近日，華東理工大學(xué)欒紹嶸老師及所在團隊在色譜期刊發(fā)布了題為“離子色譜法同時檢測大氣顆粒物PM2.5中低級脂肪胺和常規(guī)陽離子”的研究論文。該研究采用盛瀚SH-CC-9色譜柱，建立了一種新的離子色譜檢測方法，實現(xiàn)了大氣脂肪胺中MA、DMA、TMA、EA 4種短鏈脂肪胺及5種常見陽離子的同步分析，對研究大氣脂肪胺的組成和來源、評估大氣污染狀況、監(jiān)測環(huán)境空氣質(zhì)量和保護人類健康具有重要意義。
研究背景
大氣中存在大量的有機胺污染，其中低級脂肪胺是促進顆粒形成和生長成為 PM2.5的誘因，會對人體腎臟、心肺功能健康造成損害。而PM2.5是大氣中常見的顆粒污染物，是霧霾天氣產(chǎn)生的主要原因，其成分非常復(fù)雜，測定其中的陽離子和低級脂肪胺，能直接監(jiān)測環(huán)境大氣質(zhì)量，保護人體健康。
大氣顆粒物中的有機胺含量低、種類多，給檢測帶來很大困難。目前主要檢測方法有高效液相色譜-質(zhì)譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、離子色譜法(IC)等。氣相色譜-質(zhì)譜法和高效液相色譜-質(zhì)譜法都需要將樣品進行衍生化處理，操作過程復(fù)雜，導(dǎo)致結(jié)果重復(fù)性不理想。與前兩種方法相比，IC前處理簡單、靈敏度高。
彭緒玲等采用IC在30 min內(nèi)實現(xiàn)了Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+5種陽離子和丙胺(PA)、二甲胺(DMA)、三甲胺(TMA)3種低級脂肪胺的分析檢測；環(huán)境保護行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將離子色譜法作為環(huán)境空氣中常規(guī)陰陽離子及氨、甲胺(MA)等低相對分子質(zhì)量脂肪胺的推薦檢測方法。但以上離子色譜方法都無法實現(xiàn)常規(guī)K+和MA、DMA和乙胺(EA)等相對分子質(zhì)量相近的胺的分離，因此本項研究建立了一種新的離子色譜檢測方法，實現(xiàn)了MA、DMA、TMA、EA 4種短鏈脂肪胺及5種常見陽離子的同步分析，分析結(jié)果可用于評估空氣中的顆粒物污染情況。
實驗過程
色譜條件
與IonPacTMCS17、IonPacTMCS16色譜柱實驗對比，最終選用盛瀚 SH-CC-9 陽離子色譜柱
標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制
分別稱取4種有機胺標(biāo)準(zhǔn)品20 mg于50 mL離心管中,加入超純水溶解并定容至50 mL,配制成400 mg/L的有機胺混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液。有機胺混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液和陽離子標(biāo)準(zhǔn)溶液放置于4 ℃藥品陰涼柜中避光保存。使用時用超純水稀釋,配制成所需濃度的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。
樣品采集及預(yù)處理
PM2.5使用TH-100中流量采樣器和直徑90 mm的石英濾膜,根據(jù)環(huán)境空氣顆粒物采集相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)HJ 799-2016、HJ 800-2016、HJ 93-2013要求采集,采樣器流速設(shè)置為100 L/min,采樣時間為24 h。文獻中,在此條件下,采樣效率大于99.7%,符合PM2.5采集濾膜截留效率要求。本實驗按照此程序進行實際采樣過程中,沒有穿透現(xiàn)象發(fā)生。
取采集樣品后的濾膜1/2,剪碎,置于50 mL離心管中,加入10 mL超純水,為避免有機胺的揮發(fā),采用冰水浴超聲,操作2次,每次30 min。吸取樣品溶液,過0.22 μm的水相濾膜,濾液轉(zhuǎn)移至1.5 mL樣品瓶進行離子色譜分析。
大氣PM2.5中陽離子和有機胺含量計算
根據(jù)采樣器的采樣流速和采樣時間、采集濾膜的提取體積、離子色譜檢測得到的各離子的濃度,采用公式(1)計算大氣PM2.5中陽離子和有機胺的含量。
公式（1）
