氣相色譜質(zhì)譜技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：氣相色譜質(zhì)譜（GC-MS）；環(huán)境監(jiān)測(cè)；有機(jī)污染物檢測(cè)；應(yīng)用中圖分類號(hào)：X835 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500(2025)06-0125-03DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.035

Application of Gas Chromatography-Mass Spectrometry Technology in Environmental Monitoring

DENG Shuoxue，LI Jia (Dezhou Ecological Environment Monitoring Center of Shandong Province，Dezhou253ooo，China)

Abstract:Gas Chromatography-Mass Spectrometry(GC-MS)technology performs well intheanalysisof tracecomponents incomplex mixturesduetoitshighsensitivityselectivity，andseparationability.Inenvironmentalmonitoring，GCMS technology is widelyusedfordetecting organicpollutants inmediasuchas water，soil，andatmosphere，ensuring the acuracy of detectionresults through scientific sample pretreatment methods.Basedon the principleofGC-MS technology， its specificapplicationsaresummarizedinthedetectionoforganicpolutantsindiferentenvironmentalmedia，especiallin ambientair，water，andsoil.Atthesametime，thechallngesofGC-MS technology inequipmentcost，sample pretreatment， anddataanalysisare pointedout，anditsapplication prospects in future environmental monitoringarediscussed.Inthe future，GC-MS technologywillplayamore importantrole inenvironmental monitoring tobetterprotecttheecological environment.

Keywords:Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS);environmental monitoring;organic polutant detection; application

氣相色譜-質(zhì)譜(Gas Chromatography-Mass Spec-trometry，GC-MS）技術(shù)具有高靈敏度、選擇性、分離能力及定性與定量分析能力，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域脫穎而出，廣泛應(yīng)用于水、土壤、大氣等介質(zhì)中的有機(jī)污染物檢測(cè)。它可以利用電子電離（ElectronImpact，EI）技術(shù)產(chǎn)生分子離子和碎片離子，確定分子結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，但EI不能提供環(huán)境樣品分析中極少量化合物所需的靈敏度。化學(xué)電離（ChemicalIonization，CI）則通過離子－分子反應(yīng)提供比EI更好的靈敏度和選擇性，適用于異構(gòu)體分析。本文對(duì)GC-MS技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，為生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與保護(hù)提供支持。

1不同環(huán)境介質(zhì)有機(jī)污染物檢測(cè)中的具體應(yīng)用

1.1環(huán)境空氣中有機(jī)污染物檢測(cè)

空氣質(zhì)量關(guān)乎人體健康，作為大氣污染物的主要成分之一，顆粒物（ParticulateMatter，PM）是對(duì)人體健康危害很大的大氣污染物之一，但由于其復(fù)雜的化學(xué)成分，人們對(duì)其特性的描述很少[。PM的很大一部分由有機(jī)化合物組成，但由于當(dāng)前采樣和分析技術(shù)的限制，這些化合物沒有定期監(jiān)測(cè)。有機(jī)氣溶膠監(jiān)測(cè)儀可以將其收集與熱解，氣相色譜和質(zhì)譜相結(jié)合，每小時(shí)以平均水平定量測(cè)量PM的碳質(zhì)成分。

GC-MS技術(shù)采用全自動(dòng)設(shè)備，已成功應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。它使用化學(xué)失活過濾器進(jìn)行收集，然后進(jìn)行熱解吸和組分分析。GC-MS技術(shù)能對(duì)大氣樣本中的有機(jī)污染物進(jìn)行定量與定性分析。GC-MS技術(shù)能夠?qū)Νh(huán)境空氣中的多環(huán)芳烴進(jìn)行定量分析，并揭示其源頭。李虹霖等[2開發(fā)超聲提取-GC-MS/MS法檢測(cè) PM_2.5 中18種多氯聯(lián)苯。采用玻璃纖維濾紙采樣，正己烷-二氯甲烷超聲提取，GC-MS/MS檢測(cè)?；厥章食?70% ，線性良好，加標(biāo)回收率為87.7%～119.2% ，檢出限介于 0.087～0.202pg/m³ 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RelativeStandardDeviation，RSD）為0.51%～9.39% 。該方法高效、靈敏，適用于 PM_2.5 中痕量多氯聯(lián)苯分析。

1.2水中有機(jī)污染物檢測(cè)

水體是有機(jī)污染物的主要傳輸媒介之一。水體內(nèi)的有機(jī)污染物涵蓋溶解態(tài)與非溶解態(tài)兩大類，包括溶解態(tài)有機(jī)物（DissolvedOrganicMatter，DOM）、揮發(fā)性有機(jī)物、農(nóng)藥等[3。這些有機(jī)污染物對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)造成潛在的負(fù)面效應(yīng)，并可能威脅飲用水安全。

