環(huán)境保護(hù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)中氣相色譜法運(yùn)用研究

李冬冬

（山東元通監(jiān)測(cè)有限公司，山東 臨沂 276023）

現(xiàn)階段氣相色譜法在自然環(huán)境保護(hù)方面、化工方面、食品安全方面以及臨床醫(yī)學(xué)方面得到了廣泛的應(yīng)用，在多個(gè)領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)工作中取得了良好的應(yīng)用效果。相關(guān)工作人員通過對(duì)氣相色譜法的技術(shù)原理和作業(yè)程序進(jìn)行明確，使氣相色譜法在環(huán)境保護(hù)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中可以提供更加良好的服務(wù)，通過系統(tǒng)化定量和定性分析方法，對(duì)環(huán)境中存在的污染物質(zhì)以及污染物質(zhì)的組成成分進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)環(huán)境質(zhì)量的變化情況以及變化規(guī)律進(jìn)行研究，為整體提高環(huán)境質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1 氣相色譜法

就氣相色譜法的本質(zhì)進(jìn)行分析可以看出，氣相色譜法是一種物理分離的方法，也被稱為層析法。在使用氣相色譜法進(jìn)行具體的分離操作中，被分離的混合物質(zhì)可以在不同的部分之間實(shí)現(xiàn)流動(dòng)，非動(dòng)態(tài)的部分被叫作固定相，而另一部分流動(dòng)的液體可以使混合物質(zhì)在固定相中流動(dòng)，所以被稱為流動(dòng)相。在流動(dòng)相中的混合物質(zhì)經(jīng)過固定相后，二者之間會(huì)發(fā)生一定的反應(yīng)，并且流動(dòng)相和固定相之間的組分結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)等也存在著一定的差異，流動(dòng)相和固定相之間的相互作用也會(huì)產(chǎn)生差異，在推動(dòng)力的作用下，固定相中物質(zhì)的局部停滯時(shí)間存在差異，即混合物質(zhì)中的各種成分會(huì)根據(jù)一定的順序從固定相中流出，在流動(dòng)相和固定相兩種不同的配置之后，可以將混合物質(zhì)的各成分進(jìn)行有效分離，所以被叫作色譜技術(shù)。現(xiàn)階段我國已經(jīng)開始應(yīng)用氣相色譜法對(duì)沸點(diǎn)小于500 ℃的各種混合物質(zhì)進(jìn)行基礎(chǔ)的分離操作，在實(shí)際操作中通過對(duì)氣壓指標(biāo)的調(diào)整，使得高壓氣體容器可以順利通過預(yù)熱盤旋管道和檢測(cè)儀器的參比池，以此作為柱子的載體，并且對(duì)于柱子位置方面也對(duì)相關(guān)設(shè)施進(jìn)行了分類，使其可以簡(jiǎn)單地對(duì)氣體和液體進(jìn)行分離[1]。

2 國內(nèi)應(yīng)用氣相色譜法的技術(shù)原理及結(jié)構(gòu)機(jī)理

2.1 國內(nèi)應(yīng)用氣相色譜法的技術(shù)原理

氣相色譜法的固定相和流動(dòng)相的混合物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，并不是沒有變化的，而是在反應(yīng)的過程中會(huì)出現(xiàn)不一樣的反應(yīng)效果和反應(yīng)差異，而出現(xiàn)這一情況的主要原因是由于在固定相和流動(dòng)相之間流動(dòng)的混合物質(zhì)在經(jīng)過固定相時(shí)，由于自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部材質(zhì)存在差異而出現(xiàn)了上述現(xiàn)象。

