水质监测中气相色谱法的研究

罗扶课

（怀集县环境保护监测站，广东 怀集 526400）

在近代分析工作中，气相色谱仪的地位如同经典分析化学中的天平、生物研究中的显微镜一样重要。它是近50多年以来迅速发展起来的新型分离、分析技术，主要用于低分子量、易挥发有机化合物（约占有机物的 15%～20%）的分析，目前从基础理论、试验方法到仪器研制已发展成为一门趋于完善的分析技术。在《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）中，80个集中式生活饮用水地表水水源地特定项目的分析方法，有57项采用气相色谱法。

1 气相色谱发展

20世纪50年代初期，随着新兴石油工业的出现以及医药、生物化学的发展，促进了气相色谱的产生和发展，借助于先进的电子技术又使气相色谱日益完善。所以气相色谱问世以后很快成为分析领域中极为重要的分析手段。

1906年俄国植物学家’Fswett利用液固色谱法研究了植物的绿叶成分。1941年Martin和Synge提出了液液色谱法，预见了气液色谱。1952年James和Martin提出了气相色谱法。1954年瑞依把热导检测器用于气液色谱法。1957年Golay提出了毛细管气相色谱法，也叫作开管柱气相色谱法。1958年McWilliam报导了氢火焰离子化检测器（FID）。1979年Dandeneau等拉制出石英弹性毛细管柱，从而促进了毛细管色谱法的大发展。进入20世纪80年代以后，微处理计算机在气相色谱仪之应用、气相色谱——质谱联用、气相色谱——傅利叶变换红外光谱联用、超临界流体色谱的迅速发展，都大大地扩展了气相色谱科学的内容和应用范围。

2 气相色谱法的特点

2.1 分离效率高

一根长1～2 m的色谱柱，一般可有几千个理论塔板的分离效率，对于长柱（毛细管柱），甚至有一百多万个理论塔板分离效率，可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质，经过多次分配平衡，最后可以得到满意的分离。

2.2 灵敏度高

在气相色谱分析中，由于使用了高灵敏度的检测器，可以检测 10－11～10－13g的物质。在水质分析中可测出质量分数为10－6～10－9数量级的卤素、硫、磷化物。

集中式生活饮用水地表水水源地特定项目中，采用气相色谱分析方法的最低检出限为 0.05～0.00002 mg/L，相应的标准限值0.5～0.00012 mg/L，满足分析评价要求。

2.3 选择性高

对性质极为相似的烃类异构体、同位素、旋光异构体具有很强的分析能力。

2.4 分析速度快

通常一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。某些快速的分析，1 s可分析好几个组分。地表水中的有机氯农药六六六、滴滴涕（DDT）及其7种异构体，性质很相似，在气相色谱仪上进行一次进样，用20 min可以完成分离测定。目前，一些先进的色谱仪器通常都带有微处理机和自动进样系统，使色谱操作和数据处理的高速度得以实现。

2.5 应用范围广

气相色谱法可以分析气体样品，也可以分析在允许工作温度范围内汽化成气体的液体样品和固体样品，不仅可以分析有机物，也可以分析部分无机物，因此应用范围十分广，在化工、医药、食品、农药、环境监测、水质监测和自然科学研究等领域都有普遍的应用。

3 化学污染物的检测

气相色谱在水质监测中主要用于有机氯农药、有机磷农药、有机化学污染物及微量金属元素的监测。

3.1 有机氯农药的检测

有机氯农药是神经毒，又是一种肝毒。有机氯农药的残效期特别长，不易分解，对环境造成严重污染，而且具有致畸等不良后果。气相色谱仪配置电子捕获检测器，用内径2～3.5 mm、长1.8～2 m的硬制玻璃柱，内装Chromosorb WAWDMCS 80—100目，涂OV－17为1.5%，QF－1为1.95%，设柱温180 ℃，汽化室温度 200 ℃，检测器温度 220 ℃，氮载气（≥99.999%）流速为60 mL/min，可检测水体中的“六六六”（含4种异构体，可检测至4 ng/L）和DDT（含4种异构体，可检测至200 ng/L）以及艾试剂、七氯、硫丹等有机氯农药成份。