目前，揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）在水體中的分析通常采用固相微萃取、吹掃捕集和頂空技術(shù)作為主要預(yù)處理方法。3種技術(shù)在處理樣品時(shí)均無(wú)須使用有機(jī)溶劑，從而避免溶劑對(duì)樣品基質(zhì)的干擾，并且減少對(duì)環(huán)境的二次污染。其中應(yīng)用最廣泛的是吹掃捕集和頂空。吹掃捕集技術(shù)使用惰性氣體從水樣中排出VOCs并進(jìn)行濃縮和熱分離。頂空技術(shù)是在一定溫度下的獨(dú)立氣液均衡系統(tǒng)中，用針管收集液體上面的待測(cè)成分，然后放入檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。VOCs沸點(diǎn)比較低，當(dāng)?shù)竭_(dá)氣液平衡時(shí)，在氣相測(cè)試中，成分濃度非常高且靈敏度極強(qiáng)。同時(shí)，頂空技術(shù)的樣品傳輸部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這使得該技術(shù)具有分析速度快、操作簡(jiǎn)單和結(jié)果高度可重復(fù)等顯著優(yōu)勢(shì)。對(duì)于污染較為嚴(yán)重的水樣，該技術(shù)不會(huì)對(duì)儀器及其管路造成污染。張艷飛采用頂空/GC-MS法檢測(cè)水中29種VOCs，結(jié)果顯示，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《水質(zhì)揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定頂空/氣相色譜－質(zhì)譜法》（HJ810—2016）的要求，證實(shí)該方法為水中VOCs檢測(cè)的有效手段。

水中有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)是水質(zhì)評(píng)估與保護(hù)的核心任務(wù)，其方法涵蓋物理、化學(xué)、生物及樣品前處理等方面。色度、濁度等物理指標(biāo)雖不能直接表征有機(jī)污染物，但能提供水質(zhì)初步污染狀態(tài)的線索。化學(xué)監(jiān)測(cè)則占據(jù)核心地位，色譜分析法用于精確分離和定量有機(jī)污染物，光譜分析法則通過光譜信號(hào)快速檢測(cè)污染物種類與濃度。GC-MS技術(shù)可以進(jìn)一步提供有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的精確信息，全面掌握水體污染情況，進(jìn)而開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，明確其環(huán)境影響。

1.3土壤中有機(jī)污染物檢測(cè)

土壤含有多種有機(jī)污染物，包括持久性有機(jī)污染物、多環(huán)芳烴和VOCs等。有機(jī)污染物可以通過土壤滲透到地下水中，污染水源，影響飲用水安全，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)一步破壞水生態(tài)系統(tǒng)。土壤中的有機(jī)污染物檢測(cè)早期主要依賴索氏提取法、色譜分析法以及其他復(fù)雜的前處理技術(shù)。這些方法雖各有應(yīng)用，但普遍面臨工作量大、耗時(shí)較長(zhǎng)、效率不高以及精確度受限的挑戰(zhàn)。相比之下，GC-MS技術(shù)以其高靈敏度、高分辨率、自動(dòng)化程度高以及精確度高的顯著優(yōu)勢(shì)，逐漸取代這些傳統(tǒng)方法，成為土壤中有機(jī)污染物檢測(cè)的主流手段。GC-MS不僅能夠檢測(cè)極低濃度的有機(jī)污染物，還能準(zhǔn)確鑒定其化學(xué)結(jié)構(gòu)，為環(huán)境評(píng)估與治理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

現(xiàn)階段，土壤中VOCs的預(yù)處理過程中，常用的方法包括吹掃捕集法、頂空分析法以及溶劑萃取法等。其中，溶劑萃取法需要大量使用有機(jī)溶劑，可能導(dǎo)致目標(biāo)物質(zhì)的損失。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)土壤中VOCs的前處理，更多采用吹掃捕集法和頂空分析法。土壤中35種揮發(fā)性氯代烴和56種V0Cs可通過GC-MS技術(shù)檢測(cè)。根據(jù)相關(guān)環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，頂空-GC-MS技術(shù)可用于測(cè)定土壤中的揮發(fā)性氯代烴。

溶劑萃取法是土壤中有機(jī)物預(yù)處理的常用方法，主要分為靜態(tài)浸泡法、振蕩萃取法及超聲波輔助萃取法等。靜態(tài)浸泡法是指將土壤樣品與溶劑混合，并在一定時(shí)間內(nèi)靜置，允許溶劑滲透土壤并溶解其中的有機(jī)污染物。其操作簡(jiǎn)便，適用于處理大批量土壤樣品，但提取效率較低，可能需要較長(zhǎng)時(shí)間。振蕩萃取法通過振蕩混合土壤樣品與溶劑，增加溶劑與污染物的接觸面積，從而提高萃取效率。該方法提高了溶劑和土壤的接觸效率，較靜態(tài)浸泡法更高效。但是，該方法需要較大的設(shè)備，操作過程要控制好振蕩強(qiáng)度，以避免土壤顆粒懸浮。超聲波輔助萃取法利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)和溫?zé)嵝?yīng)，增強(qiáng)溶劑與土壤污染物的接觸和溶解效果。其萃取速度快，提取效率高，能夠有效去除難溶的有機(jī)污染物。但是，超聲波處理可能降解某些有機(jī)物，且設(shè)備較為昂貴。

