氣相色譜質譜技術在環境監測中的應用

關鍵詞：氣相色譜質譜（GC-MS）；環境監測；有機污染物檢測；應用中圖分類號：X835 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)06-0125-03DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.035

Application of Gas Chromatography-Mass Spectrometry Technology in Environmental Monitoring

DENG Shuoxue，LI Jia (Dezhou Ecological Environment Monitoring Center of Shandong Province，Dezhou253ooo，China)

Abstract:Gas Chromatography-Mass Spectrometry(GC-MS)technology performs well intheanalysisof tracecomponents incomplex mixturesduetoitshighsensitivityselectivity，andseparationability.Inenvironmentalmonitoring，GCMS technology is widelyusedfordetecting organicpollutants inmediasuchas water，soil，andatmosphere，ensuring the acuracy of detectionresults through scientific sample pretreatment methods.Basedon the principleofGC-MS technology， its specificapplicationsaresummarizedinthedetectionoforganicpolutantsindiferentenvironmentalmedia，especiallin ambientair，water，andsoil.Atthesametime，thechallngesofGC-MS technology inequipmentcost，sample pretreatment， anddataanalysisare pointedout，anditsapplication prospects in future environmental monitoringarediscussed.Inthe future，GC-MS technologywillplayamore importantrole inenvironmental monitoring tobetterprotecttheecological environment.

Keywords:Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS);environmental monitoring;organic polutant detection; application

氣相色譜-質譜(Gas Chromatography-Mass Spec-trometry，GC-MS）技術具有高靈敏度、選擇性、分離能力及定性與定量分析能力，在環境監測領域脫穎而出，廣泛應用于水、土壤、大氣等介質中的有機污染物檢測。它可以利用電子電離（ElectronImpact，EI）技術產生分子離子和碎片離子，確定分子結構和質量，但EI不能提供環境樣品分析中極少量化合物所需的靈敏度。化學電離（ChemicalIonization，CI）則通過離子－分子反應提供比EI更好的靈敏度和選擇性，適用于異構體分析。本文對GC-MS技術在環境監測中的應用進行綜述，為生態環境的監測與保護提供支持。

1不同環境介質有機污染物檢測中的具體應用

1.1環境空氣中有機污染物檢測

空氣質量關乎人體健康，作為大氣污染物的主要成分之一，顆粒物（ParticulateMatter，PM）是對人體健康危害很大的大氣污染物之一，但由于其復雜的化學成分，人們對其特性的描述很少[。PM的很大一部分由有機化合物組成，但由于當前采樣和分析技術的限制，這些化合物沒有定期監測。有機氣溶膠監測儀可以將其收集與熱解，氣相色譜和質譜相結合，每小時以平均水平定量測量PM的碳質成分。

GC-MS技術采用全自動設備，已成功應用于環境監測現場。它使用化學失活過濾器進行收集，然后進行熱解吸和組分分析。GC-MS技術能對大氣樣本中的有機污染物進行定量與定性分析。GC-MS技術能夠對環境空氣中的多環芳烴進行定量分析，并揭示其源頭。李虹霖等[2開發超聲提取-GC-MS/MS法檢測 PM_2.5 中18種多氯聯苯。采用玻璃纖維濾紙采樣，正己烷-二氯甲烷超聲提取，GC-MS/MS檢測。回收率超 70% ，線性良好，加標回收率為87.7%～119.2% ，檢出限介于 0.087～0.202pg/m³ 相對標準偏差（RelativeStandardDeviation，RSD）為0.51%～9.39% 。該方法高效、靈敏，適用于 PM_2.5 中痕量多氯聯苯分析。

1.2水中有機污染物檢測

水體是有機污染物的主要傳輸媒介之一。水體內的有機污染物涵蓋溶解態與非溶解態兩大類，包括溶解態有機物（DissolvedOrganicMatter，DOM）、揮發性有機物、農藥等[3。這些有機污染物對水生生態系統造成潛在的負面效應，并可能威脅飲用水安全。

