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基于单光子电离飞行时间质谱的样品前处理技术研究及其在挥发性有机污染物快速检测中的应用

作　者: 吴婧
导　师: 屈凌波；李海洋
学　校: 郑州大学
专　业: 分析化学
关键词: 在线分析单光子电离-飞行时间质谱便携式气相色谱仪样品前处理技术挥发性有机物
分类号: O657.63
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,便携式单光子电离-飞行时间质谱被广泛的应用于环境中挥发性有机污染物的快速、在线检测。但是传统样品前处理技术操作繁琐、耗时,因此如何减少样品的前处理时间成为了研究人员的研究热点之一。本课题使用实验室自主研制的单光子电离-飞行时间质谱作为在线分析仪器,旨在对环境中的挥发性有机污染物进行样品前处理及分析方法的技术研究。自行设计并搭建了两套分析装置和系统,分别实现了水中和大气中挥发性有机污染物的在线监测和快速分析。本课题的主要内容及成果如下：(1)建立了一种在线衍生-膜进样质谱快速检测废水中酚类污染物的方法。利用自主研制的膜进样-单光子电离-飞行时间质谱仪实现了水中四种酚类化合物苯酚、3-甲酚、2-氯酚和2,4-二氯酚的快速检测。搭建了一个在线衍生化装置,经衍生化的水样,通过膜进样(聚二甲基硅氧烷)法在线富集后进样分析,显著提高了酚类化合物的检测灵敏度,缩短了样品的分析检测时间(单个样品的分析时间少于15min)。同时,由于单光子电离技术产生的碎片峰少,灵敏度高,谱图解析方便,适于现场的快速分析检测。经过衍生化方法的探索(如衍生化试剂和装置的选择等)和实验条件优化后(如反应时间,pH值和乙酸酐加入量),苯酚、3-甲酚、2-氯酚和2,4-二氯酚的检出限分别达到3、6、8、14μg L-1,线性范围可达0.03-5mgL-1。该检测方法的指标达到了GB 8978-1996《污水综合排放标准》中一级标准,是一种很有应用前景的分析方法。此外,该装置可用于在线监测有机反应的进行,有助于了解有机反应的中间产物、反应速率、转换率等信息,为实时跟踪反应提供了可能。(2)研制了一个便携式气相色谱,作为质谱的进样系统,应用于大气中挥发性有机物的快速分离与检测。单光子电离-飞行时间质谱的电离源电离能量低,碎片峰少,主要依据待测物的分子离子峰定性和定量,对于复杂的实际样品中存在的同分异构体无法准确识别。色谱法是一种高效的分离技术,与质谱联用,可以充分结合两者的优点,实现对未知物的定性和定量。因此,研制了一个便携式气相色谱。该气相色谱仪采用六通阀进样口,气体样品在吸附阱内富集后,由包裹在外壁上的加热丝快速解析,释放的待测物质由载气带入恒温色谱柱进行分离,苯的最低检测限约为250ppb。设计了新型的色谱柱加热装置和光离子化检测器,该离子化检测器包含一种自清洁系统,可以实时的对检测器进行清洁,避免了传统光离子化检测器在连续工作后灵敏度下降和峰漂移等现象。与质谱联用,初步试验了汽油样品和香烟气流中的挥发性有机物的检测,在数分钟内检测到几十种化合物。经过进一步的实验可以用于快速在线的检测大气环境中的有机物。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-18
  1.1 环境中有机物在线检测的重要性  12
  1.2 在线分析方法简介  12-14
    1.2.1 快速色谱与便携式色谱  13
    1.2.2 微型和便携式飞行时间质谱仪的发展  13-14
  1.3 单光子紫外光电离技术的介绍  14-15
  1.4 样品前处理技术的介绍  15-16
  1.5 本课题的提出及研究的意义  16
  1.6 本课题的主要内容  16-18
第二章水中酚类污染物的快速检测  18-42
  2.1 引言  18-21
    2.1.1 水中酚类污染物的研究现状  18-20
    2.1.2 膜进样技术介绍  20-21
    2.1.3 试验用仪器介绍  21
  2.2 衍生化方法的探索  21-30
    2.2.1 衍生化试剂的选择  22-26
    2.2.2 苯酚衍生化方法的探索  26-28
    2.2.3 衍生化装置的选择  28-30
  2.3 实验条件的优化  30-35
    2.3.1 采样时间的选择  30-31
    2.3.2 乙酸酐加入量的优化  31
    2.3.3 pH值的优化  31-32
    2.3.4 温度的影响  32
    2.3.5 样品循环对信号的影响  32-33
    2.3.6 转速的优化  33-34
    2.3.7 pH调节剂的选择  34
    2.3.8 标线测定条件的优化  34-35
  2.4 结果与讨论  35-39
    2.4.1 仪器,试剂与操作步骤  35
    2.4.2 方法考察及性能指标  35-36
    2.4.3 混合酚的检测  36-37
    2.4.5 实际样品的检测  37-39
  2.5 膜的trap and release现象以及仪器的改进  39-40
  2.6 该装置用于在线监测有机反应的过程  40-41
  2.7 本章小结  41-42
第三章 GC-MS联用技术的研究及应用  42-69
  3.1 引言  42-45
    3.1.1 大气中有机污染物的检测  42-43
    3.1.2 便携式气相色谱仪的简介  43
    3.1.3 光离子化检测器气相色谱仪简介  43-44
    3.1.4 便携式GC/MS联用技术  44-45
  3.2 气相色谱的设计  45-55
    3.2.1 富集进样系统  45-48
    3.2.2 分离系统  48-50
    3.2.3 检测系统  50-51
    3.2.4 电路系统  51-52
    3.2.5 气路系统  52-53
    3.2.6 仪器基线的调试  53
    3.2.7 初步试验  53-54
    3.2.8 气-质联用  54-55
  3.3 结果与讨论  55-65
    3.3.1 柱温的优化  55
    3.3.2 载气流速  55-56
    3.3.3 实际样品的测定  56-65
  3.4 检测器的改进  65-68
  3.5 本章小结  68-69
第四章结论  69-70
参考文献  70-73
在学期间发表的学术论文  73-74
致谢  74

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