土壤和沉積物中揮發性有機物的檢測研究與應用

趙麗麗

摘要：土壤和沉積物中含有大量的有機物，如果對這種有機物進行檢測，并對其加以利用，可以節省資源，避免資源的浪費，且可以就地取材，不需要耗費大量的人力和物力。目前常用的土壤和沉積物中揮發性有機物的檢測系統，不僅不能夠對有機氣體進行干燥，而且不便于將有機氣體排出，因此，我們提出一種土壤和沉積物中揮發性有機物的檢測系統，以便于解決上述中提出的問題。

關鍵詞：土壤沉積物;揮發性有機物檢測;應用;

前言：近幾年來國內外的專家在評估污染環境中揮發性物質（VOCs）的健康風險時，已不大推薦采用基于其在土壤或地下水中的濃度進行風險評估，而更傾向于基于土壤氣中VOCs實測濃度進行評定。建立健全土壤中的VOCs污染防治管理體系，相對于我國大氣和水污染防治，土壤污染防治工作基礎薄弱，體系尚未形成，形勢緊迫，任務艱巨。

一、土壤和沉積物中揮發性有機物的檢測研究

1.當前土壤VOCs 分析主要依賴常規實驗室檢測技術，通過手工采樣、保存，然后帶回實驗室先進行樣品前處理、再進行定性定量分析。檢測方法見于報道的可用于測定VOCs 的方法有分光光度法、氣相色譜法、熒光及其傳感器法、氣相色譜質譜法、反射干涉光譜法、傅里葉變換紅外光譜和差分吸收光譜等。到目前為止，國際標準化組織推薦的VOCs 的檢測方法依然是基于熱解吸原理的氣相色譜法。色譜法當前廣泛應用于教學、科研、生產及領域，是一種高效的分離分析技術。氣相色譜法在眾多色譜法中具有操作簡便、適用范圍廣、靈敏度高、分析快、分離效能好的優勢，在分離提純和分析測試中發揮重要的作用。氣相色譜法原理是利用樣品中各組份在氣相和固定液液相間的分配系數不同，當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進行反復多次分配，由于固定相對各組份的吸附或溶解能力不同，因此各組份在色譜柱中的運行速度就不同，經過一定的柱長后，便彼此分離，按順序離開色譜柱進入檢測器，產生的離子流訊號經放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。包括氣源及控制系統、進樣系統、色譜柱分離系統、檢測系統、溫控系統、主控制系統等。工作流程有：①惰性載氣從氣源出來后，經過減壓閥后進入氣路控制器調節。②調節后的載氣從入口處流經色譜柱最終達到檢測器。③樣品經過進樣系統由載氣帶入色譜柱。④樣品在色譜柱中分離。由于樣品中各組分的相對蒸氣壓和在液態固定相的溶解度不同，導致它們在流動性和固定相中的分配不同而最終分離。⑤樣品組分（分析物）隨著載氣從色譜柱中流出，同時進入檢測器。基于分析物的物理化學性質，檢測器產生響應，最終轉化為電信號用來測量分析物的量。⑥數據處理系統生成整合的色譜圖。

2.便攜式氣相色譜儀器的研究。傳統的氣相色譜儀體積大、功耗高，通常只能在實驗室中使用，而將土壤樣品采集、保存帶回實驗室分析時，由于VOCs 易揮發、不穩定，送到實驗室分析時往往由于樣品成分的改變、揮發損失等影響數據的準確性，因此可現場檢測的便攜式氣相色譜儀的開發便成為一個重要的研究方向。近些年來隨著傳感器技術、微制造技術和大規模集成電路技術等高新技術的發展，使得儀器儀表向微型化發展、智能化發展，許多公司研制出便攜式氣相色譜儀，其體積小、便于攜帶。目前市場上的便攜式氣相色譜儀，不過當前的便攜式氣相色譜儀多用于空氣或廢氣的快速檢測或一些特定專業檢測，如中分2000 用于變壓器油的檢測，未見有應用于土壤VOCs 快速檢測的相關報道。而對于國內外有一些商品化的吹掃捕集儀，如意大利DANI 動態頂空及吹掃捕集儀、美國Teledyne Tekmar 的Lumin PTC 吹掃捕集濃縮儀等，則耗時長、體積大、需要人工干預多、不便于集成。因此開發帶土壤樣品前處理或與頂空采樣裝置直接聯用的便攜式氣相色譜儀，在土壤檢測中有大量的潛在需求，有很好的發展前景。

