CN114778717A - 一种生物源挥发性有机物的在线测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物源挥发性有机物的在线测量方法，其包括样品采集的步骤、预浓缩的步骤和生物源挥发性有机物测定的步骤。本发明提供的在线测量方法测定的BVOCs分子量大、沸点高、灵敏度高，测量过程干扰因素少，可实现植物源和环境空气中BVOCs的在线准确测量和长期连续观测。

Description

一种生物源挥发性有机物的在线测量方法

技术领域

本发明涉及生物源挥发性有机物测量技术领域，具体涉及一种生物源挥发性有机物的在线测量方法，更具体地，涉及基于低温预浓缩-气相色谱质谱联用技术的生物源挥发性有机物的在线测量方法。

背景技术

生物源挥发性有机物(Biogenic Volatile Organic Compounds，BVOCs)指动物、植物、微生物等生物排放到大气中的一种挥发性有机化合物，主要包括异戊二烯(Isoprene，C₅H₈)、单萜烯(Monoterpenes，C₁₀H₁₆)、倍半萜烯(Sesquiterpene、C₁₅H₂₄)、醇、醛、酮、酯等。BVOCs的化学活性强，对大气中光化学烟雾的形成、臭氧的形成、二次有机气溶胶的形成、全球碳收支平衡及气候变化具有重要的影响。从全球尺度上来看，BVOCs的排放量占到挥发性有机物总排放量的90％以上，远远高于人为源挥发性有机物。因此，BVOCs对大气环境和气候具有重要意义。

如何进行样品捕集、解析和分析是BVOCs在线测量的关键步骤，因此，选择适宜的方法可以更有效保障BVOCs的定性定量分析的准确性。现有的BVOCs测量方法主要包括以吸附管采样+热脱附-气相色谱质谱联用分析(TD-GC-MS)为代表的离线方法，及以质子转移反应质谱仪(PTR-MS)为代表的在线测量方法。吸附管采样+TD-GC-MS分析离线测量方法存在周期长、步骤复杂、样品易损失、吸附剂具有选择性、系统误差大等缺点。此外，该方法难以进行长期、连续有效的测量。PTR-MS在线测量方法虽然时间分辨率高，但是该方法不能分离同分异构体，而BVOCs中的单萜烯(分子量都是136.23)、倍半萜烯(分子量都是204.35)等都是同分异构体，因此PTR-MS在BVOCs定性定量分析方面具有明显的不足。此外，PTR-MS还存在价格昂贵、运行维护要求高、标定过程复杂等缺点。GC-MS是一种行之有效的单独定性定量分析BVOCs的方法，具有很高的选择性以及灵敏度，对同分异构体的分离能力强，是BVOCs测量研究中使用最广泛的分析技术。

针对以上问题，本发明构建一种生物源挥发性有机物的在线测量方法，具体为基于低温预浓缩-GC-MS技术的BVOCs在线测量方法，该方法具有选择性强、测量周期短、灵敏度高、成本低、运行维护简单、重复性强等优点，对于BVOCs的排放特征、排放规律以及环境与气候效应研究具有至关重要的作用。

发明内容

发明要解决的问题

本发明针对现有BVOCs测量方法存在的不足，提出一种生物源挥发性有机物的在线测量方法，具体为基于低温预浓缩-GC-MS技术的BVOCs在线测量方法，该方法采用空管低温捕集预浓缩技术，克服了传统分析技术中吸附剂具有选择性的缺陷，可有效避免BVOCs在样品采集和预浓缩过程中的损失，能够分离BVOCs同分异构体，具有选择性强、测量周期短、灵敏度高、成本低、运行维护简单、重复性强等优点，可实现植物源排放和环境空气中BVOCs的在线、长期连续观测。

用于解决问题的方案

经过发明人潜心研究，发现通过以下方案能够解决上述技术问题：

[1].一种生物源挥发性有机物的在线测量方法，所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法包括：

