氣相色譜法在大氣污染監測的應用

趙強

（新疆維吾爾自治區環境保護科學研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

引言

氣相色譜法是一種新型的監測方法，將氣液色譜作為主要對象，當前這種氣相色譜法在社會的很多領域都有廣泛地應用，如自然環境的保護、化工、食品、臨床以及醫藥等方面。大氣污染監測中，氣相色譜法也發揮著不可忽視的作用，因此要明確氣相色譜法的相關原理與工作流程，使其更好地應用到大氣污染監測中，為大氣環境保護提供優質的服務。

一、氣相色譜法的原理

氣相色譜法是以氣體為移動相的色譜法，氣相色譜法按照固定相種類主要分為氣液色譜法和氣固色譜法，選擇氣體作為流動相是由于氣體的粘度很小，在色譜柱中流動過程中形成的阻力較小，加之氣體具有相當大的擴散系數，這些因素為物質組分在兩相之間進行高效傳遞提供了良好條件，以此原理達到將氣體混合物進行高效、精確分離的效果。在運用氣相色譜法進行大氣污染監測的工作過程中，采集和承載氣體可以使用壓力氣體容器，再依據檢測的實驗條件對氣體壓力做相應調節，讓檢測氣體試樣與液體混合物經過余熱盤旋管和檢測器滲比池流入各種色譜柱里，當氣體試樣通過導熱池流入大氣的時候對待檢測氣體進行分離并檢測，一般情況下，沸點小于300℃的氣體分離和分析中都采用氣相色譜法進行。

二、氣相色譜法在大氣污染監測的應用

（一）有毒試劑監測

在我國經濟社會發展過程中，汽車尾氣和工業排出的廢氣物質中都會含有一些有毒的試劑，這些有毒物質具有比較強的揮發性，如果不對其處理，很容易會揮發到空氣中，從而對大氣造成污染，威脅人們的身體健康。當前我國大氣污染中比較常見的有毒試劑，主要包括了一氧化碳和氧化氮等有毒氣體，而氣相色譜法對于這種有毒試劑和有毒物質的反應比較靈敏，很容易對其進行監測，且在檢測的過程中，不容易受到其他因素的干擾，保證監測數據的準確性。例如氣相色譜法測定空氣中的甲醇含量，具體如下：

儀器及試劑

儀器：GIRDEL300色譜儀。試劑：異丙醇（不含甲醇），甲醇（色譜純）。

實驗內容

（1）選擇色譜柱。為了選擇最佳的分離條件，可采用FFAP柱、porapakQ柱、PEG1500柱，對飽和烴、甲醇、乙醇、甲苯、苯、丙酮進行保留時間測定。結果顯示，porapakQ柱對空氣中甲醇含量的分析比較理想。（2）配制標樣。取30±0.0001g的異丙醇放置在天平上，然后加入甲醇，加入量根據被測氣體中的甲醇含量確定，確保甲醇含量與1μ1氣體樣品中的甲醇含量一致。（3）定性與定量分析。空氣中除了有甲醇外，還有低碳烴等有機物，由于不同物質在色譜柱上的保留時間也不相同，因此需要在分析過程中采用保留時間定性法。本研究通過甲醇標樣保留時間定性，以測出甲醇的色譜峰。定量分析采用外標法定量。計算公式為：

在上述公式中，C表示樣品中的甲醇含量；C’表示標樣中的甲醇含量；Ai表示樣品中甲醇峰面積；As表示標樣中甲醇峰面積；Vi表示樣品進樣量；Vs表示標樣進樣量；d表示異丙醇比重。

3.實驗結果。通過本實驗可以檢測出空氣中甲醇的含量，甲醇在空氣中的爆炸極限為6.0—36.5%，是一種有毒物質，在空氣中的允許濃度為50μg/L，本實驗測定結果顯示，當甲醇的濃度為9μg/L時，色譜峰高為14mm，半峰寬為1.2mm。由此可見，此種檢測方法適用于大氣中對微量甲醇的監測工作。

（二）有機污染物和氧化碳檢測

在大氣有機污染物和氧化碳檢測中，也可以使用氣相色譜法。具體而言，在檢測過程中，要借助氫火焰離子化檢測器檢測設備，此種檢驗設備在系統中額外增加了一個鎳反應器，可以將有機污染物全部轉化為甲烷。同時，在氫火焰離子化檢測器檢測設備中，還存在一個測量氫化合物總體含量的進樣器，通過色譜圖可以檢測大氣污染物質。相關研究表明，有機污染物和一氧化碳檢測過程中，氫氣會在壓力調節器的作用下，進入氫火焰離子化檢測器檢測設備中的V2閥門中，采樣閥門在“進樣”位置處，在氫氣的作用下，將采樣管中1～2mL氣體送入C1位置處，并經過1min左右的時間，采樣閥門重新回到反吹位置，這時氫氣就可以對C1管反吹，從而將有機物污染物和多余的一氧化碳清洗出去。在等待4min左右后，重復進行上述操作，這時就會有一部分空氣進入色譜柱C2中，并在C1與C2之間形成一個高分子聚合球。而部分物質如甲烷或一氧化碳則會率先從C2位置處濾出，并在Va位置處自動關閉，這樣就可以對大氣中的有機污染物和一氧化碳進行檢測。

（三）熱不穩定化合物檢測

在大氣污染問題中，熱不穩定化合物是其重要組成部分，包括有機酸、偏二甲肼等化合物。由于大氣中的熱不穩定化合物具有揮發性較弱的特點，對其進行衍生化處理是利用氣相色譜法的前提條件，繼而使其轉變為發揮性強、熱穩定性高的物質進行檢測。在實際檢測過程中，參照“吸附劑以XAD-2樹脂為主，催化劑以氧化銀為主，酯化劑以芐基溴為主”的選用原則，由此檢測大氣中的熱不穩定化合物，待處理后的延伸率達到約98%左右，再利用氣相色譜法進行檢測，確保熱不穩定化合物的檢出精度滿足標準規定（低于10μg/L）。為了更好地收集大氣中的熱不穩定化合物，視情況將硫酸涂抹于SG-2固體吸附劑的表面，經水洗后獲得檢測樣本，添加糖醛至所收集的樣本容器中，使其與不穩定物質產生衍生化反應，繼而采用氣相色譜法來檢測處理后的樣品，相較上述方式也有助于提高檢測準確率。

結語

綜上所述，隨著人們對大氣環境質量要求逐漸提高，環境保護工作的重要性自是不言而喻的，在大氣污染監測中利用氣相色譜法同樣起到了尤為關鍵的作用。氣相色譜法在大氣污染監測中的應用，主要體現在熱不穩定化合物檢測、有機污染物和氧化碳檢測、有毒試驗監測、硫污染物監測4個方面，為大氣污染監測提供服務，進而實現促進環境保護向更好方向發展的目標，有助于為人們創造良好的生態環境。