2.2 國內(nèi)應(yīng)用氣相色譜法的結(jié)構(gòu)機(jī)理

現(xiàn)階段隨著國內(nèi)相關(guān)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，氣相色譜法在國內(nèi)分離工作中的應(yīng)用已經(jīng)變成了將氣體當(dāng)作流動(dòng)相的處理技術(shù)。而之所以會(huì)將氣體作為基礎(chǔ)流動(dòng)相的方式，是由于氣體的黏度較其他物質(zhì)更小，在進(jìn)行混合物質(zhì)分離操作的時(shí)候，不會(huì)受到較大的阻力，而且氣體具有揮發(fā)的特性，因此氣體的擴(kuò)散系數(shù)和其他形式的物質(zhì)進(jìn)行比較，其擴(kuò)散的范圍更大。在流動(dòng)相和固定相之間進(jìn)行混合物質(zhì)的傳遞過程中，氣體形式的混合物質(zhì)傳遞和擴(kuò)散的速度也就更快，使得將氣體作為氣相色譜法中應(yīng)用的主要形式可以在一定程度上對(duì)氣相色譜法的發(fā)展起到有效的推動(dòng)作用，進(jìn)而提高氣相色譜法應(yīng)用的準(zhǔn)確度和效率?，F(xiàn)階段，在國內(nèi)社會(huì)中已經(jīng)開始將氣相色譜法應(yīng)用于分離沸點(diǎn)小于500 ℃的多種混合物質(zhì)成分的基礎(chǔ)分離操作中，在實(shí)際分離混合物質(zhì)的操作中，氣相色譜法通過對(duì)氣壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在柱子部位同樣設(shè)計(jì)安裝了相關(guān)的分類裝置，使混合物質(zhì)可以在柱子部位進(jìn)行簡(jiǎn)單的氣體和液體的分類[2]。

3 在環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用氣相色譜法的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 在環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用氣相色譜法的優(yōu)點(diǎn)

在環(huán)境保護(hù)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用氣相色譜法的實(shí)踐分析可以看出，與其他的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)手段進(jìn)行比較，氣相色譜法的有效性以及便捷程度更高，具有較大的優(yōu)勢(shì)，而且氣相色譜法的監(jiān)測(cè)靈敏度更高，可以達(dá)到對(duì)混合物質(zhì)的多種成分進(jìn)行同步性分析的目的，且檢測(cè)的響應(yīng)時(shí)間與其他環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)手段相比更短，分析的速度更快。一般而言，氣相色譜法完成對(duì)一類混合物質(zhì)的分析所需要的周期大概只需要幾分鐘到幾十分鐘，所以，氣相色譜法這一環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛。此外，氣相色譜法在操作環(huán)境的壓力以及溫度方面在應(yīng)用的過程中不會(huì)受到較大的阻礙和約束，在對(duì)樣品進(jìn)行分析時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)分析樣品數(shù)量較多的情況，而這可以有效提高環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的效率以及環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。而且，由于現(xiàn)階段國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的環(huán)境變化逐漸向著更加復(fù)雜的方向發(fā)展，如果可以在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中合理使用氣相色譜法，便可以更加快捷且準(zhǔn)確地得出環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果。

3.2 在環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用氣相色譜法的缺點(diǎn)

雖然氣相色譜法在環(huán)境保護(hù)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用方面有著非常多的優(yōu)點(diǎn)，但是氣相色譜法在實(shí)際應(yīng)用的過程中仍然存在一些急需解決的問題。例如：在實(shí)際環(huán)境保護(hù)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用氣相色譜法時(shí)，氣相色譜法并不能直接對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量，而是需要通過和已經(jīng)了解的樣品進(jìn)行對(duì)照分析之后，才能得到與混合物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。此外，若是氣相色譜法的吸附流程在運(yùn)行過程中存在吸附類別數(shù)量較少的問題，便需要多次使用氣相色譜法[3]。

4 在環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)中氣相色譜法的應(yīng)用實(shí)踐

4.1 監(jiān)測(cè)土壤環(huán)境中的農(nóng)藥殘留

在環(huán)境保護(hù)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析的對(duì)象之一便是土壤，由于人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)使用大量的農(nóng)藥，而有機(jī)磷農(nóng)藥由于其自身有著藥效強(qiáng)且在土壤中殘留時(shí)間較短的特點(diǎn)，所以在當(dāng)下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，不過盡管有機(jī)磷農(nóng)藥在土壤中的殘留時(shí)間較短，但是有機(jī)磷農(nóng)藥在土壤環(huán)境中仍有著一定的殘留時(shí)間，而樂果以及敵敵畏等有機(jī)磷農(nóng)藥對(duì)人類和牲畜的毒性較大，導(dǎo)致急性中毒的問題發(fā)生概率較高。

