气相色谱技术在水环境监测中的应用

    近年来，无论从还是地方层面都增大了在环境监测和治理中的投入。水污染为相对典型的环境问题，治理和恢复水环境相对困难。当下我国在水环境监测方面陆续出现了多种技术，但气相色谱技术广受关注，在很多的水环境监测任务中得到了相对成功的应用。未来的有关工作中需继续研究气相色谱技术，保持技术先进性，扩大此项技术的应用范围。

1 气相色谱技术在水环境监测中的应用

1.1 水中挥发性有机物的测定

1.1.1 卤代烃的测定

水环境中的污染物种类繁多，挥发性有机物为一类相对典型的污染物，其危害较大。卤代烃属于挥发性有机物的一种，在监测水环境时应重点关注卤代烃含量等。结合当前的水环境监测中卤代烃的测定情况，顶空气相色谱技术较为有效，但测定过程中的灵敏度偏低，如不具备良好的测定条件，将很难获得相应的结果，或者获取结果的精度偏低。以某次松花江嫩江突发事件卤代烃检测过程为例，采用的是吹扫捕集气相色谱-质谱（GC-MS）技术，测定过程中需控制吹扫温度和时间、解吸温度和时间，以通过精准控制这些检测参数，为测定卤代烃创造良好条件。吹扫温度、时间、解吸温度、时间分别为40℃、12 min、240℃、3 min时，一次性测定水中13种挥发性卤代烃，依据测定过程与结果，加标回收率、相关标准偏差与行业规范相一致，结果可用。顶空进样气相色谱技术虽在测定卤代烃方面有一定作用，但还存在一定的不足，需进行相应的改进。如测定期间可将DB—VRX毛细柱作为辅助，使用娃哈哈纯净水作为空白试剂，一次测定地表水水样中的10种卤代烃，测定结果准确。

1.1.2 苯系物的测定

水环境中也常常含有苯系物，就是苯及其衍生物，这类型物质对水质、水环境也有较大危害。为测定水环境中的苯系物，有关人员必须严格参考《生活饮用水标准检验方法有机物指标》（GB/T5750.8—2006），选择恰当的测定方式。依据该标准中的相关要求，可利用非极性填充柱作为辅助，由二硫化碳液—液萃取和静态顶空毛细管柱气相色谱法，具体的操作中需从便捷性、经济性、性等角度选定测定方法。针对苯系物的测定，有关人员需提前准备HP-5毛细管柱，通过吹扫捕集气相色谱法测定苯、甲苯、对-二甲苯、间-二甲苯、邻-二甲苯、异丙苯，得到检出限等关键指标，将测定结果与标准相对比，以得到可靠结果，将测定数值作为实际工作的参考。如在测定构成中选择顶空气相色谱法，在测定苯系物时的操作步骤少、经济性好且结果准确。

1.1.3 氯苯类的测定

一些水环境中含有氯苯类物质，这类型物质同样为挥发性有机物。根据大量工作经验，该物质一般为化工原料或中间体，大部分情况下其化学性质较为稳定，利用生物降解法的处理效果不佳。在我国乃至世界长期水环境监测中，氯苯类的测定成为了重点和难点。现有相关研究中，部分专家提出了利用吹扫捕集—气相色谱-质谱联用法，以通过此方法额定水中一氯代苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、1,3,5-三氯苯、1,2,4-三氯苯、1,2,3-三氯苯6种氯苯类有机物。通过总结测定过程与结果，氯苯类有机物的选择离子总离子流色谱图如图1所示。

图1 氯苯类有机物的选择离子总离子流色谱图  

一氯代苯：8 291min;1,4-二氯苯：13.771min;1,2-二氯苯：14.741min;1,3,5-三氯苯：17.849min;1,2,4-三氯苯：19.222min;1,2,3-三氯苯：20.278min;

1.2 传统污染物监测

1.2.1 水中营养元素

为恢复水环境，实现水环境治理，相关部门在监测水环境时也需关注各类传统污染物。以水中营养元素为例，主要为氮、磷等物质，如其含量超出标准，长此以往将加剧水体的富营养化，危害周边及更大范围内的生态平衡。

传统技术相对落后，在检测水中营养元素时常常需使用大量有毒试剂，检测耗时长，且分析费力，一次仅能分析单一的元素，要获得多种元素的测定结果，需多次检测。

近年来，针对水中营养物质的测定，气相色谱法具有显著优势，其检测和分析效率较高，检测结果与实际的偏差较小，只要在测定过程中遵循了相应的操作规范，可获得相对准确的结果。如针对水环境中的氨氮测定，顶空气相色谱法较为常用，测定过程中甲醛与水中的铵离子反应，反应产物为强酸，再通过添加碳酸氢钠、强酸进行二次反应，生成二氧化碳，最后引入气相色谱法测定二氧化碳的含量即可得到氨氮浓度值。