样品采集的步骤：在加热条件下，通过采样管路对样品进行采集；

预浓缩的步骤：对于所述样品采集的步骤中所采集的样品在除水阱中去除水分子，在捕集阱中捕集生物源挥发性有机物，以及将捕集的生物源挥发性有机物进行热解析；

生物源挥发性有机物测定的步骤：对于预浓缩并热解析的样本中的生物源挥发性有机物进行测定。

[2].根据[1]所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，在样品采集的步骤中，在100℃～150℃加热条件下，通过采样管路对样品进行采集，采样流速40～100mL/min；优选地，所述加热的方式为伴热方式。

[3].根据[1]或[2]所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，在样品采集的步骤中，所述采样管路的长度为3～5米，内径为1/8～1/2英寸；和/或，所述采样管路的材质为内壁硅烷化铜管、特氟龙管或PTFE管。

[4].根据[1]～[3]中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，在所述的预浓缩的步骤中，在所述除水阱中，在-20℃～-30℃的条件下去除样品中的水分子；和/或，所述的除水阱为玻璃空管。

[5].根据[1]～[4]中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，在所述的预浓缩的步骤中，在所述捕集阱中，在-150℃以下的条件下，捕集样品中的生物源挥发性有机物；优选地，所述捕集阱为去活石英空毛细柱。

[6].根据[1]～[5]中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，在所述的预浓缩的步骤中，所述热解析的温度为200℃～300℃，解析时间为1～5分钟。

[7].根据[1]～[6]中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，所述生物源挥发性有机物测定的步骤中，采用气相色谱质谱联用分析方法或气相色谱-氢火焰离子化检测器对样品中生物源挥发性有机物进行检测。

[8].根据[1]～[7]中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，所述生物源挥发性有机物的在线测量方法还包括标准曲线的构建的步骤，采用目标生物源挥发性有机物的标准气体，经历所述的样品采集的步骤、预浓缩的步骤和生物源挥发性有机物测定的步骤，建立目标生物源挥发性有机物的标准曲线。

[9].根据[1]～[8]中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，所述生物源挥发性有机物的在线测量方法所检测的生物源挥发性有机物包括异戊二烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、3-蒈烯、罗勒烯和D-柠檬烯中的一种或多种。

[10].根据[1]～[9]中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，所述生物源挥发性有机物的在线测量方法的时间分辨率为1～2小时。

发明的效果

与现有技术，尤其是采用Tenax吸附管采样+TD-GC-MS分析和PTR-MS的技术相比等现有技术相比，本发明提供的方法具有以下优势：

(1)在技术指标层面，本发明可将BVOCs在线测量的碳数从C5拓展到中高碳数(C10～C20)；样品损耗少，可实现超低浓度(pptv级别)BVOCs的高灵敏度测量，尤其适用于活性强、分子量大、挥发性低的高碳数BVOCs的在线测量。

(2)在节能指标层面，本发明可将测量周期从传统的离线方法的1周缩短到1.5小时(hr)，极大减少了操作步骤，运行维护简单，重复性强。

(3)本发明可大大节省成本，是传统在线离线测量技术的1/10，本发明的推广运用可极大满足挥发性有机物测量领域对BVOCs的环境分析仪器需求，未来具有巨大潜力。

附图说明

图1为本发明实施例中7种生物源挥发性有机物标准气体中生物源挥发性有机物的总离子流图(TIC图)；其中，1代表α-蒎烯；2代表莰烯；3代表β-蒎烯；4代表β-月桂烯；5代表3-蒈烯；6代表罗勒烯；7代表苯酚(杂质)；8代表D-柠檬烯。

图2为本发明实施例中提供的基于低温预浓缩-气相色谱-质谱联用技术的BVOCs在线测量方法的流程示意图。

具体实施方式

以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：

本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。

本说明书中，使用“基本上”或“实质上”表示与理论模型或理论数据的标准偏差在5％、优选为3％、更优选为1％范围以内。

本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。

本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。

本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。

本说明书中，生物源挥发性有机物(Biogenic Volatile Organic compounds,BVOCs)是指植物、细菌、真菌等生物挥发到大气中的重要次生代谢产物，主要包括烃类(典型地如异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯)、醇、醛、酮、酯类化合物等。

