氣相色譜在阿勒泰地區(qū)地表水質(zhì)分析中的應(yīng)用

阿依登古麗·阿斯哈提

（阿勒泰水文勘測(cè)局，新疆 阿勒泰 836500）

1 引言

氣象色譜方法是近些年發(fā)展速度較快的一種新型的污染物分離及測(cè)定的技術(shù)[1]，主要用于測(cè)定分子量較低的有機(jī)化合物的測(cè)定[2]，從近些年的研究成果可看出[3]～[9]，氣象色譜方法也較為成熟，在《地表水環(huán)境治理標(biāo)準(zhǔn)》中，地表水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中有57 項(xiàng)指標(biāo)，占總指標(biāo)的71.2%，采用氣象色譜方法來(lái)進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。當(dāng)前，隨著水質(zhì)保護(hù)力度的不斷加大，對(duì)于地表水，特別是集中飲用水區(qū)域的水質(zhì)保護(hù)措施逐步開(kāi)展，對(duì)于地表水質(zhì)的監(jiān)測(cè)要求也越來(lái)越高。氣象色譜方法作為一種先進(jìn)、快速的水質(zhì)測(cè)定手段，在阿勒泰地區(qū)地表水質(zhì)測(cè)定中得到應(yīng)用，但應(yīng)用范圍及測(cè)定的項(xiàng)目還相對(duì)較少，為此本文通過(guò)氣象色譜主要特點(diǎn)和測(cè)定方法進(jìn)行闡述，并結(jié)合實(shí)例分析，分析氣象色譜在阿勒泰地區(qū)水質(zhì)測(cè)定的應(yīng)用效果。

2 氣象色譜的主要特點(diǎn)

（1）污染物分離的效率較高：氣象色譜可以對(duì)多個(gè)理論分離的塔板進(jìn)行有效分離，可以對(duì)一些分離系數(shù)較為復(fù)雜的有機(jī)物、重金屬進(jìn)行高效分離，經(jīng)過(guò)多次平衡分解后，可使分離效果達(dá)到最佳狀態(tài)；

（2）污染物測(cè)定靈敏度較高：由于采用高靈敏的檢測(cè)裝置，可以對(duì)測(cè)定的水體中10-11g～10-13g 的物質(zhì)進(jìn)行有效測(cè)定，在水質(zhì)中可測(cè)定質(zhì)量數(shù)量級(jí)為10-6～10-9級(jí)數(shù)的硫和磷等化合物，在集中式飲用水源地表水質(zhì)測(cè)定中，采用氣象色譜方法進(jìn)行檢測(cè)的最低檢驗(yàn)值為0.05 mg/L～0.00002 mg/L，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值為0.5 mg/L～0.00012 mg/L，達(dá)到水質(zhì)評(píng)價(jià)的基本要求；

（3）選擇度較高：對(duì)于具有相似特點(diǎn)的的烴類有機(jī)物、同位素也具有較好的測(cè)定能力；

（4）具有較好的檢測(cè)速度：對(duì)一個(gè)測(cè)定樣本的時(shí)間一般在10 分鐘內(nèi)可以完成，對(duì)于測(cè)定地表水中的有機(jī)氯、農(nóng)藥殘留物可以在2 分鐘內(nèi)完成分離測(cè)定；

（5）檢測(cè)覆蓋面較廣：對(duì)工作溫度內(nèi)的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物均可以進(jìn)行測(cè)定，覆蓋的領(lǐng)域、區(qū)域都較廣。

3 氣象色譜儀主要污染物監(jiān)測(cè)方法

（1）有機(jī)氯農(nóng)藥的監(jiān)測(cè)方法：氣象色譜檢測(cè)儀器配置有電子捕獲裝置，檢測(cè)時(shí)溫度控制在220℃，流速應(yīng)控制在60 L/min內(nèi)，可以對(duì)水中的有機(jī)氯農(nóng)藥成分進(jìn)行有效測(cè)定，測(cè)定的限值在4 ng/L～200 ng/L 之間；

