全二维气相色谱技术在环境分析中的应用

兰天宇，杜海军

（贵州民族大学，贵州 贵阳 550025）

综述与进展

全二维气相色谱技术在环境分析中的应用

兰天宇，杜海军

（贵州民族大学，贵州 贵阳 550025）

气相色谱技术在环境监测分析领域应用得十分广泛，效果也非常显著，是一种极其重要的分析技术。全二维气相色谱(GC×GC)是在传统一维色谱技术基础上发展起来的新技术，由于其峰容量大，灵敏度及分辨率高，分析时间短，定性分析可靠，非常适合于复杂样品的分析。本文主要介绍了GC×GC的工作原理及在环境分析中的应用，并简单地讨论了其发展前景。

气相色谱；全二维气相色谱；环境分析

气相色谱技术在环境监测分析领域应用得十分广泛，环境中相当多的有机污染物的分析监测都需要用到气相色谱法[1]。作为一种新型色谱技术，全二维气相色谱(GC×GC)在环境分析中有广泛应用，本文主要介绍挥发性有机物﹑芳香烃及多环芳烃﹑二噁英类化合物及毒杀芬化合物﹑有机农药﹑多氯联苯等污染物的分析与检测。

1 全二维气相色谱的原理[2]

利用色谱法分析时，经常需要比一维色谱技术更高的分辨率。为了提高分离能力，通常将不同分离技术或机制进行组合，这样，由于样品分散在不同的时间维，最后的分辨率与不同维间分离特性的差异密切相关。当不同时间维间正交时，分辨率最高。全二维气相色谱正是利用这一原理构造了一个正交分离系统。它由两支色谱柱串联结合，它们的分离机理不同且相互独立，两支色谱柱间由一个调制器来进行捕集与再传送。它的峰容量为组成它的各自峰容量的乘积。所有第一支色谱柱分离后的馏分必须先进入调制器，聚焦后再通过脉冲进入第二支色谱柱，从而得到进一步分离。进入检测器的组分全部来自第二支色谱柱，由数据处理系统处理信号，最终得到三维色谱图，或二维轮廓图。该图有两个横坐标，其中柱1上保留时间为第一横坐标，柱2上保留时间为第二横坐标，纵坐标为信号强度。

2 全二维气相色谱在环境分析中的应用

2.1 挥发性有机物（VOCs）

路鹏等[3]利用全二维气相色谱法对填埋场VOCs进行分析，分辨率较一维色谱技术得到提高，显著提高了对环境大气样品中VOCs物质的分析能力。王瑛等[4]将全二维气相色谱与氢火焰离子化检测器( FID)联用，构建了用于测量大气有机物的热脱附-全二维气相色谱-氢火焰离子化分析系统(TD-GC×GC- FID)，实现了一次分析过程同时分离非甲烷烃(NMHCs)﹑含氧挥发性有机物OVOCs)和卤代烃等多种组分。郭亚伟等[5]采用GC×GC与飞行时间质谱(TOFMS) 联用技术分离复杂样品并鉴定其结构，利用该方法准确可靠地监测了环境空气中的VOCs。在此基础上，郭亚伟等[6]通过增加预浓缩系统，解决了吸附容量﹑吸附和解析效率等问题，检测空气中VOCs时不再使用大型取样装置，取样更快速﹑方便，可以多次测试同一试样，具有精密度高﹑线性范围好﹑检出限低等明显优势。

2.2 芳香烃及多环芳烃（PAHs）

毛婷等[7]以北京交通道路大气样品为研究对象，采用全二维气相色谱法分析样品中芳香烃，得到了比一维气相色谱法更宽的检测范围，能同时测定单环芳烃和部分多环芳烃，还可以更好地分离和定量

