導言

隨著科技的進步，對飲用水中揮發性有機化合物（VOCs）的檢測閾值要求也在不斷變化。德國最近更新的飲用水標準是在2023年6月20日發布的，這更加強調了人們對飲用水安全的重視。

VOCs是揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds）的縮寫，指的是在正常室溫下容易蒸發成氣態的有機化學物質。在本文中談及的VOCs，我們是指那些在50°C至250°C間沸點的化合物，這些典型的化合物包括了鹵化物以及芳香族化合物。

檢測VOCs的方法學在DIN EN ISO規範中有所描述。最新的標準是DIN EN ISO 20595:2023-08，這一標準提出了使用氣相層析質譜法（GC-MS）和靜態頂空技術來檢測的方法。

以下表格總結了一些要求的最低檢測限度。

最低檢測限度

表1：依據法規規定的檢測限值。根據2009/90/EG指南，在飲用水中的限值應不超過相關的環境質量標準的30%。

下面這張圖表將展示不同頂空技術之間的比較分析。

圖1：頂空技術 — 概述。
圖1：頂空技術 — 概述。

本部落格將展示，通過結合使用ITEX（管內提取技術）、PTV（可程式溫度氣化器）以及在填充玻璃管套上進行分析物的重新聚焦，能夠達到的VOCs分析成果。

圖2：分析系統概覽。
圖2：分析系統概覽。

ITEX（管內提取）操作流程如下：

  1. 將樣本加入到一個已封口且已搖晃的瓶子中。
  2. ITEX裝置穿過瓶蓋的隔膜，且放置於捕捉器上方的注射器會多次將氣體經過捕捉器。
  3. 使用由冷惰性玻璃制成的捕捉器，可以在恆流條件下捕集分析物同時排除水分；此功能在目前的應用中未被使用。
  4. 在280°C的高溫下對捕捉器中的分析物進行解吸。
  5. 接著用氣流清潔捕捉器，為下一次使用準備。
  6. 由於搭載了主動冷卻系統，ITEX裝置能迅速地被再次使用。

ITEX系統標準使用的吸附劑是Tenax TA 80/100目，不過市場上有多種不同的吸附材料可供選擇。

在圖3中對靜態頂空技術（1毫升）與ITEX技術（35次1毫升）進行了比較。從圖表中可以清楚地看出，ITEX技術能夠提供高達20倍的濃縮倍率。ITEX是一款可在RSH平台上全自動進行操作的儀器。

圖3：靜態頂空與ITEX技術比較。
圖3：靜態頂空與ITEX技術比較。

除了提升濃度因子之外，ITEX技術之所以受到特別關注的原因還有哪些？圖4展示了使用環形頂空取樣器進行的注射。對於後期釋放的化合物，如進行專注的聚焦，它們展現了良好的峰形。然而，對於像氯乙烯這樣早期洩露且高度揮發性的物質，其聚焦效果不佳。這種情況會導致不良的峰形表現，這在分析過程中是不被希望見到的。

結合ITEX技術和配備2mm去活性化填充玻璃管套的PTV注射器，可以實現對極為揮發性分析物的重新聚焦。這些填充管套在商業上是可獲得的。

結合ITEX技術和配備2mm去活性化填充玻璃管套的PTV注射器，可以實現對極為揮發性分析物的重新聚焦。這些填充管套在商業上是可獲得的。

值得一提的是，相較於其他技術，Thermo Scientific的PTV注射器能夠透過風扇使用稍高於室溫的環境空氣來快速冷卻注射器體（另有最低達到-100°C的低溫選項），從而避免了需要液態冷媒。

這樣做有多項優點：冷卻劑會增加成本，而且水分在Tenax材料上冷凝後可能凍結，導致Tenax破裂，這可能使得層析圖中的苯等峰重現性變差。相對於使用液態冷卻劑或Peltier元件的Purge＆Trap技術，Thermo Scientific PTV利用2mm去活性化填充玻璃管套的特殊幾何形狀和風扇冷卻功能，可以在不損害Tenax的情況下實現重新聚焦。圖5展示了在填充玻璃管套中重新聚焦的效果。

圖5：上圖色譜圖未進行重新聚焦，下圖則聚焦於裝填有玻璃內襯的層析圖。
圖5：上圖色譜圖未進行重新聚焦，下圖則聚焦於裝填有玻璃內襯的層析圖。
  1. ExtractaBrite離子源，具備以下特點：
    1. 3個鏡片         
    2. 射頻鏡片
    3. 回弹器
    4. 離子體積
  2. 先進的EI源（Advanced EI Source, AEI） 
    1. 更高的離子產量=更佳的靈敏度
    2. 集束離子束=增強抗污染能力
  3. 定時收集功能
    1. SIM模式與獨立或重疊的視窗結合使用
    2. 加速對齊組件表格與儀器方法
    3. 組件添加容易
    4. 方法創建簡便
    5. 快速校正保留時間偏移
  4. 永不通風技術，
    1. 真空探頭鎖定功能
    2. 可以在不破壞真空的情況下輕鬆更換柱和離子源
    3. 容易從EI切換到CI或NCI

結果和結論

所有的法規限值都可以通過0.005至10 ppb的10點校正曲線達到令人滿意的信噪比。盲樣數值已被測量，並在必要時可以在軟件中進行扣除。在無內標準和有內標準的條件下測量的精度（n=12），無內標準的條件下平均相對標準偏差為4.4%，有內標準的則為2.7%，共計21種化合物列於表2中。

本篇部落格展示，ITEX是一種既簡單又成本高效的工具，能夠達到與Purge & Trap相媲美的效果，而不需承擔低溫的負擔。這是通過在ITEX設備和裝填惰性玻璃內襯上實施雙重聚焦達到的。若使用先進的EI源，還能達到更低的檢測限。這個完整的工作流程已在歐洲多個實驗室運行，滿足德國飲用水指令的檢測限值要求。