淺談預濃縮系統填充柱捕集阱和毛細柱捕集阱

環境空氣VOCs由于濃度較低，在分析之前需要通過捕集阱進行預濃縮，去除空氣中的N2、O3、CO2、H2O等雜質，只保留目標組分進入后續分析系統。

目前常用捕集阱主要包括兩大類：填充柱捕集阱、毛細柱捕集阱。本文簡單介紹了兩類捕集阱的特點，并對二者的主要性能進行對比分析。

填充柱捕集阱

填充柱捕集阱是在金屬管或玻璃管中填充固定相（惰性載體、吸附劑等），實現對目標組分的捕集。考慮到捕集阱的壓降和流量問題，填充柱捕集阱中的顆粒尺寸通常相對較大。

毛細柱捕集阱

毛細柱捕集阱在毛細管的內壁有聚合物涂層，實現對目標組分的捕集。同時毛細柱的內徑較小、內部中空，吸附劑顆粒的尺寸往往更小。

特性差異

吸附劑填充方式的不同使得兩類捕集阱具有BCT不同的特性。

• 通道效應——填充柱捕集阱內部填滿了吸附劑，吸附劑在捕集-解析過程中熱脹冷縮，隨機形成微小通道，導致目標組分深入吸附劑內部不易解析，降低目標組分的回收率并導致殘留；此外，隨機的微小通道也會導致被測物質的捕集解析路徑變化，降低系統的精密度。而毛細柱捕集阱內部中空，氣流阻力小，通過熱脹冷縮形成的微小通道可以忽略不計。

• 吸附劑顆粒尺寸——為了避免壓降過大，填充柱捕集阱的顆粒尺寸通常相對較大，目標組分的解析速度慢，容易導致系統被污染。毛細柱捕集阱不用考慮壓降問題，吸附劑顆粒的體積遠遠小于填充柱捕集阱，目標組分解析更快更BCT，即使測試高濃度樣品也能很快清潔系統。

   

除水效果

為什么要除水？

1. 水進入GC，在高溫下會導致色譜柱固定相流失，影響色譜柱使用壽命，同時流失的固定相還會污染離子源；

2. 水進入質譜，會影響目標組分的離子化效率，降低目標組分在質譜上的響應；

3. 水分還會影響水溶性組分（如醛酮類物質）的穩定性，導致水溶性組分無法檢測。

因此預濃縮系統的除水效果對后續分析檢測關重要。

除水方式

填充柱捕集阱通過干吹或冷凍等方式除水：

• 干吹除水的溫度難以控制，很可能在除水的同時去除了水溶性組分和低沸點組分，并且干吹可能會將樣品進一步吹入捕集阱，影響目標組分的回收率；

• 冷凍除水需要控制好除水溫度，在除水的同時保留低沸點組分，但除水效率只能達到95%左右。

相對濕度50%的10ppb標氣水峰對比

毛細柱捕集阱采用疏水性吸附劑，并且顆粒極小，即使捕集了水也能很快擴散出去，捕集阱幾乎不保留水，除水效率高達99%。

聚焦效果

聚焦指通過瞬間進樣降低峰寬，以實現更好的分離度，避免干擾，從而提供更好的信噪比，提高分析的靈敏度和BCT性。聚焦效果的好壞直接影響定性定量分析。

• 填充柱捕集阱由于吸附劑顆粒大，解析速度慢，解析流量大，需要增加一個沒有任何吸附劑的空阱作為聚焦阱來實現樣品聚焦，這也可以避免捕集阱的較大解析流量對色譜柱的影響；若無聚焦阱，目標組分的峰寬較寬，影響檢出限和分離度，對于較大解析流量的問題只能通過樣品分流來解決，這會損失大部分樣品，進一步影響檢出限。

• 毛細柱捕集阱吸附劑顆粒極小，目標組分解析速度快，峰寬更窄；這對GC色譜柱的分離度要求適當降低，因此必要的時候可以實現短時間運行，提高樣品分析效率。

離子碎片58的對比

部分組分譜圖對比

系統BCT

系統BCT表明了分析系統的潔凈程度，能反映系統的耐污染能力，并且干凈的系統也有利于得到更低的檢出限。若系統BCT不符合要求，會導致檢測結果出現“假陽性”，影響結果的BCT性。

• 填充柱捕集阱由于通道效應，目標組分會深入吸附劑內部不易解析，特別是分析高濃度樣品之后會形成明顯殘留。

• 毛細柱捕集阱具有快速解析的特點，樣品解析BCT，殘留低；即使偶然運行了高濃度樣品也能迅速清理，減少系統的停機時間。

10ppm三氯乙烯、四氯乙烯、苯系物標氣譜圖

10ppm標氣后立即運行的BCT譜圖

填充柱制備簡單，且有較大的樣品容量，是靈敏度較低的檢測器所必需的捕集阱，多年來得到了廣泛應用。隨著科技發展，檢測器靈敏度顯著提高，填充柱捕集阱樣品容量大的優勢已經消失，除水效果更好、分離度更高、耐污染能力更強的毛細柱捕集阱更適用于環境空氣VOCs的預濃縮。

BCT 7800A PLUS環境空氣揮發性有機物自動監測系統：

BCT 7800A采用多重毛細柱捕集阱，通過吸附強度越來越大的開管毛細柱來捕獲含有各種揮發性化合物的復雜空氣樣品，常溫下即可捕集，具有除水效率高、檢出限低等特點。

• 常溫捕集，無需制冷劑，節約成本；

• 除水效率高，色譜柱使用壽命更長、質譜更穩定，減少系統維護耗費的人力物力；

• 能適應環境空氣樣品濕度的復雜變化，醛酮類物質等極性組分的回收率高；

• 目標組分峰寬窄、信噪比高，檢出限低，為空氣質量分析提供更多有效數據。