在本说明书中，气相色谱(Gas Chromatography,GC)是指以气相作为流动相的色谱技术。

在本说明书中，质谱法(Mass Spectrometry,MS)是指一种用电场和磁场将运动的离子按其质荷比分离后进行检测的方法。

在本说明书中，质量保证与质量控制(Quality Assurance and QualityControl,QA/QC)，其中，质量保证是环境监测过程的全面质量管理，包含了保证环境监测数据准确可靠的全部活动和措施；质量控制是指用以满足环境监测质量需求所采取的操作技术和活动。

在本说明书中，按体积计算十亿分之一(Parts per billion by volume,ppbv)是指体积浓度，十亿分之一，10^-9。

在本说明书中，按体积计算万亿分之一(Parts per trillion by volume,pptv)是指体积浓度，万亿分之一，10^-12。

在本说明书中，方法检出限(Method Detection Limit，MDL)是为某特定分析方法在给定的置信度内可从样品中检出待测物质的最小浓度或最小量。

本发明提供了一种基于低温预浓缩-GC-MS技术的BVOCs在线测量方法，包括样品采集、低温预浓缩和生物源挥发性有机物测定三部分。

<样品采集>

在本发明中，使用100℃～150℃加热条件下的采样管路对样品进行采集，所述采样管路的长度为3～5米，内径为1/8～1/2英寸，采样流速40～100mL/min。

在一些实施方案中，样品可以为环境空气样品，在另一些实施方案中，样品也可以是植物源排放样品。

上述样品采集的方法具有以下优势：1)增加样品中BVOCs的挥发性，减少样品的壁损失；2)使样品中水分保持气态，减少水分在采样管路中的凝结对BVOCs的粘滞效应；3)去除样品中的臭氧，减少BVOCs由于和臭氧发生化学反应而导致的损耗。

在本发明中，对于采样管路的材质没有特殊的限制，在一些实施方案中，采样管路可以使用内壁硅烷化铜管；在另一些实施方案中，采样管路也可以使用特氟龙管或者PTFE管。在加热条件下，不同材质的采样管路均可以实现样品的低损耗采集和除臭氧作用。

在本发明中，对于采样管路的加热方式没有特殊的限制，在一些实施方案中，可以选择伴热的方式对采样管路进行加热。对于伴热的方式，本发明没有特殊的限制，在一些实施方案中，可以采取蒸汽伴热、电伴热带伴热和电伴热管等方式伴热。在本发明的一些优选的实施方案中，可以选择设置伴热管的方式对采样管路进行加热。伴热管的材质可以为20号钢或不锈钢钢管，例如304级不锈钢伴热管。

在本发明的一些实施方案中，在进行样品采集前，将伴热管温度升至130℃～180℃，优选140℃～180℃、140℃～170℃或140℃～160℃老化12小时以上。在本发明的一些实施方案中，在进行样品采集前，将伴热管温度升至150℃老化12小时以上。在采样前对于伴热管的老化，可以使采样管路达到100℃～150℃的温度，从而达到理想的去除臭氧及避免样品损失的作用。

在本发明的一些实施方案中，采样时，采样管路的温度在100℃～150℃，优选为100℃～140℃、100℃～130℃或110℃～130℃。在本发明的一些实施方案中，采样时，采样管路的温度为110℃、120℃、130℃、140℃或150℃。

本发明的一些实施方案中，所述采样管路的长度为3～5米，在一些优选的实施方案中所述采样管路的长度为4～5米。本发明的一些实施方案中，所述采样管路的长度为4米、4.2米、4.4米、4.6米、4.8米或5米。

本发明的一些实施方案中，所述采样管路的内径为1/8～1/2英寸。

本发明的一些实施方案中，采样流速40～100mL/min，优选40～90mL/min、40～80mL/min、40～70mL/min、40～60mL/min或50～60mL/min。本发明的一些具体的实施方案中，采样流速为40mL/min、50mL/min、60mL/min、70 60mL/min或80mL/min。

在本发明的一些具体的实施方案中，采样管路外部套有伴热管，伴热管得长度与采样管可以相同，通过设置伴热管的温度调整采样管路的温度，在一些具体的实施方案中，套在采样管路外面的伴热管的温度可以设置为120℃。

