气相色谱技术在水环境监测中的应用

2023-01-06周清时

资源节约与环保 2022年1期

江静周清时

（1 句容市环境监测站江苏句容 212400 2 长江生态环保集团有限公司湖北武汉 430062）

引言

水是人类赖以生存的基础，水环境的健康直接关系到社会的长远发展和人类的生存，我国作为最大的发展中国家，不仅人口众多，而且水资源相对匮乏，随着经济的快速发展，水环境生态质量恶化严重。新形势下，对生态环境保护的要求日益提高，对环境监测的准确性和时效性要求越来越高，加强对水环境的监测则显得更为重要。气相色谱技术作为一种经典的分析技术，自诞生以来，因其在分析过程中不仅速度块而且灵敏度高，因此，在水环境监测领域被广泛应用，极大地推动了水环境监测的发展。

1 气相色谱概述

气相色谱技术是环境监测领域常用的分析检测技术之一，该技术通常用来检测环境中挥发性和半挥发性的有机物，可以同时进行定性分析和定量分析，并且具有较高的灵敏度和排除干扰特性，对于水环境中的痕量污染物仍然具有良好的分离效能。气相色谱主要通过各物质不同的理化特性对其进行分离检测[1]。当性质各异的组分通过气相色谱仪的气体流动相时，各组分与流动相相互作用的大小强弱也有差异，因此，分配系数不同的各组分经过反复分配，最终以不同的时间流出色谱柱，并利用相应的检测器进行检测，达到分离检测的目的[2]。水环境监测中常用的气相色谱柱有氢火焰离子化检测器和电子捕获检测器。

与传统分析检测方法相比，气相色谱法具有较高的分离效率，可把组分复杂的样品分离成单组份；具有较快的分析速度和较少的试剂与样品使用量，能有效节省分析时间，减少二次污染，为环境监测提供坚实基础；检测灵敏度高，能够监测出微小含量的物质，使仪器与其他仪器相比能达到更低的检出限，特别适合于微量和痕量分析；选择性好，能够将组成成分极为相近的同分异构体或者同位素进行区分；应用范围广，在分析物质含量时，不受组分含量和物质形式的限制，低含量、高含量，或者气体、液体，都能进行分析；价格便宜，操作技术相对简便，利于日常分析推广。

2 气相色谱技术在水环境监测中的应用

采用传统监测方法对水环境进行监测时，由于存在检测时间长，试剂消耗量大、多组分不能同时检测等问题，研究开发一种新的技术去改善工作效率很有必要。近年来，人们对气相色谱的研究日趋成熟，对水环境监测起到了变革性作用，在地表水、废水等多种水环境中得到了很好的应用，有效解决了多组分同时高效快速的测定的难题，为水环境监测提供了保障，开辟了新路径。

2.1 气相色谱在传统污染物监测中的应用

2.1.1 气相色谱在分析水中营养元素中的应用

水环境中氮、磷等营养元素超标将会对水生态造成严重影响，不仅会引起水体的富营养化，还会对人类健康造成威胁。因此，对水环境中营养元素的检测十分重要，快速、有效的检测方法将会对水环境监控起到良好的促进作用，又有利于决策者较为快速的提出相应对策，对水环境保护意义重大。传统的分析检测方法不仅消耗大量有毒试剂，分析时间较长，而且只能分析单一营养元素，不利于水环境监测的快速发展。近年来，很多研究学者利用气相色谱法对水环境中的营养元素进行分析，得到了较好的分析效率，大大加快了分析时间。彭容等[3]利用顶空气相色谱法对水环境中的氨氮进行检测，该方法主要通过甲醛与水环境中的铵离子进行反应生成强酸，再加入碳酸氢钠与强酸进行反应生成二氧化碳，再通过气相色谱定量检测生成的二氧化碳的含量，从而得到水环境中氨氮的浓度。该种方法得到了良好的线性关系和较低的检出限（0.786mg/L），与传统方法偏差较小，满足了水环境中氨氮的快速、批量检测。Pagliano 等[4]研究了顶空气相色谱法检测水环境中的总氮的方法，主要通过衍生化反应，将水环境中的硝酸盐转化成易挥发的衍生物，从而通过气相色谱进行检测，进而得到水环境中总氮的含量。Addision 等[5]采用气相色谱法对水环境中的总磷进行检测，主要以甲苯为萃取剂，利用元素磷的可氧化燃烧性，通过火焰光度检测器进行检测，在526nm 处得到了检测水环境中总磷含量检测的分析方法。史东坡等[6]采用电子捕获检测器通过气相色谱法对水环境中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮进行检测，将无机阴离子NO3-和NO2-用苯衍生化后进行分析检测，线性关系良好。硝酸盐氮回收率变化范围为96%-104%，亚硝酸盐氮回收率变化范围为93.75%-103.25%。

