气相色谱法在环境保护和环境监测中的应用

许斌杰

（上海市崇明区环境监测站 上海 202150）

1 气相色谱法的基本原理概述

1.1 目前国内气相色谱法的技术原理

气相色谱法又被称为层析法，其分离的基本原理是利用物理的技术方法对混合物进行分离，让之间的固定相和流动相相互分离。固定相和流动相如字面所表述的含义一样，固定相是静态的，流动相则是推动混合物流过固定相的液体。当液体推动混合物流过固定相的时候，混合物会和固定相发生反应。当然这些反应并不是一成不变的，其中也会出现不同的效果差异，原因是当中流动的混合物在经过固定相的时候，由于其内部材质和结构的不同，就会导致上诉现象的出现。

1.2 气相色谱法在国内目前的结构机理

随着国内科技的发展，气相色谱法在国内的分离过程已经转化为气体作为流动相的处理基础。之所以会发展为气体作为基本的流动相是因为气体的粘度和其他的物质相比要小，在分离混合物质的时候受到的阻力也会变小，并且气体是会挥发的物质，所以其扩散的系数和其他物质相比较范围就更大，在进行两相之间的物质传递的时候，气体的速度就较快，对于气体在气相色谱法中的应用能在一定程度上推进气相色谱法的发展，也能提高其工作的效率和准确性。目前，在国内社会上已经开始引用气相色谱法对沸点在500° C 以下的多种成分进行最基本的分离工序。在实际的操作中可以通过对气压的调节，使得高压气体容器能通过预热盘旋管道和检测器的参比池，给柱子内提供需要的载气。在柱子处也设计了相关的分类装置，对液体和气体做了一个简单的分类。具体的图示如图1 所示。

图1 气象色谱仪

2 气相色谱法对毒气监测

目前随着科技技术的发展，很多的土地中含有的农药残留和其他的化学物质的残留也逐渐增多，即使要采取人工提取化学物质或者净化土壤等，对于相关部门来说都是一个很复杂的过程。四氢呋喃属于一种杂环有机化合物，是一种较为典型的极性醚类之一，在化学反应当中主要是作为一种中等极性的溶剂来加以使用，尤其是可在PVC 当中得以溶解，或者是聚偏氯乙烯等当中大量使用。

2.1 试验

（1）试验仪器和试剂

由美国Agilent 仪器公司生产的型号为6890N 的气相色谱仪，具火焰离子化检测器；DB－200 毛细管色谱柱(30m × 0.53mm × 1μm)。

选用剂量为2ml 的安捷伦螺纹口样品瓶；北京市劳保所科技发展有限公司生产的剂量大小为10ml 的溶剂解吸瓶活性炭吸附采样管，且该样管中需提前放置100mg 的活性炭；青岛崂山电子仪器实验所生产的KB－ 120TSP 大气采样器。

（2）色谱条件

最初设定的条件如下：温度保持在50 摄氏度，且持续时间为1 分钟；二次设定：处于10 摄氏度的环境下，可将温度达到100 摄氏度；同时要保证两处温度处于不同的指标刻度线上，进样口温度控制在200 摄氏度，检测器温度控制在250 摄氏度；所使用的载气为高纯氮气流量：按照每分钟2.0ml 的频次将其分流至样品溶液中，分流比保持在20∶1，进样量大小保持在1μl。

（3）样品采集和前处理

鉴于选取四氢呋喃浓度（在环境当中提取物品）比较低，为了修正这一问题，可选取活性炭吸附采样的办法，这样便可达到浓度增强的目的。方法如下：采样器与活性炭采样管连接，需要发挥橡胶管的作用，设定好这一条件之后，可置于环境空气当中实施对样品采样的目的，其中按照每分钟0.5 毫升/分钟，按照这一标准保持40 分钟。然后是把活性炭放置到现场，同时打开不抽空气对空白样品进行分析。在采样完成后给活性炭管两端戴上塑料帽，并将其拿到实验室做分析。把已经采样过的活性炭转入到大小为10ml的具塞比色管中，并向其倒入1ml 的二硫化碳，并做好管塞塞堵工作，随后在接下来的30 分钟中进行摇晃以保持均匀，以便进行色谱测定，当和校准曲线处于同一条件时可以开展分离测定。