在本发明的一些具体的实施方案中，本发明的生物源挥发性有机物的在线测量方法的时间分辨率为1～2小时，其中每个样品或每次采样的在线采集时间为5～15min，优选10～15min，例如11、12、13、14或15min。在本发明中时间分辨率是指对于每次采样的样品，通过本发明的生物源挥发性有机物的在线测量方法从设备准备、采样至完成分析过程所使用的时间。

在本发明的一些实施方案中，采样管路(增加不锈钢伴热管)可以设置在预浓缩系统采样口，作为除臭氧装置，从而避免大气中臭氧失对样品分析的干扰，以及减少生物(植物)源挥发性有机物的损失对样品分析的干扰。样品经采样管路采集后，进行低温预浓缩处理。

<低温预浓缩>

在本发明中，对通过采样管路采集到的样品进行低温预浓缩处理，低温预浓缩处理包括通过除水阱去除样品中的水分的步骤以及通过捕集阱低温捕集生物源挥发性有机物样品，保证目标化合物完全捕集。

(样品低温除水)

在本发明中，样品可以进入除水阱以去除样品中的水分子。

在本发明的一些实施方案中，在除水阱中，在-20℃～-30℃的条件下，使样品中的气态水分冷冻并固定在除水阱中，以去除样品中的水分子。在一些具体的实施方案中，除水阱中温度为-20℃～-28℃、-20℃～-26℃、-20℃～-24℃或-20℃～-22℃。在一些更具体的实施方案中，除水阱中的温度为-20℃、-21℃、-23℃、-25℃、-27℃或-29℃。

在本发明中，对于构成除水阱的材质没有限制，在一些实施方案中，除水阱可以为玻璃空管。

(样品低温捕集)

在本发明中，样品可以进入捕集阱以捕集样品中的BVOCs。

在本发明中的一些实施方案中，在捕集阱中，在-150℃以下的条件下，捕集样品中的BVOCs，保证目标化合物完全捕集。在本发明中的一些实施方案中，在捕集阱中，在-160℃以上的条件下，捕集样品中的BVOCs。在本发明中的一些实施方案中，在捕集阱中，温度为-150℃、-153℃、-155℃、-157℃或-160℃。

在本发明中，对于构成捕集阱的材质没有限制，在一些实施方案中，捕集阱可以为去活石英空毛细管柱，采用去活石英空毛细柱作为捕集阱，可有效解决极性强化合物吸附及干扰问题。在其他实施方案中，也可以采用带吸附材料的吸附管作为捕集阱。

(样品高温热解析)

在本发明中，经捕集的样品进行加热解析，加热解析的温度为200℃～300℃，解析时间为1～5分钟，使经捕集的样品全部气化进入检测装置(例如GC-MS)中待分析。

在本发明的一些实施方案中，加热解析的温度为200℃～280℃、200℃～260℃、200℃～240℃或200℃～220℃。在一些具体的实施方案中，加热解析的温度为200℃、210℃、230℃、250℃、270℃或290℃。

在一些实施方案中，解析时间为1～4分钟、1～3分钟或1～2分钟。在一些具体的实施方案中，解析时间为1分钟、2分钟、3分钟、4分钟或5分钟。

在本发明的一些实施方案中，所述样品在低温预浓缩过程处理中的流速为40～100mL/min，优选地，40～90mL/min、40～70mL/min或40～60mL/min。在一些具体的实施方案中，所述样品在低温预浓缩过程处理中的流速为40mL/min、50mL/min或60mL/min。

在本发明的低温预浓缩处理/方法中，通过空管低温捕集-高温热解析达到样品预浓缩的目的，在去除样品中水分的同时，可同时适用于极性和非极性组分的捕集，能够实现对宽沸点范围样品的全面富集。基于低温预浓缩处理/方法/系统的捕集阱能够充分有效的捕集到生物源挥发性有机物样品，且不需使用液氮冷冻，适应于野外观测分析。采用去活空石英毛细管柱作为捕集阱可有效解决极性较强化合物的吸附、干扰等问题。

