氣相色譜技術在水環境監測中的應用

江 靜 周清時

（1 句容市環境監測站 江蘇句容 212400 2 長江生態環保集團有限公司 湖北武漢 430062）

引言

水是人類賴以生存的基礎，水環境的健康直接關系到社會的長遠發展和人類的生存，我國作為最大的發展中國家，不僅人口眾多，而且水資源相對匱乏，隨著經濟的快速發展，水環境生態質量惡化嚴重。新形勢下，對生態環境保護的要求日益提高，對環境監測的準確性和時效性要求越來越高，加強對水環境的監測則顯得更為重要。氣相色譜技術作為一種經典的分析技術，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，在水環境監測領域被廣泛應用，極大地推動了水環境監測的發展。

1 氣相色譜概述

氣相色譜技術是環境監測領域常用的分析檢測技術之一，該技術通常用來檢測環境中揮發性和半揮發性的有機物，可以同時進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，對于水環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不同的理化特性對其進行分離檢測[1]。當性質各異的組分通過氣相色譜儀的氣體流動相時，各組分與流動相相互作用的大小強弱也有差異，因此，分配系數不同的各組分經過反復分配，最終以不同的時間流出色譜柱，并利用相應的檢測器進行檢測，達到分離檢測的目的[2]。水環境監測中常用的氣相色譜柱有氫火焰離子化檢測器和電子捕獲檢測器。

與傳統分析檢測方法相比，氣相色譜法具有較高的分離效率，可把組分復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，能有效節省分析時間，減少二次污染，為環境監測提供堅實基礎；檢測靈敏度高，能夠監測出微小含量的物質，使儀器與其他儀器相比能達到更低的檢出限，特別適合于微量和痕量分析；選擇性好，能夠將組成成分極為相近的同分異構體或者同位素進行區分；應用范圍廣，在分析物質含量時，不受組分含量和物質形式的限制，低含量、高含量，或者氣體、液體，都能進行分析；價格便宜，操作技術相對簡便，利于日常分析推廣。

2 氣相色譜技術在水環境監測中的應用

采用傳統監測方法對水環境進行監測時，由于存在檢測時間長，試劑消耗量大、多組分不能同時檢測等問題，研究開發一種新的技術去改善工作效率很有必要。近年來，人們對氣相色譜的研究日趨成熟，對水環境監測起到了變革性作用，在地表水、廢水等多種水環境中得到了很好的應用，有效解決了多組分同時高效快速的測定的難題，為水環境監測提供了保障，開辟了新路徑。

2.1 氣相色譜在傳統污染物監測中的應用

2.1.1 氣相色譜在分析水中營養元素中的應用

水環境中氮、磷等營養元素超標將會對水生態造成嚴重影響，不僅會引起水體的富營養化，還會對人類健康造成威脅。因此，對水環境中營養元素的檢測十分重要，快速、有效的檢測方法將會對水環境監控起到良好的促進作用，又有利于決策者較為快速的提出相應對策，對水環境保護意義重大。傳統的分析檢測方法不僅消耗大量有毒試劑，分析時間較長，而且只能分析單一營養元素，不利于水環境監測的快速發展。近年來，很多研究學者利用氣相色譜法對水環境中的營養元素進行分析，得到了較好的分析效率，大大加快了分析時間。彭容等[3]利用頂空氣相色譜法對水環境中的氨氮進行檢測，該方法主要通過甲醛與水環境中的銨離子進行反應生成強酸，再加入碳酸氫鈉與強酸進行反應生成二氧化碳，再通過氣相色譜定量檢測生成的二氧化碳的含量，從而得到水環境中氨氮的濃度。該種方法得到了良好的線性關系和較低的檢出限（0.786mg/L），與傳統方法偏差較小，滿足了水環境中氨氮的快速、批量檢測。Pagliano 等[4]研究了頂空氣相色譜法檢測水環境中的總氮的方法，主要通過衍生化反應，將水環境中的硝酸鹽轉化成易揮發的衍生物，從而通過氣相色譜進行檢測，進而得到水環境中總氮的含量。Addision 等[5]采用氣相色譜法對水環境中的總磷進行檢測，主要以甲苯為萃取劑，利用元素磷的可氧化燃燒性，通過火焰光度檢測器進行檢測，在526nm 處得到了檢測水環境中總磷含量檢測的分析方法。史東坡等[6]采用電子捕獲檢測器通過氣相色譜法對水環境中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮進行檢測，將無機陰離子NO3-和NO2-用苯衍生化后進行分析檢測，線性關系良好。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用

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

2.1.3 氣相色譜在分析水中其它傳統污染物中的應用

近年來，氣相色譜法被研究學者用來檢測水環境中的其它傳統污染物，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定水環境中石油類物質的分析檢測方法，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器進行檢測。秦樊鑫等[11]建立了水環境中揮發酚的氣相色譜分析檢測方法，主要是將揮發酚進行溴衍生化后，采用液液萃取法進行分離富集，并通過氣相色譜進行檢測，得到了良好的線性關系和較低的檢出限。郭瑞雪[12]建立了一種水環境中氰化物的頂空氣相色譜檢測法，主要將氰化物進行衍生化后進行氣相色譜檢測，線性關系良好，檢測方法快速有效。高翔宇等[13]建立了吹掃捕集-氣相色譜-質譜法直接測定地表水中苯胺的分析方法，取5mL 水樣，采用內標法定量，在pH8，吹掃時間為25min 的最佳檢測條件下，苯胺的線性關系良好，滿足水環境中苯胺的分析檢測。

2.2 氣相色譜在有機污染物分析檢測中的應用

有機污染物是水環境中重要的污染源，對生態環境的破壞性大，難降解，能夠借助食物鏈完成富集，對人類健康造成潛在威脅，因此，快速高效的分析檢測方法研究很有必要。

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

3 氣相色譜在水環境分析監測中的應用展望

隨著對水環境監測工作的不斷重視與對氣相色譜技術研究的不斷深入，不僅需要先進的儀器分析技術，更要使其朝更高靈敏度、更方便快捷的方向發展，不斷拓寬應用領域，不斷推出新的方法。其發展主要體現在以下幾個方面：

（1）開發與其它新技術的聯用方法，如衍生化，微萃取技術、質譜技術等，不斷優化監測技術，更好的對水環境進行監測；

（2）色譜柱是氣相色譜的基礎，開發高選擇性、成本低的專用色譜柱對水環境中更多項目的同時監測意義重大；

（3）與評價軟件的聯合應用能使氣相色譜技術更好的服務與水環境監測，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）和自動化發展能為應急監測提供良好的技術支撐。

結語

文章針對氣相色譜在水環境監測中的應用進行簡要分析，明確氣相色譜的應用廣泛性及其在水環境監測中所具備的優勢，但在實際應用中還存在一些不完善的地方亟需改進，在今后的研究與實踐中要充分發揮氣相色譜的優勢，不斷優化監測方法，更好的為我國的水環境監測服務。