氣相色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

江 靜 周清時(shí)

（1 句容市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 江蘇句容 212400 2 長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)保集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430062）

引言

水是人類賴以生存的基礎(chǔ)，水環(huán)境的健康直接關(guān)系到社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和人類的生存，我國作為最大的發(fā)展中國家，不僅人口眾多，而且水資源相對(duì)匱乏，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境生態(tài)質(zhì)量惡化嚴(yán)重。新形勢(shì)下，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求日益提高，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性要求越來越高，加強(qiáng)對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)則顯得更為重要。氣相色譜技術(shù)作為一種經(jīng)典的分析技術(shù)，自誕生以來，因其在分析過程中不僅速度塊而且靈敏度高，因此，在水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，極大地推動(dòng)了水環(huán)境監(jiān)測(cè)的發(fā)展。

1 氣相色譜概述

氣相色譜技術(shù)是環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域常用的分析檢測(cè)技術(shù)之一，該技術(shù)通常用來檢測(cè)環(huán)境中揮發(fā)性和半揮發(fā)性的有機(jī)物，可以同時(shí)進(jìn)行定性分析和定量分析，并且具有較高的靈敏度和排除干擾特性，對(duì)于水環(huán)境中的痕量污染物仍然具有良好的分離效能。氣相色譜主要通過各物質(zhì)不同的理化特性對(duì)其進(jìn)行分離檢測(cè)[1]。當(dāng)性質(zhì)各異的組分通過氣相色譜儀的氣體流動(dòng)相時(shí)，各組分與流動(dòng)相相互作用的大小強(qiáng)弱也有差異，因此，分配系數(shù)不同的各組分經(jīng)過反復(fù)分配，最終以不同的時(shí)間流出色譜柱，并利用相應(yīng)的檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到分離檢測(cè)的目的[2]。水環(huán)境監(jiān)測(cè)中常用的氣相色譜柱有氫火焰離子化檢測(cè)器和電子捕獲檢測(cè)器。

與傳統(tǒng)分析檢測(cè)方法相比，氣相色譜法具有較高的分離效率，可把組分復(fù)雜的樣品分離成單組份；具有較快的分析速度和較少的試劑與樣品使用量，能有效節(jié)省分析時(shí)間，減少二次污染，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；檢測(cè)靈敏度高，能夠監(jiān)測(cè)出微小含量的物質(zhì)，使儀器與其他儀器相比能達(dá)到更低的檢出限，特別適合于微量和痕量分析；選擇性好，能夠?qū)⒔M成成分極為相近的同分異構(gòu)體或者同位素進(jìn)行區(qū)分；應(yīng)用范圍廣，在分析物質(zhì)含量時(shí)，不受組分含量和物質(zhì)形式的限制，低含量、高含量，或者氣體、液體，都能進(jìn)行分析；價(jià)格便宜，操作技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)便，利于日常分析推廣。

2 氣相色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

采用傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于存在檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，試劑消耗量大、多組分不能同時(shí)檢測(cè)等問題，研究開發(fā)一種新的技術(shù)去改善工作效率很有必要。近年來，人們對(duì)氣相色譜的研究日趨成熟，對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)起到了變革性作用，在地表水、廢水等多種水環(huán)境中得到了很好的應(yīng)用，有效解決了多組分同時(shí)高效快速的測(cè)定的難題，為水環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了保障，開辟了新路徑。

2.1 氣相色譜在傳統(tǒng)污染物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1.1 氣相色譜在分析水中營(yíng)養(yǎng)元素中的應(yīng)用

