，10mL多孔玻板吸收管。

4.4.2.3 流量计量装置、抽气泵和连接管，参考4.4.1相应部分配置。

顶空气相色谱系列讲座（129）（中）--固定污染源排气中乙醛的GC测定

5 采样

5.1 有组织排放样品采集

5.1.1 采样位置和采样点。

采样位置：采样位置应优先选择在垂直管段。应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。采样位置应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于6倍直径和距上述部件上游方向不小于3倍直径处。对矩形烟道，其当量直径D=2AB/（A+B），式中A、B为边长。

对于气态污染物，由于混合比较均匀，其采样位置可不受上述规定限制，但应避开涡流区。如果同时测定排气流量，采样位置仍按上述规定选取。

采样位置应避开对测试人员操作有危险的场所。

采样点：由于气态污染物在采样断面内一般是混合均匀的，可取靠近烟道中心的一点作为采样点。

5.1.2 采样装置的连接，参考F-HZ-HJ-DQ-0175中9.3图28，按采样管、样品吸收装置、流量计量装置和抽气泵的顺序连接好采样系统，连接管要尽可能短。按F-HZ-HJ-DQ-0175中9.4的要求检查采样系统的气密性和可靠性。

5.1.3 样品采集。将采样管头部塞适量玻璃棉后，插入排气筒采样点，用一支内装10g/L NaHSO3溶液（3.8）5mL的多孔玻板吸收管，以0.3~0.5L/min的流量采样。采样过程中调节夹套温度，以使水气不在管壁凝结。采样时间视乙醛浓度而定。记录采样流量、温度、压力及采样时间等。采样结束后，取下吸收管，密封其进、出口，带回实验室。

5.2 无组织排放样品采集

5.2.1 采样位置和采样点，按本方法中附录的规定确定无组织排放监控点的位置，或按其他特定的要求确定环境空气采样点。

5.2.2 采样装置的连接，按引气管、样品吸收装置、流量计量装置和抽气泵的顺序连接采样系统，连接管要尽可能短。如无必要，样品吸收装置前可不接引气管。按F-HZ-HJ-DQ-0175中9.4的要求检查采样系统的气密性和可靠性。

5.2.3 样品采集，用一支内装10g/L NaHSO3溶液（3.8）5mL的多孔玻板吸收管，在常温下以1.0L/min的流量采样100L以上。同时记录采样温度、压力及采样时间。采样结束后，取下吸收管，密封其进、出口，带回实验室进行分析。

5.3 样品保存，采集好的样品应尽快分析。

如不能及时分析，在常温下避光保存，至少可保存6天。

6 操作步骤

6.1 色谱条件

柱温：90℃。

汽化室温度：140℃；

检测室温度：140℃；

载气：纯氮（99.99%），流量为20mL/min；

燃气：纯氢（99.9%），流量为50mL/min； 3

助燃气：空气，流量为350mL/min；

进样量；1μL。

标准色谱图（在上述条件下所得标准色谱图见图1）。

6.2 校准曲线绘制

取7个10mL比色管，按下表配制成乙醛的标准系列。



以上各管中加入2.0mol/L的Na2CO3溶液（3.9）0.50mL，摇匀，按所用气相色谱仪的操作规程，用微量进样器分别吸取1μL标准系列溶液，在相同色谱条件下测定各标准溶液的色谱峰高，以峰高为纵坐标，乙醛含量为横坐标绘制校准曲线，并计算校准曲线的线性回归方程式。

6.3 样品测定。将吸收管中的吸收液转移到10mL比色管（带5mL刻度）中，用少量10g/L NaHSO3溶液（3.8）洗涤吸收管，洗涤液并入10mL比色管中，并定容至5mL刻度，然后加入2.0mol/L的Na2CO3溶液（3.9）0.50mL，摇匀，以下按绘制校准曲线相同步骤进行样品测定。
7 结果计算

7.1 定性分析

按乙醛标准样品色谱峰的保留时间定性（参见标准色谱图）。若首次分析成分复杂的样品，并对定性结果存有疑虑时，应采用双柱定性。详见9.7。若用双柱定性后，对结果仍有疑虑，可采用色谱/质谱分析或其他方法作进一步定性。

7.2 定量分析

7.2.1 校准曲线法

根据测得乙醛峰高，直接在校准曲线上查得样品溶液中乙醛的含量c样，或由回归方程计算样品溶液中乙醛的含量c样，再按下式计算气体样品中乙醛的浓度c。



在应用标准曲线法进行定量分析时，任何一次开机分析样品，都应首先绘制校准曲线，然后每分析5~10个样品（根据仪器的稳定情况而定）插入一校准曲线中浓度适当的标准样品，其测值与原先的测值比较，相对偏差应小于5%，否则应重新绘制校准曲线。