<生物源挥发性有机物测定>

本发明利用低温预浓缩系统对生物(植物)源挥发性有机物进行捕集于冷阱中，通过加热解析后，对BVOCs进行分析，简单有效地避免对生物源挥发性有机物中的高碳生物(植物)源挥发性有机物组分被干扰。例如在实施例中证实的，加热后的生物(植物)源挥发性有机物进入气相色谱/质谱联用分析，检测出7种生物(植物)源挥发性有机物物质，能够真实全面的反应样品挥发性成分的结构。

在本发明中，对于生物源挥发性有机物测定的方法可以选择气相色谱质谱联用(GC-MS)分析方法。在其他实施方案中，也可以选择气相色谱-氢火焰离子化检测器(GC-FID)等方法进行分析。

在一些具体的实施方案中，GC-MS分析方法采用毛细管色谱柱分离定性-四级杆质谱定量分析，可保持对色谱峰的高分离能力，不会导致色谱峰展宽，增强了对化合物的分析能力。

在一些具体的实施方案中，所述GC-MS分析方法，包括以下步骤：

GC分离的步骤

样品经过预浓缩聚焦后进入GC进行分离，根据保留时间和特征离子对目标化合物进行定性分析。在一些具体的实施方案中，色谱柱可以选择DB-624柱(60m×250μm×1.4μm)；后运行1～3分钟。载气为高纯氦气，流速为0.8～1.6m/min，气相色谱的压力为恒压(8～12psi)。升温程序是初始温度为32～38℃，保持1～3分钟后以2～6℃/min的速度升温至130～190℃，再保持7～13分钟，最后以17～23℃/min的速度升温到245～265℃并保持1～5分钟，整个分析流程运行约40～60分钟。

MS检测的步骤

在GC中分离后的样品依次进入MS得到检测，根据特征离子的峰面积标准曲线得到各个组分的含量，再根据待测样品进样体积算出待测样品的浓度。离子源为电子轰击离子源(EI)；电子能量为60～80eV；离子源温度为220～240℃；MS四级杆温度为130～170℃；质量扫描范围为35～200amu；溶剂延迟时间为约4～6min，在“SCAN”模式即全扫描模式下运行。

在一些具体的实施方案中，目标生物源挥发性有机物化合物至少包括异戊二烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、3-蒈烯、罗勒烯和D-柠檬烯中的一种或多种。

<标准曲线的构建>

通过标准曲线的建立以确定定量分析对比的依据，同时也可以确定检测体系或检测方法的检出限和定量限。

本发明提供的生物源挥发性有机物的在线测量方法还包括标准曲线的构建的步骤。具体地，采用目标生物源挥发性有机物的标准气体制备一系列不同体积浓度的标准气体，经历上述的样品采集的步骤、低温预浓缩的步骤和生物源挥发性有机物测定的步骤，建立目标生物源挥发性有机物的标准曲线。进而通过建立的目标生物源挥发性有机物的标准曲线和峰面积，得到目标生物源挥发性有机物的含量，根据进样体积计算出对应样品的浓度。

在本发明中，标准曲线的构建的步骤包括气态标准样品制备和建立目标生物源挥发性有机物化合物的标准曲线。

在本发明中，气态标准样品制备(生物源挥发性有机物混合标准气体制备)的步骤中，将目标生物源挥发性有机物的混合标准溶液用高纯氮气配置成4pptv的混合标准气，储存于清洗干净的真空苏玛罐中，使用由不锈钢汽化针连接到苏玛罐与动态稀释仪组成的装置来蒸发和稀释混合液标溶液，配置成相对湿度为50％以及目标化合物浓度为4pptv的标准混合气体(混合气标)。

在一些实施方案中，生物源挥发性有机物混合标准气体制备前，苏玛罐需用清罐仪将反复抽空清洗10次至真空度低于50mTorr，载气为高纯氮气，清洗过程中苏玛罐通过加热带进行加热。

在一些实施方案中，生物源挥发性有机物混合标准气体制备时，所使用的生物源挥发性有机物混合标准溶液的制备是将目标生物源挥发性有机物化合物纯品用甲醇分别稀释为母液，取一定量的单标植物源挥发性有机物母液用甲醇稀释混合为5ml的植物源挥发性有机物混合标准溶液，置于4℃冰箱备用。

