氣相色譜法在環(huán)境分析中的應(yīng)用

楊春蕾，張先波，胡朝偉

（日照市環(huán)境監(jiān)測站，山東 日照 276826）

隨著生活水平的提高，人們越來越關(guān)注環(huán)境質(zhì)量。歷史證明，“先發(fā)展、后治理”的發(fā)展道路是走不通的，而怎么快速、高效地對環(huán)境中污染物進(jìn)行精確測定成為眾多學(xué)者研究的重點(diǎn)課題。就當(dāng)下而言，使用最為廣泛且效果較好的分析技術(shù)為色譜分析，其可細(xì)分為氣象色譜與液相色譜。本文就以氣相色譜法為研究主題，氣相色譜法具有分離效率高、分析速度快和選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，隨著科技水平以及理論知識的不斷完善，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被大范圍應(yīng)用于食品、藥品質(zhì)量測定、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量測定等領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景[1]。結(jié)合當(dāng)下環(huán)境保護(hù)問題，本文分析了氣相色譜法在環(huán)境分析中的應(yīng)用，首先對氣相色譜法的基本概念以及基本構(gòu)造進(jìn)行闡述，分析了氣相色譜法的應(yīng)用范圍和應(yīng)用流程，最后結(jié)合實(shí)際探討了氣相色譜法在環(huán)境分析中的應(yīng)用，以供借鑒。

1 氣相色譜法概述及其流程

1.1 氣相色譜法概述

氣相色譜法（GC）以N2、He等惰性氣體當(dāng)作流動相將樣品帶入氣相色譜儀的一種色譜分離法，自1952年第一個氣相色譜檢測器出現(xiàn)以來，因?yàn)槠涓咝Ш唵?、分析速度快被廣泛應(yīng)用于食品、藥品質(zhì)量測定領(lǐng)域?，F(xiàn)今，氣相色譜已經(jīng)成為色譜分析的主要測定手段，氣相色譜儀也已經(jīng)成為一種常見的檢測儀器，按照物理化學(xué)原理氣相色譜儀，可分為分配色譜、吸附色譜、電色譜與熱色譜。氣相色譜法作為現(xiàn)今使用最為廣泛且測定精度較高的一種分離分析技術(shù)，其基本原理為：基于流動相（氣體）帶動，并以大面積的活性吸附劑當(dāng)作固定相，當(dāng)樣品中各組分流經(jīng)固定相時(shí)則因?yàn)楣潭ㄏ鄬悠犯鹘M分中的分配系數(shù)不同而造成各組分在固定相內(nèi)停留時(shí)間不同，這樣就會使得分配系數(shù)不同的組分流出色譜柱的先后順序不同，進(jìn)而分離樣品，將樣品分離后則可依次進(jìn)入檢測器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換，最終通過計(jì)算完成對樣品測定[2-4]。

1.2 氣相色譜儀的基本構(gòu)造

氣相色譜儀一般可分為五部分，即氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)。其中，氣路系統(tǒng)又可稱為載氣部分，惰性氣體充滿整個測定系統(tǒng)，該部分主要功能是待測樣品的傳送；進(jìn)樣系統(tǒng)主要是指把待測樣品引入氣路系統(tǒng)內(nèi)；分離系統(tǒng)即色譜柱，主要功能是將待測樣品的各組分分離；檢測系統(tǒng)主要是對待測樣品檢測與測定；記錄系統(tǒng)則主要是把檢測器檢測獲取的信號轉(zhuǎn)換并記錄方面對樣品分析。氣相色譜結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 氣相色譜結(jié)構(gòu)

1.3 氣相色譜法的應(yīng)用范圍

氣相色譜法的應(yīng)用范圍非常廣闊，其中，石化分析、物理化學(xué)研究、藥品、食品質(zhì)量檢測、環(huán)境分析中都可發(fā)現(xiàn)氣相色譜法的應(yīng)用。近些年來，隨著民眾對環(huán)境質(zhì)量需求的提升，氣相色譜法在環(huán)境質(zhì)量分析方面發(fā)揮越來越大的作用，其能夠用來分析大氣污染物。例如，大氣中的有毒有害物質(zhì)、廢氣中的硫化物等都能夠使用氣相色譜法檢測，在水體質(zhì)量檢測方面，其能夠?qū)︼嬘盟械挠袡C(jī)溶劑、多環(huán)芳烴以及環(huán)境水體中的有機(jī)污染物進(jìn)行分析。另外，氣相色譜法還可以對土壤中的有機(jī)污染物或固體廢棄物進(jìn)行分析?？梢哉f，隨著科技水平以及理論知識的不斷完善，該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景良好，其應(yīng)用范圍也更為廣闊。

1.4 氣相色譜法的技術(shù)特點(diǎn)

一是靈敏度高。一般在進(jìn)行水質(zhì)檢測時(shí)，國家既定的標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5～0.00012 mg/L，而氣相色譜法檢測時(shí)的最低限值為0.05～0.00002 mg/L。二是離率高。因?yàn)檩d氣的相對分子量小、間隙較大，具有較低的黏度，所以其流動性較好，樣品中各組分在氣相中流速較大，進(jìn)而提升柱效率。三是分析速度快。與傳動化學(xué)分析法相比，氣相色譜法的操作更加簡單，能夠?qū)Λ@取的數(shù)據(jù)自動處理與分析，極大地提升了分析效率。四是所需樣品量較少。利用氣相色譜法對樣品進(jìn)行監(jiān)測分析時(shí)，氣體一般只需要幾毫升、液體只需要幾微毫升，所需的樣品量極少，使得檢測過程更加便捷。五是選擇性高。氣相色譜法可有效地分離性質(zhì)相近的同分異構(gòu)體與同位素。