2.2 结果与讨论

（1）校准曲线配制

使用1000μl 移液器取剂量为1000μl 的二硫化碳转入到螺纹口样品瓶，同时通过10μl 微量注射器从样品瓶中移走2μl，然后再注入同样剂量的四氢呋喃，即得到标准贮备液，该溶液浓度大约为1780mg/L。在实验过程中，通过1000μl 移液器先将剂量1000μl 的二硫化碳注入进螺纹口样品瓶中，然后再通过25μl 微量注射器，逐次移走3μl、5μl、10μl、15μl 和20μl 大小的溶液，同时再将同等剂量四氢呋喃注入到标准贮备液中。基于上述过程得到四氢呋喃标准曲线5.34～35.6mg/L，回归方程Y=0.880X+0.901，r 为0.9998，曲线形状表现为直线。

（2）样品测定

通过对校准曲线测定的方法对样品及空白样品进行测定，在测定样品峰面积的基础上将空白样品峰面积进行删减的基础上，根据标准曲线就能够计算出四氢呋喃样品浓度，其中保留时间属于定性指标。

2.3 标准气相色谱峰

按照上文中所提到的色谱条件对浓度大小为8.90mg/L 的四氢呋喃标准溶液进行测定，得到的气相色谱峰如下图所示：

图2 四氢呋喃气相的色谱分离图

基于上图可以发现，四氢呋喃和二硫化碳两种物质在分离与响应方面都表现良好。

2.4 检出限的测定

基于上述方法对1.78mg/L 四氢呋喃标准溶液采取7 次平行测定，根据MDL=t(n－1，0.99)×s 公式得出检出限，其中(n－1，0.99)代表的是当置信度处于99%且自由度为(n－1)时t 值的大小，如果n 取7 那么t 值为3.143；s 代表的是标准偏差[3]。通过该公式可以估算出其检出限为0.11mg/L，当采样体积大小达到20L时，检测发现四氢呋喃的最低质量浓度为0.006mg/m3。

2.5 精密度和准确度

根据实验计算取10 个空白活性炭管且平均分为两组，每组各5 个。在试验过程中，分别向第一组和第二组的每个活性炭管中分别倒入3μl 和5μl 的四氢呋喃标准中间溶液，然后根据上文中1.3 样品处理过程对色谱柱进行测定，测定结果如下表所示。根据表1 数据分析发现，两种容易测定结果重现性都较为理想，四氢呋喃相对标准偏差范围不超过8%，从四氢呋喃加标的回收率来看主要处于95.5%-103.4%区间范围，由此可见，采取该方法测定结果的精密度与准确度都满足本次测试质量控制要求。

表1 四氢呋喃精密度与回收率的测定结果

从目前利用活性炭实现对废气中所含四氢呋喃采集的过程来看，解吸可通过SO2来实现，接下来在测定环节当中可使用气相色谱法实现这一目的。在整个采集环节当中，在使用定性与定量的方法测量时，可具体采取这一方法——保留时间与色谱峰面积外标曲线法。结合相关结果来看，选取的这一方法具有独特性的优势：（1）具有较高的回收率，同时与预期的目的相比，具有较高的精准度；（2）最大检出限为0.11 毫克/升，当四氢呋喃的质量浓度最低，具体为0.06 毫克/立方米，此时采样体积需要达到20 升这一状态。

结语

基于以上分析发现，此方法操作过程较为简单且回收效率较高，对于仪器设备没有特殊要求，可以在日常工作中用于对空气、废气中四氢呋喃含量与浓度进行监测。