在一些具体的实施方案中，首先制备BVOCs混合标准溶液，其中，将目标物纯品用甲醇分别稀释为母液，取一定量的单标用甲醇稀释混合为5ml的混合标准溶液，置于4℃冰箱备用。将不锈钢汽化针与内壁硅烷化处理的苏玛罐连接，利用动态稀释仪组成的装置来蒸发和稀释液态标准样品(例如，异戊二烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、3-蒈烯、罗勒烯、D-柠檬烯)，将一定浓度的混合标准液和蒸馏水用高纯氮气(纯度≥99.999％)稀释成浓度为4pptv相对湿度为50％的混合标准气，储存于苏玛罐中(罐内压力小于40psig)。苏玛罐使用前需用清罐仪将其反复抽真空清洗8～10次至真空度低于50mTorr，载气为高纯氮气，清洗过程中苏玛罐配以专门的加热带进行加热。

在本发明中，建立目标生物源挥发性有机物化合物的标准曲线的步骤中，配置4pptv的目标生物源挥发性有机物化合物混合气标，同时根据低温预浓缩系统及气相色谱/质谱联用分析所得最优参数条件下，建立7种目标植物源挥发性有机物的标准曲线。

在一些具体的实施方案中，将生物源挥发性有机物标准气体设置不同的进样体积梯度：20mL、40mL、100mL、200mL和400mL，相当于各浓度点的浓度为：0.2pptv、0.4pptv、1pptv、2pptv和4pptv。

<其他步骤>

本发明的生物源挥发性有机物的在线测量方法还包括适于测量的其他辅助步骤。在一些实施方案中，本发明的生物源挥发性有机物的在线测量方法包括预浓缩管路清洗的步骤，在样品采集和预浓缩结束后，温度降至设定温度后，执行2次加热反吹操作，设置200℃～300℃的反吹温度，设置流速为100～200mL/min高纯氮气反吹进行反吹1～10min，以去除管路中残留的样品或其中的目标化合物。

在一些具体的实施方案中，设置225℃的反吹温度，设置流速为180mL/min的高纯氮气对捕集管进行吹扫1分钟，在此条件下，加热反吹两次。

实施例

以下通过实施例进一步说明本发明，但不作为对本发明的限制。以下提供了本发明实施方案中所使用的具体材料及其来源。但是，应当理解的是，这些仅仅是示例性的，并不意图限制本发明，与如下试剂和仪器的类型、型号、品质、性质或功能相同或相似的材料均可以用于实施本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

以下实施例中，基于低温预浓缩-GC-MS技术的BVOCs在线测量方法，包括样品采集、低温预浓缩和GC-MS分析三部分：

样品采集方法中，使用内壁硅烷化的铜管作为采样管路(长4.2米，内径1/4英寸)，将304级不锈钢伴热管套在铜管外，并对采样管路进行加热(120℃)，采样前将伴热管温度升至150℃老化12小时以上。恒定流量(60mL/min)在线采集样品15min。

基于低温捕集-高温热解析的样品预浓缩方法，包括以下步骤：

(1)气态标准样品制备

所使用的BVOCs混合标准溶液的制备是将目标物纯品用甲醇分别稀释为母液，取一定量的单标用甲醇稀释混合为5ml的混合标准溶液，置于4℃冰箱备用。将不锈钢汽化针与内壁硅烷化处理的苏玛罐连接，利用动态稀释仪组成的装置来蒸发和稀释液态标准样品(异戊二烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、3-蒈烯、罗勒烯、D-柠檬烯)，将一定浓度的混合标准液和蒸馏水用高纯氮气(纯度≥99.999％)稀释成浓度为4pptv相对湿度为50％的混合标准气，储存于苏玛罐中(罐内压力小于40psig)。苏玛罐使用前需用清罐仪将其反复抽真空清洗8～10次至真空度低于50mTorr，载气为高纯氮气，清洗过程中苏玛罐配以专门的加热带进行加热。混合标准使用气的体积为20mL、40mL、100mL、200mL和400mL，当样品采集体积为400mL时所对应的浓度分别为：0.2pptv、0.4pptv、1pptv、2pptv和4pptv。

