中大环境检测实验课论文__气相色谱在环境工程中的运用

气相色谱在环境工程中的运用【摘要】气相色谱技术是现代仪器分析的重要研究领域之一，由于其独特、高效、快速的分离特性，已成为物理、化学分析不可缺少的重要工具。进入21世纪以来，气相色谱技术的发展已渐趋成熟，基础性的创新成果十分有限，但技术性的进步一直在进行着，尤其是与行业相关的应用性研究仍然十分活跃，在石油、化工、环保、药物等方面有广泛应用。本文主要从仪器原理、构造、特点等层面简要介绍了气相色谱法,并总结该技术在环境领域方面的应用,同时对气相色谱法的现状问题及发展前景进行了初步探索。关键字:气相色谱；环境保护；环境监测；应用现状；发展前景一、气相色谱基本原理及其特点1.1气相色谱基本原理气相色谱是一种以气体为流动相的柱色谱法，根据所用固定相状态的不同可分为气-固色谱(GSC)和气-液色谱(GLC)。气相色谱(GasChLromatography，GC)是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。惰性气体(即载气，也叫流动相)将在汽化室汽化的分析物带入色谱柱，柱内的液体或固体固定相依据沸点，极性或吸附性能的不同，组分在流动相和固定相之间进行多次分配以达到平衡。在色谱柱中组分进行多次的吸附/解吸或分配与载气的流动有关。最后分配系数大的组分(在载气中)先流出色谱柱，而分配系数大(在固定相中)的组分后流出。流出色谱柱的组分，马上进到检测器，检测器将组分存在与否转变为电信号，电信号的大小与被测组分的量或浓度成比例。当将这些信号放大并记录下来时，就得到我们所需要的色谱图。1.2气相色谱主要特点气相色谱法是指用气体作为流动相的色谱法。由于样品在气相中传递速度快，因此样品组分在流动相和固定相之间可以瞬间地达到平衡。另外加上可选作固定相的物质很多，因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。近年来采用高灵敏选择性检测器，使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等优点。1.2.1优点①分离效率高，分析速度快，例如可将汽油样品在两小时内分离出200多个色谱峰，一般的样品分析可在20分种内完成。②样品用量少和检测灵敏度高，例如气体样品用量为1毫升，液体样品用量为0.1微升固体样品用量为几微克。用适当的检测器能检测出含量在百万分之十几至十亿分之几的杂质。③选择性好，可分离、分析恒沸混合物，沸点相近的物质，某些同位素，顺式与反式异构体邻、间、对位异构体，旋光异构体等。④应用范围广，虽然主要用于分析各种气体和易挥发的有机物质，但在一定的条件下，也可以分析高沸点物质和固体样品。应用的主要领域有石油工业、环境保护、临床化学、药物学、食品工业等。1.2.2缺点但气相色谱最大的缺点就是不能直接根据色谱峰得出定性结论。而需用已知物的色谱数据对照,才能得到定性结果。因此,在对组分直接进行定性分析时，必须用已知物或已知数据与相应的色谱峰进行对比，或与其他方法（如质谱、光谱）联用，在定量分析时，常需要用已知物纯样品对检测后输出的信号进行校正，才能获得直接肯定的结果,特别是色谱—质谱联用,可以解决复杂组分的定性。此外,对高沸点(沸点在500℃以上)物质,目前用气相色谱分析还有困难。根据样品的实际情况与分析要求,采用不同的仪器分析方法。如组成不很复杂、干扰少、只要求分析某一两个组分的样品,可采用单一的仪器分析力法；若组成复杂,并要对多个组分同时进行定量分析,则要用能同时进行分离与定量的仪器分析法和联用技术。二、环境领域中的应用气相色谱法的应用非常广泛,可以应用在环境保护和环境监测方面。环境监测是以环境为对象,运用物理的、化学的和生物的技术手段,对其中的污染物及其有关的组成成分进行定性、定量和系统的综合分析,以探索研究环境质量的变化规律.环境监测的主要内容包括:大环境监测、水环境监测、土壤环境监测、固体废弃物监测、环境生物监测、环境放射性监测和环境噪声监测等。