气相色谱法在大气污染监测中的应用

2018-02-03杨长江

中国资源综合利用 2018年2期

杨长江

（新疆昌源水务科学研究院（有限公司），乌鲁木齐 830000）

气相色谱法是一种新型检测技术，可以检测大气中的很多有害成分，在极短的时间内可以进行分离分析，同时不需要大量样本，就可以在极大范围内使用。在大气污染监测中应用气相色谱法，可以高效分析数据，及时反映检测结果，这有助于保护城市大气环境、推动城市环境可持续发展，因此，不断强化气相色谱法在大气污染监测中的应用研究至关重要。

1 气相色谱法概述

气相色谱法作为一种高效灵敏的检测技术，在社会多个领域得到了广泛的应用，如化工、药品、食品等。近些年，在大气污染监测中，气相色谱法也发挥了不可忽视的作用。为能够更好地研究相色谱法在大气污染监测中的应用，对气相色谱法的技术原理加以分析十分必要，本文分别就色谱技术和气相色谱检测原理等进行介绍。

1.1 色谱技术

色谱技术是一种物理分离技术，也被称为层析技术。在应用此种技术分离物质时，由于混合物不同部分流动状况各有不同，因此可以将不动态部分称为固定相，而流经固定相的液体混合物可称为流动相。在流动过程中，两者之间会发生反应，由于固定相混合物和流动相混合物的结构、性质各有不同，因此两者之间的作用反应就会产生不同的效果。这样在相同的推力作用下，固定相中存在的不同物质成分，势必会出现停留时间方面的差异，因此流出固定的过程中，就会出现不同的顺序，这使得人们可以对混合物中的不同物质成分按照顺序进行分离，这就是色谱技术的物理分离原理[1]。

1.2 气相色谱原理

在气相色谱中，流动相是气体，而之所以将流动相定为气体，是因为气体没有较大的黏度。因此，在色谱柱中，流动不会产生较大的阻力，但同时气体的扩散系数是比较大的，这为物质之间相互传递创造了便利条件，因此可以将气体混合物快速分离。在气相色谱大气污染监测过程中，可以利用高压气体容器提供承载气体，然后根据实际压力需求针对性调节，使得气体试样和液体通过余热盘旋管和检测器渗比池进入不同的柱子中，在承载气体经过导热池进入大气的过程中，实现气体分离检测。通常，在沸点为300℃以下的气体分离检测中，都使用气相色谱法。

1.3 气相色谱检测标准气体配置

在应用气相色谱法进行大气污染监测时，标准气体配置对检测结果准确性具有直接影响。通常情况下，气相色谱检测标准气体配置方法包括两种，即静态配气法和动态配气法。其中，静态配气法主要是将一定量的气体或者蒸汽原料，按照一定的体积稀释到容器中，通过计算气体浓度，确保气体均匀混合。在应用静态配气法配气中，可以使用注射器、集气瓶等工具。而动态配气法，则是将被检测的气体按照痕量组分进行配置，从而以很小的速度通过气体混合室并与流速较大的稀释气体混合。动态配气法又可以划分为负压喷射法、渗透管法等，此种配气方法具有操作简单的特点。

气相色谱法在大气污染监测中具有不可替代的优势，其操作简单，对压力和温度方面的要求并不高。值得注意的是，检测大气污染时，不能单纯依靠色谱峰直接定性结论，还应该与相关的色谱数据进行对比，这样才能保障检测结果的准确性。

2 气相色谱法在大气污染监测中的具体应用

2.1 有毒试剂检测应用

气相色谱法可以检测出大气污染中的有毒物质。在城市化不断推进的过程中，人均机动车占有量不断增加，汽车尾气排放出的一氧化碳和氧化氮，是大气污染物中的主要有毒气体。这些有毒气体在空气中的扩散，将会对人体造成很大危害，因此强化有毒气体成分检测十分必要，人们可以使用气相色谱法。使用气相色谱法检测大气污染中的有毒试剂时，常见的有毒物质普遍沸点较低，并具有很强的挥发性。因此，使用气相色谱法检测，可以将气体中的成分快速分离，避免检测中受到其他因素干扰，这极大地保障了检测数据的准确性，从而为开展环境保护提供科学依据。