3.2 有机磷农药的检测

有机磷农药多为磷酸酯类或硫代磷酸酯类，有机磷农药多为油状液体，工业品呈淡黄至棕色，具有大蒜臭味。一般不溶于水，而溶于有机溶剂及动植物油，对光、热、氧均较稳定，遇碱易分解破坏。有机磷农药可经消化道、呼吸道及完整的皮肤和粘膜进入人体。人体吸收的有机磷农药在体内分布于各器官，其中以肝脏含量最大。

气相色谱仪配置火焰光度检测器，用内径4 mm、长2 m的硬制玻璃柱，内装白色酸洗硅烷化硅藻土单体，涂DC－200为5%、QF－1为7.5%，设柱温170 ℃，汽化室温度240 ℃，检测器温度230 ℃，载气（氮气≥99.99%）流速为60 mL/min，燃烧气（氢气≥99.99%）流速为160 mL/min。可检测甲基对硫磷、对硫磷、马拉硫磷、乐果、敌敌畏等有机磷农药，并且检测下限通常在 5×10－4～5×10－5mg/L。

3.3 有机化学污染物的检测

气相色谱仪配置氢火焰离子化检测器，再使用适当的检测条件，可检测水中的三氯甲烷（最低检出限0.0006 mg/L）、四氯化碳（最低检出限 0.0003 mg/L）、三氯乙烯（最低检出限0.003 mg/L）、四氯乙烯（最低检出限0.0012 mg/L）、甲苯（最低检出限0.01 mg/L）、硝基苯（最低检出限0.0002 mg/L）、苯胺（最低检出限0.002 mg/L）、丙烯酰胺（最低检出限0.00015 mg/L）、甲基汞（最低检出限1×10－8mg/L）等50多种水体中的有机污染物。

3.4 微量金属元素的检测

气相色谱法不仅是分析检测有机污染物不可缺少的重要方法，近年来，在分析水体中某些微量金属元素方面也取得了一定的发展。现在能够利用气相色谱法分析的金属元素有硒、铍、铜等。分析检测硒的方法是利用1，2——邻苯二胺或衍生物在酸性溶液中与四价硒反应，当O～PDA试剂足够量时，可定量地生成挥发性的、可被有机萃取为苯丙硒二唑化合物，然后利用带电子捕获检测器的气相色谱仪测定其含量。

我国水资源存在洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化三大问题，尤其是水环境恶化、水污染问题更为严重，在水污染问题中，有机污染呈加重趋势。近几年随着西部大开发战略的实施，加大了对油气资源的开采、加工和运输，以及一些相关化工、能源企业的增多给水体有机物污染埋下了巨大的隐患。同时大量的农田退水汇入河道，这是水体中有机农药的主要来源。利用气相色谱法的特点，水环境监测工作者可以快速、准确地分析水体中的苯、甲苯、二甲苯、丁苯萘、有机氯、有机溴和硫、磷农药残留物等50多种有机毒物的污染情况，为北方水资源保护和管理提供可靠的依据。

4 现有仪器的性能、技术指标

在水环境监测工作中，常用顶端空间——气相色谱作为易挥发有机物的监测手段，而把疏水分离——选择性挥发——气相色谱作为难挥发有机物的监测途径。如阿克苏水环境监测中心使用的东西电子GC－4000A型气相色谱仪，整台仪器采用微型计算机控制，结构紧凑，具有多阶程序升温功能，操作方便。同时GC－4000A配备了氢火焰离子化（FID）、火焰光度（FPD）、电子捕获（ECD）检测器，并联双气路、双采样通道；并加配了毛细管装置和G103型色谱专用空气发生器。

5 结束语

综上所述，水环境监测的重要性将会更加明显，社会各界对水环境监测的要求也将不断提高，采用更先进、更科学的分析方法已成为水质分析的主要趋势。气相色谱分析法因其快速、准确、高效的分析特点已被列入国家水质分析方法标准之内，在水质全面评价中，多项化学污染物的检测都依靠气相色谱分析法完成。水质监测质量和水平的提高依赖于监测技术的发展。

1 张先丽.气相色谱法在水质分析中的应用[J].地方病通报，2006（01）

2 张玉红、宋晓春.顶空气相色谱法在水质监测中的应用[J].化工自动化及仪表，2000（03）