目前，揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）在水體中的分析通常采用固相微萃取、吹掃捕集和頂空技術作為主要預處理方法。3種技術在處理樣品時均無須使用有機溶劑，從而避免溶劑對樣品基質的干擾，并且減少對環境的二次污染。其中應用最廣泛的是吹掃捕集和頂空。吹掃捕集技術使用惰性氣體從水樣中排出VOCs并進行濃縮和熱分離。頂空技術是在一定溫度下的獨立氣液均衡系統中，用針管收集液體上面的待測成分，然后放入檢測系統進行檢測。VOCs沸點比較低，當到達氣液平衡時，在氣相測試中，成分濃度非常高且靈敏度極強。同時，頂空技術的樣品傳輸部分已經實現自動化，這使得該技術具有分析速度快、操作簡單和結果高度可重復等顯著優勢。對于污染較為嚴重的水樣，該技術不會對儀器及其管路造成污染。張艷飛采用頂空/GC-MS法檢測水中29種VOCs，結果顯示，各項指標均滿足《水質揮發性有機物的測定頂空/氣相色譜－質譜法》（HJ810—2016）的要求，證實該方法為水中VOCs檢測的有效手段。

水中有機污染物的監測是水質評估與保護的核心任務，其方法涵蓋物理、化學、生物及樣品前處理等方面。色度、濁度等物理指標雖不能直接表征有機污染物，但能提供水質初步污染狀態的線索。化學監測則占據核心地位，色譜分析法用于精確分離和定量有機污染物，光譜分析法則通過光譜信號快速檢測污染物種類與濃度。GC-MS技術可以進一步提供有機物分子結構的精確信息，全面掌握水體污染情況，進而開展風險評估，明確其環境影響。

1.3土壤中有機污染物檢測

土壤含有多種有機污染物，包括持久性有機污染物、多環芳烴和VOCs等。有機污染物可以通過土壤滲透到地下水中，污染水源，影響飲用水安全，造成水體富營養化，進一步破壞水生態系統。土壤中的有機污染物檢測早期主要依賴索氏提取法、色譜分析法以及其他復雜的前處理技術。這些方法雖各有應用，但普遍面臨工作量大、耗時較長、效率不高以及精確度受限的挑戰。相比之下，GC-MS技術以其高靈敏度、高分辨率、自動化程度高以及精確度高的顯著優勢，逐漸取代這些傳統方法，成為土壤中有機污染物檢測的主流手段。GC-MS不僅能夠檢測極低濃度的有機污染物，還能準確鑒定其化學結構，為環境評估與治理提供強有力的技術支撐。

現階段，土壤中VOCs的預處理過程中，常用的方法包括吹掃捕集法、頂空分析法以及溶劑萃取法等。其中，溶劑萃取法需要大量使用有機溶劑，可能導致目標物質的損失。因此，在實際應用中，針對土壤中VOCs的前處理，更多采用吹掃捕集法和頂空分析法。土壤中35種揮發性氯代烴和56種V0Cs可通過GC-MS技術檢測。根據相關環境監測標準，頂空-GC-MS技術可用于測定土壤中的揮發性氯代烴。

溶劑萃取法是土壤中有機物預處理的常用方法，主要分為靜態浸泡法、振蕩萃取法及超聲波輔助萃取法等。靜態浸泡法是指將土壤樣品與溶劑混合，并在一定時間內靜置，允許溶劑滲透土壤并溶解其中的有機污染物。其操作簡便，適用于處理大批量土壤樣品，但提取效率較低，可能需要較長時間。振蕩萃取法通過振蕩混合土壤樣品與溶劑，增加溶劑與污染物的接觸面積，從而提高萃取效率。該方法提高了溶劑和土壤的接觸效率，較靜態浸泡法更高效。但是，該方法需要較大的設備，操作過程要控制好振蕩強度，以避免土壤顆粒懸浮。超聲波輔助萃取法利用超聲波的機械效應和溫熱效應，增強溶劑與土壤污染物的接觸和溶解效果。其萃取速度快，提取效率高，能夠有效去除難溶的有機污染物。但是，超聲波處理可能降解某些有機物，且設備較為昂貴。

