高品質(zhì)立體彈性填料生產(chǎn)廠家全二維氣相色譜測(cè)量有機(jī)氣溶膠前沿評(píng)述

　　高品質(zhì)立體彈性填料廠家全二維氣相色譜測(cè)量有機(jī)氣溶膠前沿評(píng)述。本文分析了全二維氣相色譜(GC×GC)在測(cè)量大氣有機(jī)氣溶膠和源排放氣溶膠的發(fā)展和應(yīng)用。GC×GC與質(zhì)譜聯(lián)用提供了多種新穎的分析方案，包括靶向分析、非靶向分析和族類分析，證明了GC×GC分析復(fù)雜有機(jī)氣溶膠樣品的能力。特別是，近年來在線GC×GC技術(shù)的發(fā)展有助于捕捉源排放、大氣二次生成和氣象因素變化引起的大氣有機(jī)氣溶膠的動(dòng)態(tài)變化。

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　　大氣氣溶膠影響空氣質(zhì)量、氣候變化和人類健康，其中有機(jī)物可占總氣溶膠質(zhì)量的一半以上。測(cè)量大氣有機(jī)氣溶膠的化學(xué)組成有助于揭示其來源和環(huán)境影響。有機(jī)氣溶膠組分測(cè)量是一個(gè)挑戰(zhàn)。在一個(gè)樣品中可能存在成千上萬種不同的化合物，并且這些化合物具有廣泛的分子大小和官能團(tuán)多樣性，以及寬揮發(fā)性和極性范圍。此外，由于排放源強(qiáng)、大氣轉(zhuǎn)化和氣象條件的可變性而引入的動(dòng)態(tài)變化也增加了其挑戰(zhàn)。因此，有機(jī)氣溶膠的測(cè)量需要高化學(xué)分辨率和高時(shí)間分辨率的方法。

　　氣相色譜(GC)結(jié)合質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)能夠根據(jù)有機(jī)組分的揮發(fā)性或極性在分子水平上分離和檢測(cè)有機(jī)組分，從而提供了有機(jī)氣溶膠的重要化學(xué)組分信息。然而，傳統(tǒng)的一維氣相色譜在檢測(cè)復(fù)雜的樣品時(shí)，往往因?yàn)榉蛛x度不夠，導(dǎo)致組分共流出現(xiàn)象。

　　全二維氣相色譜(GC×GC)是一種多維氣相色譜技術(shù)，大約三十多年前由Liu和Phillips提出，它在揭示大氣中復(fù)雜有機(jī)化合物成分方面具有優(yōu)勢(shì)。兩根不同極性的色譜柱(一維柱和二維柱)通過調(diào)制器串聯(lián)，用于GC×GC分離。調(diào)制器周期性地將分析物從一維柱轉(zhuǎn)移到二維柱進(jìn)行分離。在一維柱中共流出的組分將有機(jī)會(huì)在二維柱中得到分離。與一維氣相色譜相比，GC×GC具有化學(xué)分辨率高、峰容量大、有機(jī)族類分布規(guī)則等優(yōu)點(diǎn)。

　　GC×GC與質(zhì)譜聯(lián)用可以實(shí)現(xiàn)各種分析方案，包括靶向分析、非靶向分析和族類分析。后兩者由于一維氣相色譜峰容量不足，很少應(yīng)用于一維氣相色譜。靶向分析通常用于對(duì)已知的有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)組分的定量分析。非靶向分析用于獲得對(duì)樣品的全面了解，包括識(shí)別、分類和定量。族類分析用于指紋特定的有機(jī)類。這些數(shù)據(jù)處理方法已應(yīng)用于有機(jī)氣溶膠的測(cè)量。

　　文章首先介紹了實(shí)現(xiàn)GC×GC分析的關(guān)鍵裝置—調(diào)制器和有機(jī)氣溶膠GC×GC分析的流程(圖1)。有機(jī)氣溶膠的測(cè)量多采用熱調(diào)制器，通過冷捕集、熱釋放的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)組分的調(diào)制。傳統(tǒng)的熱調(diào)制器需要使用大量的制冷劑(如液氮等)來進(jìn)行制冷，不利于大氣中有機(jī)氣溶膠外場(chǎng)觀測(cè)。近年來，無消耗的熱調(diào)制器的研發(fā)和應(yīng)用為大氣有機(jī)氣溶膠測(cè)量提供了便利。

　　隨后，文章介紹了離線GC×GC在大氣和源排放氣溶膠測(cè)量中的應(yīng)用。GC×GC已被應(yīng)用于測(cè)量城市、森林和道路站點(diǎn)的大氣有機(jī)氣溶膠，測(cè)量對(duì)象包括總懸浮顆粒物、PM2.5、PM1、超細(xì)顆粒物和分粒徑的顆粒物等。在大氣有機(jī)氣溶膠中已檢測(cè)到數(shù)千種化合物，在結(jié)構(gòu)化的二維色譜圖中有機(jī)族類的位置在不同研究中具有顯著的相似性。如圖2所示，化合物基于揮發(fā)性和極性可被劃分為脂肪族和芳香族區(qū)域。具有相似性質(zhì)的同系物或化合物在二維色譜圖中呈條帶狀區(qū)域。隨著極性的逐漸增大，不同有機(jī)族類在二維上的相對(duì)位置逐漸增大。因此，僅憑二維色譜圖的結(jié)構(gòu)就可以粗略地描述化合物的種類。與一維氣相色譜相比，GC×GC使檢測(cè)到的化合物數(shù)量增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，其中大部分峰在一維氣相色譜中存在共流出，導(dǎo)致分析困難。如圖3所示，超過86%的一維氣相色譜峰具有顯著的共流出。

