＊肖畢芳

（新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心 新疆 830000）

引言

氣相色譜法（Ga色譜法，GC）是一種統(tǒng)計(jì)分析方法，用于使用蒸汽作為流動(dòng)相進(jìn)行色譜分離。隨著各種環(huán)境污染現(xiàn)象的發(fā)生，每個(gè)人都逐漸了解到由水源污染引起的更為嚴(yán)重的問(wèn)題，如飲水安全。水是人們賴(lài)以生存的重要資源。飲用水的安全與每個(gè)人的身心健康息息相關(guān)。本文從飲用水水質(zhì)檢測(cè)的必要性入手，簡(jiǎn)要介紹了飲用水水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)，并分析了氣相色譜儀在飲用水水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。

1.飲用水水質(zhì)檢測(cè)的現(xiàn)實(shí)意義分析

水是各種生活活動(dòng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，世界萬(wàn)物的生存和發(fā)展與水源密切相關(guān)。飲用水污染對(duì)每個(gè)人的生產(chǎn)和生活質(zhì)量的危害是很?chē)?yán)重的。因此，改善飲用水體的檢測(cè)非常重要。實(shí)際上，它是執(zhí)行控制方法的基礎(chǔ)。檢測(cè)水體的關(guān)鍵包括檢測(cè)水體的物理和化學(xué)性質(zhì)以及檢測(cè)水中的微生物。對(duì)于日常飲用水，水質(zhì)測(cè)試包括對(duì)化學(xué)物質(zhì)（例如空氣中的污染物和水中的細(xì)菌）的測(cè)試，以減少對(duì)人體和心理健康的危害。如果飲用水中存在細(xì)菌和病毒，建議使用高溫殺菌消毒進(jìn)行凈化處理，從源頭上改善水質(zhì)。對(duì)于一些超標(biāo)的危險(xiǎn)重金屬，一般采用過(guò)濾等凈化處理方法。盡管許多測(cè)試實(shí)踐表明，飲用水中仍含有一些微量化學(xué)元素，但如果有害重金屬含量過(guò)高，則會(huì)對(duì)人體的身心健康造成極大傷害。此外，在飲用水質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)改善對(duì)有機(jī)化學(xué)空氣污染物的處理。然而，當(dāng)代人并沒(méi)有高度重視飲用水水質(zhì)測(cè)試。近年來(lái)也是如此[1]。因此，在飲用水水質(zhì)檢測(cè)上應(yīng)給予一定的重視，并應(yīng)改進(jìn)優(yōu)良的檢測(cè)技術(shù)，以全面維護(hù)每個(gè)人的生活和健康水平。

2.氣相色譜儀的定義

水體的檢測(cè)在全國(guó)各地都引起了極大的關(guān)注。在GB5749-2006的《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中，水質(zhì)指標(biāo)已從過(guò)去的35個(gè)增加到現(xiàn)在的106個(gè)。氣相色譜法是1950年后快速發(fā)展的趨勢(shì)，用于分離和分析復(fù)雜化合物中的各種成分。色譜法也稱(chēng)為色譜分析法。它主要用于檢測(cè)水質(zhì)中的有機(jī)化學(xué)并相互匹配。這種技術(shù)首先用于從綠色植物中分離黑色素，然后將帶有植物色素的醚倒入其中。在裝有碳酸氫鈣的試管刷中，試管刷中可能會(huì)出現(xiàn)顏色匹配帶，然后用純乙醚清洗?？梢詫⑦@些帶逐漸地分成具有不同色調(diào)的幾種類(lèi)型的帶，通過(guò)再次清潔來(lái)獲得各種顏色的帶，然后評(píng)估黑色素，并獲得色譜方法。

隨著我國(guó)飲用水安全重要性的日益提高，水質(zhì)檢測(cè)受到了各單位的高度重視，色譜法也逐漸應(yīng)用于水質(zhì)檢測(cè)中。當(dāng)今的色譜方法在水體檢測(cè)中已經(jīng)獲得了很大的發(fā)展趨勢(shì)。氣相色譜法是一種高度靈敏且完善的分析技術(shù)[2]。氣相色譜檢測(cè)的實(shí)際原理相對(duì)較為簡(jiǎn)單，在檢驗(yàn)過(guò)程中，目標(biāo)試驗(yàn)樣品會(huì)經(jīng)過(guò)汽化處理，隨著載體氣體進(jìn)行移動(dòng)，最終進(jìn)入色譜固定相內(nèi)部。