（2）有機(jī)磷農(nóng)藥的監(jiān)測(cè)方法：氣象色譜檢測(cè)儀配置火焰光度方法進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)時(shí)溫度控制在230℃，流速應(yīng)控制在160 L/min 內(nèi)，可對(duì)水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥成分進(jìn)行有效測(cè)定，檢測(cè)的限值在5×10-4mg/L～5×10-5mg/L 之間；

（3）有機(jī)化學(xué)物的監(jiān)測(cè)方法：氣象色譜檢測(cè)儀配置氫火焰離子進(jìn)行測(cè)定，可以對(duì)水體中的三氯甲烷進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定的限值為0.0006 mg/L，對(duì)四氯化碳的檢測(cè)限值為0.003 mg/L，可以針對(duì)50 多項(xiàng)有機(jī)化學(xué)物進(jìn)行測(cè)定，具體測(cè)定限值可見(jiàn)參考文獻(xiàn)[10]；

（4）微量金屬元素的監(jiān)測(cè)方法：可以結(jié)合氣象色譜進(jìn)行硒、鈹、銅等微量元素的監(jiān)測(cè)，其中硒的監(jiān)測(cè)主要采用酸性溶液與四價(jià)硒進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)測(cè)定試劑足量后，可以產(chǎn)生具有揮發(fā)性且可被萃取的有機(jī)化合物，而后可采用電子捕獲檢測(cè)儀器進(jìn)行測(cè)定。

氣象色譜檢測(cè)儀器可實(shí)現(xiàn)50 多項(xiàng)有機(jī)物污染物的快速測(cè)定，該儀器配置有電子捕獲、火焰光度、氫火焰離子檢測(cè)器，各檢測(cè)器檢測(cè)項(xiàng)目及技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 氣象色譜儀器主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及技術(shù)指標(biāo)

4 主要有機(jī)污染物測(cè)定方式及誤差分析

4.1 測(cè)定原理

將采集的水樣放入到測(cè)定的密封空瓶中，在一定的試驗(yàn)溫度下等水樣有效平衡后，水體中的鹵化物氣體上升到密封瓶的頂部，使氣體和液體達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)，而這個(gè)時(shí)候，測(cè)定水體中的氣相與液相中的濃度達(dá)到正比例，通過(guò)對(duì)氣相中的有機(jī)物的濃度進(jìn)行測(cè)定，可以對(duì)其有機(jī)物的濃度進(jìn)行測(cè)定。

4.2 選用試劑和材料

（1）選用的材料為：高純度氮?dú)猓兌葹?9.999%）、去離子水（主要用于測(cè)定物色譜檢驗(yàn)的組份）、抗壞血酸、甲醇、色譜標(biāo)準(zhǔn)物（三氯甲烷（99.92%）、二氯一溴甲烷（97.3%）、一溴二氯甲烷（98.1%）、三溴甲烷（99.73%）、四氯化碳（99.92%）、四氯乙烯（99.73%）、三氯乙烯（99.53%））。

（2）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)濃液的配置：①三氯甲烷：對(duì)100 mL 的容量瓶進(jìn)行稱重，加入一定質(zhì)量的三氯甲烷，將溶液瓶進(jìn)行密封稱重，以增量的方法得到三氯甲烷的質(zhì)量為3.8391 g，采用甲醇進(jìn)行定容并溶解，此標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為38.36 mg/mL；②二氯一溴甲烷：采用和三氯甲烷一樣的稱重方法，二氯一溴甲烷為4.0781 g，同一定容方法，其標(biāo)準(zhǔn)濃液濃度為39.68 mg/mL；③一溴二氯甲烷：采用和三氯甲烷一樣的稱重方法，一溴二氯甲烷為4.329 g，同上配制方法，其標(biāo)準(zhǔn)濃液濃度為39.26 mg/mL；④三溴甲烷：同上稱重方法，三溴甲烷為4.329 g，同上配制方法，三溴甲烷標(biāo)準(zhǔn)濃液濃度為43.17 g/mL。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制結(jié)果