何晓蕾等[11]将全二维气相色谱与飞行时间质谱(TOFMS) 联用后，分离和定性17种二 英的同分异构体可在42.5min内快速完成，从而得到了一种快速分离和定性飞灰样品中二 英的方法。Korytár P等［12]探究了全二维气相色谱电子捕获检测技术（GC×GC-μECD）分离17 种多氯代二苯并呋喃和多氯代二苯并二 英﹑12种多氯联苯，结果表明，29种有机物全都彻底分离，也不存在基质的干扰问题，有较好的定量效果。张兵等[13]利用GC×GC-μECD技术的独特优势，研究了毒杀芬污染区域附近的土壤，分离分析3种指示性毒杀芬（P26﹑P50和P62）和另外20种关注度很高的毒杀芬同类物，获得了较好的分离效果。同样利用GC×GC-μECD技术，朱帅等[14]对不同氯取代毒杀芬进行分离，结果分离出了923种不同的毒杀芬化合物，而且对多种化合物的检出限均低于0.6μg·L-1。

2.4 其他环境污染物

李燕群等[15]建立了土壤中20种有机氯农药﹑16种酞酸酯和18种多氯联苯的全二维气相色谱-质谱分离和定性方法，使得目标化合物和土壤萃取杂质在40.5min内分离，分离效果较好，再利用二维谱图和质谱检索对54种目标化合物准确定性，定性可靠性高。高鹏等[16]利用岛津全二维气相色谱质谱联用系统(GC×GC-qMS)分析某工业区地表水及其加标样品，实现了环境体系中的痕量有机污染物与基质分离，且从中发现了新型的环境污染物。周选定的芳香烃。王祎等[8]采用GC×GC与飞行时间质谱(TOFMS) 联用技术，定性分析了某种卷烟主流烟气中的PAHs及其衍生物，检出168种杂环和非烷基取代PAHs衍生物，448种PAHs及烷基取代PAHs，共达616种。Ieda等[9]借助全二维气相色谱-高分辨飞行时间质谱技术(GC×GC-HRTOF-MS)，分析废弃氯碱化工厂区域内的土壤提取液，共检出30种溴代多环芳烃和氯代多环芳烃，第一次在环境样品中检测到氯溴混合取代多环芳烃C16H8ClBr﹑C14H7Cl2Br和高氯代多环芳烃C16H3Cl7﹑C14H3Cl7。潘怡等[10]将全二维气相色谱与质谱联用（GC×GC-qMS），对燃煤产生的飞灰进行了分析，结果表明飞灰中存在多环芳烃﹑含杂原子多环芳烃及氧化多环芳烃，该方法可以准确地分析复杂样品的化学成分。伟峰等[17]借助全二维气相色谱-飞行时间质谱法，对复杂样品中单体多氯联苯进行分析检测，不但从136种Aroclor混标样品中分离出其中121种多氯联苯，而且清晰分离出7种指示剂多氯联苯。夏丹等[18]联合全二维气相色谱﹑高分辨飞行时间质谱（HRTOFMS）及电子捕获负化学源（ECNI）来检测土壤﹑沉积物及鱼体样品中有机污染物氯化石蜡，不仅使氯化石蜡单体的色谱分离能力得到明显的提高，而且可以定性定量到不同族单体。

3 展望

全二维气相色谱法（GC×GC）自20世纪90年代由Liu和Phillips建立以来，获得了非常大的进步，尤其在复杂体系的分析方面具有独特的优势[19]。然而，作为一种新技术，不可避免地还存在一些问题，如更高调制技术的探索﹑更多检测器的联机使用以及更好定量方法的研发等[19-20]。相信随着研究的深入和技术的发展，全二维色谱法将会更广泛﹑成熟地运用到环境分析中。

[1] 孙宝盛，单金林.环境分析监测理论与技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 许国旺.现代实用气相色谱法[M].北京：化学工业出版社，2004.

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[4] 王瑛，徐晓斌，毛婷，张康平，程红兵，印丽媛.大气有机物热脱附-全二维气相色谱-火焰离子化分析方法[J].中国科学：化学，2012，42(2)：164-174.

