氣相色譜法在環境保護和環境監測中的應用

許斌杰

（上海市崇明區環境監測站 上海 202150）

1 氣相色譜法的基本原理概述

1.1 目前國內氣相色譜法的技術原理

氣相色譜法又被稱為層析法，其分離的基本原理是利用物理的技術方法對混合物進行分離，讓之間的固定相和流動相相互分離。固定相和流動相如字面所表述的含義一樣，固定相是靜態的，流動相則是推動混合物流過固定相的液體。當液體推動混合物流過固定相的時候，混合物會和固定相發生反應。當然這些反應并不是一成不變的，其中也會出現不同的效果差異，原因是當中流動的混合物在經過固定相的時候，由于其內部材質和結構的不同，就會導致上訴現象的出現。

1.2 氣相色譜法在國內目前的結構機理

隨著國內科技的發展，氣相色譜法在國內的分離過程已經轉化為氣體作為流動相的處理基礎。之所以會發展為氣體作為基本的流動相是因為氣體的粘度和其他的物質相比要小，在分離混合物質的時候受到的阻力也會變小，并且氣體是會揮發的物質，所以其擴散的系數和其他物質相比較范圍就更大，在進行兩相之間的物質傳遞的時候，氣體的速度就較快，對于氣體在氣相色譜法中的應用能在一定程度上推進氣相色譜法的發展，也能提高其工作的效率和準確性。目前，在國內社會上已經開始引用氣相色譜法對沸點在500° C 以下的多種成分進行最基本的分離工序。在實際的操作中可以通過對氣壓的調節，使得高壓氣體容器能通過預熱盤旋管道和檢測器的參比池，給柱子內提供需要的載氣。在柱子處也設計了相關的分類裝置，對液體和氣體做了一個簡單的分類。具體的圖示如圖1 所示。

圖1 氣象色譜儀

2 氣相色譜法對毒氣監測

目前隨著科技技術的發展，很多的土地中含有的農藥殘留和其他的化學物質的殘留也逐漸增多，即使要采取人工提取化學物質或者凈化土壤等，對于相關部門來說都是一個很復雜的過程。四氫呋喃屬于一種雜環有機化合物，是一種較為典型的極性醚類之一，在化學反應當中主要是作為一種中等極性的溶劑來加以使用，尤其是可在PVC 當中得以溶解，或者是聚偏氯乙烯等當中大量使用。

2.1 試驗

（1）試驗儀器和試劑

由美國Agilent 儀器公司生產的型號為6890N 的氣相色譜儀，具火焰離子化檢測器；DB－200 毛細管色譜柱(30m × 0.53mm × 1μm)。

選用劑量為2ml 的安捷倫螺紋口樣品瓶；北京市勞保所科技發展有限公司生產的劑量大小為10ml 的溶劑解吸瓶活性炭吸附采樣管，且該樣管中需提前放置100mg 的活性炭；青島嶗山電子儀器實驗所生產的KB－ 120TSP 大氣采樣器。

（2）色譜條件

最初設定的條件如下：溫度保持在50 攝氏度，且持續時間為1 分鐘；二次設定：處于10 攝氏度的環境下，可將溫度達到100 攝氏度；同時要保證兩處溫度處于不同的指標刻度線上，進樣口溫度控制在200 攝氏度，檢測器溫度控制在250 攝氏度；所使用的載氣為高純氮氣流量：按照每分鐘2.0ml 的頻次將其分流至樣品溶液中，分流比保持在20∶1，進樣量大小保持在1μl。

（3）樣品采集和前處理

鑒于選取四氫呋喃濃度（在環境當中提取物品）比較低，為了修正這一問題，可選取活性炭吸附采樣的辦法，這樣便可達到濃度增強的目的。方法如下：采樣器與活性炭采樣管連接，需要發揮橡膠管的作用，設定好這一條件之后，可置于環境空氣當中實施對樣品采樣的目的，其中按照每分鐘0.5 毫升/分鐘，按照這一標準保持40 分鐘。然后是把活性炭放置到現場，同時打開不抽空氣對空白樣品進行分析。在采樣完成后給活性炭管兩端戴上塑料帽，并將其拿到實驗室做分析。把已經采樣過的活性炭轉入到大小為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，隨后在接下來的30 分鐘中進行搖晃以保持均勻，以便進行色譜測定，當和校準曲線處于同一條件時可以開展分離測定。

