氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在廢氣揮發(fā)性有機(jī)物檢測中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）；揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）；廢氣檢測；方法優(yōu)化中圖分類號：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)07-0012-03DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.04

Application of Gas Chromatography -Mass Spectrometry in the Detection of Volatile Organic Compounds in Waste Gas

ZHOU Feng (Zhejiang Jingyuan Environmental Technology Co.，Ltd.，Ningbo315ooo，China)

Abstract:Gas Chromatography-MassSpectrometry(GC-MS)playsacrucialroleinthedetectionofVolatileOrganic Compounds (VOCs)in wastegas，which can eficiently separate and detect multiple VOCs incomplex exhaust gases， supporting environmental monitoringandpollutioncontrol.Inresponse tothechallenges ofmultiple typesofVOCs，large concentrationdifferences，andmatrixinterference，theexperimentsignificantlyimprovesseparationeficiencyanddetection sensitivitybyoptimizingchromatographiccolumnselection，initialtemperature，heatingprogram，andmassspectrometry conditions.Theexperimentalresultsshowthatthismethodhaslowdetectionlimit，highprecision，andaccuracy，andcan simultaneouslydetectvarious VOCssuchasbenzenederivatives，halogenatedhydrocarbons，alcohols，andketones.Future research willexpandits application scopeandcombine intelligent technology to promotereal-timeand acurate monitoring of VOCs，helping to continuously improve environmental quality.

Keywords: GasChromatography-MassSpectrometry(GC-MS);Volatile Organic Compounds (VOCs);waste gasdetection method optimization

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，揮發(fā)性有機(jī)物（VolatileOrganicCompounds，VOCs）污染已成為全球關(guān)注的環(huán)境問題。VOCs不僅對人體健康造成直接危害，還是光化學(xué)煙霧和細(xì)顆粒物（ PM_2.5 ）形成的重要前體物。準(zhǔn)確檢測和監(jiān)測廢氣中的VOCs對于環(huán)境質(zhì)量評估和污染控制具有重要意義。氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技術(shù)結(jié)合氣相色譜的高分離能力和質(zhì)譜的高靈敏度、高選擇性，已成為VOCs檢測的主要手段[-2]由于廢氣中VOCs種類繁多，濃度差異大且存在復(fù)雜的基質(zhì)干擾，建立高效、準(zhǔn)確的檢測方法仍面臨諸多挑戰(zhàn)。本文通過系統(tǒng)優(yōu)化GC-MS分析條件，開發(fā)一種適用于廢氣中VOCs檢測的可靠方法，并探討其在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

1試驗部分

1.1試驗材料

試驗使用色譜級甲醇（純度 99.9% ）和二氯甲烷（純度 99.8% ）配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，高純氮氣（純度99.999% ）和氮氣（純度 99.999% ）作為載氣。試劑進(jìn)行質(zhì)量驗證，確保無VOCs污染。試驗用水為超純水（電阻率 ?18.2MΩ?cm ），由Milli-Q超純水制備系統(tǒng)制備。試樣為化工廠廢氣，使用吸附管采樣，流量為 100mL/min ，時間為 30min 。采樣后，密封吸附管， 4‰ 溫度下保存，防止VOCs揮發(fā)和降解。

中間標(biāo)準(zhǔn)儲備液由57種VOCs配制，濃度介于 100～200μg/mL_α 標(biāo)準(zhǔn)品確保純度，用甲醇或二氯甲烷溶解定容至 100mL ，分裝至棕色瓶， -20°C 溫度下保存，避免降解。VOCs加標(biāo)溶液通過稀釋中間標(biāo)準(zhǔn)儲備液制備，按比例稀釋，將濃度控制在 0.1～50.0μg/mL 分裝至容積 2mL 的棕色瓶內(nèi)， 4‰ 溫度下保存，使用前恢復(fù)至室溫并搖勻。

1.2試驗方法

采用GC-MS分析VOCs，廢氣樣品經(jīng)吸附管采集后熱脫附，進(jìn)入GC-MS分離檢測[。優(yōu)化氣相色譜和質(zhì)譜條件，建立最佳分析方法。一是氣相色譜條件。采用DB-624色譜柱（規(guī)格 60m×0.32mm×1.8μm ），初始溫度為 40‰ ，保持 2min ，以 的升溫速率升至 120^qC ，再以 10^qC/min 的升溫速率升至 250‰ ，保持 5min 。二是質(zhì)譜條件。試驗采用DB-624色譜柱，初始溫度為 40% ，保持 2min ，以 的升溫速率升至 120^qC ，再以 10^qC/min 的升溫速率升至 250^qC ，保持 5min ，實現(xiàn)低、中、高沸點VOCs的有效分離和同時檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1氣相色譜分析條件優(yōu)化