通常情況下，樣品內(nèi)部的組分分配系數(shù)存在一定程度的差異，因此其數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)顯著區(qū)別。經(jīng)過(guò)多次重復(fù)分配后，樣品內(nèi)存在的不同組分會(huì)逐漸進(jìn)入分離狀態(tài)，并按照順序進(jìn)入檢測(cè)器內(nèi)。檢測(cè)器會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，輸出檢測(cè)電信號(hào)，經(jīng)過(guò)相關(guān)放大模塊后即可獲得色譜圖記錄。按照色譜圖記錄內(nèi)容展開(kāi)定性與定量研究，即可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目標(biāo)。

3.氣相色譜法的分類(lèi)

由于應(yīng)用過(guò)程中常用的固定相不同，氣相色譜技術(shù)可以分為兩種類(lèi)型。固體吸收劑用作固定相，稱(chēng)為氣固兩相流色譜法。當(dāng)將一種固定化的液體摩擦成固定相時(shí)，稱(chēng)為氣相色譜法。

根據(jù)色譜分離的基本原理，對(duì)技術(shù)類(lèi)別進(jìn)行了劃分。氣相色譜的技術(shù)方面分為兩種：吸收色譜和分布色譜。在氣固兩相流色譜法中，固定相為吸收劑，氣固兩相流色譜法，氣液相色譜法分別屬于吸收色譜法和分布色譜法。根據(jù)融合色譜實(shí)際操作方法的差異，對(duì)融合色譜的類(lèi)型進(jìn)行總體規(guī)劃。氣相色譜屬于柱色譜法。根據(jù)所用色譜柱內(nèi)徑的不同，氣液色譜的技術(shù)特點(diǎn)可分為基本填充柱和毛細(xì)管柱。一種是將固定相放置在夾層玻璃或金屬軟管中，將管的內(nèi)徑分配在 2mm-6mm的區(qū)域中，并且可以將毛細(xì)管柱優(yōu)化為空心毛細(xì)管柱和填充毛細(xì)管柱。各種類(lèi)型的中空毛細(xì)管柱立即用固定液施加到夾層玻璃或金屬材料的毛細(xì)管腔的內(nèi)腔側(cè)，該玻璃或金屬材料的內(nèi)徑僅為0.1mm-0.5mm。近年來(lái)，毛細(xì)管柱的填充剛剛發(fā)展起來(lái)。第一類(lèi)檢測(cè)技術(shù)是在應(yīng)用過(guò)程中，將一些具有多孔結(jié)構(gòu)的固體顆粒融合到厚壁玻璃管中，然后加熱解決該問(wèn)題并吸入毛細(xì)管中[3]。

通常，匹配的內(nèi)徑為0.25mm-5mm。在針對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，各類(lèi)氣相色譜法均需要針對(duì)樣品展開(kāi)適當(dāng)處理。這一階段可以采用吹掃捕集措施進(jìn)行操作，這一方式能夠有效降低負(fù)面問(wèn)題出現(xiàn)概率，可以使操作得到充分簡(jiǎn)化，節(jié)約檢測(cè)時(shí)間。其基礎(chǔ)原理為利用揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)，使其能夠從純氮?dú)庵忻撾x。隨后，便可采用捕集劑進(jìn)行操作，使物質(zhì)在高溫度條件下得到熱解吸，最終進(jìn)入氣相色譜內(nèi)部。

4.氣相色譜儀的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

(1)優(yōu)勢(shì)

①高分離率

檢測(cè)水體的過(guò)程中，氣相色譜法通常使用長(zhǎng)度為1m至10m的色譜柱進(jìn)行實(shí)際操作。通常，在使用過(guò)程中的高分離效率可以相當(dāng)于數(shù)千甚至幾千、數(shù)百萬(wàn)個(gè)分離塔，分離非常有效，這將使這些特征更加接近。在較長(zhǎng)時(shí)間的分配之后，分離相對(duì)平衡的化學(xué)物質(zhì)不是很方便。

在水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中，如果采用此方法，將經(jīng)常使用一些協(xié)調(diào)能力強(qiáng)的儀器和設(shè)備，在特定的檢測(cè)工作中可檢測(cè)出百萬(wàn)分之幾至十億分之幾的微小物質(zhì)。在污染物檢測(cè)過(guò)程中，經(jīng)常使用各種方法，可以很好地滿(mǎn)足日常生活中對(duì)自來(lái)水的要求。另外，這種設(shè)備也具有可操作性。優(yōu)勢(shì)很強(qiáng)，不是很復(fù)雜。

②更高選擇性

在使用這種方法檢測(cè)水體的過(guò)程中，某些氮化合物的異構(gòu)體或放射性核素，以及其他具有非常相似的特性和特征的化學(xué)物質(zhì)，可以表現(xiàn)出強(qiáng)大的分析和科學(xué)研究能力。在應(yīng)用過(guò)程中，氣相色譜可以很好地分離和分離復(fù)雜化合物中的不同化學(xué)物質(zhì)。分離后，有必要對(duì)每種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行更詳細(xì)的定量分析。因此，其選擇性也非常重要。

