气相色谱法在环境监测中的应用

气相色谱法在环境监测中的应用

应用化学02 冷方方200941602038

摘要：气相色谱法是现代分析的主要手段之一。近年来，气相色谱的各个领

域都取得长足的进步和发展。本文介绍了气相色谱法在大气、室内气体、各种水体和其他类型污染物的应用，并阐述了气相色谱的发展趋势。

关键字：气相色谱法，联用技术，环境监测

1前言

色谱法是一种重要的分离分析方法，它是利用不同物质在两相中具有不同的分配系数(或吸附系数、渗透性)，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离。在色谱技术中，流动相为气体的叫气相色谱，流动相为液体的叫液相色谱。

气相色谱法由于其具有分离效能高、分析速度快、选择性好等优点而被广泛应用于环境样品中的污染物分析、药品质量检验、天然产物成分分析、食品中农药残留量测定、工业产品质量监控等领域。

2气相色谱法现状

气相色谱法广泛用于纯物质中的杂质、环境污染物、食品中有害成分、药物有效成分、代谢物、刑事法医鉴定、石油化工生产中痕量物质等的分析。随着有毒有害有机污染物对空气、水、土壤及粮食、蔬菜的污染日益严重,有机污染物的监测已得到世界各国的重视。常用的CODCr和CODMn的监测方法不能检测出多环芳烃、苯系物、PCB等强致癌物的状况。GC,GC-MS,HPLC法是有机污染物监测的常用方法。尤其是GC法以其相对价格低廉,操作简便,易于推广利用而备受关注。目前,美国、日本和我国在有机污染物监测的方法中,GC法占了80%。

气相色谱分析法在环境水和废水分析中有着广泛的应用,特别是对水中复杂、痕量、多组分有机物分析,GC是强有力的成分分析工具,而MS是能给出最充分信息的结构分析器。二者的结合常常成为首选的分析方法。据报道少数发达国家已将GC/MS系统列为水中有机物的监测分析方法和标准分析方法,成为有力的鉴定工具。

全球性的多环芳烃污染一直为人们关注。多环芳烃主要产生于煤的加工转化工艺中,后随工业排放水进入环境。由于它具有生物诱变性和致癌性,深受各国的关注。复旦大学的陈正夫、陈思华介绍了利用色谱保留值结合质谱信息鉴定多环芳烃在焦化废水形态分布分析中的应用研究。将多环芳烃的Lee保留指数推广到环境监测中的应用条件和范围,探讨全过程跟踪式的焦化废水采样方式,分析方法切实、有效。

在水处理的厌氧发酵过程中,选用不同的菌种产生不同的气体,不同组分、不同含量的气体需选用不同的条件进行分析。云南师范大学太阳能研究所的高天荣、肖怡玲、徐锐等人通过实践,用HP4890D气相色谱仪和常用固定相摸索出包括O2、N2、CO2、H2和CH4的测试条件,取得了良好的效果。2005年11月哈尔滨水污染情况的检测，就是用GC来进行的。

溶胶凝胶柱是一种新型色谱柱,具有耐高温、分离效果佳、重现性好、制作工艺简单等特点。南京师范大学王东新采用新型的溶胶凝胶毛细管气相色谱柱可直接对饮料中的苯甲酸进行测定,而无需将苯甲酸衍生化,避免了衍生过程带来的误差。

水源水中丙烯酰胺的测定是根据丙烯酰胺在pH1～2的条件下与新生态的溴发生加成反应,生成α—β—二溴丙酰胺,用乙醇乙酯萃取,以(10%DEGS+2%溴化钾)色谱柱分离,以GC-ECD测定,其最低检出量为0.015μg;水源水中环烷羧酸的测定是利用三甲基氯硅烷为硅烷化试剂与环烷羧酸衍生后进行气相色谱分析,方法的最低检出浓度为0.01mg/L,衍生反应在35℃水浴2min即可完成。

居室空气中甲醛的测定是根据甲醛能与2, 4—二硝基苯肼衍生成2, 4—二硝基苯腙,用环己烷提取,以OV—17与QF—1混涂色谱柱分离,用ECD测定,当采气量为10L时,其最低检出浓度为0.01mg/m3,衍生反应在60℃水浴中15min即可完成。