對(duì)于土壤環(huán)境的監(jiān)測(cè)可以使用氣相色譜法的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，氣相色譜法的應(yīng)用可以將土壤環(huán)境中各種農(nóng)藥相對(duì)的含量指標(biāo)進(jìn)行快速且有效的分析。例如：研究人員將甲胺磷、久效磷以及殺撲磷等十多種有機(jī)磷農(nóng)藥作為環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中的監(jiān)測(cè)分析目標(biāo)，此時(shí)選擇的分析柱應(yīng)為厚液膜大口徑毛細(xì)管柱，檢測(cè)器則應(yīng)使用火焰光度檢測(cè)器，通過完善的儀器分析方法以及提前處理樣品的方式，形成了GC法對(duì)多組分有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)分析的模型。通過上述的方法可以對(duì)氣相色譜法的分析流程進(jìn)行有效精簡(jiǎn)，降低了氣相色譜法分析多組分有機(jī)磷農(nóng)藥所需要的時(shí)間，同時(shí)節(jié)約了氣相色譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的資金投入量，為我國土壤環(huán)境中有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)工作的實(shí)施提供了簡(jiǎn)易、快捷且檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確的分析方法。或者是通過超聲波提取技術(shù)對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)土壤環(huán)境中的有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行提取，這種方法的特點(diǎn)是提取時(shí)間較少，提取效率高，設(shè)備設(shè)施成本較低，所以，此類氣相色譜技術(shù)在環(huán)境樣品的提取和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。

4.2 監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境中的有毒氣體

在工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中，苯、甲苯、乙苯以及環(huán)己酮等有機(jī)試劑都是被大量使用的試劑，這些有機(jī)試劑的相同特點(diǎn)便是沸點(diǎn)相對(duì)較低，并且具有容易揮發(fā)的特性。所以，在使用此類有機(jī)試劑的過程中容易導(dǎo)致有機(jī)試劑在空氣中揮發(fā)擴(kuò)散，使人們?cè)诖谁h(huán)境中自然呼吸時(shí)將這些有機(jī)試劑吸入體內(nèi)，對(duì)人們的生命健康產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。所以，需要使用氣相色譜法對(duì)這類污染物質(zhì)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并基于監(jiān)測(cè)的結(jié)果采取針對(duì)性的防治措施，以此來保障人們的生命健康安全。Tenax采樣管在吸附采集空氣中的氯苯類化合物方面有著較高的吸附效率，并且可以通過使用1 mL的石油醚進(jìn)行有效的解離處理，有效地簡(jiǎn)化樣品處理的流程，而使用氣相色譜電子捕獲監(jiān)測(cè)器對(duì)空氣中的污染物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使用外標(biāo)法的主要作用是確保滿足定量分析的要求，最大限度地保證氣相色譜法定量、定性分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，確保外界的環(huán)境因素不會(huì)對(duì)檢測(cè)的過程以及檢測(cè)的結(jié)果產(chǎn)生較大的干擾，可以實(shí)現(xiàn)維持檢測(cè)階段氣相色譜法高敏感度的條件，就現(xiàn)階段在對(duì)大氣環(huán)境中有毒氣體的監(jiān)測(cè)實(shí)踐應(yīng)用中可以看出，氣相色譜法可以做到對(duì)大氣中含有的12種氯苯類化合物進(jìn)行痕量檢測(cè)的要求。

對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)車間和生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所中空氣含有的有毒氣體，監(jiān)測(cè)人員可以充分利用不同形式的氣相色譜法進(jìn)行檢測(cè)。例如：對(duì)工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所中特定基甲苯的檢測(cè)，現(xiàn)階段國內(nèi)并沒有研究出相應(yīng)的氣相色譜法，而美國對(duì)于此特定基甲苯的檢測(cè)方法便是氣相色譜法，所以，在我國借鑒美國氣相色譜法之后，通過將美國氣相色譜法中使用的OV-275（10%）填充色譜柱變成了常規(guī)使用的FFAP毛細(xì)管道用色譜柱之后，在嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，建立了活性炭吸附溶劑解吸的氣相色譜法。

4.3 監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的有毒物質(zhì)