2 氣相色譜法在環(huán)境分析中的應(yīng)用

2.1 氣相色譜法在水環(huán)境分析中的應(yīng)用

使用氣相色譜法對水質(zhì)情況進(jìn)行檢測獲取的數(shù)據(jù)能夠?yàn)槲覈鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)提供支持。氣相色譜法在水環(huán)境分析中的應(yīng)用主要是指對水體中的可溶性氣體、揮發(fā)性有機(jī)物及金屬有機(jī)化合物進(jìn)行檢測。

彭華等構(gòu)建了一種固相微萃?。⊿PME）-氣相色譜法（GC-ECD）對環(huán)境水中的痕量硝基氯類化合物進(jìn)行檢測[5]。其首先選用65 μmPDMS-DVB萃取纖維n、萃取溫度為60℃、對水中硝基氯苯類物質(zhì)萃取富集50 min，處理后可直接注入GC進(jìn)樣口，250℃溫度下吸收2 min即可進(jìn)行分析測定，其中，該方法的檢出限是0.2～0.4 ng/L，加標(biāo)水平0.0005 μg/L、0.005 μg/L、0.05 μg/L時(shí)回收率為56%～136%，BSD（n=7）是9.13%～28.67%。結(jié)果證明，該方法對水體的檢測效果良好，能夠?qū)λh(huán)境中的痕量硝基氯類化合物進(jìn)行測定。姜雪松等使用毛細(xì)管柱氣相色譜法對農(nóng)藥廠排放廢水中的三氯乙醚進(jìn)行測定，結(jié)果表明，三氯乙醚的分離效果較好，相對偏差為3.1%、回收率91.3%～101.4%、最低檢出限是0.004 ng/L，能夠滿足水環(huán)境中三氯乙醚的測定[6]。

2.2 氣相色譜法在大氣環(huán)境分析中的應(yīng)用

氣相色譜法對大氣環(huán)境中有害物質(zhì)的檢測與測定通常包含大氣環(huán)境中的塵埃物、氣溶膠中污染物、揮發(fā)性污染物和有害物質(zhì)等?？罪w等利用氣相色譜法對大氣中的丙烯酰胺進(jìn)行測定，測定條件為氣化室溫度240℃、檢測室內(nèi)溫度250℃、柱溫220℃、柱流量3.0 mL/min、分流比為1:20，進(jìn)樣量為2.0 μL色譜下相關(guān)系數(shù)0.9998、線性范圍0.5～2.0μg/mL、最低檢出限是1.4×10-5μg/mL、保留時(shí)間1.727 min，能夠滿足對丙烯酰胺的測定[7]。蘇鵬起等對空氣以及廢氣中的中鄰苯二甲酸二辛酯進(jìn)行測定，該測定方法首先借助玻璃纖維濾料對樣品進(jìn)行收集，使用二硫化碳提取，通過玻璃色譜柱分離，氫焰離子化監(jiān)測器（FID）測定，其中，氣化室溫度300℃、柱溫245℃、載氣N2流量70 mL/min，進(jìn)樣量為5.0 μL色譜下相對偏差為0.4%～2.1%、回收率86.3%～105.4%、最低檢出限是0.0007 mg/m3[8]。

2.3 氣相色譜法在固相環(huán)境分析中的應(yīng)用

氣相色譜法同樣可用來對土壤或固體廢棄物中有毒或有害物質(zhì)進(jìn)行測定，其中，包括對土壤中的農(nóng)藥殘留、生長激素或固體廢物中的礦物質(zhì)以及微生物等測定。吳建蘭等使用毛細(xì)管氣相色譜法對土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行測定，利用有機(jī)溶劑對樣品進(jìn)行提取，并借助濃硫酸對提取物預(yù)處理，使用OV-101毛細(xì)管柱分離，使用電子捕獲檢測器（ECD）測定[9]。其中，進(jìn)樣器溫度200℃、檢測器溫度250℃、柱溫100℃（1 min）-8℃/min-210℃（5 min）、載氣N22.0 mL/min、不分流進(jìn)樣1.0 μL色譜下DDT各組分檢測限制≤0.002 mg/kg。王海燕等使用氣相色譜法對填埋場中填埋氣中甲烷進(jìn)行測定，使用SP-3420色譜儀，采用熱導(dǎo)檢測器（TCD）測定，載氣流為氫氣，色譜柱內(nèi)裝固定相GDX-104，測定結(jié)果顯示，樣品中甲烷的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.4%＜2.0%[10]。

3 氣相色譜的未來發(fā)展與展望

雖說氣相色譜技術(shù)在現(xiàn)今的應(yīng)用范圍非常廣泛且分析精度較高，但在儀器以及同質(zhì)譜聯(lián)方面其還有進(jìn)步空間。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，氣相色譜技術(shù)在儀器方面的自動化程度會更高。例如，現(xiàn)今EPC技術(shù)以及新型固定液的使用等都促進(jìn)了氣相色譜技術(shù)的自動化發(fā)展，此外，在同質(zhì)譜聯(lián)方面，其和TOF、磁質(zhì)譜、FIMS的連用使得GC－MS聯(lián)用功能更加強(qiáng)大。

4 結(jié)語

氣相色譜法因?yàn)榫哂蟹蛛x效能高、速度快等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于石化分析、物理化學(xué)研究、藥品、食品質(zhì)量檢測、環(huán)境分析中，隨著科技水平以及理論知識的不斷發(fā)展和完善，各類氣相色譜儀器與數(shù)據(jù)分析方法的出現(xiàn)使得該技術(shù)在社會發(fā)展方面的促進(jìn)作用越發(fā)突出。這進(jìn)一步為氣相色譜技術(shù)的發(fā)展提供更大助力，相信在不久將來，氣相色譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域會更加廣泛，發(fā)揮作用也更加巨大。