顶空气相色谱系列讲座（129）（下）--固定污染源排气中乙醛的GC测定

7.2.2 单点比较法

用单点比较法进行定量分析时，应具备如下条件：标准溶液的响应值与被测样品溶液的响应值接近；标准溶液与样品溶液同时进行分析，进样体积相同；一个样品连续进样两次，其测定值的相对偏差小于5%。




（如用峰面积定量，峰高h改为峰面积A）

Vnd的计算：

a） 使用转子流量计时的体积计算

当转子流量计前装有干燥器时，标准状态下干排气采气体积按下式计算：


7.3 乙醛有组织排放的“排放浓度”计算

7.3.1 乙醛的平均浓度按下式计算：





8 精密度和准确度

8.1 统一样品的精密度和准确度

用10g/L NaHSO3溶液（3.8）配制的含乙醛分别为74.0mg/L（在采样体积为100L时，相当浓度为3.70mg/m3）和370.0mg/L（在采样体积为100L时，相当浓度为18.5mg/m3）的统一样品，经五个实验室分析，得到方法的精密度和准确度数据见下表。

8.2 实际样品的精密度和准确度

在同一时间、同一采样点统一采集并发放的无组织排放和有组织排放样品，经五家实验室分析，相对标准偏差分别为9.5%和10%，加标回收率分别为90.8%~126%（均值为103%）和89.0%~118%（均值为98.2%）。



9 说明

9.1 本方法选定的色谱条件下，样品中的甲醛、甲醇、乙醇、丙酮、甲酸、乙酸等有机化合物对乙醛的测定均无干扰。

9.2 市售乙醛仅仅是400g/L的水溶液（分析纯），而且还有聚合物存在，故不能作为标准样品直接使用，必须标定其准确含量。

9.3 用羟胺法标定乙醛溶液的浓度时，空白滴定可作为在滴定样品时观测指示剂终点颜色的对照标准。为了对照准确，必须使得在终点时，两者溶液的体积相等。所以在样品滴定接近终点之前，应补充加入一定量的蒸馏水，然后将样品溶液继续滴定至终点。同时，由于蒸馏水的pH值比滴定至终点时溶液的pH值高得多，所以必须另取20mL蒸馏水，加入3滴1g/L溴酚蓝指示剂，再滴定至终点。由此可以计算出因加入水而消耗的盐酸量的毫升数。

9.4 乙醛是一种易燃、易挥发的危险品，在制备新鲜乙醛时，应当防止乙醛外溢，应用水浴加热，不能直接加热，而且应用冰浴接收装置，将接收管的尾气通入下水道。

9.5 当室温较低时，2.0mol/L的Na2CO3溶液会析出Na2CO3晶体，所以，在冬天需用温水浴加热使其溶解后方可使用。

9.6 在较高气温下，连续长时间采集环境空气中乙醛时，如吸收液体积有明显减少，需适当补加吸收液，使吸收液的体积维持在5mL左右。

9.7 用407有机担体填充柱作乙醛辅助定性

9.7.1 当首次分析成分复杂的样品，对定性结果存有疑虑时，可用407有机担体填充柱作乙醛的辅助定性。

9.7.2 色谱条件

色谱柱：长3m、内径3mm的玻璃柱。固定相：407有机担体，80~100目。检测器：氢火焰离子化检测器。柱温：100℃；汽化室温度：150℃；检测室温度：150℃；载气（N2）流量：20mL/min；燃气（H2）流量：35mL/min；助燃气（空气）流量：300mL/min。进样量：1μL。

9.7.3 标准色谱图

在上述条件下得到乙醛和其他物质的色谱图（附保留时间）见图2。



9.8 色谱柱的制备和处理

9.8.1 固定液涂渍的方法。按载体（GCS880AW DMCS）重量的20%准确称取一定量的固定液（PEG20M），溶解在丙酮中，待完全溶解后，倒入载体，使载体刚好浸没在溶液中，轻轻摇动容器，让溶剂均匀挥发，待溶剂全部挥发后，即可装柱。

9.8.2 固定相的填充方法。将色谱柱的尾端（接检测器一端）用玻璃棉塞住，接真空泵，柱的另一端通过软管接一小漏斗。启动真空泵后，使固定相慢慢通过漏斗装入色谱柱内，边装边轻敲色谱柱，使固定相在色谱柱内填充均匀并且紧密，填充完毕后，用玻璃棉塞住色谱柱的另一端

