生物檢體中揮發(fā)性有機(jī)氣體之檢測(cè)分析方法及原理

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)之中，利用化學(xué)系學(xué)生自行設(shè)計(jì)組裝之一套VOCs前濃縮進(jìn)樣系統(tǒng)，再結(jié)合自制的吹氣捕捉裝置(圖一)，我們可以分析溶解于水中之低極性揮發(fā)性有機(jī)氣體之分析。利用這一套自動(dòng)吹氣捕捉分析系統(tǒng)我們可針對(duì)一些水溶液樣品如人體尿液、鋁箔包裝牛奶、污染地下水以及一些內(nèi)含有不同濃度三氯乙烯及四氯乙烯的生物細(xì)胞培養(yǎng)液進(jìn)行分析。其原理為低極性VOC可被鈍性氣體如氮、氦、氬氣以吹泡方式被氣泡不斷帶離水中而達(dá)到連續(xù)萃取的目的，被帶離的VOC則通過分子篩而被濃縮，而后再以熱脫附方式進(jìn)入氣相層析儀分析。本實(shí)驗(yàn)是針對(duì)生物細(xì)胞培養(yǎng)液中之三氯乙烯及四氯乙烯合量進(jìn)行分析，而檢量線有極優(yōu)異的線性表現(xiàn)（R2=0.99之上），儘管兩者都是揮發(fā)度極大的化合物。實(shí)驗(yàn)之中分析生物細(xì)胞樣品時(shí)，當(dāng)對(duì)樣品吹氣時(shí)，樣品的發(fā)泡則是一大干擾，但在加入矽膠性質(zhì)之消泡劑之后，可以明顯改善這個(gè)現(xiàn)象。

系統(tǒng)之硬體結(jié)構(gòu)：

在這一組自動(dòng)分析系統(tǒng)之中，我們利用氣動(dòng)轉(zhuǎn)向閥門負(fù)責(zé)樣品的吹氣捕捉及注射，以及清洗氣體和載流氣體的切換。利用閥門的切換，我們可以將吹氣捕捉裝置設(shè)定為與前濃縮系統(tǒng)相連通或者是分離的狀態(tài)，當(dāng)互相連通時(shí)，系統(tǒng)開始進(jìn)行吹氣捕捉的動(dòng)作，而當(dāng)與系統(tǒng)分離之時(shí)，可以避免在非捕捉時(shí)間內(nèi)吹氣氣體的無可宣洩所造成必須依時(shí)間開關(guān)氣瓶或者是面臨壓力過大的危險(xiǎn)，因?yàn)楫?dāng)我們進(jìn)行吹氣捕捉動(dòng)作時(shí)，是利用正壓將水中VOCs吹提出來，若無分離或良好的宣洩途徑，則常常會(huì)面臨壓力過大的危險(xiǎn)。而在此時(shí)，原本吹氣氣體的功用便可轉(zhuǎn)變作為清洗氣體的用途，直接通入吸附管中，在高溫下進(jìn)行反向清洗的動(dòng)作。

實(shí)驗(yàn)中所采用的吹氣捕捉裝置主要包含一個(gè)十字吹氣頭以及內(nèi)含液態(tài)樣品的玻璃樣品管（圖一），而玻璃樣品管則經(jīng)由鐵孚龍墊片及1/2〞swagelok的不銹鋼螺帽將之固定在吹氣頭之上，并且確保整個(gè)系統(tǒng)的真空度。而吹氣氣體以1/16 〞不銹鋼管路經(jīng)由十字吹氣頭，再利用一根長16公分、外徑0.05公分、內(nèi)徑0.02公分的中空細(xì)管由上而下伸入樣品之中導(dǎo)入吹氣氣體，并利用吹氣產(chǎn)生之氣泡將水樣中之揮發(fā)性有機(jī)氣體驅(qū)趕出來，再經(jīng)由1/16 〞不銹鋼管路連接到前濃縮系統(tǒng)，并以吸附管將之吸附并且進(jìn)行分析。

濃縮管以三種碳分子篩填充于長10-12公分長的1/8 〞外徑中空不銹鋼管之中，順序依序?yàn)閏arbontrap、carboxen1003、carboxen1000（SUPELCO, USA），每一段吸附劑長1公分，吸附管于低溫吸附樣品時(shí)以及在高溫下脫附并注射樣品。進(jìn)樣時(shí)以一無油式幫浦將吹氣樣品抽經(jīng)吸附管以達(dá)濃縮之目的。而幫浦前端則裝有一流量控制器，于單位時(shí)間內(nèi)控制一定量的氣體樣品經(jīng)過，如此便可以在每一次分析時(shí)，確保于設(shè)定的捕捉時(shí)間之內(nèi)通過一定體積的氣體樣品，以達(dá)到精確定量的要求。