水環(huán)境中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素超標(biāo)將會(huì)對(duì)水生態(tài)造成嚴(yán)重影響，不僅會(huì)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，還會(huì)對(duì)人類健康造成威脅。因此，對(duì)水環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)元素的檢測(cè)十分重要，快速、有效的檢測(cè)方法將會(huì)對(duì)水環(huán)境監(jiān)控起到良好的促進(jìn)作用，又有利于決策者較為快速的提出相應(yīng)對(duì)策，對(duì)水環(huán)境保護(hù)意義重大。傳統(tǒng)的分析檢測(cè)方法不僅消耗大量有毒試劑，分析時(shí)間較長(zhǎng)，而且只能分析單一營(yíng)養(yǎng)元素，不利于水環(huán)境監(jiān)測(cè)的快速發(fā)展。近年來，很多研究學(xué)者利用氣相色譜法對(duì)水環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行分析，得到了較好的分析效率，大大加快了分析時(shí)間。彭容等[3]利用頂空氣相色譜法對(duì)水環(huán)境中的氨氮進(jìn)行檢測(cè)，該方法主要通過甲醛與水環(huán)境中的銨離子進(jìn)行反應(yīng)生成強(qiáng)酸，再加入碳酸氫鈉與強(qiáng)酸進(jìn)行反應(yīng)生成二氧化碳，再通過氣相色譜定量檢測(cè)生成的二氧化碳的含量，從而得到水環(huán)境中氨氮的濃度。該種方法得到了良好的線性關(guān)系和較低的檢出限（0.786mg/L），與傳統(tǒng)方法偏差較小，滿足了水環(huán)境中氨氮的快速、批量檢測(cè)。Pagliano 等[4]研究了頂空氣相色譜法檢測(cè)水環(huán)境中的總氮的方法，主要通過衍生化反應(yīng)，將水環(huán)境中的硝酸鹽轉(zhuǎn)化成易揮發(fā)的衍生物，從而通過氣相色譜進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而得到水環(huán)境中總氮的含量。Addision 等[5]采用氣相色譜法對(duì)水環(huán)境中的總磷進(jìn)行檢測(cè)，主要以甲苯為萃取劑，利用元素磷的可氧化燃燒性，通過火焰光度檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，在526nm 處得到了檢測(cè)水環(huán)境中總磷含量檢測(cè)的分析方法。史東坡等[6]采用電子捕獲檢測(cè)器通過氣相色譜法對(duì)水環(huán)境中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮進(jìn)行檢測(cè)，將無機(jī)陰離子NO3-和NO2-用苯衍生化后進(jìn)行分析檢測(cè)，線性關(guān)系良好。硝酸鹽氮回收率變化范圍為96%-104%，亞硝酸鹽氮回收率變化范圍為93.75%-103.25%。

2.1.2 氣相色譜在分析水中金屬離子中的應(yīng)用

重金屬主要來源于工業(yè)廢水，對(duì)水環(huán)境的危害較大，由于其在人體內(nèi)的難代謝與難降解性，因此，重金屬檢測(cè)是水環(huán)境中的常見檢測(cè)項(xiàng)目，研究其快速、簡(jiǎn)便的分析檢測(cè)方法很有必要。當(dāng)前，實(shí)驗(yàn)人員通常采用原子吸收光譜法對(duì)水環(huán)境中的重金屬進(jìn)行檢測(cè)，但原子吸收光譜法的檢測(cè)精度較低，難以滿足相應(yīng)的要求。而較為先進(jìn)和快速、靈敏的氣相色譜法對(duì)于水環(huán)境和工業(yè)廢水中重金屬的檢測(cè)很有優(yōu)勢(shì)。Yazdi 等[7]通過氣相色譜法檢測(cè)水環(huán)境中重金屬汞的含量，采用分散液液微萃取方法，在線性范圍內(nèi)得到了良好的線性關(guān)系和較低的檢出限（0.004μg/L），方便快捷。Stankovic 等[8]建立了一種同時(shí)測(cè)定水環(huán)境中重金屬鎘和鉛的分析檢測(cè)方法，主要采用陽極溶出伏安法電極修飾的氣相色譜法，該方法線性關(guān)系良好，在最優(yōu)條件下鉛和鎘的檢出限分別為1.8×10-9mol/L和1.2×10-9mol/L，可用于環(huán)境水體中不同濃度的鉛和鎘含量的測(cè)定。Guidotti 等[9]建立了一種檢測(cè)水環(huán)境中硒的氣相色譜分析檢測(cè)方法，主要采用固相微萃取技術(shù)，該方法檢出限為6ng/L，線性關(guān)系良好。

2.1.3 氣相色譜在分析水中其它傳統(tǒng)污染物中的應(yīng)用

近年來，氣相色譜法被研究學(xué)者用來檢測(cè)水環(huán)境中的其它傳統(tǒng)污染物，如石油類、酚類、氰化物和苯胺等。張歡燕等[10]建立了氣相色譜法測(cè)定水環(huán)境中石油類物質(zhì)的分析檢測(cè)方法，主要利用吹掃捕集和液液萃取的富集方法，通過氫火焰離子化檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。秦樊鑫等[11]建立了水環(huán)境中揮發(fā)酚的氣相色譜分析檢測(cè)方法，主要是將揮發(fā)酚進(jìn)行溴衍生化后，采用液液萃取法進(jìn)行分離富集，并通過氣相色譜進(jìn)行檢測(cè)，得到了良好的線性關(guān)系和較低的檢出限。郭瑞雪[12]建立了一種水環(huán)境中氰化物的頂空氣相色譜檢測(cè)法，主要將氰化物進(jìn)行衍生化后進(jìn)行氣相色譜檢測(cè)，線性關(guān)系良好，檢測(cè)方法快速有效。高翔宇等[13]建立了吹掃捕集-氣相色譜-質(zhì)譜法直接測(cè)定地表水中苯胺的分析方法，取5mL 水樣，采用內(nèi)標(biāo)法定量，在pH8，吹掃時(shí)間為25min 的最佳檢測(cè)條件下，苯胺的線性關(guān)系良好，滿足水環(huán)境中苯胺的分析檢測(cè)。