9.8.3 色谱柱的老化。将填充好的色谱柱接装于色谱仪器上，柱的尾端不接检测器，在170℃以低流速20mL/min通氮气，连续老化24h以上

顶空气相色谱系列讲座（130）吹扫捕集气相色谱法测定海水中苯系物的生物降解 

 
吹扫捕集．气相色谱法测定海水中

苯、甲苯、乙苯和二甲苯的生物降解



摘 要  苯、甲苯、乙苯和二甲苯 (简称BTEX) 等单环芳烃是石油的重要组分。在油气地球化学勘查领域，BTEX是油气藏信息的直接指示物。BTEX具有挥发性，并且可以受到微生物的降解作用，直接影响到BTEX含量的准确测量。本研究建立了动态顶空(吹扫捕集)和光离子化检测器(PID)的气相色谱测量海水基样品中BTEX的生物降解方法。苯、甲苯、乙苯、对间二甲苯及邻二甲苯的检出限分别为7．3、8．1、11．4、8．3、13．2ng／L；1 g／L海水样品中BTEX回收率为92．84％ ～100．92％。样品无需预处理。BTEX生物降解规律对海洋油气地球化学勘探中所涉及的样品采集、运输、保存、测量及结果分析具有重要指导意义。



本文系国家“863”计划海洋资源开发技术主题项目(No．2002AA615160) ，由清华大学物理系原子分子纳米科学教育部重点实验室的韩东强 、马万云、 陈瓞延数位研究人员撰写，现全文介绍如下。



1 引 言

苯(benzene)、甲苯(toluene)、乙苯(ethylbenzene)和二甲苯(xylene)等单环芳烃化合物(缩写为BTEX)是油气藏的直接指示物。测定海水和海底沉积物中BTEX的含量，对勘探海洋石油资源具有重要意义。但由于海洋环境中存在着能够降解BTEX的微生物群落，干扰BTEX含量的准确测量。因此，关于BTEX的生物降解研究[1.2] 对样品的采集、储存和分析极为重要。而且，随着水深度不同，环境因素(如温度、压力、光、氧气等)也存在较大差异，微生物的种类也不同。海洋环境表层应以好氧性微生物、自养型微生物为主；而深层水环境中应以厌氧性微生物、专性厌氧微生物为主[3]。环境不同，微生物对BTEX的降解也不同，因此研究一定深度海水中微生物对BTEX的降解作用对油汽地球化学勘查方法非常重要。 -

国内外对BTEX的研究主要集中在两个方面：一是环境污染的降解研究[4~8]。这部分多数以BTEX泄漏对地下水、土壤造成的污染为研究对象，进而研究生物净化修复技术；二是BTEX的高灵敏度分析方法技术研究[9~17] 。这部分多集中在BTEX的高灵敏探测技术方面。但对海洋环境中BTEX的降解研究尚不多见，有限的文献也多把关注的焦点集中在BTEX对海洋生物的毒性研究上。吹扫捕集．气相色谱方法分析BTEX具有快速、有效和灵敏度高的优点[18] 。本研究建立了动态顶空(吹扫捕集)和光离子化检测器(PID)的气相色谱测量海水基样品中BTEX的生物降解方法，并对其降解过程进行了研究。



2 实验部分

2．1 试剂与仪器

将苯(benzene)、甲苯(toluene)、乙苯(ethylbenzene)、对二甲苯(p-xylene)、间二甲苯(m．xylene)、邻二甲苯(o—xylene)和异丙苯(iso—propylbenzene)溶解于同一甲醇溶液中，制备的标准样品，称为甲醇中苯系物(benzenes in methanol，国家环境保护总局标准样品研究所)，BTEX浓度范围201~206 mg／L，不确定度范围±7~±14 mg／L；娃哈哈饮用纯净水(杭州娃哈哈集团有限公司)；南海海域海水样品(海水采样深度约90 m)。OI 4660吹扫捕集仪(O．I．Analytical，TX，USA)，TENEX捕集阱和Clarus500气相色谱仪 (Perkin Elmer，USA)，10.2eV的光离子化PID检测器。



2．2 实验样品制备

2．2．1 海水基样品的配制

用微移液器取100 L浓度为200 mg/L的BTEX标准样品，用纯净水稀释1000倍，配制成浓度为200 μg／L的二级母液。精确取5 mL二级母液加人到1000 mL容量瓶中，用采集的海水样品稀释并定容，配制成浓度为1μg／L的海水基BTEX样品。