硝基類化合物是現(xiàn)階段較為常見且適用范圍較廣的試劑，其作為一種有毒的有機(jī)污染物，其具有毒性較持久的特點(diǎn)。氯代硝基苯是一種可以誘發(fā)人類細(xì)胞突變、癌變，導(dǎo)致人類出現(xiàn)畸形的化學(xué)物質(zhì)，在實(shí)際生產(chǎn)使用過程中常常會(huì)出現(xiàn)由于對(duì)氯代硝基苯?jīng)]有進(jìn)行完全轉(zhuǎn)化而存在殘留的情況，導(dǎo)致氯代硝基苯和廢物一起被排放到水環(huán)境中，對(duì)地表水環(huán)境和地下水環(huán)境造成不同程度的污染。我國在地表水相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確提出了通過使用硝基的方式進(jìn)行芳香烴的取代操作，并對(duì)人類的生活飲用水源所在區(qū)域進(jìn)行專項(xiàng)的監(jiān)測(cè)和分析?，F(xiàn)階段。氣相色譜法的分離技術(shù)是開展硝基苯類化合物檢測(cè)的常用手段之一，由于在前期處理中需要使用苯作為萃取劑，而苯作為一種可以致癌的物質(zhì)，非常容易在使用的過程中出現(xiàn)二次污染的情況。為了解決上述問題，近年來，部分學(xué)者提出了使用Oasis HLB對(duì)富集水樣進(jìn)行萃取的方法，并使用DB-35 MS或者相似的毛細(xì)柱氣相色譜分離的方法進(jìn)行分析，用試驗(yàn)研究結(jié)果作為優(yōu)化影響萃取效率的因素，這種氣相色譜分析的方法有效解決了以往萃取階段出現(xiàn)的溶劑消耗量較大，毒性較強(qiáng)以及操作流程過于繁瑣等問題，不僅滿足了水環(huán)境痕量分析的實(shí)際要求，同時(shí)在含量過高的廢水檢測(cè)中也表現(xiàn)出了較強(qiáng)的適用性?；趯?duì)真實(shí)樣品的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析可以看出，這種氣相色譜法的分析結(jié)果在準(zhǔn)確性、便捷性、實(shí)用性以及精密性方面均有著良好的表現(xiàn)，可以作為一種良好的測(cè)試手段[4]。

5 環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)中氣相色譜法對(duì)有毒氣體的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使得土壤和大氣中的農(nóng)藥殘留以及其他化學(xué)物質(zhì)殘留不斷增加，而使用人工提取化學(xué)物質(zhì)或凈化土壤等方式，對(duì)于相關(guān)部門的工作人員來說是一項(xiàng)較為復(fù)雜的過程。四氫呋喃是一種雜環(huán)有機(jī)化合物，也是一種具有典型性質(zhì)的極性醚類物質(zhì)，在化學(xué)反應(yīng)過程中一般是當(dāng)作一種中等的極性溶劑進(jìn)行使用，特別是在PVC中可以得到溶解，抑或是在聚偏氯乙烯等中進(jìn)行大量的使用。

5.2 試驗(yàn)儀器和試劑

本次試驗(yàn)使用的儀器和試劑為：氣相色譜儀（規(guī)格型號(hào)為6 890 N，生產(chǎn)廠家為美國Agilent儀器公司），火焰離子化監(jiān)測(cè)器、毛細(xì)管色譜柱（規(guī)格為30 m×0.53 mm×1 μm）、安捷倫螺紋口樣品瓶（劑量規(guī)格為2 mL）、溶劑解吸瓶活性炭吸附采樣管（劑量規(guī)格為10 mL，生產(chǎn)廠家為北京市勞動(dòng)所科技發(fā)展有限公司，并且在此采樣管中需要提前放置100 mg的活性炭）、大氣采樣器（規(guī)格型號(hào)為KB-120TSP，生產(chǎn)廠家為青島嶗山電子儀器實(shí)驗(yàn)所）。

