挥发性化合物

1、挑战总有机碳（TOC，Total Organic Carbon）分析技术能够有效测量样品中的杂质，提供有机污染物的简明、非专属、全面的测量结果，为用户提供宝贵的工艺监测数据。准确地检测和量化低TOC浓度，对工艺控制、产品质量、资产保护来说至关重要。有机物的污染会影响生产工艺、污染制成品，导致整个产品批次不合格，甚至损坏生产设备。有机污染物的来源之一是挥发性化合物。挥发性和半挥发性化合物常来源于清洁剂或冷却剂。挥发性污染物也可能来自源水和化学分解产物。能够有效检测挥发性和半挥发性化合物，对于城市用水和工业用水处理工艺的全面检漏来说非常关键，我们可以用TOC分析技术来完成这项检测任务。先将有机物氧化成CO2，然后检测CO2的含量，从而完成TOC分析。有些常用的TOC分析方法会在过程中添加酸剂并进行气体吹扫。向液体样品中添加酸剂降低其pH值，可以确保将所有以碳酸根或碳酸氢根形式存在的碳转化为溶解CO2。气体吹扫就是使气泡通过液体样品，去除样品中的其它溶解气体或挥发性液体的过程。有些分析方法很难有效检测挥发性化合物，这是因为挥发性化合物会消失在气体吹扫过程中，或者需要用特殊方法才能检测到。这些局限性会造成监测数据不准确，从而导致应对决策延误甚至错误。本文比较了以下三种TOC氧化法对挥发性化合物的回收效率：高温催化燃烧法两级先进氧化法紫外-过硫酸盐氧化和膜检测法（此技术用于 Sievers M系列TOC分析仪）2、实验在实验中，我们用上述几种TOC氧化方法对不同的挥发性化合物进行测试，以了解这些氧化方法的分析性能。我们测量了TOC浓度分别为0.25 ppm、1.0 ppm、5.0 ppm的标准品的TOC值。本次研究根据以下化合物特性，选用4种化合物【丙酮、甲醇、甲乙酮（MEK）、异丙醇（IPA）/2-丙醇】进行测试：具有挥发性或半挥发性是水系统中常见的污染物可能影响制成品质量，或长期损坏生产设备催化燃烧（CC，Catalytic Combustion）式分析仪在本次研究中使用的催化燃烧式分析仪用铂催化剂和高温燃烧法进行TOC氧化，然后进行非色散红外（NDIR，Non-Dispersive Infrared）检测。在TOC或POC（Purgeable Organic Carbon，可吹除有机碳）模式下运行分析仪来分析挥发性化合物，工作流程见图1和图2。POC模式是分析仪的可选配置，不在本次研究中讨论。图1：催化燃烧式分析仪的NPOC（Non-Purgeable Organic Carbon，不可吹除有机碳）模式图2：催化燃烧式分析仪的TOC模式图1和图2是催化燃烧式分析仪的两种常见操作模式。图1显示，在NPOC模式的吹扫过程中，IC（Inorganic Carbon，无机碳）和POC被去除，因而不包含在测量结果中。图2显示了TOC分析的两步过程。在TC测量中，由于未吹扫就进行氧化，TC（Total Carbon，总碳）测量结果中包括了POC。在IC测量中，样品和酸剂经过吹扫，产生的CO2被载气送到NDIR部分进行测量。两级先进氧化（TSAO，Two-Staged Advanced Oxidation）式分析仪在本次研究中使用的两级先进氧化式分析仪用氢氧化钠和臭氧（能够产生羟基自由基）进行TOC氧化，然后进行NDIR检测 。在TC或VOC（Volatile Organic Carbon，挥发性有机碳）模式下操作分析仪来分析挥发性化合物，TC模式和VOC模式均为分析仪的可选配置。本次研究不评估TC模式。两级先进氧化式分析仪的VOC模式类似于催化燃烧式分析仪的POC模式，这两个术语可以互换使用。图3是两级先进氧化式分析仪的标准操作模式【TIC（Total Inorganic Carbon，总无机碳）+TOC模式】。在这两步操作模式下，在NDIR测量之前先进行IC和POC吹扫。由于未进行氧化，POC不包含在测量结果中。此模式的两个步骤使用同一样品，TOC代表样品中的NPOC。