2．2．2 监测样品的配制

为区分海水基样品中BTEX各组分的挥发和生物降解两种作用采用监测比较的方法。即使用纯净水(基本不含有微生物)和BTEX的二级母液配制成与海水基样品起始浓度严格相同的标准溶液，称之为监测样品(Control Sample)。精确取5 mL浓度为200μg/ L的二级母液加人到1000 mL容量瓶中，用纯净水稀释并定容，配制成浓度为1μg／L的监测样品。



2．3 实验样品分组及保存

为研究不同温度条件下BTEX各组分生物降解过程，实验采取在不同温度条件下保存样品的方法。配制4组样品，具体条件是：海水基样品低温(0℃)条件密封保存；监测样品低温(0℃)条件密封保存；海水基样品室温条件密封保存；监测样品室温条件密封保存。



2．4 实验样品测量

样品测量分别在当天(0 day)、1、2、4、8、15、20及30 d进行，共计8个时间点，每个时间点分别测量低温(0℃)条件、室温条件密封保存的海水基样品和监测样品，每个样品测量3～4次(每次测量取25 mL配制好的样品放人测量仪器的吹扫管中)。



2．5 实验仪器条件

2．5．1 吹扫捕集条件  吹扫气为高纯氮气，纯度99．999％ ，流量40 mL／min；吹扫温度设为80℃，吹扫10 min，水管理器排气烘干温度210℃ ，烘干8 min，捕集阱温度20℃ ，解析温度190℃ 、解析2 min。

2．5．2 气相色谱条件  载气为99．999％的高纯氮气；色谱柱60 m×0.32 mm ×0.25 m高纯石英毛细柱(Alhech公司，USA)，采取分流进样10：1，载气流速1 mL／min(18．4 cm／s)，毛细柱进样口温度180℃，PID检测器温度250℃。采用双阶升温程序：40℃(5 min)以10℃/min升至 180℃ (20 min)。吹扫捕集一气相色谱仪器系统在设定测量条件下，BTEX各组分能够实现有效分离，且灵敏度高。120ng/L标准样品的BTEX典型色谱图如图1a所示。




3 结果和讨论

3．1 纯净水和南海海水样品分析

首先对纯净水、南海采集的海水样品进行吹扫捕集一气相色谱系统BTEX分析，得到色谱图(见图1b和c)。从色谱图可以看出，纯净水、南海采集海水样品中BTEX各组分浓度微小(<10 ng／L)，因此实验中用作配制1 μg／L  BTEX样品的稀释定容液是合理的。

3．2 标准曲线制定

为保证测量精度，对吹扫捕集一气相色谱仪器系统建立外标法，即在每个时间点用纯净水配制400、800和1200 ng／L的BTEX标准样品进行测量，每个标准样品和测量3～5次，取8个时间点BTEX各组分信号平均值制定测量系统的响应信号一浓度标准曲线。苯、甲苯、乙苯、对，间二甲苯和邻二甲苯标准曲线的线性相关系数R =0.999～1.000，满足样品定量分析的要求。

3．3 海水基样品的回收率

对在南海采集的海水样品进行10次以上测量，取BTEX各组分的测量平均值作为相应组分的本底，使用南海采集的海水与200 mg/L  BTEX甲醇标准样品配制浓度为1 μg／L的海水基样品，进行仪器系统测量并利用标准曲线定量后，可得出各组分的平均回收率为：苯100．92％ ；甲苯99．85％ ；乙苯98．70％ ；对、间二甲苯98．41％ ；邻二甲苯92．84％ 。

3．4 仪器系统检出限

用浓度为200 mg/L的BTEX甲醇标准溶液和纯净水，配制浓度为l0ng／L的样品，用吹扫捕集一气相色谱系统测量10次，以3倍信噪比方法计算系统检出限，置信度达95％以上。BTEX各组分的检出限为：苯7.3 ng／L；甲苯8.1 ng／L；乙苯l1.4 ng／L；对、间二甲苯8.3 ng／L；邻二甲苯13.2 ng／L。

3．5 海水BTEX生物降解研究

海水微生物对BTEX的降解过程与温度条件有关。图2A和图2B分别给出了在室温和低温(0℃)条件下保存的1 μg／L海水基样品在0 d、4 d的BTEX色谱图。从色谱图比较可以看出，室温海水基样品0 d和4 d 的 BTEX各组分变化明显，微生物降解显著；而对于低温(0℃)海水基样品0 d和4 d的 BTEX各组分变化不明显，微生物降解微弱