土壤和沉积物中挥发性有机物的检测研究与应用

赵丽丽

摘要：土壤和沉积物中含有大量的有机物，如果对这种有机物进行检测，并对其加以利用，可以节省资源，避免资源的浪费，且可以就地取材，不需要耗费大量的人力和物力。目前常用的土壤和沉积物中挥发性有机物的检测系统，不仅不能够对有机气体进行干燥，而且不便于将有机气体排出，因此，我们提出一种土壤和沉积物中挥发性有机物的检测系统，以便于解决上述中提出的问题。

关键词：土壤沉积物;挥发性有机物检测;应用;

前言：近几年来国内外的专家在评估污染环境中挥发性物质（VOCs）的健康风险时，已不大推荐采用基于其在土壤或地下水中的浓度进行风险评估，而更倾向于基于土壤气中VOCs实测浓度进行评定。建立健全土壤中的VOCs污染防治管理体系，相对于我国大气和水污染防治，土壤污染防治工作基础薄弱，体系尚未形成，形势紧迫，任务艰巨。

一、土壤和沉积物中挥发性有机物的检测研究

1.当前土壤VOCs 分析主要依赖常规实验室检测技术，通过手工采样、保存，然后带回实验室先进行样品前处理、再进行定性定量分析。检测方法见于报道的可用于测定VOCs 的方法有分光光度法、气相色谱法、荧光及其传感器法、气相色谱质谱法、反射干涉光谱法、傅里叶变换红外光谱和差分吸收光谱等。到目前为止，国际标准化组织推荐的VOCs 的检测方法依然是基于热解吸原理的气相色谱法。色谱法当前广泛应用于教学、科研、生产及领域，是一种高效的分离分析技术。气相色谱法在众多色谱法中具有操作简便、适用范围广、灵敏度高、分析快、分离效能好的优势，在分离提纯和分析测试中发挥重要的作用。气相色谱法原理是利用样品中各组份在气相和固定液液相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在记录器上描绘出各组份的色谱峰。包括气源及控制系统、进样系统、色谱柱分离系统、检测系统、温控系统、主控制系统等。工作流程有：①惰性载气从气源出来后，经过减压阀后进入气路控制器调节。②调节后的载气从入口处流经色谱柱最终达到检测器。③样品经过进样系统由载气带入色谱柱。④样品在色谱柱中分离。由于样品中各组分的相对蒸气压和在液态固定相的溶解度不同，导致它们在流动性和固定相中的分配不同而最终分离。⑤样品组分（分析物）随着载气从色谱柱中流出，同时进入检测器。基于分析物的物理化学性质，检测器产生响应，最终转化为电信号用来测量分析物的量。⑥数据处理系统生成整合的色谱图。

2.便携式气相色谱仪器的研究。传统的气相色谱仪体积大、功耗高，通常只能在实验室中使用，而将土壤样品采集、保存带回实验室分析时，由于VOCs 易挥发、不稳定，送到实验室分析时往往由于样品成分的改变、挥发损失等影响数据的准确性，因此可现场检测的便携式气相色谱仪的开发便成为一个重要的研究方向。近些年来随着传感器技术、微制造技术和大规模集成电路技术等高新技术的发展，使得仪器仪表向微型化发展、智能化发展，许多公司研制出便携式气相色谱仪，其体积小、便于携带。目前市场上的便携式气相色谱仪，不过当前的便携式气相色谱仪多用于空气或废气的快速检测或一些特定专业检测，如中分2000 用于变压器油的检测，未见有应用于土壤VOCs 快速检测的相关报道。而对于国内外有一些商品化的吹扫捕集仪，如意大利DANI 动态顶空及吹扫捕集仪、美国Teledyne Tekmar 的Lumin PTC 吹扫捕集浓缩仪等，则耗时长、体积大、需要人工干预多、不便于集成。因此开发带土壤样品前处理或与顶空采样装置直接联用的便携式气相色谱仪，在土壤检测中有大量的潜在需求，有很好的发展前景。

