主题：【分享】气相色谱的样品引入装置：热解吸_热脱附装置（十五）

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发表于：2023/02/23 13:14:51 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

上一节介绍到基于液氮制冷的三级冷阱预浓缩系统的基本原理和过程如下：气体样品以一定的流速从采样罐中泵到系统中，首先在第一级冷阱中通过液氮（或者干冰）制冷将气态的水变成固态的冰，从而实现样品和水的分离；其次，在第二级冷阱使待测化合物与二氧化碳及其他空气中主要成分分离；然后，将待测组分聚焦在第三级冷阱中进行进一步浓缩；最后，引入气相色谱仪器/气质联用仪器中进行分离和分析。

2 更多关于多级冷阱的内容

本小节将基于液氮制冷的三级冷阱预浓缩装置和形式对相关多级冷阱预浓缩的内容进行扩展。除了基于液氮制冷的三级冷阱预浓缩装置之外，目前市场上预浓缩装置多种多样，不同之处可能包括多个方面，包括冷阱数量、除水方式、制冷方式、样品吸附剂等等。

2.1 冷阱数量

对于基于液氮制冷的三级冷阱气体预浓缩装置可以分为两类：一类是二级冷阱浓缩，另一类是三级冷阱浓缩。两者的区别在于三级冷阱浓缩在二级冷阱浓缩基础上，增加了具有冷冻聚焦功能的第三级冷阱，可有效减少极易挥发目标物损失，改善色谱峰形，提高灵敏度。同时，在使用三级冷阱预浓缩装置时，可以停用第三级冷阱。

2.2 除水方式

除了采用类似基于液氮制冷的三级冷阱气体预浓缩装置中冷冻除水的方式之外，目前一些厂家和标准允许采用其他方式除水，典型的是《Compendium Method TO-14A：Determination OfVolatile Organic Compounds (VOCs) In Ambient Air Using Specially PreparedCanisters With Subsequent Analysis By Gas Chromatography》（EPA TO-14A）中采用Nafion®材料进行除水。

EPA TO-14A中解释了除水的必要性：

主要基于两个方面的原因：一是采用GCMS时进样体积较大，样品中的水会对MS检测器有较大的影响；另一方面是水汽冻结可能会造成冷阱堵塞、色谱柱堵塞和破裂。

EPA TO-14A中采用的Nafion®材料是杜邦公司通过改变Teflon®材料，在20世纪60年代末开发的材料。Nafion是通过增加磺酸基至聚合物矩阵上形成的具有离子特性的聚合物，称为离子交联聚合物。由于Nafion中的磺酸基有很高的水化性，它对水有非常高的选择性且高渗透性，可以非常有效的吸收水分。

除了除水之外，该材料还可去除许多极性化合物，尤其是脂肪醇、甲酮、醚和酯类。因此在使用时范围稍有限制，但是一些标准和实际测定项目中并不包括可以被Nafion吸附的化合物，因此其仍在使用。

2.3 制冷方式和吸附剂

前述采用液氮作为制冷剂具有较好的测定效果，但是也存在一定的问题：首先，采用液氮来制冷，液氮罐体积较大、质量较重，安装运输不便；其次，一罐液氮只能连续做有限数量的样品，即使不使用放置半个月液氮就全部挥发完毕，价格和成本较高；再则，对于在线监测仪器和移动监测仪器，要考虑运输和液氮用完后自动停机的问题。目前一些厂家推出了使用半导体进行制冷方式（即无制冷剂模式）的仪器。

由于半导体制冷的低温一般只能达到-30℃~-40℃，因此，该种方式的聚焦冷阱（相当于基于液氮制冷的三级冷阱气体预浓缩装置的第二级冷阱）多采用装填有多种吸附剂的复合阱对化合物进行吸附捕集。

2.4 基于2.1、2.2和2.3的小结

结合2.1内容，如果说采用了基于液氮制冷的三级冷阱气体预浓缩装置没有启用第三级冷阱，成为基于液氮制冷的二级冷阱气体预浓缩装置，再综合2.2和2.3的内容，可以做一个简单的对比：

可以看到无制冷剂（半导体制冷）的预浓缩装置的核心是第二级，与二次热解吸_热脱附装置类似（点击链接，查看关于二次热解吸_热脱附装置的详细内容：第36篇 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱的样品引入装置：热解吸_热脱附装置（五）[/url]）。典型的示例是英国Markes International （玛珂思国际）的CIA Advantage–Kori–UNITY-xr系统。