GC-MS定性檢測笑氣的方法

陳丹萍，董露斌，郭晶晶，楊飛，張晶，胡雙英

（浙江中和司法鑒定中心，浙江寧波 315000）

氧化亞氮即一氧化二氮，俗稱笑氣，是一種無色、帶甜味的氣體，1772年由英國化學家Joseph Priestly首次發現[1]。早期主要作為麻醉劑用于牙科領域，目前笑氣主要用于食品加工助劑、助燃劑、火箭氧化劑等[2]。笑氣作為食品加工助劑對人的健康不會造成有害影響，但如果直接吸食會造成健康危害，影響人的中樞神經系統，嚴重的會造成死亡[3]。

本文利用氣質聯用儀（GC-MS）建立了一套快速、準確的笑氣檢測方法，通過優化儀器條件，確定了最佳實驗方案，并成功應用于實際案例中。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

GC-MS-QP2020型氣質聯用儀，日本島津公司；工作用氣體標準物質：N2O/N2，N2O摩爾含量為10.18%。（大連大特氣體有限公司）。

1.2 方法

通過改變不同的儀器條件，設置不同分流比（5∶1，10∶1，20∶1）、色譜柱溫度（30 ℃、50 ℃、80 ℃和100 ℃）以及檢測器電壓（0.5 kV、0.8 kV、1.0 kV、1.2 kV和1.5 kV）的條件組合，對比不同條件下對笑氣檢測結果的影響，通過觀察分離度、靈敏度以及分析速度的性能指標，以確定最佳的檢測條件。

2 結果與分析

2.1 分流比

本課題主要測定小金屬氣瓶中的壓縮笑氣，通常笑氣濃度較高，會造成色譜柱過載，因此需要調節分流比以減少因笑氣濃度過高對色譜柱過載造成的影響。分別設置分流比5∶1、10∶1、20∶1，結果如圖1～圖3所示。

圖1 分流比5∶1下的N2O/N2色譜圖

圖2 分流比10∶1下的N2O/N2色譜圖

圖3 分流比20∶1下的N2O/N2色譜圖

由圖1～圖3可知，N2O/N2色譜峰隨著分流比的增大，分離度變好，峰寬越窄、峰型越尖銳。通常所知，當樣品濃度過高，色譜峰過寬，出現平頭峰，說明色譜柱過載，不適合樣品的分析；而分流比越大，峰面積越小，儀器的靈敏度降低，因此選擇分流比20∶1為最佳實驗點。

2.2 色譜柱溫度

在氣相色譜分離過程中，色譜柱溫度是一項重要的參數，色譜柱溫度高有利于傳質，但色譜柱溫度過高分配系數小，不適合分離。本文考察了不同色譜柱溫度對分離度與靈敏度的影響，實驗結果如圖4～圖7所示。

圖4 色譜柱溫度為30 ℃下的N2O/N2色譜圖

圖5 色譜柱溫度為50 ℃下的N2O/N2色譜圖

圖6 色譜柱溫度為80 ℃下的N2O/N2色譜圖

圖7 色譜柱溫度為100 ℃下的N2O/N2色譜圖

由圖4～圖7可知，隨著色譜柱溫度的升高，N2與N2O色譜峰之間的分離度變小，當溫度升高至100 ℃時，兩者的色譜峰已不能達到有效分離。而峰面積隨著柱溫的升高呈現下降趨勢，但下降趨勢并不明顯，說明儀器的靈敏度受柱溫的影響并不大。當柱溫在30 ℃時，N2與N2O色譜峰之間的分離度最好，分離效果最佳。因此選擇30 ℃為方法最佳色譜柱溫度。

2.3 檢測器電壓

檢測器電壓對儀器的靈敏度有很大影響，通常檢測器電壓越大儀器的靈敏度越高，但是過高的電壓會導致檢測器過載，并且影響設備的使用壽命。本文考察了不同檢測器電壓對儀器靈敏度以及設備過載的影響，結果如圖8～圖13所示。

圖8 檢測器電壓與靈敏度的關系曲線圖

圖9 檢測器電壓為0.5 kV下的N2O/N2色譜圖

圖10 檢測器電壓為0.8 kV下的N2O/N2色譜圖

圖11 檢測器電壓為1.0 kV下的N2O/N2色譜圖

圖12 檢測器電壓為1.2 kV下的N2O/N2色譜圖

圖13 檢測器電壓為1.5 kV下的N2O/N2色譜圖

由圖8可知，儀器靈敏度隨著檢測器電壓升高而提高。當電壓從0.5 kV升至0.8 kV時，其儀器靈敏度提升并不明顯；而當電壓升至1.0 kV時，其儀器靈敏度有了明顯提高。由圖9～圖13可知當檢測器電壓為0.5 kV時，N2O/N2色譜峰峰型弱，說明該電壓下對樣品的電離信號不夠，無法分析樣品；而當檢測器電壓為1.2 kV時，N2O譜圖峰出現平頭峰，說明檢測器過載，則電壓超過1.2 kV時不適合樣品分析。綜上所述，本實驗選擇1.0 kV為檢測器最佳電壓。

2.4 方法精密度和準確度

綜上所述，最佳條件為分流比20∶1、色譜柱溫度30 ℃、檢測器電壓為1.0 kV。在最佳實驗條件下，對N2O標準氣體重復測定6次，結果分別為10.246%、10.203%、10.000%、9.959%、9.628% 及9.521%。在本實驗條件下，采用該方法獲得的測定結果的相對標準偏差為2.98%。準確度達97.51%。

2.5 應用案例

將本文建立的方法應用于實際樣品檢測中，截至2021年8月，2021年共對41份樣品（外觀為小鋼瓶盛裝的未知氣體）進行了測試分析，結果顯示均檢出笑氣，測試譜圖如圖14所示。

圖14 實際檢測樣品測試譜圖

3 結論

本文考察了分流比、色譜柱溫度以及檢測器電壓對樣品分離度和儀器靈敏度的影響，最后確定當分流比為20∶1、色譜柱溫度為30 ℃、檢測器電壓為1.0 kV時，達到最佳實驗條件。采用該方法對N2O/N2標準氣體進行測試，實驗相對標準偏差小于3%，準確度在97%以上。