[5] 郭亚伟,李海燕,马玉琴,宋晓娟.全二维气相色谱/飞行时间质谱联用监测环境空气中VOCs[J].环境监测管理与技术，2013，25(2)：43-46+53.

[6] 郭亚伟，李海燕，宋晓娟，马玉琴.预浓缩系统-全二维气相色谱-飞行时间质谱分析环境空气中挥发性有机物[J].环境监控与预警，2013，5(1)：21-25.

[7] 毛婷，徐晓斌，王瑛.全二维气相色谱法测定北京交通干道大气中芳香烃[J].环境科学，2009，30(10)：2845-2851.

[8] 王祎，赵明月，赵晓东，夏巧玲，刘克建.卷烟主流烟气中多环芳烃的全二维气相色谱/飞行时间质谱分析[J]. 烟草科技，2007(10)：26-30.

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[10] 潘怡，林长青.全二维气相色谱-质谱法定性分析燃煤飞灰中的多环芳烃及其同源物[J].环境化学，2014，33(5)：870-871.

[11] 何晓蕾，俞勇梅，李咸伟，李莉.全二维气相色谱/飞行时间质谱法快速定性分析飞灰样品中的二 英[J].分析化学，2010，38(7)：935-940.

[12] Korytár P, Danielsson C, Leonards P E G, Haglund P, de Boer J, Brinkman U A T. Separation of seventeen 2,3,7,8-substituted polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans and 12 dioxin-like polychlorinated biphenyls by comprehensive two-dimensional gas chromatography with electron-capture detection[J].J. Chromatogr. A, 2004, 1038(1/2): 189-199.

[13] 张兵，郑明辉，刘国瑞，李成，高丽荣.全二维气相色谱-电子捕获检测器法分析土壤中毒杀芬同类物的残留[J].分析化学，2012，40(8)：1213-1218.

[14] 朱帅，高丽荣，郑明辉，刘卉闵，张兵，刘立丹，王毅文.不同氯代毒杀芬的全二维气相色谱分离分析方法研究[J].分析测试学报，2014，33(3)：301-306.

[15] 李燕群，张渝，钱蜀，但德忠，杨坪.全二维气相色谱-质谱法定性分析土壤中有机氯农药﹑酞酸酯和多氯联苯[J].分析试验室，2013，32(2)：109-113.

[16] 高鹏，范军，邓晓丽，黄涛宏.全二维气相色谱四极杆质谱法定性筛查环境水中的有机污染物[J].环境化学，2013，32(11)：2225-2226.

[17] 周伟峰，黄旭锋，郑浩，姚林江，王林.全二维气相色谱-飞行时间质谱法分离复杂体系中7种指示剂多氯联苯[J].中国环境监测，2015，31(1)：113-117.

[18] 夏丹，田奇昌，高丽荣，郑明辉.环境样品中氯化石蜡的全二维气相色谱-高分辨飞行时间质谱定性定量分析方法研究[A].中国化学会第二届全国质谱分析学术报告会会议摘要集[C].中国化学会﹑国家自然科学基金委员会，2015.

[19] 朱书奎，刑钧，吴采樱.全二维气相色谱的原理﹑方法及应用概述[J].分析化学学报，2005，21(3)：332-336．

[20] 许国旺，叶芬，孔宏伟，路鑫，赵欣捷.全二维气相色谱技术及其进展[J].色谱，2001，19(2)：132-136.

Application of Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography in Environmental Analysis

LAN Tianyu, DU Haijun
(Guizhou Minzu University, Guiyang 550025, China)

The principles and applications of GC×GC in environmental analysis were reviewed in this paper. Finally, the future perspectives of GC×GC were simply discussed.

gas chromatography; comprehensive two-dimensional gas chromatography; environmental analysis

O 657.7+1

A

1671-9905(2017)04-0024-03

贵州省普通高等学校“绿色化学与资源环境创新团队”项目（黔教合人才团队字[2015]62）

兰天宇（1989-），男，主要从事环境化学与材料方面的研究。E-mail:tianyulan1989@163.com

2017-02-21