*注意：在 IC 测量步骤中，已通过吹扫去除了样品中的 POC 和 IC。图3：两级先进氧化式分析仪的TIC+TOC模式图4是两级先进氧化式分析仪的附加TC模式。在此模式下，用氢氧化钠和臭氧来预氧化样品，以便在吹扫之前氧化全部POC。分析仪的VOC模式是TC分析和TIC+TOC分析的结合。计算实测的“TC”与实测的“TIC和NPOC之和”之间的差值，即可得到VOC。VOC=TC–(TIC+NPOC)。图4：两级先进氧化式分析仪的TC模式Sievers M系列分析仪Sievers M系列TOC分析仪用紫外-过硫酸盐进行TOC氧化，然后进行膜电导（MC，Membrane Conductimetric）检测。分析仪可以在普通操作模式下检测挥发性有机物。图5是M系列分析仪所采用的TOC分析方法的流程。图5：M系列分析仪的标准操作图5显示了Sievers M系列TOC分析仪的普通分析模式。样品在被加入酸剂后，分流到分析仪中相互独立的TC通道和IC通道中。TC通道中的样品被加入氧化剂，然后在紫外线照射下，样品中的有机物被氧化。IC通道中的样品则跳过上述过程。各通道中的样品通过CO2渗透膜，将CO2分离开。TOC等于TC减去IC。如果需要事先去除IC以获得更准确的TOC结果，可以使用无机碳去除器（ICR，Inorganic Carbon Remover），而无需进行吹扫。建议当IC高10倍的TOC时使用无机碳去除器。IC通道中的样品被送进无机碳去除器，通过一圈CO2渗透管，即可在不使用载气的情况下去除IC。此方法不会在去除IC的过程中损失挥发性碳，因而能准确测量TOC。同催化燃烧工艺和两级先进氧化工艺相反，M系列分析仪内的样品不接触空气，这就能够确保在受控实验室环境中测得的挥发性有机物的结果真实反应了在线设置中的实际工艺样品的TOC。3、结果图6-9显示了上述三种TOC氧化技术的挥发性化合物回收率的测量数据。M系列分析仪在关闭无机碳去除器的普通分析模式下运行，催化燃烧式分析仪在TOC模式下运行，两级先进氧化式分析仪在VOC模式下运行。图 6：丙酮的回收率CC=催化燃烧TSAO=两级先进氧化图 7：甲醇的回收率图 8：甲乙酮（MEK，也称为丁酮）的回收率图 9：异丙醇（IPA）的回收率图6-9显示了在本次研究中评估的4种化合物的回收率。各图中的红线代表100%回收率。4、结论本次研究使用的所有分析仪都在正确的操作模式下成功完成了对化合物的分析，但Sievers M系列分析仪是唯一在标准操作模式下并且在不用载气的情况下有效检测挥发性有机物的仪器。表1列出了所有化合物和所有分析浓度的挥发性有机物的平均回收率。表 1：本次研究中的所有化合物和分析浓度的挥发性有机物的平均回收率分析仪平均回收率M系列分析仪100.04%CC103.02%TSAO90.52%在本次研究中使用的催化燃烧式分析仪只能在TOC模式（或配置可选附件的POC模式）下检测挥发性化合物。但大多数用户所采用的标准操作是NPOC模式，该模式无法检测挥发性有机物。在本次研究中使用的两级先进氧化式分析仪只能在TC或VOC模式下检测挥发性有机物，但这两种模式都是可选配置。催化燃烧式分析仪和两级先进氧化式分析仪都需要用载气进行吹扫和NDIR检测。用载气进行吹扫时，会损失挥发性和半挥发性有机化合物。用载气进行NDIR检测时，要求进行精确的气液分离，这是因为水分会影响测量结果的准确性。Sievers M系列分析仪采用膜电导检测法来测量液体（而非气体）的CO2，能够避免上述缺点。为了应对工艺偏差或泄漏，用户必须能够有效地监测有机污染物（如挥发性化合物）。精准的监测结果帮助用户正确掌握工艺。Sievers M系列分析仪能够在标准操作模式下准确测量挥发性化合物的TOC，为用户提供了理想的监测解决方案。紫外-过硫酸盐氧化结合膜电导检测技术，无需进行吹扫和使用载气，避免了挥发性化合物的损失。