(2)样品低温除水

将玻璃空管作为除水阱，通过低温(-20℃)使样品中的气态水分冷冻在除水阱中而去除。

(3)样品低温捕集

采用去活石英空毛细管柱作为捕集阱，通过低温(-150℃)捕集BVOCs样品，保证目标化合物完全捕集。

(4)样品高温热解析

加热解析时为200℃，解析时间为1分钟，使捕集样品全部气化进入GC-MS待分析。

(5)预浓缩管路清洗

样品采集和预浓缩结束后，温度降至设定温度后，执行2次加热反吹操作，设置225℃的反吹温度，设置流速为180mL/min高纯氮气反吹进行反吹1min，以去除管路中残留的目标化合物。

GC-MS分析方法，包括以下步骤：

(1)GC分离

样品经过预浓缩聚焦后进入GC进行分离，根据保留时间和特征离子对目标化合物进行定性分析。色谱柱为DB-624柱(60m×250μm×1.4μm)；后运行2分钟。载气为高纯氦气，流速为1.2m/min，气相色谱的压力为恒压(10psi)。升温程序是初始温度为35℃，保持2分钟后以4℃/min的速度升温至160℃，再保持10分钟，最后以20℃/min的速度升温到255℃并保持3分钟，整个分析流程运行51分钟。

(2)MS检测

在GC中分离后的样品依次进入MS得到检测，根据特征离子的峰面积标准曲线得到各个组分的含量，再根据待测样品进样体积算出待测样品的浓度。离子源为电子轰击离子源(EI)；电子能量为70eV；离子源温度为230℃；MS四级杆温度为150℃；质量扫描范围为35～200amu；溶剂延迟时间为4.7min，在“SCAN”模式即全扫描模式下运行。

本发明测定的BVOCs分子量大(68～204)、沸点范围广(30℃～200℃)、灵敏度高，测量过程干扰因素少，可实现植物源和环境空气中BVOCs的在线准确测量和连续长期观测。实施例结果表明，使用本发明提供的方法可以在线测量7种BVOCs(异戊二烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、3-蒈烯、罗勒烯和D-柠檬烯)。

实施例1

本实施例对本发明在重复性、检出限、定量下限、准确度、样品回收率、记忆效应等方面进行方法学考察。

配置浓度0.2pptv的混合标准试用气，进样量20mL，按照本发明方法平行做8组实验，根据公式MDL＝t(n-1,0.99)×S公式计算方法检出限(其中n＝8，自由度为7，置信度为99％的t分布值为2.998，S为8次平行测定的标准偏差)计算检出限，用高纯氮气配置较低浓度(1ppt)、较中浓度(2ppt)、较高浓度(4ppt)的7混合标准气，进样量400mL，按照本发明方法平行做7次实验，按照空白加标计算空白加标回收率进行准确度计算，相对标准偏差进行精密度计算，方法检出限、精密度以及准确度结果见下表。

表1：各个组分方法检出限

结果表明各个目标化合物的方法检出限(MDL)范围在0.02-0.12pptv之间，说明此分析方法具有较高的灵敏度。

表2：各个组分精密度与准确度实验结果

实验结果如表2所示，发现在较低，较中，较高不同浓度水平下，7种目标化合物的空白加标回收率分别为53％～156％，41％～71％和37％～82％，相对标准偏差(RSD，n＝7)分别为20％～47％，5％～18％和15％～24％。

实施例2

本实施例对环境空气中7种BVOCs进行了在线测量，得到了日变化特征。

(1)制备混合标准使用气

使用由不锈钢汽化针连接到苏玛罐与动态稀释仪组成的装置来蒸发和稀释混合标准液，将一定浓度的混合标准液和蒸馏水用高纯氮气(纯度≥99.999％)稀释成浓度为4pptv相对湿度为50％的混合标准使用气，储存于用高纯氮气(纯度≥99.999％)反复清洗抽空8-10次至真空度达到50mTorr以下的15L苏玛罐中(苏玛罐内压力小于40psi)

(2)绘制标准曲线

通过分析一组体积梯度增加的混合标准使用气(相同浓度的标准使用气)，通过二级冷肼预浓缩去除水等干扰物质，聚焦后进入质谱检测器进行气相色谱质谱分析，建立目标化合物的标准曲线。7种混合标准使用气的体积为20mL、40mL、100mL、200mL和400mL，相当于当分析样品体积为400mL时，各浓度点浓度分别为：0.2pptv、0.4pptv、1pptv、2pptv和4pptv。

