环境工程监测中的气相色谱技术应用

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摘 要：如今，气相色谱法在识别和定量环境中普遍存在的污染物方面继续发挥着重要作用。本文介绍了目前在分析空气、水、土壤、沉积物和生物群中各类持久性有机污染物方面的气相色谱技术。特别注意样品制备技术。本文综述的有机污染物类别包括: 挥发性有机化合物(VOCs)、多环芳烃(PAHs)、农药和卤代化合物。最后包括多氯二苯并对二恶英和二苯并呋喃、多氯联苯、三联苯、萘和烷烃、有机氯农药、溴化阻燃剂、多溴联苯和多溴二苯醚。

关键词：环境工程监测；气相色谱；技术应用

1. 引言

色谱分离技术是最早发展起来的色谱分离技术之一，至今仍然保持着其卓越的地位。气相色谱的流行是基于非常高的选择性和分辨率，良好的准确与精密，宽的动态浓度范围和高灵敏度的有利组合。气相色谱技术仍然是一种健康和不断发展的测量技术，在创新应用方面具有不断扩大的影响，包括分析新出现的有机污染物，如多氯代烷(PCAs)和多溴代二苯醚(PBDEs)。气相色谱的生命力也体现在现场分析和新技术的发展上，如高速气相色谱(HSGC)和综合多维气相色谱(GC × GC)，这大大提高了色谱系统的分离能力。本文综述了气相色谱法在环境污染物检测中的应用，传统的方法是用气相色谱法分析环境污染物。包括挥发性有机化合物(VOCs)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、多氯二苯并对二恶英和呋喃(PCDD/Fs)、除害剂，以及其他有机污染物，如多溴二苯醚、多氯联苯和毒杀芬。气相色谱法也用于分析其他内分泌干扰物，如烷基酚聚氧乙烯醚及其降解产物、双酚A和邻苯二甲酸酯。

2. 样品准备

样品制备是分析方案中最耗时和劳动密集的工作。由于认识到需要有效、稳健和可靠的样品制备方法，因此制定了许多程序，目的是实现快速、简单，并在可能的情况下实现无溶剂或尽量减少溶剂操作。大多数这些技术，无论是传统的还是新的，都用于分析空气、水、土壤、沉积物和生物群中的污染物。

在大气分析中应用最广泛的取样和预浓缩方法是吸附剂取样和低温法。以硅胶、不同类型的碳和有机聚合物为基础的各种固体吸附剂已用于环境空气中挥发性有机化合物和半挥发性有机化合物的预浓缩。热解吸或使用有机溶剂进行.采用索氏提取法、超声波提取法和超临界流体萃取法对吸附剂和玻璃过滤器中的半挥发性有机化合物进行了解吸。水中有机污染物分析的样品制备取决于待测化合物的挥发性。挥发性有机化合物的分析技术包括顶空法(HS)、吹扫捕集法(p & t)、闭环反萃分析法(CLSA)、液-液萃取法(LLE)和固相微萃取法(SPME) 。

气相色谱法直接分析水，采用大容量注入式喷射器，如柱上喷射、环形喷射和程序升温蒸发器(PTV)。水中半挥发性有机物的测定常常需要使用常规技术，如液相色谱法和固相萃取法。LLE 的典型缺点是溶剂消耗量大，费时费力。固相萃取技术比液相萃取技术需要更少的溶剂，已被证明是分离和富集环境中多种污染物的重要手段。自动离线固相萃取和联机固相萃取-气相色谱法主要用于农药分析 。

固相微萃取技术是一种廉价、易于自动化的分析方法，与气相色谱技术相结合，已广泛应用于水中大量有机物(如苯、甲苯、乙苯和二甲苯)、极性溶剂、多环芳烃、农药、多氯联苯和 DBPs)的分析。 固相微萃取技术最大的缺点是与固相微萃取技术相比，其检测限较差，以及在纤维上吸附所需的时间。