在低污染的情况下快速识别工艺泄漏和生产效率过低的原因，可以有效保护生产设备和制成品质量，帮助用户及时做出应对决策，从而为用户节省大量的时间和资金。Sievers M系列分析仪的检测限（LOD，Limit of Detection）和定量限（LOQ，Limit of Quantification）最低，对低浓度挥发性化合物的分析结果最准确，能够满足用户的一切监测需求。Sievers M系列TOC分析仪具有精准的分析性能、良好的整体易用性、无需另行购买可选附件，是检测挥发性有机化合物的理想工具。◆ ◆ ◆联系我们，了解更多！

p　　日前，中国环保产业协会印发《环保产品认证实施规则 挥发性有机化合物检测仪》。对VOCs检测仪环保产品认证做了详细的规定。全文如下：/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　环保产品认证实施规则/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　编号：CCAEPI-RG-Y-024-2017/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　2017-04-01 发布 2017-04-02 实施/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　中环协(北京)认证中心发布/pp　　前 言/pp　　本认证规则规定了挥发性有机化合物检测仪的适用范围、认证模式、认证环节、认证要求、认证标志使用及收费等内容。/pp　　本认证规则由中环协(北京)认证中心技术部提出。/pp　　本认证规则主要起草人：王则武、高晓晶、廖小卿。/pp　　本认证规则由中环协(北京)认证中心 2017 年 04 月 01 日批准。/pp　　本认证规则自 2017 年 04 月 02 日起实施，原认证实施规则《挥发性有机化合物检测仪》(CCAEPI-RG-Y-024-2013)即日起作废。/pp　　本认证规则由中环协(北京)认证中心解释。/pp　　1.适用范围/pp　　本实施规则规定了挥发性有机化合物检测仪认证的模式、环节、要求、认证证书、标志及收费等内容。本规则适用环境空气挥发性有机化合物在线监测仪、污染源挥发性有机化合物在线监测仪、报警式挥发性有机化合物监控仪等 3 种挥发性有机化合物检测仪的环境保护产品认证。/pp　　2.认证模式/pp　　产品检验+工厂(现场)检查+认证后监督。/pp　　3.认证的基本环节/pp　　认证的主要环节包括：认证申请 产品检验 初始工厂检查 认证结果评价与批准 认证后的监督。/pp　　4 认证实施的基本要求/pp　　4.1 认证申请/pp　　4.1.1 申请单元划分/pp　　原则上按不同的型号、测量方式、分析原理来划分申请单元。产品由同一生产厂生产且测量方式、分析原理完全相同可以作为一个申请单元。/pp　　配置不同的产品为不同的申请单元。/pp　　主要零部件型号不同的产品为不同的申请单元。/pp　　依据不同标准生产或不同生产场地的产品为不同的申请单元。/pp　　4.1.2 申请文件/pp　　申请认证应提交正式申请，并随附以下文件：/pp　　a)工商行政管理部门核发的有效营业执照复印件 /pp　　b)质量技术监督部门核发的组织机构代码证复印件 /pp　　c)已经当地质量技术监督部门备案登记的申请认证产品的企业标准 /pp　　d)申请认证产品工厂质量保证管理文件 /pp　　e)产品说明书、主要技术性能指标说明、同一申请单元内各个型号产品之间的一致性说明及其差异说明等 /pp　　f)申请认证产品两个以上用户意见 /pp　　g)其他需要的文件。/pp　　4.2 产品检验/pp　　4.2.1 产品检验的抽样/pp　　原则同一申请单元的产品，抽取具有代表性的样品 1 台进行产品检验。抽样基数不少于 5 台。