實(shí)驗(yàn)中使用的氣相層析儀為HP6890，使用的管柱為DB-1，長度30m，膜厚0.25μm，口徑為0.32mm的毛細(xì)管管柱，尾端再接上火焰離子偵測(cè)器（FID）或電子捕捉偵檢器（ECD），可量測(cè)鹵碳化合物或碳?xì)浠�合��，與大部分極性、與非極性的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)。

分析流程：

所設(shè)計(jì)的分析流程主要是以時(shí)間秒為單位，主要分為五大動(dòng)作(見圖二)。當(dāng)我們觸發(fā)控制軟體上的啟動(dòng)鍵之后，分析流程即開始以秒為單位由0計(jì)時(shí)，0 ~ 300秒時(shí)，吸附管利用風(fēng)扇降溫至30℃，因是靠風(fēng)扇將之強(qiáng)迫降溫，故需預(yù)留足夠降溫的時(shí)間（約3.5分鐘），如此才能確保分析物能在設(shè)定溫度之下進(jìn)行前濃縮動(dòng)作，在此我們?cè)O(shè)定為6分鐘。而此時(shí)吹氣捕捉裝置是與前濃縮系統(tǒng)呈分離的狀態(tài)，因其管路呈現(xiàn)一閉路的狀態(tài)，而吹氣氣體此時(shí)不會(huì)進(jìn)入吹氣捕捉裝置之中，不會(huì)有因多馀的殘氣存在所造成的干擾，而且在安全性考量上，也避免了因壓力過大而造成玻璃管破裂或彈開的危險(xiǎn)。300 ~ 1200秒時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行前濃縮的動(dòng)作，吹氣氣體（99.999％氮?dú)猓┙?jīng)由吹氣捕捉裝置的上方細(xì)管導(dǎo)入水樣之中，并將水中之揮發(fā)性有機(jī)氣體趕出，再送至前濃縮裝置的吸附管中進(jìn)行吸附的動(dòng)作，而此時(shí)吸附管溫度設(shè)定為30℃，捕捉時(shí)間設(shè)定為15分鐘，每分鐘通過20毫升的氣體，所以每一個(gè)樣品總共收集了300毫升的氣體，而此時(shí)玻璃樣品管的溫度則維持在約28℃。在1200 ~ 1260秒時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行除氧及除水氣的動(dòng)作，并且利用清洗氣體吹洗低溫下（30℃）之吸附管，由于空氣中仍存在許多會(huì)對(duì)分析產(chǎn)生干擾的物質(zhì)，如氧氣、氧化亞氮和水分等，因此吸附管在吸附完樣品（前濃縮）之后仍必須將吸附管維持在低溫狀態(tài)，并以吹氣氣體繼續(xù)吹氣一分鐘，將沸點(diǎn)比較低的分析干擾物質(zhì)如水氣或氧氣等，從吸附管中吹出以避免在樣品脫附后，干擾物質(zhì)也隨載流氣體進(jìn)入氣相層析儀中分析而產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象。1260 ~ 1530秒時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行注射的動(dòng)作，此時(shí)吸附管瞬間加熱，于10秒內(nèi)迅速的由30℃上升至250℃，此時(shí)的迅速昇溫對(duì)于層析圖譜的高解析度具有相當(dāng)?shù)闹���，尤其�?duì)低沸點(diǎn)的物質(zhì)。因?yàn)樵谘杆贂N溫之際，分析物于此時(shí)瞬間同時(shí)脫附，若是昇溫速度過慢的話，分析物可能因未能即時(shí)脫附或者是拖泥帶水的脫附動(dòng)作，造成反應(yīng)在圖譜上波峰形狀的變寬以及脫尾。自動(dòng)控制軟體于1260秒時(shí)同步啟動(dòng)氣相層析儀，利用載流氣體（99.9999％氦氣）反向吹吸附管，并將受熱脫附出的氣體直接注入氣相層析儀之中進(jìn)行分析，注射時(shí)間維持4.5分鐘。1530 ~ 3030秒為吸附管進(jìn)行清洗并等待下一樣品進(jìn)行捕捉的動(dòng)作，此時(shí)吹氣捕捉裝置與前濃縮系統(tǒng)成分離的狀態(tài)，而吹氣氣體也可當(dāng)作清洗氣體，并直接吹洗吸附管，而此時(shí)吸附管的溫度亦自動(dòng)上升至300℃，以利于未脫附完全的物質(zhì)能被順利清除，以免其殘留影響下一次的分析，操作者可于此時(shí)換上下一組分析樣品。