3.下面对可用于便携式气相色谱仪设计的一些技术进行分析：。3.1 研究吹扫-捕集技术土壤中VOCs 的提取，是用惰性气体连续通入样品，将VOCs 组分吹扫出来后在吸附剂或冷阱中捕集，然后再把吸附剂加热，使被测组分脱附，用载气带入气相色谱柱中进行分析。这就需要根据分析有机物种类优选吸附剂材料，以提高富集效率，设计吸附管结构、研究快速梯度热解析，压缩热解析谱带，避免使用深冷技术，以缩短分析周期。3.2 改进电子气路控制技术（EPC）。气体由高压钢瓶或其他高压气源经减压阀进入净化以及干燥管，再经稳压阀、稳流阀后以一定的流速通过气化室、色谱柱、检测器，最后被放空。目前气相色谱仪多采用电子气路控制技术取代稳压阀、稳流阀，通过检测气路中的流量、压力的值来调节比例阀的开度，使气路中流量、压力稳定在设置值，这是一个反馈控制过程，提高EPC 的精度、稳定性、可靠性能极大地提高分析的重现性、稳定性、灵敏度和分析速度，同时也能有效地减少气体消耗和降低操作费用。

二、土壤和沉积物中挥发性有机物应用

1.对土壤有机项目检测过程的质量进行有效控制，还需要科学选取测定方法，以便有针对性地提升检测质量。本文主要以吹扫捕集法与气质色谱法为主。其中吹扫捕集法是运用吸附剂捕集气体的方式实现精准检测，在萃取过程中，由于此种方法无需投放有机溶剂，故而不会增加有机物含量，继而对环境的污染程度略小。通常情况下，吹扫捕集法可对200℃且2% 溶解度以下的挥发性有机物适用，比如卤代烃类以及苯系物类有机物等。因此，可结合吹扫捕集法的操作步骤制定科学的测定方案，由此提高气体采集效率，保证测定结果具有较高的可行度。可在土壤挥发性有机物检测工作中选择此法控制其检测质量。至于气质色谱法可在气质色谱联用仪的辅助下实现土壤中挥发性有机物的科学检测，之后再按照标准步骤逐步完成检测任务，在这过程中需为其提供适宜的分析条件，以便土壤中挥发性有机物能够获得准确的检测结果。以挥发性有机氯为例，样品的进口温度应保持在250℃，之后按照每分钟升温12℃的标准对色谱柱的温度进行控制，直到由120℃上升到180℃后以每分钟7℃的规律升温到240℃，一分钟后需继续升温，并在10 min 后进行长达2 min 的控温操作，最终将温度调节到280℃，此时方可保证气质条件符合色谱柱测定要求。

2.强化土样净化浓缩效果。土样净化与浓缩环节作为土壤有机半挥发项目检测过程中的重要步骤，理应从细节处对其质量予以控制，以此提高检测水准。在土样净化期间，以硅胶净化为主，为了保证土样获得有效净化，一方面，应确保土壤在层析柱中的流入速度保持适中，以免土样分散不均对净化效果产生不利影响。另一方面，应注重洗脱剂的洗脱均匀度，促使土样获得良好的净化结果。在吸附操作中，还需借助專用喷显剂对其进行检测，以此获得高质量检测结果。至于土样浓缩部分的质量控制，检测人员可运用旋转蒸发仪或者氮吹仪对其进行浓缩处理，以免在浓缩环节出现质量问题影响检测实效性。

结束语：土壤有机项目检测质量直接关乎着土壤测定结果准确度，为了切实做好检测工作，应从测定方法、存放质量、制备保管、净化浓缩等方面着手，以此在保障检测质量的基础上为检测机构的高质量发展提供助力，最终在专业的检测机构协助下为我国土壤有机物防治工作带来宝贵的参考经验。

参考文献：

[1]梅明，郭兆云.土壤挥发性有机物分析方法概述[J].武汉工程大学学报，2019，35（3）：18-24

[2]许国旺主编.分析化学手册-气相色谱分析[M].北京：化学工业出版社，2019.