以上这一方式能得到较低的检出限，结果更为精准，不仅能高效完成检测任务，还具备批量检测条件。有关专家长时间深入分析了顶空气相色谱法的应用条件、效果、范围，发现在水环境总氮的测定中顶空气相色谱法可获得相对更准确的测定结果。其检测原理为：创造衍生化反应条件，促进反应期间水环境中硝酸盐向易挥发衍生物的转化，最后利用气相色谱法测得结果总氮含量；水环境中的总磷测定中，气相色谱法同样可获得相对更准确的结果，测定期间选用甲苯作为萃取剂，通过元素磷的可氧化燃烧特性，配备火焰光度检测器完成检测，得到总磷含量。在水环境中也经常存在硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等污染物，具体测定过程中可配备电子捕获检测器气相色谱仪，将无机阴离子NO3-和NO2-用苯衍生化以后由这些仪器完成测定，结果显示其线性关系相对理想。

1.2.2 水中其它传统污染物

除了上述传统污染物，水环境中还包含其他类型的传统污染物，在监测时也需利用先进仪器与技术测定这些传统污染物的污染情况。结合水环境污染情况，石油类、酚类、氢化物等也相对常见，其对于水环境的危害相对严重。如水中的半挥发性有机物种类较多，液/液萃取-气相色谱/三重四级杆质谱联用测定的结果较为可靠，在整个测定过程中利用了二氯甲烷萃取、多反应监测扫描等过程，操作简单、灵敏度高，外部因素对检测结果的干扰较小，无论面临饮用水还是地表、地下水的SVOCs的测定任务，均可采用此方式。

一些专家为探讨气相色谱仪在水环境监测中的应用效果，形成了水环境中挥发酚的气相色谱分析检测技术体系，检测过程为：溴衍生化挥发酚；液液萃取完成分离富集；引入气相色谱法开始检测。当相关人员遵循检测技术流程及规范进行操作后，发现此方法下的检测对象，线性关系较为清晰，检出限较低，恰好反映了该检测技术的适用性。针对水环境中的氰化物，可采取顶空气相色谱检测法，过程主要为：衍生化氰化物、气相色谱仪检测，这一检测过程简单，操作便捷，得到的线性关系清楚，检测效率较高且结果可靠。

相关学者在水环境监测中以甲醇作为提取剂，测定了28种挥发性有机化合物的含量，其测定过程中采用了吹扫捕集—气相色谱—质谱法，此方法可分析两份土样，得到的检测结果较为可用，偏差较小。含不同体积分数甲醇的待测样品溶液中7种典型VOCs的回收率如表1所示。

表1 含不同体积分数甲醇的待测样晶溶液中7种典型VOCs的回收率  下载原图

2 气相色谱在水环境质量检测中的应用现状及前景分析

2.1 前处理技术联用

针对水环境监测过程，前处理技术联用十分关键，需根据检测对象、结果等要求，选择单一的前处理技术或者进行技术组合，以达到提纯、净化、浓缩处理试样的目标。现阶段比较常用的前处理技术为吹扫捕集-气相色谱联用、顶空-气相色谱联用、固相微萃取—气相色谱联用，每种技术都有其优缺点、使用条件及要求，在应用时需做好多方面的对比。以吹扫捕集-气相色谱联用技术为例，此技术在当下广受关注，浓缩、吹扫、解析与检测的衔接性较强，整个检测过程中无需使用有机溶剂，操作流程少且结果较为准确，在当下及未来都有较大的发展空间。

2.2 其他检测技术联用

在水环境监测中，气相色谱法与其他检测方法结合使用，如液相色谱、质谱检测，通过联用来发挥不同技术的优势，实现全面、高效、精准测定，得到更可靠的结果。在现代技术支持下气相色谱技术有了较大的发展，但因为实际的检测过程中面临的环境等各有不同，还需继续优化气相色谱法，扩大其应用范围。就当下气相色谱联用技术来分析，气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用、气相色谱-质谱联用技术等较为成熟，在许多领域都有相对成功的应用效果，未来需继续研究其应用形式及路径。

3 结语

综上所述，在面对复杂且专业的水环境监测任务，相关部门必须从思想上重视此项任务，并增大在此项任务中的资金、技术投入，大力推广气相色谱技术。

在具体应用中还需关注技术流程等方面，以提高操作的规范性，获取准确且合理的测定结果。未来的水环境监测方面不仅需继续研究和使用气相色谱技术，还需推广其他新型技术。