/pp　　4.2.2 产品检验的方式/pp　　采取实验室检验与相关质量证明文件审查相结合的方式。/pp　　4.2.3 产品检验依据的标准/pp　　JJF 1172-2007 挥发性有机化合物光离子化检测仪校准规范/pp　　GB/T6587-2012 电子测量仪器通用规范/pp　　4.2.4 产品检验要求和方法/pp　　环境空气挥发性有机化合物在线监测仪的指标要求、检验方法按照附件 1 的要求执行 污染源挥发性有机化合物在线监测仪的指标要求、检验方法按照附件 2 的要求执行 报警式挥发性有机化合物监控仪的指标要求、检验方法按照附件 3 的要求执行。/pp　　4.3 初始工厂检查/pp　　4.3.1 检查内容/pp　　工厂检查的内容为工厂质量保证能力检查和产品一致性检查。/pp　　4.3.1.1 工厂质量保证能力检查/pp　　由认证机构派检查员对生产厂按照 CCAEPI-GK-305《环境保护产品认证工厂质量保证能力要求》进行检查。/pp　　4.3.1.2 产品一致性检查/pp　　在生产现场对申请认证的产品进行一致性检查。若认证单元为产品系列，则一致性检查应对每个单元的产品至少抽取产品检验时未进行的一个规格型号。重点核实以下内容：/pp　　1)认证产品上和包装上标明的产品名称、型号、规格与产品检验报告上所标明的一致 /pp　　2)认证产品的结构及主要配套设备应与产品检验时的样品一致 /pp　　3)认证产品所用的原材料应与产品检验时申报并经认证机关确认的一致。/pp　　4.3.1.3 检查范围/pp　　工厂检查的范围覆盖申请认证产品的所有加工场所和所涉及的活动。包括与制造该产品有关的质量体系所涉及的部门、岗位、设施相关的质量活动。 4.3.2 初始检查时间一般情况下，产品检验合格后，再进行初始工厂检查。产品检验和初始工厂检查也可以同时进行。初始工厂检查时间，根据所申请认证产品的单元数量和工厂的生产规模确定，一般每个加工场所为 3 至 6 个人日。/pp　　4.4 认证结果评价与批准/pp　　4.4.1 认证结果评价与批准/pp　　由认证机构负责对产品检验、工厂检查结果进行综合评价，评价合格后，由认证机构对申请人颁发认证证书。认证证书的使用应符合认证机构的有关规定。/pp　　4.4.2 认证时限/pp　　认证时限是指自受理申请之日起至颁发认证证书时止所实际发生工作日，包括产品检验时间、工厂检查后提交报告时间、认证结论评定和批准时间、以及证书的制作时间。产品检验时间根据产品和相关标准确定(因检验项目不合格，进行整改和复试的时间不计算在内)，从收到样品和检测费用起计算。检验完成后，提交报告的时间一般为 5 个工作日。工厂检查后提交报告时间为 5 个工作日，以审核员完成工厂检查、收到生产厂递交了符合要求的不符合要求的不符合项纠正措施报告之日起计算。认证结果评定、批准时间及证书制作时间一般不超过 7 个工作日。/pp　　4.5 认证后的监督/pp　　4.5.1 监督的内容和方式/pp　　一般情况下，在获证后三年有效期内，进行两次监督检查。监督检查的重点是认证后工厂是否持续符合环保产品认证的能力要求，以及产品一致性检查。监督检查可以采用以下方式进行：/pp　　a)工厂质量体系检查 /pp　　b)产品性能抽检 /pp　　c)用户调查。/pp　　4.5.2 增加监督频次的条件/pp　　若发生下述情况之一可增加监督频次：/pp　　a)获证产品出现严重质量问题或用户提出严重投诉并经查实为持证人责任时 /pp　　b)认证机构有足够理由对获证产品与标准要求的符合性提出质疑时 /pp　　c)有足够的信息表明生产者、生产厂因变更组织机构、生产条件、质量管理体系等，可能影响产品符合性或一致性时。/pp　　4.5.3 监督结果的评价/pp　　监督检查合格后，可以继续保持认证资格使用认证标志。监督检查时发现的不合格之处应在规定的时间内(一般不超过 3 个月)进行整改。逾期将撤消认证证书、停止使用认证标志，并对外公告。/pp　　5.