一是色譜柱。試驗對比DB-1色譜柱、DB-5色譜柱和DB-624色譜柱，DB-624色譜柱對苯系物、鹵代烴、醇類和酮類的分離效果最佳，峰形對稱無拖尾，滿足多種VOCs同時分離要求。二是初始溫度。試驗對比30、40、 50^qC 的初始溫度，溫度為 40% 時，低沸點化合物分離效果最佳，避免峰展寬或重疊，分析時間合理，因此確定 40% 為最佳初始溫度。三是柱箱升溫程序。根據(jù)試驗優(yōu)化的升溫程序，初始溫度為 40% ，保持 2min ，以 的升溫速率升至120^qC ，以 10^qC/min 的升溫速率升至 250‰ ，保持5min ，確保低、中、高沸點化合物良好分離，兼顧效率與速度。

2.2 質(zhì)譜分析條件優(yōu)化

根據(jù)試驗優(yōu)化的質(zhì)譜條件，離子源溫度為 230‰ 傳輸線溫度為 250^qC ，采用全掃描模式（質(zhì)荷比為35～350 ），提高信噪比，減少干擾，確保高靈敏度檢測和準(zhǔn)確分析。

2.3 目標(biāo)化合物的特征離子

試驗通過分析57種目標(biāo)V0Cs標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)譜圖，確定每種化合物的特征離子，如表1所示。通過目標(biāo)化合物的定性離子可進(jìn)行定性分析，確定目標(biāo)化合物的定量離子是質(zhì)譜定性和定量分析的關(guān)鍵。

2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線和方法檢出限

在優(yōu)化條件下，試驗以目標(biāo)化合物峰面積為縱坐標(biāo) (y) ，濃度為橫坐標(biāo) (x) ，建立57種目標(biāo)VOCs的標(biāo)準(zhǔn)曲線。其間通過稀釋中間標(biāo)準(zhǔn)儲備液，配制一系列濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液（如0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、 50.0μg/mL ），并在相同條件下進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。在優(yōu)化的試驗條件下，目標(biāo)化合物線性方程的相關(guān)系數(shù)（ R² ）均高于0.992，3倍信噪比的計算方法檢出限（MethodDetectionLimit，MDL）為0.01～0.50μg/m³ ，該方法檢出限范圍能夠滿足大多數(shù)廢氣樣品的VOCs檢測需求，為低濃度VOCs的準(zhǔn)確定量提供可靠依據(jù)。

結(jié)果顯示，苯線性關(guān)系良好，檢出限低，該方法適用于低濃度樣品分析；甲苯線性關(guān)系良好，檢出限低，該方法適用于低濃度樣品分析；氯仿線性關(guān)系良好，檢出限較低，該方法適用于低濃度樣品分析;

丙酮線性關(guān)系良好，檢出限較低，該方法適用于低濃度樣品分析；乙苯線性關(guān)系良好，檢出限低，該方法適用于低濃度樣品分析；二甲苯線性關(guān)系良好，檢出限較低，該方法適用于低濃度樣品分析。

2.5方法精密度和準(zhǔn)確度

下面通過加標(biāo)回收試驗評估方法的精密度和準(zhǔn)確度。具體來說，在空白樣品中加入已知濃度的目標(biāo)VOCs標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行多次重復(fù)測定（通常為6次），計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative StandardDeviation，RSD）和加標(biāo)回收率，結(jié)果如表3所示。苯、甲苯、氯仿、丙酮、乙苯和二甲苯的評價標(biāo)準(zhǔn)均為 RSD< 10% ，回收率 80%～120% 為可接受范圍。結(jié)果顯示，苯、甲苯、氯仿、丙酮、乙苯和二甲苯測定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度良好，符合分析要求。大多數(shù)化合物RSD<10% ，回收率介于 80%～120% ，該方法適用于多種VOCs的精密度和準(zhǔn)確度評估，包括苯系物、鹵代烴、醇類和酮類等。

加標(biāo)回收試驗結(jié)果表明，該方法在檢測多種VOCs時具有較高的準(zhǔn)確度和良好的精密度，適用于復(fù)雜廢氣樣品分析。所有目標(biāo)化合物的加標(biāo)回收率均在 80%～120% ，符合準(zhǔn)確度要求，表明方法能夠準(zhǔn)確測定VOCs的實際濃度。其間通過計算RSD評估方法精密度，所有目標(biāo)化合物的RSD均低于 5.0% ，表明方法在重復(fù)測定中具有較高的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，可以確保分析結(jié)果的可靠性。

3結(jié)論

本研究優(yōu)化GC-MS，建立一種高效、靈敏且準(zhǔn)確的廢氣VOCs檢測方法。其間通過優(yōu)化色譜柱選擇、初始溫度、升溫程序及質(zhì)譜條件，顯著提升VOCs的分離效果和檢測靈敏度，特別是DB-624色譜柱的使用，解決不同極性化合物的分離難題。該方法在復(fù)雜廢氣樣品中表現(xiàn)出良好的線性范圍、低檢出限、高精密度和準(zhǔn)確度，能夠同時檢測多種VOCs，包括苯系物、鹵代烴、醇類和酮類等。未來研究可拓展該方法的應(yīng)用范圍，如室內(nèi)空氣和工作場所的VOCs檢測，并探索與其他前處理技術(shù)的聯(lián)用，提高檢測效率。同時，結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，開發(fā)智能化VOCs監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，為環(huán)境管理提供更加精準(zhǔn)的支持。

參考文獻(xiàn)

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