對(duì)各有機(jī)物進(jìn)行測(cè)定，需要評(píng)定測(cè)定的精度，精度評(píng)定首選需要對(duì)其濃度標(biāo)準(zhǔn)工作線進(jìn)行繪制，取5 個(gè)200 mL 的容量瓶，依次加入配置好的標(biāo)準(zhǔn)濃液0.00、0.50、1.00、2.00 以及4.00 mL，采用純凈水進(jìn)行稀釋至標(biāo)準(zhǔn)刻度后，混合均勻，在倒入到5 個(gè)頂空瓶到100 mL 的刻度處，進(jìn)行密封處理，在40℃的恒定溫度下進(jìn)行水浴后使其達(dá)到平衡狀態(tài)，水浴持續(xù)時(shí)間為1 h，取各自瓶?jī)?nèi)的頂部氣體30μL 放入到色譜儀進(jìn)行測(cè)定，各濃度體積下有機(jī)物標(biāo)準(zhǔn)溶液配制結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各有機(jī)物標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置指標(biāo)

4.4 測(cè)定精密度定量分析結(jié)果

對(duì)各測(cè)定組分不同濃度下的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，RSD 是反映試驗(yàn)測(cè)定精密度的定量分析指標(biāo)，從表3 中可看出，各有機(jī)物測(cè)定的組分濃度下的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差RSD 均在20%以內(nèi)，一氯二溴甲烷和四氯化碳的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大，主要是這兩種有機(jī)物的分解系數(shù)較大，存在難分解的原因，因此其測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，各組分濃度下其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在2.7%～13.0%之間，三氯甲烷的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在各組分中最小，這主要是因?yàn)槠浞纸庀禂?shù)相對(duì)較小，測(cè)定難度較小，使得其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.8%～7.6%。但各組分下其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差值RSD 均可滿足水質(zhì)測(cè)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范精度內(nèi)。

4.5 測(cè)定準(zhǔn)確度定性分析結(jié)果

在色譜儀測(cè)定精密度分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各組分下的測(cè)定準(zhǔn)確度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)各組分的回收率分析結(jié)果

回收率是反映水質(zhì)測(cè)定方法準(zhǔn)確度的重要指標(biāo)，本文選取各試驗(yàn)組分下的回收率作為定量評(píng)價(jià)色譜儀測(cè)定準(zhǔn)確度的重要指標(biāo)。從表中可看出，各組分濃度下的回收率均可以達(dá)到90%以上，表明色譜儀在區(qū)域有機(jī)物測(cè)定中具有較好的準(zhǔn)確度，可以用來(lái)進(jìn)行阿勒泰地區(qū)地表水主要有機(jī)物的測(cè)定工作。從各組分濃度的回收率對(duì)比結(jié)果可看出，三氯甲烷的測(cè)定準(zhǔn)確度相比于其他組份最低，三溴甲烷的最高，但各指標(biāo)的回收率均可滿足地表水質(zhì)測(cè)定的規(guī)范要求。

5 結(jié)論

（1）色譜儀可以實(shí)現(xiàn)地表水質(zhì)測(cè)定規(guī)范指標(biāo)中50 項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定，通過(guò)精密度和準(zhǔn)確度定量分析結(jié)果，其檢測(cè)精度可滿足水質(zhì)測(cè)定規(guī)范要求，適合于阿勒泰地區(qū)地表水中有機(jī)物、有機(jī)農(nóng)藥的測(cè)定工作；

（2）氣象色譜可以對(duì)多個(gè)理論分離的塔板進(jìn)行有效分離，可以對(duì)一些分離系數(shù)較為復(fù)雜的有機(jī)物、重金屬進(jìn)行高效分離，經(jīng)過(guò)多次平衡分解后，可使分離效果達(dá)到最佳狀態(tài)；

（3）氣象色譜檢測(cè)儀配置火焰光度方法進(jìn)行有機(jī)磷農(nóng)藥測(cè)定時(shí)，檢測(cè)溫度應(yīng)控制在230℃，流速應(yīng)控制在160 L/min內(nèi)，有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)的限值在5×10-4mg/L～5×10-5mg/L 之間。