认证证书/pp　　5.1 认证证书的保持/pp　　5.1.1 认证证书的有效性/pp　　本规则覆盖产品的认证证书有效期一般为 3 年。在规定的有效期内，证书有效性的保持依赖认证机构定期的监督获得。/pp　　5.1.2 认证产品的变更/pp　　5.1.2.1 变更的申请/pp　　认证后的产品，如果涉及主要设计参数、产品结构、关键材料和元器件发生变更时，或证书持有者法人名称发生变更时，应向认证机构提出变更申请。/pp　　5.1.2.2 变更评价和批准/pp　　认证机构根据变更的内容和提供的资料进行评价，确定是否可以变更或需送样品进行检验，如需送样检验，检验合格后方能进行变更。/pp　　5.2 认证证书覆盖产品的扩展/pp　　5.2.1 扩展程序/pp　　认证证书持有者需要增加与已经获得认证产品为同一认证单元内的产品认证范围时，应从认证申请开始办理手续，认证机构应核查扩展产品与原认证产品的一致性，确认原认证结果对扩展产品的有效性，针对差异做补充检验或检查，并根据认证证书持有者的要求单独颁发认证证书或换发认证证书。/pp　　5.2.2 样品要求/pp　　证书持有者应先提供扩展产品的有关技术资料，需要对扩展产品检验时，检验项目由认证机构决定。/pp　　5.3 认证证书的暂停、注销和撤消。/pp　　按照认证机构的有关规定执行。/pp　　6.产品认证标志的使用/pp　　证书持有者必须遵守认证机构认证标志管理办法的规定。/pp　　6.1 准许使用的标志样式/pp　　6.2 变形认证标志的使用/pp　　本规则覆盖的产品允许使用认证机构规定的变形认证标志。/pp　　6.3 加施方式/pp　　可以采用认证机构允许的加施方式。/pp　　6.4 标志的位置/pp　　应在产品本体明显位置上加施认证标志。/pp　　7.收费/pp　　自愿认证收费由认证机构按国家有关规定收取。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/fbba6ffe-20ad-4595-b2f3-c37f4ddc60d5.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图2.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/438567f7-4c47-466d-8072-e3d8a69d571d.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="图3.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/c2ca1ea0-ed35-4806-a3f3-1a241192df85.jpg"//p

GC×GC-MS结合化学计量学 | 测定草鱼不同部位挥发性化合物Doi: 10.1016/j.fbio.2023.103403研究背景淡水鱼的香气是富含多种挥发性分子的混合物，具有令人不悦的泥土气味。这些挥发性分子来源于各种生化反应。因此，人们对鱼的气味研究越来越感兴趣。目前，用于阐明非靶向香气特征的常用分析技术是GC-MS。然而，由于生物样品的复杂性，可能含有成百上千种挥发性成分。传统的一维GC-MS由于其分离能力不足，可能会出现共洗脱等问题。为了识别重叠峰，引入了全二维气相色谱质谱（GC×GC-MS）联用技术。GC×GC-MS由于具有优越的分离能力和更高的峰容量，能够生成大量的数据，这对处理和分析气相色谱数据提出了巨大的挑战。对于有针对的靶向研究，质谱解卷积工具足以使研究人员从所需化合物中有效地提取信息。相比之下，在无针对的非靶向研究中，研究者缺乏关于样品成分和相关化合物的先觉知识。因此，先进的数据处理工具对于处理GC×GC-MS数据是非常重要的。本研究改进并建立了一种检测草鱼挥发性化合物的新方法。