(3)环境空气样品恒定流量在线采样

将4.2m长1/4英寸内径304不锈钢加热管连接至采样入口，将不锈钢加热管的采样温度设置成120℃，主要目的是去除臭氧，以减少BVOCs的损失。恒定流量进行采样，根据实际情况，将采样流速设置成60mL/min，采样时间设置成15min。

(4)环境空气样品经过不锈钢加热管采样后，通过二级冷肼预浓缩仪进行二级冷肼预浓缩，去除干扰物质，聚焦后进入质谱检测器进行气相色谱质谱分析，根据峰面积和建立的标准曲线得到各个组分含量，再根据待测样品进样体积算出待测样品的浓度。

表3：环境空气中7种目标BVOCs的日变化浓度

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

产业上的可利用性

本发明提供了一种基于低温预浓缩-气相色谱质谱联用技术的生物源挥发性有机物(BVOCs)在线测量方法，所述方法包括样品采集、低温富集-热解析预浓缩和气相色谱质谱联用分析三部分，可以用于对于高沸点和高碳数BVOCs的在线测量方法。所述的样品采集方法是指利用加热后的内壁硅烷化铜管，既能去除臭氧，又能避免样品的损失。本发明采用低温非吸附除水富集技术，可同时适用于极性和非极性组分，能够实现对宽沸点范围样品的全面富集，增强了对化合物的分析能力。BVOCs经预浓缩系统后进入气相色谱质谱进行分离测定，本发明采用毛细管色谱柱以保持对色谱峰的高分离能力，不会导致色谱峰展宽。本发明测定的BVOCs分子量大、沸点高、灵敏度高，测量过程干扰因素少，可实现植物源和环境空气中BVOCs的在线准确测量和长期连续观测。

Claims (10)

1.一种生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法包括：

样品采集的步骤：在加热条件下，通过采样管路对样品进行采集；

预浓缩的步骤：对于所述样品采集的步骤中所采集的样品在除水阱中去除水分子，在捕集阱中捕集生物源挥发性有机物，以及将捕集的生物源挥发性有机物进行热解析；

生物源挥发性有机物测定的步骤：对于预浓缩并热解析的样本中的生物源挥发性有机物进行测定。

2.根据权利要求1所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，在样品采集的步骤中，在100℃～150℃加热条件下，通过采样管路对样品进行采集，采样流速40～100mL/min；

优选地，所述加热的方式为伴热方式。

3.根据权利要求1或2所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，在样品采集的步骤中，所述采样管路的长度为3～5米，内径为1/8～1/2英寸；

和/或，所述采样管路的材质为内壁硅烷化铜管、特氟龙管或PTFE管。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，在所述的预浓缩的步骤中，在所述除水阱中，在-20℃～-30℃的条件下去除样品中的水分子；

和/或，所述的除水阱为玻璃空管。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，在所述的预浓缩的步骤中，在所述捕集阱中，在-150℃以下的条件下，捕集样品中的生物源挥发性有机物；

优选地，所述捕集阱为去活石英空毛细柱。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，在所述的预浓缩的步骤中，所述热解析的温度为200℃～300℃，解析时间为1～5分钟。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，所述生物源挥发性有机物测定的步骤中，采用气相色谱质谱联用分析方法或气相色谱-氢火焰离子化检测器对样品中生物源挥发性有机物进行检测。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，所述生物源挥发性有机物的在线测量方法还包括标准曲线的构建的步骤，采用目标生物源挥发性有机物的标准气体，经历所述的样品采集的步骤、预浓缩的步骤和生物源挥发性有机物测定的步骤，建立目标生物源挥发性有机物的标准曲线。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，所述生物源挥发性有机物的在线测量方法所检测的生物源挥发性有机物包括异戊二烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、3-蒈烯、罗勒烯和D-柠檬烯中的一种或多种。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的生物源挥发性有机物的在线测量方法，其特征在于，所述生物源挥发性有机物的在线测量方法的时间分辨率为1～2小时。

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