CBP1毛细管柱分离测定CS2条件的探讨*
作者：苏拥军 毕勇毅 谭晓东 汪春红 闫俊 李阳 王福元
单位：苏拥军 毕勇毅 谭晓东 汪春红 闫俊 李阳 王福元(湖北医科大学卫生学教研室，武汉 431700)
关键词：
卫生研究990125 二硫化碳的测定，国内多沿用二乙胺比色法。国外目前按NIOSH规定的标准方法，使用活性炭吸附，气相色谱填充柱检测[1]。填充柱一般分离效能差，进样量大，而毛细管柱理论塔板数高，分离效果好，省时。本文选用CBP1(非极性聚甲基硅氧烷熔融石英)毛细管柱，通过对影响气相色谱分析的灵敏度和选择性的主要操作条件进行了筛选，并应用正交试验设计确定一个最佳综合色谱分析条件，取得了理想的效果。
1 材料
1.1 仪器
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岛津Gc—17A气相色谱仪配FPD检测器；Aoc—17自动进样器；岛津class—Gc10气相色谱工作站；CBP1毛细管柱(岛津公司澳大利亚产，长25m，内径0.22mm，膜厚0.25μm)；10μl微量注射器(澳大利亚产)；日立牌无油空气压缩机。
1.2 试剂
(1)载气(高纯氮：99.999%)，燃气(高纯氢：99.999%)，助燃气(无油压缩空气)。高纯氮和高纯氢均由武汉东岭化工气体有限公司提供。(2)二硫化碳(色谱纯)。(3)甲苯(色谱纯)。(4)标准溶液：用校准过的移液管(1.9845ml)准确量取1.9845ml 20℃的二硫化碳(20℃时，CS2密度为1.2628g/ml)于100ml容量瓶中，用甲苯稀释成应用液，然后取5只10ml的具塞比色管等比稀成0.002～0.200mg/ml的标准系列。(5)CBP1毛细管柱的老化：老化的目的是去除柱内的高沸点组分，防止干扰出现。其方法是将毛细管前端与汽化室相连，另一端放空，流速0.6ml/min，柱温300℃，老化24小时，直到检测器记录的基线平直为止，并保持1～2h。
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2 实验方法
2.1 色谱分析条件粗筛
影响毛细管柱分析结果的主要的因素是柱温、载气流速、检测器温度、进口样温度、分流比及进样体积。根据有关文献和经验确定CS2毛细管柱分析的预实验条件为[2]：柱温120℃、载气速度24.1284cm/s、进样口温度150℃、检测器FPDL区160℃、检测器FPDU区145℃、分流比1∶90、进样体积1μl。然后变动其中一种因素，相对固定其它因素，对一定含量的样品进行色谱分析，以初步获取各因素最佳分析范围。
2.2 正交试验设计确定最佳分析条件
试验目的在于确定变量浓度与色谱峰面积之间的相关关系，找出最为理想的分析条件，达到精确的定量分析，因而选取相关系数r作为观察指标进行正交试验，结合粗筛结果，确定主要因素水平数，选用相应正交表。依照正交表给予2～200μg/ml的CS2标准系列，完成各组试验并进一步试验确证。
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3 结果与讨论
3.1 进样量的选择
根据分流进样方式要求的进样体积0.5～2.0μl，分别进不同体积样品，结果表明1μl进样时，灵敏度最高，其后基本稳定。
3.2 进样器温度范围的选择
进样器的温度对色谱峰的灵敏程度和峰形有一定的影响，用此根据溶液各组份的沸点，选取90、120、140、160、180、200℃，进样1μl，在预实验条件下，140、160、180℃，此三温度下灵敏度很高，峰形亦好。
3.3 柱温范围的选择
柱温对于色谱分离来讲，尤为重要，过高过低都不利于色谱分离。本试验高置柱温30、60、90、120、180℃，结果表明柱温与灵敏度成反比例关系，但柱温低时，保留时间延长，且峰形相对亦差。故根据检测灵敏度，考虑到保留时间长短和峰形，拟选90、120、150℃作为理想范围。
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3.4 检测器温度范围
FPD检测器有两个加热块，其中FPDU(head block)温度范围规定在100～200℃之间。经过试验，FPDU温度在中间温度时，灵敏度最高，综合考虑选择150～170℃作为理想的温度范围。试验表明，FPDL的温度一般要求高于柱温30℃以上，其极根温度为300℃，故FPDL温度范围可选在210～250℃之间。
3.5 载气线速度
当使用N2作为载气时，理论线速度为10cm/s，此时理论塔板数量最高，分离效果最好。试验表明，随着线速度的提高，灵敏度亦提高，但是分离效果下降，因此本次试验确定10～25cm/s作为实验的理想速度范围。
3.6 正交试验及其结果分析
根据粗选的各主要因素参数范围，设定因素水平如表1。
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表1 因素水平表 水平
A 柱温
(℃)
B 进样口
温(℃)
C FPDU
温(℃)
D FPDL
温(℃)
E 载气线
速(cm/s)
F
分流比
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1