在檢測(cè)土壤中的有機(jī)污染物時(shí)，GC-MS技術(shù)可以憑借極高的選擇性和靈敏度，有效地對(duì)復(fù)雜的土壤樣品進(jìn)行處理和分析。靜態(tài)浸泡法、振蕩萃取法及超聲波輔助萃取法是良好的預(yù)處理方法，可以提取土壤中特定成分。GC-MS技術(shù)可以進(jìn)行樣本定性及定量分析，為土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)管理和評(píng)估創(chuàng)造條件。

吳麗娟等[5針對(duì)土壤基質(zhì)復(fù)雜及苯胺類化合物提取難的問題，以GC-MS技術(shù)為基礎(chǔ)，建立土壤中14種苯胺與聯(lián)苯胺類化合物的檢測(cè)方法。通過加入抗氧化劑、優(yōu)化萃取溶劑與條件，結(jié)合固相凈化與濃縮步驟，確保高提取效率與穩(wěn)定性。該方法可以應(yīng)用于疑似污染地塊，檢出苯胺類化合物。該方法簡(jiǎn)便、穩(wěn)定，有效抑制氧化，適用于土壤苯胺及聯(lián)苯胺類檢測(cè)。

2技術(shù)挑戰(zhàn)與未來展望

盡管GC-MS技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的分析能力和廣泛的應(yīng)用潛力，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些突出的挑戰(zhàn)。設(shè)備方面，設(shè)備成本高，操作和維護(hù)的復(fù)雜性也限制其在一些基層環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)中的普及和應(yīng)用。樣品預(yù)處理方面，固相微萃取、吹掃捕集和頂空等預(yù)處理技術(shù)被開發(fā)并應(yīng)用于GC-MS分析中，但這些技術(shù)在實(shí)際操作中可能仍需要進(jìn)一步優(yōu)化，以提高樣品提取效率和純度，減少基質(zhì)效應(yīng)對(duì)分析結(jié)果的影響。此外，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境樣品中的多種污染物，如何有效地進(jìn)行分離和同時(shí)檢測(cè)，也是當(dāng)前GC-MS技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)分析方面，GC-MS技術(shù)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)需要借助先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理軟件和光譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行解析和比對(duì)，這對(duì)數(shù)據(jù)處理能力提出很高的要求。然而，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理軟件在智能化和自動(dòng)化方面仍有待提升，以便更好地應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理和分析需求。

未來，隨著科技的持續(xù)發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，GC-MS技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景將更加廣闊。隨著儀器設(shè)備的不斷升級(jí)和成本的降低，GC-MS技術(shù)將更加普及和易用。另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展為GC-MS技術(shù)提供更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，進(jìn)一步提高其檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。隨著環(huán)境污染物研究的深入，新的檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)將不斷涌現(xiàn)，為GC-MS技術(shù)提供新的發(fā)展方向。在不久的將來，GC-MS技術(shù)將在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善做出更大的貢獻(xiàn)。

3結(jié)論

本文結(jié)合GC-MS技術(shù)的原理，綜述其在不同環(huán)境介質(zhì)有機(jī)污染物檢測(cè)中的應(yīng)用，尤其是環(huán)境空氣、水體和土壤。計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能對(duì)GC-MS技術(shù)影響較大，使用自動(dòng)進(jìn)樣器、數(shù)據(jù)處理軟件和大型光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，可以使得GC-MS操作更加簡(jiǎn)便、高效，大大提高數(shù)據(jù)處理和分析的速度與準(zhǔn)確性。后續(xù)可以重點(diǎn)研究計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能與GC-MS技術(shù)的耦合使用，通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，GC-MS技術(shù)可以在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，以更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

1宋俊超.環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)全程質(zhì)量控制的分析[J]黑龍江環(huán)境通報(bào)，2024（5）：66-68.

2 李虹霖，秦忠雪，袁悅，等.超聲提?。瓪庀嗌V串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定大氣顆粒物 PM_2.5 中18種多氯聯(lián)苯[J].預(yù)防醫(yī)學(xué)情報(bào)雜志，2025（1）：131-137.

3 王其臣.水環(huán)境中有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)存在的問題與優(yōu)化對(duì)策[J].皮革制作與環(huán)?？萍迹?023（2）：59-61.

4張艷飛.頂空/氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中的揮發(fā)性有機(jī)物[J].中國(guó)資源綜合利用，2023（12）：51-54.

5吳麗娟，楊麗莉，胡恩宇，等.氣相色譜－質(zhì)譜法測(cè)定土壤中14種苯胺類和聯(lián)苯胺類化合物[J].色譜，2023（12）：1127-1134.