2.2 氣相色譜在有機(jī)污染物分析檢測(cè)中的應(yīng)用

有機(jī)污染物是水環(huán)境中重要的污染源，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞性大，難降解，能夠借助食物鏈完成富集，對(duì)人類健康造成潛在威脅，因此，快速高效的分析檢測(cè)方法研究很有必要。

馮麗麗等[14]研究了一種水環(huán)境中55 種揮發(fā)性有機(jī)物的氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析檢測(cè)方法，采用頂空固相微萃取法進(jìn)行分離富集，內(nèi)標(biāo)法定量，在線性范圍內(nèi)得到了良好的線性關(guān)系和較低的檢出限。劉靜等[15]采用氣相色譜法對(duì)水環(huán)境中17 種有機(jī)物（硝基苯、對(duì)硝基甲苯、氯苯類和有機(jī)氯農(nóng)藥）進(jìn)行檢測(cè)，通過頂空固相微萃取技術(shù)進(jìn)行分離富集，方法的線性關(guān)系良好，最低檢出限為0.001-0.044 加標(biāo)回收率為81.3%-122.9%，可滿足水中有機(jī)物測(cè)定要求。李曉晶等[16]建立了一種水環(huán)境中23 種有機(jī)磷農(nóng)藥的氣相色譜分析檢測(cè)方法，采用分散液液微萃取技術(shù)進(jìn)行分離富集，線性關(guān)系良好。馮利等[17]采用攪拌棒吸附富集結(jié)合氣相色譜分析的檢測(cè)方法對(duì)水環(huán)境中多環(huán)芳烴進(jìn)行了分析檢測(cè)，在線性范圍內(nèi)，回收率良好。黃思靜等[18]建立了一種同時(shí)測(cè)定水環(huán)境中6 種鄰苯二甲酸酯和16 種多環(huán)芳烴的氣相色譜分析檢測(cè)方法，采用固相萃取技術(shù)進(jìn)行分離富集，得到良好的線性關(guān)系和較低的檢出限，滿足水環(huán)境中鄰苯二甲酸酯和多環(huán)芳烴的分析檢測(cè)。隨著人民生活水平的不斷提高，很多新型的有機(jī)物被頻繁檢出，雖然該類物質(zhì)在水環(huán)境中的含量普遍較低，但大多難以降解，并且具有較強(qiáng)的生態(tài)毒性。賈妍艷等[19]采用氣相色譜法對(duì)水環(huán)境中的藥品和個(gè)人護(hù)理品進(jìn)行分析檢測(cè)，通過甲基衍生化和固相萃取技術(shù)，得到較低的檢出限（0.03-0.30μg/L）。

3 氣相色譜在水環(huán)境分析監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用展望

隨著對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的不斷重視與對(duì)氣相色譜技術(shù)研究的不斷深入，不僅需要先進(jìn)的儀器分析技術(shù)，更要使其朝更高靈敏度、更方便快捷的方向發(fā)展，不斷拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，不斷推出新的方法。其發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）開發(fā)與其它新技術(shù)的聯(lián)用方法，如衍生化，微萃取技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)等，不斷優(yōu)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，更好的對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

（2）色譜柱是氣相色譜的基礎(chǔ)，開發(fā)高選擇性、成本低的專用色譜柱對(duì)水環(huán)境中更多項(xiàng)目的同時(shí)監(jiān)測(cè)意義重大；

（3）與評(píng)價(jià)軟件的聯(lián)合應(yīng)用能使氣相色譜技術(shù)更好的服務(wù)與水環(huán)境監(jiān)測(cè)，為做出正確決策提供更快速的信息支持；

（4）將氣相色譜儀小型（芯片化、模塊化）和自動(dòng)化發(fā)展能為應(yīng)急監(jiān)測(cè)提供良好的技術(shù)支撐。

結(jié)語

文章針對(duì)氣相色譜在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，明確氣相色譜的應(yīng)用廣泛性及其在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中所具備的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些不完善的地方亟需改進(jìn)，在今后的研究與實(shí)踐中要充分發(fā)揮氣相色譜的優(yōu)勢(shì)，不斷優(yōu)化監(jiān)測(cè)方法，更好的為我國的水環(huán)境監(jiān)測(cè)服務(wù)。