5.3 色譜條件

初始設(shè)定的條件為：溫度需要保持在50 ℃，并且持續(xù)1 min，二次設(shè)定溫度處于10 ℃環(huán)境下，將溫度升高到100 ℃，并且需要確保兩處的溫度在不同的指標(biāo)刻度線上，將進(jìn)口樣品的溫度控制在200 ℃，監(jiān)測(cè)器的溫度控制在250 ℃，使用的載氣為高純氮?dú)饬髁浚悦糠昼? mL的頻次將氮?dú)夥至鞯綐悠返娜芤褐?，分流比例需要保持?0:1，進(jìn)樣量大小需要保持在1 μm。

5.4 樣品的采集和預(yù)處理

由于選擇的四氫呋喃濃度在當(dāng)下環(huán)境中的濃度較低，為了對(duì)此問題進(jìn)行修正，可以使用活性炭吸附采樣的方法，以此提高四氫呋喃的濃度。即將活性炭采樣管和采樣器進(jìn)行連接，根據(jù)每分鐘0.5 mL的標(biāo)準(zhǔn)保持40 min，之后將活性炭在現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)行放置，對(duì)空白的樣品進(jìn)行分析。將完成采樣的活性炭放入10 mL的具塞比色管內(nèi)，加入1 mL的二硫化碳，為保持均勻需要進(jìn)行30 min的搖晃，以此方便后續(xù)的色譜測(cè)定和分離測(cè)定。

通過1 000 μl移液器獲得1 000 μl的二硫化碳，將其轉(zhuǎn)入樣品瓶中之后，通過微量注射器從瓶中移走2 μl的樣品再注入相同劑量的四氫呋喃，由此獲得貯備液，該液體的濃度約為1780 mg/L。之后在實(shí)驗(yàn)期間通過轉(zhuǎn)移器將二硫化碳注入樣品瓶中，再通過微量注射器分別移走3 μl、5 μl、10 μl、15 μl、20 μl溶液，分別注入同等計(jì)量的四氫呋喃到貯備液中，通過實(shí)驗(yàn)獲得四氫呋喃標(biāo)準(zhǔn)曲線，建立回歸方程后結(jié)果顯示Y=0.88 X+0.901，曲線波動(dòng)變化不明顯。

5.5 樣品的測(cè)定

在測(cè)定期間通過對(duì)校準(zhǔn)曲線測(cè)定的方法分別針對(duì)空白樣品以及樣品進(jìn)行測(cè)量，其中在檢測(cè)樣品峰面積的同時(shí)對(duì)空白樣品峰面積進(jìn)行刪減，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的變化情況判斷四氫呋喃的濃度變化。

5.6 標(biāo)準(zhǔn)氣相色譜峰

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)要求，本次實(shí)驗(yàn)中針對(duì)8.9 mg/L的四氫呋喃標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)量，最終的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是二硫化碳還是四氫呋喃，兩種物質(zhì)在響應(yīng)以及分離上的表現(xiàn)滿意。

5.7 測(cè)定檢出限

在測(cè)定檢出限期間，本文選擇1.78 mg/L四氫呋喃標(biāo)準(zhǔn)溶液開展7次平行測(cè)定，數(shù)據(jù)計(jì)算期間采用了MDL=t（n-1，0.99）×s的公式計(jì)算檢出限，最終計(jì)算結(jié)果顯示檢出限為0.11 mg/L。

5.8 準(zhǔn)確度和精密度

實(shí)驗(yàn)期間取10個(gè)空白活性炭管做平均分組，分別向第一組與第二組中加入3 μl與5 μl的四氫呋喃標(biāo)準(zhǔn)中間液，采用上文的方法對(duì)色譜柱展開測(cè)量，最終的測(cè)試結(jié)果顯示，兩組的四氫呋喃相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差被控制在8%左右，四氫呋喃加標(biāo)回收率約為95.5%-103.4%，滿足要求[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)工作對(duì)環(huán)境治理方面有著極大的作用，可以說環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境治理的前提條件，環(huán)境監(jiān)測(cè)在環(huán)境治理中起到了重要的輔助作用，為后續(xù)環(huán)境治理方案提供了有效的數(shù)據(jù)支撐?，F(xiàn)階段，氣相色譜法儀器的自動(dòng)化水平不斷提高，國家對(duì)其也更加重視，在后續(xù)發(fā)展中提高了技術(shù)的投入力度，提高了氣相色譜法的便捷程度，為環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)工作提供了良好的技術(shù)支持。