2.1气相色谱法对土壤中残留农药的监测有机磷农药因药效高、残留期短的特点而成为目前农产品使用最多、最广的杀虫剂。有些有机磷农药对人、畜毒性较大,易发生急性中毒,有些品种在环境中仍有一定的残留期。选定环境中优先控制的污染物和常见有机磷农药敌敌畏、速灭磷、甲拌磷、二嗪磷、异稻瘟净、乐果、甲基对硫磷、对硫磷、水胺硫磷、杀扑磷、甲胺磷、氧化乐果、久效磷、毒死蜱和马拉硫磷等15种有机磷农药为目标物,以厚液膜大口径毛细管柱为分析柱,用火焰光度检测器检测,通过优化仪器分析条件和样品前处理条件,建立了GC法测定多组分有机磷农药的分析方法.该方法简化了分析程序,分析时间缩短,分析成本降低,为水中有机磷农药的检测提供了一种快速、简便、准确的分析方法.采用乙腈作为水的萃取溶剂是一个新尝试。拟除虫菊酯农药是国内代替有机氯农药和其他剧毒长残留杀虫剂的主要农药类型之一。其品种数和使用量仅次于有机磷农药,占杀虫剂市场的第二位。拟除虫菊酯类农药在农作物中以及水体中的残留测定方法已有报道,现有文献中有关土壤中拟除虫菊酯类农药残留量检测的报道很少,土壤由于自身成分复杂,以及其他农药组分的残留,使得此类农药的提取、分离、净化与富集的难度加大,并且分析测定中试剂的消耗量大,提取、净化过程较为繁琐。目前已经建立了土壤样品中氯氰菊酯、氰戊菊酯和溴氰菊酯的净化、富集、毛细管气相色谱的测定方法。与其他方法相比,检测前处理步骤较为简便、快捷,测定结果准确可靠,回收率较高,重现性好,灵敏度高,可同时进行土壤中多种拟除虫菊酯农药残留的快速分析,具有良好的应用前景,也有助于评价与监测土壤中拟除虫菊酯类农药残留状况,为合理而有效地使用此类农药提供依据。六六六和DDT为高毒性有机氯农药,有机氯农药具有水溶性高、脂溶性低,具有高残留、易迁移的特性.尽管我国在1983年已明令禁止使用,但在许多地区的土壤、水体或沉积物中,六六六、DDT等有机氯农药仍有较高的检出率,在没有使用过农药的地区,如西藏南迎巴瓦峰(海拔2600一4000m)的土壤、地衣、苔鲜中都检测到了六六六。黄河部分河段、白洋淀地区端村水域生态系统,珠江三角洲地区都检测到了一定浓度的六六六。因此,对土壤中六六六残留量的检测仍具有现实意义。2.2气相色谱法对车间以及工作场所空气中的有毒气体的监测目前我国GB/T18883-2002《室内空气质量》及GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》涉及室内挥发性有机物检测,但它们援引同一ISO标准,泵采样,用液态标准物质校准气态有机物,其准确性、精密度差、采样分析时间长、测试结果受环境影响大等缺点。美国环境保护局采用的罐采样方法分析结果准确可靠,然而仪器设备昂贵。基于此,我们开展了全采样气相色谱法分析室内挥发性有害有机物的研究,以期提高检测计量这类有机物浓度的准确性及可靠性,降低分析成本,促进人类健康。苯、甲苯、乙苯、二甲苯、丙酮、正丁醇、苯乙烯和环己酮是工业生产和人们生活中常用的有机试剂,这些试剂的共同特点是沸点低、易挥发,在生产和使用过程中,容易弥散在空气中，对人们的生活工作环境和生命健康造成危害。用Tenax采样管吸附环境空气中的痕量氯苯类化合物，吸附效率高；用1.0mL石油醚解析，样品处理步骤简单；利用气相色谱-电子捕获检测器检测，外标法定量，定性、定量准确，干扰小，检测灵敏度高，经试验表明完全能满足环境空气中12种氯苯类化合物痕量监测的要求。对空气与废气中的正丁烷、丁酮、醋酸异丙酯的测定，以及用毛细管气相色谱法同时测定空气中二氯乙烷、苯乙烯，热脱附-气相色谱法测定环境空气中芳烃和卤代烃，也均采用了气相色谱法.对于车间以及工作场所空气中的有毒气体，也可以应用不同形式的气相色谱法来对其进行测定和监测。工作场所空气中对一特丁基甲苯的气相色谱测定，我国目前还没有具体的测定方法，美国的测定方法为气相色谱法。我们将美国测定方法用的10%OV-275填充色谱柱改为常用的FFAP毛细管通用色谱柱，按《工作场所空气中毒物检测方法的研判规范》(WS/T73-1996)的要求进行研究，建立了活性炭吸附采样、溶剂解吸的气相色谱法。