在檢測土壤中的有機污染物時，GC-MS技術可以憑借極高的選擇性和靈敏度，有效地對復雜的土壤樣品進行處理和分析。靜態浸泡法、振蕩萃取法及超聲波輔助萃取法是良好的預處理方法，可以提取土壤中特定成分。GC-MS技術可以進行樣本定性及定量分析，為土壤污染的風險管理和評估創造條件。

吳麗娟等[5針對土壤基質復雜及苯胺類化合物提取難的問題，以GC-MS技術為基礎，建立土壤中14種苯胺與聯苯胺類化合物的檢測方法。通過加入抗氧化劑、優化萃取溶劑與條件，結合固相凈化與濃縮步驟，確保高提取效率與穩定性。該方法可以應用于疑似污染地塊，檢出苯胺類化合物。該方法簡便、穩定，有效抑制氧化，適用于土壤苯胺及聯苯胺類檢測。

2技術挑戰與未來展望

盡管GC-MS技術在環境監測領域展現出強大的分析能力和廣泛的應用潛力，但其在實際應用中仍面臨一些突出的挑戰。設備方面，設備成本高，操作和維護的復雜性也限制其在一些基層環境監測機構中的普及和應用。樣品預處理方面，固相微萃取、吹掃捕集和頂空等預處理技術被開發并應用于GC-MS分析中，但這些技術在實際操作中可能仍需要進一步優化，以提高樣品提取效率和純度，減少基質效應對分析結果的影響。此外，對于復雜環境樣品中的多種污染物，如何有效地進行分離和同時檢測，也是當前GC-MS技術面臨的重要挑戰。數據分析方面，GC-MS技術產生的大量數據需要借助先進的數據處理軟件和光譜數據庫進行解析和比對，這對數據處理能力提出很高的要求。然而，現有的數據處理軟件在智能化和自動化方面仍有待提升，以便更好地應對海量數據的處理和分析需求。

未來，隨著科技的持續發展和環保意識的不斷加強，GC-MS技術在環境監測中的應用前景將更加廣闊。隨著儀器設備的不斷升級和成本的降低，GC-MS技術將更加普及和易用。另外，計算機技術和人工智能的快速發展為GC-MS技術提供更強大的數據處理和分析能力，進一步提高其檢測效率和準確性。隨著環境污染物研究的深入，新的檢測方法和標準將不斷涌現，為GC-MS技術提供新的發展方向。在不久的將來，GC-MS技術將在環境監測領域發揮更加重要的作用，為生態環境的保護和改善做出更大的貢獻。

3結論

本文結合GC-MS技術的原理，綜述其在不同環境介質有機污染物檢測中的應用，尤其是環境空氣、水體和土壤。計算機技術和人工智能對GC-MS技術影響較大，使用自動進樣器、數據處理軟件和大型光譜數據庫，可以使得GC-MS操作更加簡便、高效，大大提高數據處理和分析的速度與準確性。后續可以重點研究計算機技術、人工智能與GC-MS技術的耦合使用，通過持續的研究和創新，GC-MS技術可以在環境監測領域發揮更加重要的作用，以更好地保護生態環境。

參考文獻

1宋俊超.環境空氣監測全程質量控制的分析[J]黑龍江環境通報，2024（5）：66-68.

2 李虹霖，秦忠雪，袁悅，等.超聲提取－氣相色譜串聯質譜法測定大氣顆粒物 PM_2.5 中18種多氯聯苯[J].預防醫學情報雜志，2025（1）：131-137.

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4張艷飛.頂空/氣相色譜-質譜法測定水中的揮發性有機物[J].中國資源綜合利用，2023（12）：51-54.

5吳麗娟，楊麗莉，胡恩宇，等.氣相色譜－質譜法測定土壤中14種苯胺類和聯苯胺類化合物[J].色譜，2023（12）：1127-1134.