90
140
150
210
15
1/150
2
120
160
160
230
20
, http://www.100md.com 1/70
3
150
180
170
250
25
1/90
其中分流比的设置根据资料应在1/20～1/100之间，考虑到分流比的改变对毛细管柱的灵敏度和检测的线性范围有较大影响，故设置了3个水平。根据因素水平数，选用正交表L18(3)7，正交表1～6列分别排A～F各因素，G列为误差项。正交试验和方差分析结果见表2。当F>F0.01时，记为高度显著影响。当F0.050.01时，记为显著影响。当F0.10.05记为有影响，当F(1) 方差来源
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偏差平方和
自由度
MS
F比
A柱温
9.4354×10-5
2
4.7177×10-5
5.30
B进样口
9.4354×10-5
2
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4.7177×10-5
5.30
C检测器FPDU
6.1011×10-5
2
3.0506×10-5
3.43
D检测器FPDL
9.4432×10-5
2
4.7216×10-5
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5.30
E载气线速
1.1142×10-5
2
0.5571×10-5
0.63
F分流比
1.9544×10-5
2
9.7220×10-5
10.92
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G SE
4.4516×10-5
5
0.8903×10-5
注：(1)F1-0.01(2，5)=13.3 F1-0.01(2，5)=5.79 F1-0.1(2，5)=3.78
根据方差分析结果，结合表1确定选取A1B1C2D1E3F2作为最佳实验条件。
3.7 最佳色谱条件的确证
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选择柱温90℃、进样口温140℃、FPDU温度160℃、FPDL温度210℃、载气流速25cm/s、分流比1/70，进样量1μl，选取0.002～0.200mg/ml标准系列10个浓度值，标准系列浓度与峰面积呈良好的对数线性关系，r=0.999，并且CS2与杂质有较好的分离(R>1.0)。质控显示，连续测定10次某浓度样本，变异系数CV=2.21%，离真值的偏离度1%。CS2与H2S的典型色谱分离图谱如附图。其中横座标在工作站中设置为5min，纵座标为FPD所测得的毫伏数。
附图 二硫化碳与硫化氢色谱分离图谱
3.8 二硫化碳的现场采样及实验室分析
二硫化碳是粘胶纤维行业车间空气中主要的有毒化物质，长期以来，我国都是采用定点采样，比色分析的手段，此方法仅适合于最高浓度MAC的监测。我们采用美国SKC100/200mg的活性碳管进行现场采样，前面同时用醋酸铅棉吸附H2S、无水硫酸钠吸附水蒸气以消除干扰。采样流速控制在100～200ml/min，进行个体采样，每2小时更换一次采样管，采样管用冰盒封存带回实验室进行气相色谱分析。CS2的解吸用甲苯(色谱纯)，每样本用5ml甲苯，解吸时间为1小时，每隔15min振荡一次，解吸效率为75%～100%。分析结果显示此采样方法的采样效率为100%。批内误差为3.2%，批间误差为4.1%。而且采样过程基本上控制了硫化氢的干扰，色谱峰显示为完全的CS2峰形。
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以上研究结果表明，CBP1毛细管柱在所选的分离条件下，具有进样量小，分离良好，灵敏度高的特点，可测样品浓度很宽(200μg/ml)，且具有很好的线性关系。并且大大缩短了分析时间(R=1.51min)，由于气象色谱仪GC—17A采用的是自动进样系统，设置间隔时间为5min，因而可连续自动分析多个样本，加上GC—10工作站的优越性能，使用起来灵活、方便、准确、省时，尤其适合于大批量的样品分析。
*本科题由比利时政府提供资助，湖北医科大学与比利时根特大学合作课题—CS2对人体健康影响的流行病学调查
作者简介：苏拥军，男，硕士
参考文献
1 NIOSH. Manual of Analytical Methods. Carbon Disulfide. 3th ed. Method 1600. Cincinnati, OH:National Institute for Occupational Safty and Health,1982.1—4
2 CharLess Mc, Cammon JR, Patriciam Quinn, et al. A charcoal sampling method and a gas chromatographic analytical procedure for carbon disulfide. Am Ind Hyg Ass J, 1975,36:619—620