采用具有高分辨率的GC×GC-MS完全分离挥发性化合物，使用基于Matlab编写的脚本、PCA、OPLS-DA等化学计量学方法对挥发性成分进行大规模、非靶向的研究，鉴定出了用于区分草鱼不同部位的51种关键挥发性候选物。方法和结论采用GCMS-TQ8050全二维气相色谱质谱系统，配备AOC-5000注射器、双级环型单调制器：DB-5MS色谱柱1（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）和BPX-1色谱柱2 (2.5 m × 0.1 mm × 0.1 μm)，系统由Cycle Composer软件控制。配备65 μm PDMS/DVB（poly-dimethylsiloxane-divinylbenzene）萃取头的AOC-5000注射器自动执行HS-SPME过程。将色谱图数据文件加载到GC image软件中进行处理，生成省略S/N值小于100的blob表，该表包含如化合物ID、化合物名称、两根色谱柱的保留时间和RI、峰面积、blob体积等信息。由于不同样品的相同化合物在blob表中的ID是不同的，因此编写了基于Matlab的脚本来自动比较不同样品的相同物质。一个化合物种类最多的blob表被用作模板，其他blob表与其比较，以生成包含不同样品的相同化合物的矩阵。该矩阵被提交给Malab和SIMCA分别进行PCA和OPLS-DA分析，利用VIP值找出区分草鱼不同部位的关键挥发性成分（图1）。图1. 技术路线图2比较了来自相同样品的两个色谱图，其是使用相同仪器获得的。图2a显示了GC×GC曲线，图2b是1D GC（冷喷涂装置关闭，其他条件相同）。图2a的相应强度是图2b的3倍以上，这意味着GC×GC-MS比常规GC-MS更灵敏。图2. 相同样品的GC×GC (a)和1D GC (b)的 TIC色谱图图3展示了某一草鱼样品的GC×GC-MS指纹图谱（a: 1D-GC, b: GC×GC, c: 3D-GC）。可以看出，色谱柱1出现了峰重叠等现象，许多blob均在色谱柱2上分离。此外，在GC箱温度程序中，加热速度非常慢（2 ℃/min），这意味着这些重叠峰很难通过优化色谱柱来分离。由此得出结论，相对于传统一维GC-MS，岛津的GC×GC-MS（GCMS-TP8050）能够检测出更多的挥发性化合物。以图2b为例，共检测出8749个blob，当S/N50时有3042个blob，当S/N100时有1469个blob。显然，一维GC是不能分离这么多峰的。图3. 某一背肉样品的1D-GC (a), GC×GC (b), 3D-GC (c) 指纹图谱表1展示了体积最大的前100种挥发性化合物，包括8种醇、7种醛、3种酮、33种烷烃、7种烯烃、21种酯、2种吡啶、1种酸、1种酚和17种其他化合物。其中，63种首次在草鱼中发现，44种首次在鱼和相关鱼制品中鉴定。表1. 体积最大的前100种挥发性化合物（部分）表2展示了51种关键挥发性候选物，这些化合物被认为是区分草鱼不同部位的最有影响的变量。热图（图4）表明大多数化合物浓度较低，这表明化合物浓度越高，不代表其区分草鱼各部分的能力就越强。文献调研表明，51种关键挥发性候选物除了可能来自于鱼或鱼产品，也可能来自于植物、杀虫剂、环境污染物等。表2. 51种关键挥发性候选物（部分）图4. 51种挥发性候选物的热图文献题目《Determination of volatile compounds in different parts of grass carp using GC✕ GC-MS combined with chemometrics》使用仪器岛津GCMS-TQ8050全二维气相色谱质谱联用仪（GC×GC-MS）岛津AOC系列多功能自动进样器作者赵国强, … , 江勇*等 江西科技师范大学Guoqiang Zhao, Ya Yuan, Hong Zhou, Li Zhao, Yong Jiang*