气相色谱技术在环境监测工程中的应用

张国龙

（山西蓝源成环境监测有限公司，山西 太原 030023）

引言

工业发展在某种程度上可以说是一把双刃剑，它在给人们谋求生活质量的同时，也在悄悄的危害环境。所以，如何完善对环境的监测，从而达到及时环保的目的，已经成为了相关行业人士有待解决的问题。对于我国现有的多种环境监测技术来说，气相色谱技术具备着灵敏度高、效率好的独特优势，因而有着极为广阔的发展前景[1]。此外，伴随着工业的发展，苯胺类化合物得到了广泛的应用，然而这种物质毒性较高且化学性质活泼，在污染环境的同时还能损害人体。所以，将气相色谱技术应用到环境监测工程中去检测并回收处理这类物质，符合可持续发展的意义。

1 气相色谱技术概述

1.1 气相色谱技术的主要原理

对于气相色谱技术而言，其主要原理实际上是根据物理和化学性质的差异分离被检测物质，从而检测整个混合物质中各成分的具体含量[2]。详细的技术过程是将被测物质的成分置于两个阶段之间，使其移动。对于这两个相，其中一个在检测过程中保持静止，称为静止相，另一个移动相称为流动相。其中，流动相可以对被测混合物起到促进作用。当被测混合物通过固定相时，它将与之相互作用。考虑到混合物中各组分的结构不同，流动相促进过程中在固定相上的停留时间也不同。使用气相色谱技术监测环境中的物质时，通过气体的流动性，可使被检测物质在气相色谱仪中传输更快，也避免了固定相与流动相长期不平衡的问题。

1.2 气相色谱技术的特点

随着使用时间的延长，气相色谱检测仪器的监测精度以及监测的水准都会得到进一步的提升。总的来说，气相色谱技术在应用的过程中具有以下特点：不同组分的物质在沸点以及极性方面都存在一定的差异，气相色谱技术正是利用这一特性，实现了被测混合物内部的组成结构以及物质含量的分离；在采用气相色谱技术分离被测物质时，必须搭配惰性气体。因为在分离的过程中，某些物质存在与空气中的气体发生反应的可能性，而惰性气体恰好可以避免这一现象的出现；在分离的过程中，被测混合物中浓度含量最低的物质会从固定相中流出，而对于流动相来说，则是浓度含量最大的物质会率先流出。该技术也正是通过这一特点，在一定程度上增加了混合物质的分离效率；在对物质分离完成后，要通过显示器将所监测的结果进行放大，从而生成一套完整的气相色谱图供人们分析。

2 气相色谱技术在土壤环境中的应用

2.1 气相色谱技术测定土壤中的苯胺化合物

在对气相色谱技术的主要原理以及技术特点进行了分析后，为了进一步研究气相色谱技术在实际环境中的监测效果，本文展开了相关实验加以论证。实验使用的气相色谱仪为安捷伦科技股份有限公司生产的7890b-5977a 气相色谱-质谱仪；混合五种苯胺的标准溶液，其中苯胺、邻硝基苯胺、间硝基苯胺、对硝基苯胺和二硝基苯胺的浓度和质量为100 μg/mL。将实验用到的混合苯胺类溶液分别选取5 μL、10 μL、15 μL、25 μL、40 μL 以及50 μL，并将其依次放置到容积为1 mL 的6 只容量瓶中，采用二氯甲烷定容至标准线，待混匀后就得到了质量浓度分别为每毫升0.2 μL、0.4 μL、0.6 μL、1.0 μL、1.6 μL 以及2.0 μL的苯胺类混合工作溶液。对于实验样品土壤的选择，则是采集南水北调中线水源地渠首周围的空闲地土壤。严格依据《土壤环境监测技术规范》中规定的流程，来对样品土壤进行布点、采样、运输、保存以及制备[3]。按照实际的地形通过梅花点法来对表土层进行采集，为了避免偶然性，将各个点的土壤混合到一起并提取其中的1 kg 当作实验样品，将其装入棕色的玻璃瓶内进行密封冷藏。剥离土壤中存在的杂物，获取样品土壤两份各10 g，一份测定其干物质的重量，另一份与少许硅藻土进行混合并细致研磨成流沙状，放入气相色谱仪中进行监测。如表1 所示，为5 种苯胺类化合物的扫描的起始时间以及对应的特征离子。

表1 5 种苯胺类化合物选择性离子扫描参数

2.2 监测结果分析

采用气相色谱技术监测的苯胺类物质是一种中等极性化合物，通过流动相以及固定相将被测物质进行分离。为了增加气相色谱仪的使用寿命，保障色谱灯丝不发生损坏，实验过程中的整体扫描时间推迟5 min，也就是在5 min 后对色谱图进行记录。根据目标化合物的不同保留时间，来对各个苯胺类化合物进行定性。加标土壤样品的选择性离子色谱图，如图1所示。

图1 加标土壤样品的选择性离子色谱图

从图中可以发现，土壤中全部的待测物都得到了很好的分离。为了进一步判断样品的基质对监测结果产生的影响，我们就将事先配置好的5 种苯胺类混合物溶液进行了目标化合物的扫描监测，其选择性离子色谱图，如图2 所示。从图2 中我们仍然可以看出混合溶液中的各个待测物质都得到了明显的分离，且对比图1 与图2 还可以发现，土壤样品的基质对整体的监测结果影响程度较小，且测得的结果与理想溶液接近，满足测定的要求。值得注意的是，苯胺色谱图的峰值达到了30 000，同时也具有一定的展宽，笔者推测可能和苯胺类化合物的活性较高有一定的关系。

图2 苯胺类混合标准溶液选择性离子色谱图

3 苯胺化合物的提取与回收

3.1 提取溶剂的选择

依照相似相溶理论，我们可以知道提取溶剂的极性对土壤环境中的目标物提取极其关键。为此，本文配置了丙酮-二氯甲烷的混合溶液以及丙酮-正己烷的混合溶液，混合比皆为1∶1，来判断二者对苯胺化合物的提取效率。如图3 所示，为采用不同提取溶剂时的回收率。从图3 中可以发现，在这五种目标化合物中，采用丙酮-二氯甲烷混合溶液提取时，其回收率更高。因此，在对苯胺化合物进行提取回收时，采用丙酮-二氯甲烷当做提取溶剂可以起到很好的回收效果。

图3 不同提取溶剂的回收率

3.2 回收效率试验

将空白的土壤样品作为试验对象，在其内部依次加入5 种苯胺类的混合标准溶液适量，并使得土壤中的苯胺化合物的质量分数保持在一定大小不变，并记录。在其中加入上述选择的丙酮-二氯甲烷混合溶液进行提取，同时通过上述仪器工作条件进行目标化合物的监测。其测定结果如表2 所示。

表2 回收效率试验结果

从上表中可以发现，采用丙酮-二氯甲烷混合溶液对苯胺类化合物进行提取后，只有苯胺的回收率相对较低，为51%～64.2%，剩下的都在68%～121.5%之间。由此可以说明，采用该方法对土壤中的苯胺化合物有很好的回收效果。

4 结语

随着社会工业的发展，在提升人们幸福指数的同时，也衍生了一系列的环境问题。苯胺化合物在工业领域应用的范围较广，不但会造成土壤环境的污染，还会损害人的健康。为此，本文将气相色谱技术应用到了环境监测工程中，针对此类物质展开了相关监测实验，并开展了土壤中苯胺类化合物的提取与回收研究。其结果表明，气相色谱技术可以很好的监测出目标化合物，搭配提取溶剂可以很好的对有毒有害物质进行回收，起到了环保的效果。