3气相色谱法的优缺点

气相色谱有以下优点:气相色谱法具有高效、灵敏、快速、能同时分离分析多种组分、样品用量少、应用范围广等,可用来测量皮克级痕量污染物。此外,气相色谱还有一些长处:a.检测响应时间较短;b.分析速度快,一般几分钟到几十分

钟便可完成分析周期;c.应用范围广,对操作温度和压力限制小。气相色谱法其流动相为气体,固定相有固体吸附剂和有机液体。固体吸附剂品种少、重现性较差。用得较少,主要用于分离分析永久性气体和Cl~C4低分子碳氢化合物。气—液分配色谱的固定液纯度高、包谱性能重现性好,品种多,可供选择范围广。因此,目前大多数气相色谱分析是气液分配色谱。将待测试样进行化学衍生处理法(简称CFD法),可用以分析高沸点,强极性,腐蚀性以及热不稳定性化合物.衍生法种类繁多,用于色谱试样处理的衍生法主要有:硅烷化法、成肟或腙法、酯化法、酰化法、卤化法、环化法及无机试样衍生法

但气相色谱最大的缺点就是不能直接根据色谱峰得出定性结论。而需用已知物的色谱数据对照,才能得到定性结果。

4 气相色谱的发展趋势

4.1 仪器方面的最新进展

自动化程度进一步提高，特别是EPC（电子程序压力流量控制系统）技术已作为基本配置在许多厂家的气相色谱仪上安装（如HP6890，ShimadzuGC-17A

GC-2010，Varian 3800，PE Auto XL，CE Mega 8000等），从而为色谱条件的再现、优化和自动化提供了更可靠更完善的支持。

色谱仪器上的许多功能进一步得到开发和改进，如大体积进样技术，液体样品的进样量可达500微升；检测器也不断改进，灵敏度进一步提高；与功能日益强大的工作站相配合，色谱采样速率显著提高，最高已达到200赫兹，这为快速色谱分析提供了保证。色谱工作站功能不断增大，通讯方式紧跟时代步伐，已实现网络化，从技术上讲，现在实现气相色谱仪的远程操作（样品已置于自动进样器中）是没有问题的。

4.2 色谱柱

新的高选择性固定液不断得到应用，如手性固定液等。细内径毛细管色谱柱应用越来越广泛，主要是快速分析，大大提高分析速度。耐高温毛细管色谱柱扩展了气相色谱的应用范围，管材使用合金或镀铝石英毛细管，用于高温模拟蒸馏分析到C120；用于聚合物添加剂的分析，抗氧剂1010在20分钟内流出，得到了较好的峰形

4.3 GC×GC（全二维气相色谱）

GC×GC技术是近两年出现并飞速发展的气相色谱新技术，样品在第一根色谱柱上按沸点进行分离，通过一个调制聚焦器，每一时间段的色谱流出物经聚焦后进入第二根细内径快速色谱柱上按极性进行二次分离，得到的色谱图经处理后据报道，使用这一技术分析航空煤油检出了上万个组分。

4.4 联用技术

由一种分离手段与一种鉴定方法组成的联用技术,是当前仪器分析和分析仪器的发展方向之一。联用技术可以提高分析方法的灵敏度、准确度,增强对复杂混合物的分辨力,获得两种手段分别使用所不具有的功能。日前,在色谱领域中广泛采用的,如气相色谱—质谱(GC—MS)、液相色谱—质谱(LC—MS)、气相色谱—傅里叶红外光谱(GC—FTIR)、液相色谱—核磁共振(C—NMR)等多种联用技术。

4.5气相色谱专家系统

近年来人们将气相色谱与计算机信息系统技术相结合设计出了气相色谱专家系统。气相色谱专家系统是一个具有大量气相色谱分析方法的专门知识与经验的计算机程序。它应用人工智能技术,根据一个或多个色谱专家提供的专门知识、经验进行推理和判断,模拟色谱专家来解决那些需要专家决定的复杂问题,提出

专家水平的解决方法或决策。

随着社会不断进步，气相色谱与其它分析方法一样朝更高灵敏度、更高选择性、更方便快捷的方向发展，不断推出新的方法来解决遇到的新的分析问题。网络经济飞速发展也为气相色谱的发展提供了更加广阔的发展空间。