式中:ρPM2.5為大氣PM2.5中離子的質(zhì)量濃度(ng/m3); ρ提取液為PM2.5提取液中離子的質(zhì)量濃度(ng/L); V提取體積為提取液的體積(L); V采集體積為采集PM2.5的氣體總體積(m3)。
實際樣品分析
對采集的189個PM2.5樣品按上述步驟和方法進行處理和檢測,得到樣品的典型色譜圖見原文圖4。
根據(jù)公式(1)計算,得到大氣PM2.5中陽離子和低級脂肪胺的檢測結(jié)果,部分結(jié)果見原文表3。檢測結(jié)果顯示,采集的實際大氣樣品中都含有5種常見陽離子Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+,其中Na+、NH4+、Ca2+含量很高;含有少量部分或全部的4種低級脂肪胺甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺。在PM2.5樣品的低級脂肪胺組成中,甲胺、乙胺、二甲胺含量較高,其中甲胺、乙胺的主要來源可能是機動車尾氣排放,表明采集區(qū)域內(nèi)車流量較大,需要警惕尾氣污染問題;同時PM2.5樣品中三甲胺含量最少,而二甲胺濃度遠低于3 mg/m3,使得促進顆粒物生成的幾率大大降低,從而減少了霧霾天氣形成的可能。綜合檢測結(jié)果分析,采樣區(qū)域低級脂肪胺的污染程度較低,對生活人群的危害較小。
實驗結(jié)論
本文建立了一種簡單、靈敏、快捷的陽離子電導(dǎo)檢測離子色譜方法,實現(xiàn)了同時對PM2.5中4種低級脂肪胺甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺和5種常規(guī)陽離子Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+的分析檢測,尤其實現(xiàn)了高含量K+和痕量甲胺、乙胺和二甲胺的有效分離,從而可進一步檢測環(huán)境大氣中的陽離子組成和含量,實現(xiàn)對大氣質(zhì)量的監(jiān)測。通過方法學(xué)考察驗證了該方法具有很高的靈敏度、良好的重復(fù)性和準(zhǔn)確度,對189個實際大氣采樣PM2.5樣品檢測結(jié)果表明,該方法能夠同時滿足大氣PM2.5中痕量低級脂肪胺和高濃度陽離子的檢測,對研究和監(jiān)測大氣中胺污染特征提供了簡便可行的檢測方案,其結(jié)果可為胺污染源的溯源提供依據(jù),為霧霾的治理和人類健康提供有力的技術(shù)支持。
盛瀚SH-CC-9
SH-CC-9是一種弱酸型陽離子色譜柱，其基質(zhì)為交聯(lián)度55%的苯乙烯-二乙烯苯聚合物,表面接枝羧基,可用非抑制或抑制電導(dǎo)法完成常規(guī)陽離子分析,該分離柱可以在較低的淋洗液濃度下一次進樣實現(xiàn) PM2.5中鈉、銨、鉀、鎂、鈣等常規(guī)陽離子以及甲胺、二甲胺、三甲胺和乙胺等脂肪胺的分離,峰形良好,分離度滿足要求。
如圖3所示，乙胺和二甲胺的分離度為 2.16,K+和三甲胺的分離度為 3.05，其余各峰間的分離度均大于3。環(huán)境大氣顆粒物中可能會存在 N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二乙胺(DEA)、三乙胺(TEA)、三乙醇胺( TEOA)、異丙胺(IPA)、丙胺等其他小分子有機胺,與目標(biāo)離子共洗脫,并對之分離分析產(chǎn)生干擾。在設(shè)定的色譜條件下對這些有機胺的洗脫情況進行考察，如圖3所示,在 SH-CC-9 色譜柱上,K+、TMA+ 的保留時間分別為 26.2、28.9 min,三乙醇胺、異丙胺、丙胺的保留時間分別為 24.6、27.7、33.0 min,二乙胺和三乙胺峰保留時間接近(32.6 min)，N，N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺在設(shè)定條件下無法洗脫，所以這7種可能存在的有機胺不會對本研究的9種目標(biāo)離子產(chǎn)生干擾，因此選擇 SH-CC-9 色譜柱作為分離柱。
在本研究中，SH-CC-9色譜柱對有機胺和常規(guī)陽離子分離度良好，同時避免了大氣中可能存在的其他有機胺的干擾，因此SH-CC-9更適用于PM2.5顆粒物中物質(zhì)的分離。
專注色譜研究二十余年，盛瀚核心部件和整機歷經(jīng)迭代升級，性能全面提升，并在能源化工、國防安全、核電能源等重要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進口替代。此次經(jīng)過欒老師及團隊的實驗驗證，再次證明盛瀚色譜產(chǎn)品性能卓越，強勢助力高端科研項目。