毛细管气相色谱柱上的氯/溴同位素分馏

单体氯/溴同位素分析(CSIA-Cl/Br)是当前分析化学和环境科学的前沿技术和研究热点。近十年来,科学家开发了基于气相色谱-四级杆质谱(GC-qMS)的CSIA-Cl/Br方法,较之传统方法具有灵敏度高、分析物谱宽及操作简单等优势,而且具有与传统方法相近的分析精度。然而,一些影响分析精度和准确度的因素尚不清楚,如发生在气相色谱-电子电离源质谱(GC-EI-MS)上的同位素分馏等。

近期,中科院广州地化所彭先芝研究员及唐才明博士与广州质检院的谭建华合作研究了毛细管气相色谱柱上的氯/溴同位素效应,调查了35种卤代有机物,所用柱子为弱极性柱。研究人员将色谱峰按保留时间范围等分为若干区间,然后用建立的全分子离子同位素异数体同位素比值计算方法获得每个区间内的同位素比值,再计算每个区间相对于整个色谱峰的同位素比值相对变异值,最后计算首区间相对于末区间的同位素分馏程度。同位素比值和同位素比值相对变异值均可揭示柱上同位素分馏。研究发现25种有机氯和4种有机溴能发生反相同位素分馏,两种多氯联苯可发生正相同位素分馏,4种有机氯未发生可观测同位素分馏。

研究人员用双膜模型探索性地解释了柱上同位素分馏的机理(图)。两种对抗性的同位素效应导致了气相色谱柱上的同位素分馏,并协同决定同位素分馏的方向和程度。针对柱上同位素分馏对CSIA-Cl/Br的可能影响,研究人员提出了几项对策,以提高分析精度和准确度;例如:色谱峰要有对称峰形和适当宽度;峰面积积分要尽量完全;色谱峰要尽量达到基线分离;对于不能基线分离的色谱峰,积分色谱峰中间段有助于获得相对准确的结果。

该研究对新型基于GC-EI-MS的CSIA-Cl/Br方法的建立和优化具有重要意义,建立的基于高灵敏度、高选择性GC-EI-MS的分析方法将为后续相关研究奠定基础。国家自然科学基金为该研究提供了部分资助。部分相关成果近期以研究论文形式发表在Journal of Chromatography A上。

论文信息:Caiming Tang, Jianhua Tan, Songsong Xiong, Jun Liu, Yujuan Fan, Xianzhi Peng. Chlorine and bromine isotope fractionation of halogenated organic pollutants on gas chromatography columns. Journal of Chromatography A 2017, 1514, 103-109.

论文链接: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021967317310592.

图:基于双膜模型的柱上同位素分馏机理解释