吹掃捕集的基本原理及操作步驟

吹掃捕集的基本原理及操作步驟
如前所述，吹掃捕集屬于氣相萃取范疇，通常情況下經(jīng)吹掃捕集的氣體均直接進(jìn)人檢測器中進(jìn)行檢測。與吹掃捕集聯(lián)用的儀器以氣相色譜儀應(yīng)用最為廣泛，因此本節(jié)結(jié)合氣相色譜儀介紹吹掃捕集的基本原理和裝置。
　　吹掃捕集-氣相色譜法聯(lián)用裝置如圖所示。吸附和脫附通過六通閥來完成，為減少吸附效應(yīng)，閥體應(yīng)固定在插有加熱體的厚金屬板上并保持溫度在200℃ ，用管式電爐加熱吸附劑管進(jìn)行加熱脫附。若需要在低溫下吸附時(shí)，可把吸附劑管置于冷阱中，冷柱頭與六通閥連接，在吸附劑管加熱脫附時(shí)，該毛細(xì)管柱放人裝有液氮的杜瓦瓶中將組分集中在分析柱的柱頭，對(duì)提高分析柱的分析能力很有利。解吸出的待測組分經(jīng)GC 分析柱進(jìn)行測定。


　　吹掃捕集過程一般分為吹掃、吸附和解吸三個(gè)步驟�；�于VOCs 在水相及其上方空間存在分配平衡，吹掃階段用惰性氣體對(duì)溶液連續(xù)鼓泡，將VOCs 從溶液中吹掃出來；頂空氣相中的有機(jī)物在惰性氣體推動(dòng)下進(jìn)入捕集器并富集在吸附劑上，理論上要求分析物在吸附劑上的量不超過泄漏體積（Break Through Volume , BTV ) ；當(dāng)解吸器迅速加熱捕集管至預(yù)定高溫時(shí)，表面吸附的有機(jī)物脫附并隨載氣全部反吹人色譜柱，與此同時(shí)，GC 運(yùn)轉(zhuǎn)起來開始進(jìn)行色譜分析。吹掃捕集與熱解吸結(jié)合簡化了樣品處理過程，對(duì)GC 而言未經(jīng)稀釋的熱吹脫產(chǎn)物有利于尖銳對(duì)稱色譜峰的形成，所以吹掃捕集法的靈敏度比溶劑萃取法高得多，檢測限達(dá)到1μg / kg 數(shù)量級(jí)，是一種高效的樣品前處理技術(shù)。
　　吹掃捕集-氣相色譜法的分析步驟大致如下：① 取一定量的樣品加入到吹掃瓶中；② 將經(jīng)過硅膠、分子篩和活性炭干燥凈化的吹掃氣，以一定流量通人吹掃瓶，以吹脫出揮發(fā)性組分；③ 吹脫出的組分被保留在吸附劑或冷阱中；④ 打開六通閥，把吸附管置于氣相色譜的分析流路；⑤ 加熱吸附管進(jìn)行脫附，揮發(fā)性組分被吹出并進(jìn)人分析柱；⑥ 進(jìn)行色譜分析。
　　泄漏體積是一個(gè)與吸附劑吸附能力有關(guān)的參量，指特定溫度下某化合物被吹掃而完全通過捕集管內(nèi)1.0g吸附劑時(shí)所需的載氣體積困，簡而言之，即分析物的保留體積。分析物在捕集管中的轉(zhuǎn)移過程如圖所示，捕集管長5～30cm 、直徑約0.6cm ，吸附劑質(zhì)量在1.0g左右。
分析物在吸附劑內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程受動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)因素影響，為表征載氣量與分析物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系，引入泄漏曲線（如圖所示）。

　　理論上，1g吸附劑的泄漏體積BTV0為：



式中，Vg為比保留體積；tR 為泄漏曲線中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的保留時(shí)間；t1為泄漏曲線起點(diǎn)時(shí)間；Fc為體積流速；Tc為柱溫；公式右邊第二項(xiàng)是1 / 2 峰底寬。
　　高斯峰的BTV0與理論塔板數(shù)N 的關(guān)系為：

將BTV0換算為采樣溫度Te （K）、壓力pe（kPa ）條件下的體積，則吸附劑填充量為W（g）時(shí)采樣管的最大采樣體積Vmax為：



同理，組分100％流出時(shí)的泄漏體積BTV 為：



　　BTV 是一個(gè)重要的參數(shù)，常用于確保分析物的流程在吸附劑床的范圍之內(nèi)。吹掃時(shí)，為避免分析物的損失，一般吹掃氣體積不能超過泄漏體積的一半；解吸時(shí)，BTV 用于指導(dǎo)載氣流量確保解吸氣全量反吹入色譜柱，以提高分析靈敏度并節(jié)約載氣用量。