2.1.2 气相色谱在分析水中金属离子中的应用

重金属主要来源于工业废水，对水环境的危害较大，由于其在人体内的难代谢与难降解性，因此，重金属检测是水环境中的常见检测项目，研究其快速、简便的分析检测方法很有必要。当前，实验人员通常采用原子吸收光谱法对水环境中的重金属进行检测，但原子吸收光谱法的检测精度较低，难以满足相应的要求。而较为先进和快速、灵敏的气相色谱法对于水环境和工业废水中重金属的检测很有优势。Yazdi 等[7]通过气相色谱法检测水环境中重金属汞的含量，采用分散液液微萃取方法，在线性范围内得到了良好的线性关系和较低的检出限（0.004μg/L），方便快捷。Stankovic 等[8]建立了一种同时测定水环境中重金属镉和铅的分析检测方法，主要采用阳极溶出伏安法电极修饰的气相色谱法，该方法线性关系良好，在最优条件下铅和镉的检出限分别为1.8×10-9mol/L和1.2×10-9mol/L，可用于环境水体中不同浓度的铅和镉含量的测定。Guidotti 等[9]建立了一种检测水环境中硒的气相色谱分析检测方法，主要采用固相微萃取技术，该方法检出限为6ng/L，线性关系良好。

2.1.3 气相色谱在分析水中其它传统污染物中的应用

近年来，气相色谱法被研究学者用来检测水环境中的其它传统污染物，如石油类、酚类、氰化物和苯胺等。张欢燕等[10]建立了气相色谱法测定水环境中石油类物质的分析检测方法，主要利用吹扫捕集和液液萃取的富集方法，通过氢火焰离子化检测器进行检测。秦樊鑫等[11]建立了水环境中挥发酚的气相色谱分析检测方法，主要是将挥发酚进行溴衍生化后，采用液液萃取法进行分离富集，并通过气相色谱进行检测，得到了良好的线性关系和较低的检出限。郭瑞雪[12]建立了一种水环境中氰化物的顶空气相色谱检测法，主要将氰化物进行衍生化后进行气相色谱检测，线性关系良好，检测方法快速有效。高翔宇等[13]建立了吹扫捕集-气相色谱-质谱法直接测定地表水中苯胺的分析方法，取5mL 水样，采用内标法定量，在pH8，吹扫时间为25min 的最佳检测条件下，苯胺的线性关系良好，满足水环境中苯胺的分析检测。

2.2 气相色谱在有机污染物分析检测中的应用

有机污染物是水环境中重要的污染源，对生态环境的破坏性大，难降解，能够借助食物链完成富集，对人类健康造成潜在威胁，因此，快速高效的分析检测方法研究很有必要。

冯丽丽等[14]研究了一种水环境中55 种挥发性有机物的气相色谱串联质谱分析检测方法，采用顶空固相微萃取法进行分离富集，内标法定量，在线性范围内得到了良好的线性关系和较低的检出限。刘静等[15]采用气相色谱法对水环境中17 种有机物（硝基苯、对硝基甲苯、氯苯类和有机氯农药）进行检测，通过顶空固相微萃取技术进行分离富集，方法的线性关系良好，最低检出限为0.001-0.044 加标回收率为81.3%-122.9%，可满足水中有机物测定要求。李晓晶等[16]建立了一种水环境中23 种有机磷农药的气相色谱分析检测方法，采用分散液液微萃取技术进行分离富集，线性关系良好。冯利等[17]采用搅拌棒吸附富集结合气相色谱分析的检测方法对水环境中多环芳烃进行了分析检测，在线性范围内，回收率良好。黄思静等[18]建立了一种同时测定水环境中6 种邻苯二甲酸酯和16 种多环芳烃的气相色谱分析检测方法，采用固相萃取技术进行分离富集，得到良好的线性关系和较低的检出限，满足水环境中邻苯二甲酸酯和多环芳烃的分析检测。随着人民生活水平的不断提高，很多新型的有机物被频繁检出，虽然该类物质在水环境中的含量普遍较低，但大多难以降解，并且具有较强的生态毒性。贾妍艳等[19]采用气相色谱法对水环境中的药品和个人护理品进行分析检测，通过甲基衍生化和固相萃取技术，得到较低的检出限（0.03-0.30μg/L）。