低 温 色 谱 技 术

研究目的

    环境污染物的危害及其毒性效应在很大程度上取决于污染物所处的化学形态。其中以气相色谱为主要分离方法的各种分析技术在环境样品形态分析中发挥了重要作用。作为环境监测中最常用的分析仪器,气相色谱在挥发性有机物、有机金属化合物和大气污染物检测中得到非常广泛的应用。但是,目前多数实验室所用的气相色谱仪只适于常温以上操作，对于分子量较低的气体或强挥发性有机金属污染物（常温下是气体或BP低于50℃），如(CH3)nMX2-n (n=1,2;M=Hg,Se,X=H,Cl),(CH3)nMX4-n,(n=1,2,3,4,M=Sn,Pb,Ge,X=H,Cl)以及各种金属氢化物等直接色谱进样难以与溶剂以及其他类似的化合物分离，很难进行有效的富集，同时也缺乏灵敏有效的检测方法。解决强挥发性金属氢化物和甲基化产物的气相色谱分离问题途径之一是发展低温色谱分离技术。在低温状态下，固定液与分离物质之间的相互作用发生变化，导致色谱保留行为发生改变，从而达到提高分辨率，实现分离的目的。

研究现状

    目前，国际上气相色谱的生产技术和水平从整体上处于比较成熟时期,各种低温色谱预处理装置已经在环境监测中发挥了巨大作用，如Chrompack, Tekmar等公司生产的Purge&Trap装置以及包括其他气相色谱公司生产的程序升温进样口都可以在不同程度上分离和富集一些挥发性小分子化合物，但这些低温装置的主要目的是用于富集和浓缩环境污染物。我们在以往工作的基础上,于1999年提出低温色谱研究计划，获得国家基金委支持，目的是研制低温高效毛细管气相色谱分离系统,通过解决强挥发性金属氢化物和甲基化产物的低温色谱分离和灵敏检测问题,发展低温色谱理论，拓展气相色谱方法在环境监测中的作用。

研究内容

1. 利用半导体制冷器来实现低温控制

    半导体制冷器是利用帕耳帖效应作成的制冷元件，通直流电后，元件一面制冷，并接负载，用来冷却毛细管分离柱。另一面制热，接冷却水，把热量带走。两面的温差能达到65℃。在致热面接通冷却水及时将热量带走后，制冷面温度可维持在-30℃，完全能满足低温色谱制冷需求。装置的特点是利用半导体元件制冷，不需要用传统的液氮或液态二氧化碳制冷剂，简单方便；制冷系统体积小，易实现色谱柱箱微型化。

2. 利用液氮作为制冷剂来实现低温控制

    完成气相色谱柱箱中引入液氮制冷剂的管路和电子开关设计, 解决系统保温问题. 实现低温控制与原有温度控制的匹配, 在-50℃-350℃范围内, 最大升温速率40℃/min条件下，具有自动升降温快速平衡功能。

应用前景

    上述半导体制冷的低温色谱技术研究取得了创新性成果，并扩大气相色谱方法在环境监测中的使用范围，为挥发性有机金属化合物环境化学行为的研究提供技术支持。

发表文章

Liu Jiemin, Jiang Guibin, Zhou Qunfang Liu Jingfu and Wen Meijuan

Separation and determination of methyltert-butyl ether and its degradation products by a laboratory-constructed cryogenic oven

Anal.Sci., 2001, 19(10), 1407-1411

　

Liu Jiemin, Jiang Guibin, Liu Jingfu, Zhou Qunfang, Yao Ziwei

Development of cryogenic chromatography using thermoelectric modules for the separation of methyltin compounds

J.Sep.Sci., 2003, 26, 629-634

　

Liu Jiemin, Zhou Qunfang, Jiang Guibin, Liu Jingfu, Liu Jiyan

Determination of Volatile Residual Solvents in Traditional Chinese Medicines by Headspace Solid-phase Microextraction (SPME)-Cryogenic Gas Chromatography-Flame Ionization Detector

AOAC Int,2003,86(3)461-468