1998-06-19收稿, 百拇医药
单位：苏拥军 毕勇毅 谭晓东 汪春红 闫俊 李阳 王福元(湖北医科大学卫生学教研室，武汉 431700)
关键词：
卫生研究990125 二硫化碳的测定，国内多沿用二乙胺比色法。国外目前按NIOSH规定的标准方法，使用活性炭吸附，气相色谱填充柱检测[1]。填充柱一般分离效能差，进样量大，而毛细管柱理论塔板数高，分离效果好，省时。本文选用CBP1(非极性聚甲基硅氧烷熔融石英)毛细管柱，通过对影响气相色谱分析的灵敏度和选择性的主要操作条件进行了筛选，并应用正交试验设计确定一个最佳综合色谱分析条件，取得了理想的效果。
1 材料
1.1 仪器
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岛津Gc—17A气相色谱仪配FPD检测器；Aoc—17自动进样器；岛津class—Gc10气相色谱工作站；CBP1毛细管柱(岛津公司澳大利亚产，长25m，内径0.22mm，膜厚0.25μm)；10μl微量注射器(澳大利亚产)；日立牌无油空气压缩机。
1.2 试剂
(1)载气(高纯氮：99.999%)，燃气(高纯氢：99.999%)，助燃气(无油压缩空气)。高纯氮和高纯氢均由武汉东岭化工气体有限公司提供。(2)二硫化碳(色谱纯)。(3)甲苯(色谱纯)。(4)标准溶液：用校准过的移液管(1.9845ml)准确量取1.9845ml 20℃的二硫化碳(20℃时，CS2密度为1.2628g/ml)于100ml容量瓶中，用甲苯稀释成应用液，然后取5只10ml的具塞比色管等比稀成0.002～0.200mg/ml的标准系列。(5)CBP1毛细管柱的老化：老化的目的是去除柱内的高沸点组分，防止干扰出现。其方法是将毛细管前端与汽化室相连，另一端放空，流速0.6ml/min，柱温300℃，老化24小时，直到检测器记录的基线平直为止，并保持1～2h。
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2 实验方法
2.1 色谱分析条件粗筛
影响毛细管柱分析结果的主要的因素是柱温、载气流速、检测器温度、进口样温度、分流比及进样体积。根据有关文献和经验确定CS2毛细管柱分析的预实验条件为[2]：柱温120℃、载气速度24.1284cm/s、进样口温度150℃、检测器FPDL区160℃、检测器FPDU区145℃、分流比1∶90、进样体积1μl。然后变动其中一种因素，相对固定其它因素，对一定含量的样品进行色谱分析，以初步获取各因素最佳分析范围。
2.2 正交试验设计确定最佳分析条件
试验目的在于确定变量浓度与色谱峰面积之间的相关关系，找出最为理想的分析条件，达到精确的定量分析，因而选取相关系数r作为观察指标进行正交试验，结合粗筛结果，确定主要因素水平数，选用相应正交表。依照正交表给予2～200μg/ml的CS2标准系列，完成各组试验并进一步试验确证。
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3 结果与讨论
3.1 进样量的选择
根据分流进样方式要求的进样体积0.5～2.0μl，分别进不同体积样品，结果表明1μl进样时，灵敏度最高，其后基本稳定。
3.2 进样器温度范围的选择
进样器的温度对色谱峰的灵敏程度和峰形有一定的影响，用此根据溶液各组份的沸点，选取90、120、140、160、180、200℃，进样1μl，在预实验条件下，140、160、180℃，此三温度下灵敏度很高，峰形亦好。
3.3 柱温范围的选择
柱温对于色谱分离来讲，尤为重要，过高过低都不利于色谱分离。本试验高置柱温30、60、90、120、180℃，结果表明柱温与灵敏度成反比例关系，但柱温低时，保留时间延长，且峰形相对亦差。故根据检测灵敏度，考虑到保留时间长短和峰形，拟选90、120、150℃作为理想范围。
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3.4 检测器温度范围
FPD检测器有两个加热块，其中FPDU(head block)温度范围规定在100～200℃之间。经过试验，FPDU温度在中间温度时，灵敏度最高，综合考虑选择150～170℃作为理想的温度范围。试验表明，FPDL的温度一般要求高于柱温30℃以上，其极根温度为300℃，故FPDL温度范围可选在210～250℃之间。
3.5 载气线速度
当使用N2作为载气时，理论线速度为10cm/s，此时理论塔板数量最高，分离效果最好。试验表明，随着线速度的提高，灵敏度亦提高，但是分离效果下降，因此本次试验确定10～25cm/s作为实验的理想速度范围。
3.6 正交试验及其结果分析
根据粗选的各主要因素参数范围，设定因素水平如表1。
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表1 因素水平表 水平
A 柱温
(℃)
B 进样口
温(℃)
C FPDU
温(℃)
D FPDL
温(℃)
E 载气线
速(cm/s)
F
分流比
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1