　　GC×GC解決了一維氣相色譜共流出引起的高估，可顯著提高靶向化合物定量的準(zhǔn)確性。利用外標(biāo)法或者內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行目標(biāo)分析已被廣泛應(yīng)用于大氣有機(jī)氣溶膠化學(xué)組分的定量研究。靶向有機(jī)組分包括烷烴、醛酮類、多環(huán)芳烴、氧化多環(huán)芳烴等。非靶向分析已被用于識(shí)別和定量大氣有機(jī)氣溶膠中的未知化合物。在不同的大氣環(huán)境中，大氣有機(jī)氣溶膠的化學(xué)組成是不同的。森林氣溶膠包含了許多來自于生物源的組分，而城市有機(jī)氣溶膠鑒定出一些來自道路交通、工業(yè)和消費(fèi)品的組分。另外，在城市有機(jī)氣溶膠中發(fā)現(xiàn)了大量含氮化合物。對(duì)非靶向篩查出的化合物進(jìn)行定量也是可以實(shí)現(xiàn)的，這種方式將能夠識(shí)別和鑒定的化合物的范圍擴(kuò)大到整個(gè)色譜圖。有機(jī)族類的可視化展示能夠提高對(duì)未知樣品的認(rèn)知。基于質(zhì)譜的碎片模式和GC×GC的一維和二維保留時(shí)間能夠提取目標(biāo)族類。具有特定有機(jī)族類、特定元素和官能團(tuán)的化合物，包括烷烴、烯烴和環(huán)烷烴、脂肪酸和各種芳香族化合物，可以被高精度的自動(dòng)提取和分類。此外，GC×GC還被用于分析各種排放源的氣溶膠，如生物質(zhì)燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣和香煙燃燒氣溶膠。

　　近年來，在線GC×GC技術(shù)的發(fā)展幫助實(shí)現(xiàn)了大氣有機(jī)氣溶膠化學(xué)組分的高時(shí)間分辨率測(cè)量。在線GC×GC技術(shù)采用無消耗的熱調(diào)制器，體積小巧便攜，便于外場(chǎng)觀測(cè)。氣溶膠通過預(yù)切割、溶蝕器等預(yù)處理裝置后，進(jìn)入收集和熱脫附一體化裝置實(shí)現(xiàn)原位氣溶膠采集和熱脫附，再進(jìn)入GC×GC進(jìn)行分離。在線GC×GC技術(shù)已用于大氣有機(jī)氣溶膠和實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的氣溶膠的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。高時(shí)間分辨率(1.5-2小時(shí))的測(cè)量獲得了C13-C40正構(gòu)烷烴濃度的日變化和排放源的相對(duì)貢獻(xiàn)，提供了更精確的來源和大氣轉(zhuǎn)化過程的跟蹤。在線GC×GC技術(shù)還被用于測(cè)量長(zhǎng)葉烯臭氧分解產(chǎn)物的演變和揮發(fā)性分布。另外，改進(jìn)的在線GC×GC技術(shù)(使用較短的色譜柱)增加了未衍生化的含氧有機(jī)物的通過效率，結(jié)合高分辨質(zhì)譜和正定矩陣因子分解法拓展了有機(jī)氣溶膠的多維分離和識(shí)別。

　　圖文導(dǎo)讀

　　圖1 使用全二維氣相色譜系統(tǒng)在線或離線分析有機(jī)氣溶膠的示意圖

　　圖2 (a) 大氣有機(jī)氣溶膠全二維色譜示意圖;(b)北京大氣PM2.5的典型二維色譜圖

　　圖3 通過GC×GC分析確定的一維氣相色譜中不同數(shù)量共流出峰的百分比。圖中所用的北京大氣PM2.5樣本采集于2018年3月16日

　　小結(jié)

　　全二維氣相色譜是測(cè)量有機(jī)氣溶膠化學(xué)組分的利器。與一維氣相色譜相比，GC×GC可檢測(cè)出數(shù)千個(gè)峰，峰容量增加一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。GC×GC能夠識(shí)別多種脂肪族和芳香族化合物，包括許多由于共流出無法在一維氣相色譜中檢測(cè)到的化合物。對(duì)于靶向分析，GC×GC因減少了一維氣相色譜共流出引起的高估而實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的定量。非靶向分析和族類分析提供了對(duì)未知樣品的快速有效的特征解析。用不同的數(shù)據(jù)處理方法解析的有機(jī)氣溶膠的化學(xué)組分表明了GC×GC在復(fù)雜氣溶膠樣品分析中的優(yōu)越性。在線GC×GC技術(shù)是一種有效的有機(jī)氣溶膠化學(xué)組分原位測(cè)量方法，其時(shí)間分辨率為1.5-2小時(shí)。應(yīng)用在線GC×GC技術(shù)使得有機(jī)氣溶膠在線測(cè)量結(jié)合非靶向分析成為可能。

　　展望未來，GC×GC將得到進(jìn)一步的改進(jìn)和提高，并廣泛應(yīng)用于在線和離線有機(jī)氣溶膠的測(cè)量。這同時(shí)需要快速而穩(wěn)健的分析方法來處理大量的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的目標(biāo)數(shù)據(jù)處理方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，機(jī)器學(xué)習(xí)等新技術(shù)有助于解決這些挑戰(zhàn)。

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