3.下面對可用于便攜式氣相色譜儀設計的一些技術進行分析：。3.1 研究吹掃-捕集技術土壤中VOCs 的提取，是用惰性氣體連續通入樣品，將VOCs 組分吹掃出來后在吸附劑或冷阱中捕集，然后再把吸附劑加熱，使被測組分脫附，用載氣帶入氣相色譜柱中進行分析。這就需要根據分析有機物種類優選吸附劑材料，以提高富集效率，設計吸附管結構、研究快速梯度熱解析，壓縮熱解析譜帶，避免使用深冷技術，以縮短分析周期。3.2 改進電子氣路控制技術（EPC）。氣體由高壓鋼瓶或其他高壓氣源經減壓閥進入凈化以及干燥管，再經穩壓閥、穩流閥后以一定的流速通過氣化室、色譜柱、檢測器，最后被放空。目前氣相色譜儀多采用電子氣路控制技術取代穩壓閥、穩流閥，通過檢測氣路中的流量、壓力的值來調節比例閥的開度，使氣路中流量、壓力穩定在設置值，這是一個反饋控制過程，提高EPC 的精度、穩定性、可靠性能極大地提高分析的重現性、穩定性、靈敏度和分析速度，同時也能有效地減少氣體消耗和降低操作費用。

二、土壤和沉積物中揮發性有機物應用

1.對土壤有機項目檢測過程的質量進行有效控制，還需要科學選取測定方法，以便有針對性地提升檢測質量。本文主要以吹掃捕集法與氣質色譜法為主。其中吹掃捕集法是運用吸附劑捕集氣體的方式實現精準檢測，在萃取過程中，由于此種方法無需投放有機溶劑，故而不會增加有機物含量，繼而對環境的污染程度略小。通常情況下，吹掃捕集法可對200℃且2% 溶解度以下的揮發性有機物適用，比如鹵代烴類以及苯系物類有機物等。因此，可結合吹掃捕集法的操作步驟制定科學的測定方案，由此提高氣體采集效率，保證測定結果具有較高的可行度。可在土壤揮發性有機物檢測工作中選擇此法控制其檢測質量。至于氣質色譜法可在氣質色譜聯用儀的輔助下實現土壤中揮發性有機物的科學檢測，之后再按照標準步驟逐步完成檢測任務，在這過程中需為其提供適宜的分析條件，以便土壤中揮發性有機物能夠獲得準確的檢測結果。以揮發性有機氯為例，樣品的進口溫度應保持在250℃，之后按照每分鐘升溫12℃的標準對色譜柱的溫度進行控制，直到由120℃上升到180℃后以每分鐘7℃的規律升溫到240℃，一分鐘后需繼續升溫，并在10 min 后進行長達2 min 的控溫操作，最終將溫度調節到280℃，此時方可保證氣質條件符合色譜柱測定要求。

2.強化土樣凈化濃縮效果。土樣凈化與濃縮環節作為土壤有機半揮發項目檢測過程中的重要步驟，理應從細節處對其質量予以控制，以此提高檢測水準。在土樣凈化期間，以硅膠凈化為主，為了保證土樣獲得有效凈化，一方面，應確保土壤在層析柱中的流入速度保持適中，以免土樣分散不均對凈化效果產生不利影響。另一方面，應注重洗脫劑的洗脫均勻度，促使土樣獲得良好的凈化結果。在吸附操作中，還需借助專用噴顯劑對其進行檢測，以此獲得高質量檢測結果。至于土樣濃縮部分的質量控制，檢測人員可運用旋轉蒸發儀或者氮吹儀對其進行濃縮處理，以免在濃縮環節出現質量問題影響檢測實效性。

結束語：土壤有機項目檢測質量直接關乎著土壤測定結果準確度，為了切實做好檢測工作，應從測定方法、存放質量、制備保管、凈化濃縮等方面著手，以此在保障檢測質量的基礎上為檢測機構的高質量發展提供助力，最終在專業的檢測機構協助下為我國土壤有機物防治工作帶來寶貴的參考經驗。

參考文獻：

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[2]許國旺主編.分析化學手冊-氣相色譜分析[M].北京：化學工業出版社，2019.