相类似的还有邻氯苯乙烯、苯系毒物以及车间空气挥发性有机毒物的研究和测定。邻氯苯乙烯是一种黄色液体，有刺激气味.我国目前没有邻氯苯乙烯的测定方法，美国的测定方法为气相色谱法。对于工作场所空气中的苯系毒物以及车间空气挥发性有机毒物，也可以将样品用活性炭管采集，二硫化碳解吸后用毛细管柱进行分离、火焰离子化检测器检测，以保留时间定性，峰面积定量。环境标准样品主要用于环境监测分析中的质量保证和质量控制，亦用于分析仪器校正、分析方法比对和分析技术仲裁。苯系物标样是由国家环保总局标准样品研究所研制，由多家实验室采用各种分析方法进行测定，再经数理统计处理，确定其标准值和不确定度。2.3气相色谱法对地表水和地下水中有毒物质的监测硝基苯类化合物属有毒污染物，其中硝基苯属持久毒性有机污染物。而氯代硝基苯是一种能导致突变、引发癌症、导致畸形的化学物质，在生产过程中往往因转化不彻底而残留，随废物排放水中，从而造成地表水和地下水污染。国家在地表水环境质量标准GB3838-2002中规定集中式生活饮用水源地硝基取代芳烃应作特定分析项目进行监测。目前测定硝基苯类化合物主要采用气相色谱的分离技术，但前处理过程中常需要苯作为萃取溶剂或固相萃取解析溶剂。由于苯属致癌物，使用苯作为溶剂容易造成二次污染。固相萃取-气相色谱法测定水中硝基苯类有机污染物的方法研究，利用OasisHLB萃取富集水样、用DB-35MS或类似的毛细柱气相色谱分离、电子捕获检测器检测、标准曲线法定量，并通过实验对影响萃取的条件进行了优化。该方法克服了传统萃取方法溶剂用量大、毒性大、方法步骤繁琐等缺点，既能满足痕量分析的要求，也能用于含量较高废水的检测分析，通过对实际样品的检测分析证明该方法是一种准确性好、精密度高、检测限低、方便实用的测试方法。水中氯苯类有机污染物用传统的方法，分离效果不理想。目前主要采用强极性毛细管柱对11种氯苯类化合物分离测定，方法简便快速，灵敏度高，能满足饮用水、地表水的监测要求。饮用水和环境中的挥发性有机物给人体健康带来危害，特别是有机卤化物及因加氯消毒产生的三卤代物等有害有机物，已受到很多国家重视。在挥发性有机物(VOCs)分析方法中，一般采用液液萃取气相色谱法、顶空填充柱气相色谱法(GB/T17130-1997)、顶空毛细管柱气相色谱-质谱法、吹扫捕集法等。吹扫捕集法较之其他两种方法而言，具有样品用量少、重现性好、富集倍数高、组分损失小、灵敏度高、无溶剂污染、操作简单等优点。N，N一二甲基甲酞胺和N，N-二甲基乙酞胺对人体有毒，对环境有害。由于N，N一二甲基甲酞胺和N，N一二甲基乙酞胺都与水混溶，沸点较高，较难用溶剂或其它方法将其提取，一般都用直接进水样的方法来测定，但存在峰形不佳、柱子易受污染、需用有机溶剂稀释等不足。用TenaxTA作色谱固定相，用长2m、内径3mm玻璃柱直接进水样进行气相色谱的分离和测定，具有峰形佳、分离效果好、分析速度快等特点，用于样品的测定，结果满意。三氯乙酸(trichloroaceticacid)具有强烈的腐蚀性。是一种重要的有机物合成的中间体，广泛应用于工业生产中。工业废液、废水的排放成了水中氯乙酸的主要污染来源。由于氯代乙酸有较大的毒性和致癌性，因此快速、准确的对水中的三氯乙酸进行分析检测，对工业的快速发展和人身安全具有重要的意义。将三氯乙酸进行甲酯化，进而采用气相色谱法测定样品中的三氯乙酸，方法简便、快捷、灵敏度较高。国际癌症研究机构(IARC)将五氯酚(pentachloropheno，lPCP)及其钠盐(Na-PCP)列为2B类致癌物。美国EPA和欧盟已将PCP列为优先控制的持久性有机污染物(persistentorganicpollutants，POPs)之一。中国曾大量使用Na-PCP杀灭血吸虫的中间宿主———钉螺，五氯酚已经被广泛释放于环境中，尤其对水环境造成污染。水中五氯酚易富集于动植物体内，对人群健康存在着潜在的危害。中国的“生活饮用水卫生标准”(GB5749-06)已将五氯酚列为水质监测项目。近期研究发现:五氯