对土壤、沉积物和生物群的分析需要使用萃取技术，从而允许从基质中释放分析物。索氏提取被广泛应用，但超声提取、超临界萃取、加速溶剂提取、微波辅助溶剂提取和顶空固相微萃取也可以应用。一般来说，清理是必要的，因为提取方法没有足够的选择性。为了去除生物提取物中的脂质，可以使用硫酸，但是一些化合物，如有机氯农药，对这种处理没有抵抗力。非侵蚀性的替代品是凝胶渗透色谱(GPC)和氧化铝，它们也被用作 Florisil 和硅胶来进一步清洁萃取物。在某些情况下，为了避免相关化合物的干扰，进行了额外的分馏。例如，使用多孔石墨碳柱将多氯二苯并对二恶英和非邻位多氯联苯从其他相关化合物中分离出来 。

3. 气相色谱分析

3.1. VOCs

气相色谱法的发展无疑为目前测量环境中挥发性有机化合物的分析方法作出了贡献。其中一些化合物，例如主要由都市废物及汽油和柴油燃料泄漏所产生的 BTEX，由于其毒性，可引致严重的健康问题。此外，一些卤化化合物产生的水氯化消毒负责降解水的味道和气味 。最大类的消毒副产物包括三卤甲烷，但其他半挥发性化合物，如卤代乙腈、卤代酮和卤代醛，也有较小比例的产生 。与挥发性有机化合物有关的另一个重要环境问题是气味。这是一个普遍但评分偏低的问题，而且日益重要。政府很可能会立法管制工厂及其他商业处所排放的恶臭气体。产生恶臭的化合物包括有机硫化物和挥发性脂肪酸(C2-C5)。

3.2. PAHs

多环芳烃是一类重要的有害有机化学品，在环境中无处不在，并且是从自然或人为来源释放出来的 。例如，化石燃料不完全燃烧以及在处置煤焦油和化学废物过程中形成的多环芳烃。根据多环芳烃在环境中的出现频率及其已证实的致突变性和致癌性，美国环保署已选定16种多环芳烃为优先污染物。毛细管气相色谱法在1960年代初首次用于分析多环芳烃，其使用已发展到现在已成为在环境基质中测定这些化合物的标准方法之一 。然而，含有24个以上碳原子的多环芳烃由于没有挥发性，无法用气相色谱法进行分析。

3.3. 除害剂

SPE-GC 是一种易于自动化的技术，可以减少样品体积和有机溶剂。已经报告了一些问题，例如从解吸溶剂中消除痕量水所需的干燥步骤，以及挥发性农药可能的流失。然而，已经成功地开发了全自动化的在线固相萃取-气相色谱-质谱联用系统，用于鉴别和定量地表和废水样本中的不同农药。

4. 结束语

气相色谱与质谱联用技术(MS)为含有可用于气相色谱分析的有机化合物的环境样品的分析提供了决定性和可靠的分析信息。由于带传输四极杆或离子阱的台式仪器成本相对较低，操作简便，有选择性，识别能力明确，检测限低于万亿分之一(ppt) ，因此在未来几年中，台式仪器的使用必将继续增加。用于环境分析的气相色谱-质谱仪从简单的 EI 四极杆到具有 CI 和正/负离子能力的多部门仪器，可以将检测限降低到每千万亿分之一(ppq) ，在不久的将来可能成为常规仪器。

参考文献：

[1]卞锐,徐春晓,于萍,牟怀燕,解立莉,朱富强. 气相色谱–串联质谱技术在环境监测中的应用进展[J]. 化学分析计量,2019,28(06):130-133.

[2]窦仁超,喻新发,孙立臣,孟冬辉,闫荣鑫,刘兴悦,师立侠,冯琪,任国华. 气相色谱法在电推进航天器泄漏检测中的应用研究[J]. 真空,2016,53(06):34-38.

[3]向东山,谭建华. 现代仪器分析技术在环境监测中的应用[J]. 湖北民族学院学报(自然科学版),2011,29(04):423-428.

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