2.2 有机污染物和氧化碳检测应用

在大气有机污染物和氧化碳检测中，也可以使用气相色谱法。具体而言，在检测过程中，要借助氢火焰离子化检测器检测设备，此种检验设备在系统中额外增加了一个镍反应器，可以将有机污染物全部转化为甲烷。同时，在氢火焰离子化检测器检测设备中，还存在一个测量氢化合物总体含量的进样器，通过色谱图可以检测大气污染物质。相关研究表明，有机污染物和一氧化碳检测过程中，氢气会在压力调节器的作用下，进入氢火焰离子化检测器检测设备中的V2阀门中，采样阀门在“进样”位置处，在氢气的作用下，将采样管中1～2 mL气体送入C1位置处，并经过1 min左右的时间，采样阀门重新回到反吹位置，这时氢气就可以对C1管反吹，从而将有机物污染物和多余的一氧化碳清洗出去[2]。在等待4 min左右后，重复进行上述操作，这时就会有一部分空气进入色谱柱C2中，并在C1与C2之间形成一个高分子聚合球。而部分物质如甲烷或一氧化碳则会率先从C2位置处滤出，并在Va位置处自动关闭，这样就可以对大气中的有机污染物和一氧化碳进行检测。

2.3 热不稳定化合物检测应用

大气污染中的热不稳定化合物质检测中，也可以应用气相色谱法。具体而言，大气污染中的热不稳定化合物质主要是指有机酸、肼及偏二甲肼等，这些物质本身的挥发性比较低，因此不能直接使用气相色谱法检测，需要将这些物质衍生化之后，转变成热稳定性较高的物质。在检测大气污染中的热不稳定化合物质时，人们可以用XAD-2树脂作为吸附剂，用苄基溴作为酯化剂，用氧化银作为催化剂，这样可以将热不稳定化合物的衍生率提升98%，然后使用气相色谱法检测，最低检出浓度也会达到几个微克每升，从而提升检测准确性[3]。再如，在使用气相色谱法检测大气污染中的热不稳定化合物质时，可以在SG-2固体吸附剂上涂抹硫酸，这样可以增加样本中热不稳定化合物质收集含量，然后使用糖醛对热不稳定化合物质进行处理，也可以实现热稳定化合物转化，最后使用气相色谱法检测。

2.4 硫污染物检测应用

大气污染中的硫污染物检测中，气相色谱法也发挥出极大的作用，但使用气相色谱法检测硫污染物，需要借助氢火焰离子化检测器提升检测结果的准确性。具体而言，氢火焰离子化检测器是一种灵敏度较高的检测器，其工作原理是利用特殊元素在火焰中可以发出特殊的光，从而根据发射光谱选择滤光器。在使用气相色谱法检测硫污染物时，可以应用氢火焰离子化检测器，并借助光电倍增管进行放大测定。检测过程中，以空气作为基本检测载体，并使用四氟乙烯作为色谱柱，这样可以有效解决硫化物容易吸收的问题，然后使用浓度96%的PMME固定液和浓度4%的丙酮混合，并均匀地涂抹在40～60目的聚四乙烯球形担体上，最后使用渗透管对仪器进行校准，就可以对大气污染中的硫污染物进行检测。此种检测方法几乎不会受到其他因素的干扰，可以极大地保障检测结果的准确性[4]。

2.5 汽车废气光化学产物检测应用

气相色谱法在汽车废气光化学产物检测中也发挥着重要的作用，具体而言，在使用气相色谱法检测汽车废气光化学产物时，要使用电子捕获检测器辅助检测。电子捕获检测器是一种对金属有机化合物检测十分适用的仪器，如在化工业中，在检测过程中使用电子捕获检测器辅助检测，可以将DDT（双对氯苯基三氯乙烷）和有机氯农药全部检测出来。因此，使用气相色谱法进行汽车废气光化学产物检测时，人们也使用了此种仪器辅助检测[5]。此外，汽车尾气中的电负性化合物的灵敏度比较高，而化合物的电负性越强，电子吸收系数就会越大。例如，对废气有机氟光化学物质进行测定时，由于有机氟的毒性较大，相当于光气的10倍，若直接使用气相色谱法检测，往往达不到卫生检测要求。这时就可以应用电子捕获检测器辅助气相色谱法检测，从而提升捕捉有机氟光化学物质的灵敏度，为检测结果的准确性提供保障，这是应用气相色谱法检测汽车废气光化学产物时需要注意的。