GC-MS定性检测笑气的方法

陈丹萍，董露斌，郭晶晶，杨飞，张晶，胡双英

（浙江中和司法鉴定中心，浙江宁波 315000）

氧化亚氮即一氧化二氮，俗称笑气，是一种无色、带甜味的气体，1772年由英国化学家Joseph Priestly首次发现[1]。早期主要作为麻醉剂用于牙科领域，目前笑气主要用于食品加工助剂、助燃剂、火箭氧化剂等[2]。笑气作为食品加工助剂对人的健康不会造成有害影响，但如果直接吸食会造成健康危害，影响人的中枢神经系统，严重的会造成死亡[3]。

本文利用气质联用仪（GC-MS）建立了一套快速、准确的笑气检测方法，通过优化仪器条件，确定了最佳实验方案，并成功应用于实际案例中。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂

GC-MS-QP2020型气质联用仪，日本岛津公司；工作用气体标准物质：N2O/N2，N2O摩尔含量为10.18%。（大连大特气体有限公司）。

1.2 方法

通过改变不同的仪器条件，设置不同分流比（5∶1，10∶1，20∶1）、色谱柱温度（30 ℃、50 ℃、80 ℃和100 ℃）以及检测器电压（0.5 kV、0.8 kV、1.0 kV、1.2 kV和1.5 kV）的条件组合，对比不同条件下对笑气检测结果的影响，通过观察分离度、灵敏度以及分析速度的性能指标，以确定最佳的检测条件。

2 结果与分析

2.1 分流比

本课题主要测定小金属气瓶中的压缩笑气，通常笑气浓度较高，会造成色谱柱过载，因此需要调节分流比以减少因笑气浓度过高对色谱柱过载造成的影响。分别设置分流比5∶1、10∶1、20∶1，结果如图1～图3所示。

图1 分流比5∶1下的N2O/N2色谱图

图2 分流比10∶1下的N2O/N2色谱图

图3 分流比20∶1下的N2O/N2色谱图

由图1～图3可知，N2O/N2色谱峰随着分流比的增大，分离度变好，峰宽越窄、峰型越尖锐。通常所知，当样品浓度过高，色谱峰过宽，出现平头峰，说明色谱柱过载，不适合样品的分析；而分流比越大，峰面积越小，仪器的灵敏度降低，因此选择分流比20∶1为最佳实验点。

2.2 色谱柱温度

在气相色谱分离过程中，色谱柱温度是一项重要的参数，色谱柱温度高有利于传质，但色谱柱温度过高分配系数小，不适合分离。本文考察了不同色谱柱温度对分离度与灵敏度的影响，实验结果如图4～图7所示。

图4 色谱柱温度为30 ℃下的N2O/N2色谱图

图5 色谱柱温度为50 ℃下的N2O/N2色谱图

图6 色谱柱温度为80 ℃下的N2O/N2色谱图

图7 色谱柱温度为100 ℃下的N2O/N2色谱图

由图4～图7可知，随着色谱柱温度的升高，N2与N2O色谱峰之间的分离度变小，当温度升高至100 ℃时，两者的色谱峰已不能达到有效分离。而峰面积随着柱温的升高呈现下降趋势，但下降趋势并不明显，说明仪器的灵敏度受柱温的影响并不大。当柱温在30 ℃时，N2与N2O色谱峰之间的分离度最好，分离效果最佳。因此选择30 ℃为方法最佳色谱柱温度。

2.3 检测器电压

检测器电压对仪器的灵敏度有很大影响，通常检测器电压越大仪器的灵敏度越高，但是过高的电压会导致检测器过载，并且影响设备的使用寿命。本文考察了不同检测器电压对仪器灵敏度以及设备过载的影响，结果如图8～图13所示。

图8 检测器电压与灵敏度的关系曲线图

图9 检测器电压为0.5 kV下的N2O/N2色谱图

图10 检测器电压为0.8 kV下的N2O/N2色谱图

图11 检测器电压为1.0 kV下的N2O/N2色谱图

图12 检测器电压为1.2 kV下的N2O/N2色谱图

图13 检测器电压为1.5 kV下的N2O/N2色谱图

由图8可知，仪器灵敏度随着检测器电压升高而提高。当电压从0.5 kV升至0.8 kV时，其仪器灵敏度提升并不明显；而当电压升至1.0 kV时，其仪器灵敏度有了明显提高。由图9～图13可知当检测器电压为0.5 kV时，N2O/N2色谱峰峰型弱，说明该电压下对样品的电离信号不够，无法分析样品；而当检测器电压为1.2 kV时，N2O谱图峰出现平头峰，说明检测器过载，则电压超过1.2 kV时不适合样品分析。综上所述，本实验选择1.0 kV为检测器最佳电压。

2.4 方法精密度和准确度

综上所述，最佳条件为分流比20∶1、色谱柱温度30 ℃、检测器电压为1.0 kV。在最佳实验条件下，对N2O标准气体重复测定6次，结果分别为10.246%、10.203%、10.000%、9.959%、9.628% 及9.521%。在本实验条件下，采用该方法获得的测定结果的相对标准偏差为2.98%。准确度达97.51%。

2.5 应用案例

将本文建立的方法应用于实际样品检测中，截至2021年8月，2021年共对41份样品（外观为小钢瓶盛装的未知气体）进行了测试分析，结果显示均检出笑气，测试谱图如图14所示。

图14 实际检测样品测试谱图

3 结论

本文考察了分流比、色谱柱温度以及检测器电压对样品分离度和仪器灵敏度的影响，最后确定当分流比为20∶1、色谱柱温度为30 ℃、检测器电压为1.0 kV时，达到最佳实验条件。采用该方法对N2O/N2标准气体进行测试，实验相对标准偏差小于3%，准确度在97%以上。