2.2 結果與討論

（1）校準曲線配制

使用1000μl 移液器取劑量為1000μl 的二硫化碳轉入到螺紋口樣品瓶，同時通過10μl 微量注射器從樣品瓶中移走2μl，然后再注入同樣劑量的四氫呋喃，即得到標準貯備液，該溶液濃度大約為1780mg/L。在實驗過程中，通過1000μl 移液器先將劑量1000μl 的二硫化碳注入進螺紋口樣品瓶中，然后再通過25μl 微量注射器，逐次移走3μl、5μl、10μl、15μl 和20μl 大小的溶液，同時再將同等劑量四氫呋喃注入到標準貯備液中。基于上述過程得到四氫呋喃標準曲線5.34～35.6mg/L，回歸方程Y=0.880X+0.901，r 為0.9998，曲線形狀表現為直線。

（2）樣品測定

通過對校準曲線測定的方法對樣品及空白樣品進行測定，在測定樣品峰面積的基礎上將空白樣品峰面積進行刪減的基礎上，根據標準曲線就能夠計算出四氫呋喃樣品濃度，其中保留時間屬于定性指標。

2.3 標準氣相色譜峰

按照上文中所提到的色譜條件對濃度大小為8.90mg/L 的四氫呋喃標準溶液進行測定，得到的氣相色譜峰如下圖所示：

圖2 四氫呋喃氣相的色譜分離圖

基于上圖可以發現，四氫呋喃和二硫化碳兩種物質在分離與響應方面都表現良好。

2.4 檢出限的測定

基于上述方法對1.78mg/L 四氫呋喃標準溶液采取7 次平行測定，根據MDL=t(n－1，0.99)×s 公式得出檢出限，其中(n－1，0.99)代表的是當置信度處于99%且自由度為(n－1)時t 值的大小，如果n 取7 那么t 值為3.143；s 代表的是標準偏差[3]。通過該公式可以估算出其檢出限為0.11mg/L，當采樣體積大小達到20L時，檢測發現四氫呋喃的最低質量濃度為0.006mg/m3。

2.5 精密度和準確度

根據實驗計算取10 個空白活性炭管且平均分為兩組，每組各5 個。在試驗過程中，分別向第一組和第二組的每個活性炭管中分別倒入3μl 和5μl 的四氫呋喃標準中間溶液，然后根據上文中1.3 樣品處理過程對色譜柱進行測定，測定結果如下表所示。根據表1 數據分析發現，兩種容易測定結果重現性都較為理想，四氫呋喃相對標準偏差范圍不超過8%，從四氫呋喃加標的回收率來看主要處于95.5%-103.4%區間范圍，由此可見，采取該方法測定結果的精密度與準確度都滿足本次測試質量控制要求。

表1 四氫呋喃精密度與回收率的測定結果

從目前利用活性炭實現對廢氣中所含四氫呋喃采集的過程來看，解吸可通過SO2來實現，接下來在測定環節當中可使用氣相色譜法實現這一目的。在整個采集環節當中，在使用定性與定量的方法測量時，可具體采取這一方法——保留時間與色譜峰面積外標曲線法。結合相關結果來看，選取的這一方法具有獨特性的優勢：（1）具有較高的回收率，同時與預期的目的相比，具有較高的精準度；（2）最大檢出限為0.11 毫克/升，當四氫呋喃的質量濃度最低，具體為0.06 毫克/立方米，此時采樣體積需要達到20 升這一狀態。

結語

基于以上分析發現，此方法操作過程較為簡單且回收效率較高，對于儀器設備沒有特殊要求，可以在日常工作中用于對空氣、廢氣中四氫呋喃含量與濃度進行監測。