90
140
150
210
15
1/150
2
120
160
160
230
20
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3
150
180
170
250
25
1/90
其中分流比的设置根据资料应在1/20～1/100之间，考虑到分流比的改变对毛细管柱的灵敏度和检测的线性范围有较大影响，故设置了3个水平。根据因素水平数，选用正交表L18(3)7，正交表1～6列分别排A～F各因素，G列为误差项。正交试验和方差分析结果见表2。当F>F0.01时，记为高度显著影响。当F0.05
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偏差平方和
自由度
MS
F比
A柱温
9.4354×10-5
2
4.7177×10-5
5.30
B进样口
9.4354×10-5
2
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4.7177×10-5
5.30
C检测器FPDU
6.1011×10-5
2
3.0506×10-5
3.43
D检测器FPDL
9.4432×10-5
2
4.7216×10-5
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5.30
E载气线速
1.1142×10-5
2
0.5571×10-5
0.63
F分流比
1.9544×10-5
2
9.7220×10-5
10.92
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G SE
4.4516×10-5
5
0.8903×10-5
注：(1)F1-0.01(2，5)=13.3 F1-0.01(2，5)=5.79 F1-0.1(2，5)=3.78
根据方差分析结果，结合表1确定选取A1B1C2D1E3F2作为最佳实验条件。
3.7 最佳色谱条件的确证
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选择柱温90℃、进样口温140℃、FPDU温度160℃、FPDL温度210℃、载气流速25cm/s、分流比1/70，进样量1μl，选取0.002～0.200mg/ml标准系列10个浓度值，标准系列浓度与峰面积呈良好的对数线性关系，r=0.999，并且CS2与杂质有较好的分离(R>1.0)。质控显示，连续测定10次某浓度样本，变异系数CV=2.21%，离真值的偏离度1%。CS2与H2S的典型色谱分离图谱如附图。其中横座标在工作站中设置为5min，纵座标为FPD所测得的毫伏数。
附图 二硫化碳与硫化氢色谱分离图谱
3.8 二硫化碳的现场采样及实验室分析
二硫化碳是粘胶纤维行业车间空气中主要的有毒化物质，长期以来，我国都是采用定点采样，比色分析的手段，此方法仅适合于最高浓度MAC的监测。我们采用美国SKC100/200mg的活性碳管进行现场采样，前面同时用醋酸铅棉吸附H2S、无水硫酸钠吸附水蒸气以消除干扰。采样流速控制在100～200ml/min，进行个体采样，每2小时更换一次采样管，采样管用冰盒封存带回实验室进行气相色谱分析。CS2的解吸用甲苯(色谱纯)，每样本用5ml甲苯，解吸时间为1小时，每隔15min振荡一次，解吸效率为75%～100%。分析结果显示此采样方法的采样效率为100%。批内误差为3.2%，批间误差为4.1%。而且采样过程基本上控制了硫化氢的干扰，色谱峰显示为完全的CS2峰形。
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以上研究结果表明，CBP1毛细管柱在所选的分离条件下，具有进样量小，分离良好，灵敏度高的特点，可测样品浓度很宽(200μg/ml)，且具有很好的线性关系。并且大大缩短了分析时间(R=1.51min)，由于气象色谱仪GC—17A采用的是自动进样系统，设置间隔时间为5min，因而可连续自动分析多个样本，加上GC—10工作站的优越性能，使用起来灵活、方便、准确、省时，尤其适合于大批量的样品分析。
*本科题由比利时政府提供资助，湖北医科大学与比利时根特大学合作课题—CS2对人体健康影响的流行病学调查
作者简介：苏拥军，男，硕士
参考文献
1 NIOSH. Manual of Analytical Methods. Carbon Disulfide. 3th ed. Method 1600. Cincinnati, OH:National Institute for Occupational Safty and Health,1982.1—4
2 CharLess Mc, Cammon JR, Patriciam Quinn, et al. A charcoal sampling method and a gas chromatographic analytical procedure for carbon disulfide. Am Ind Hyg Ass J, 1975,36:619—620
1998-06-19收稿, 百拇医药