③更快分析

如果選擇更通用的方法，則需要10min才能完成樣式分析，但是氣候色譜法本身是高度專(zhuān)業(yè)的，并且實(shí)際操作也非常簡(jiǎn)單。系統(tǒng)軟件可以分析其自動(dòng)化技術(shù)。因此，所有步驟都可以在很短的時(shí)間內(nèi)成功完成。

④廣泛應(yīng)用

氣相色譜法不僅可以在分析和測(cè)試蒸汽樣品中發(fā)揮作用，而且在固態(tài)樣品分析和測(cè)試過(guò)程中也能顯示出良好的實(shí)用效果。該方法不易受組成的限制，因此氣相色譜法在應(yīng)用范圍內(nèi)具有很大的優(yōu)勢(shì)。氣相色譜儀在檢測(cè)和檢測(cè)工作中用途也變得越來(lái)越廣泛。在水質(zhì)檢測(cè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)和醫(yī)藥等方面具有良好的實(shí)用效果。

⑤所需原料相對(duì)較少

在通過(guò)氣相色譜法檢測(cè)有機(jī)廢氣的過(guò)程中，不需要使用多種樣式的藥物。一般蒸汽只有幾毫升，液體甚至可以以微升進(jìn)行處理。因此，這也促進(jìn)了其實(shí)際操作，體現(xiàn)出良好的便利性[4]。

⑥分離檢測(cè)流程能夠統(tǒng)一處理

相對(duì)于其它檢測(cè)應(yīng)用技術(shù)，氣相色譜的主要特征為允許分離、檢測(cè)環(huán)節(jié)共同進(jìn)行。其它檢測(cè)方式如紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)、質(zhì)譜等，均需要純粹樣品進(jìn)行檢測(cè)，因此需要首先進(jìn)行分離處理。如果目標(biāo)為混合物狀態(tài)，便應(yīng)當(dāng)分布展開(kāi)檢測(cè)流程，使其能夠在分離操作完成后進(jìn)行操作。而氣相色譜技術(shù)能夠整合分離、檢測(cè)流程，使整體分析效率得到顯著提升，有利于進(jìn)一步強(qiáng)化整體工作質(zhì)量。

(2)劣勢(shì)

除以上優(yōu)點(diǎn)外，氣相色譜方案同樣存在自身的局限性，這一局限性限制了其應(yīng)用范圍，同時(shí)也促使技術(shù)團(tuán)隊(duì)綜合考慮相關(guān)因素，選擇恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)方式。例如，氣相色譜法通常僅能測(cè)定單一物質(zhì)的實(shí)際含量，無(wú)法針對(duì)同類(lèi)物質(zhì)的總量進(jìn)行檢查，因此在飲用水檢測(cè)過(guò)程中可能會(huì)遇到一些局限性問(wèn)題。

同時(shí)，在展開(kāi)定性與定量分析的過(guò)程中，氣相色譜方案需要將被測(cè)試物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)品作為對(duì)照組，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)品往往難以獲得，導(dǎo)致定型鑒定的成本增加。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行探索，確保氣相色譜方案的應(yīng)用能夠在適當(dāng)條件下進(jìn)行，避免出現(xiàn)負(fù)面影響問(wèn)題。技術(shù)團(tuán)隊(duì)可以根據(jù)飲用水檢測(cè)需求，選擇恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案，使污染物質(zhì)得到快速判明，進(jìn)一步提高整體檢測(cè)效率。

5.氣相色譜技術(shù)在飲用水水質(zhì)檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

(1)酚醛復(fù)合肥

酚類(lèi)復(fù)合肥料是會(huì)對(duì)人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)和肝細(xì)胞產(chǎn)生副作用的化學(xué)物質(zhì)。酚類(lèi)復(fù)合肥料的殘留時(shí)間特別長(zhǎng)，難以徹底溶解。它會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康造成不同程度的危害，有使胎兒畸形的可能性[5]。該有機(jī)化合物檢測(cè)行業(yè)中氣相色譜的關(guān)鍵技術(shù)通常需要電子設(shè)備捕獲檢測(cè)器（ECD）的協(xié)助，固定相為5.0%苯基95.0%二甲基聚硅氧烷的毛細(xì)管柱，長(zhǎng)度為30.0m，內(nèi)部直徑為25mm，膜厚度為0.25μg。在實(shí)際的測(cè)試活動(dòng)中，通常使用軟件式的升溫方法，該方法可以合理地分離和檢測(cè)出水體的4種異構(gòu)體和4種DDT異構(gòu)體，以及測(cè)試試劑、七氯水、硫丹等酚類(lèi)化合物和肥料，該方法的檢出限為4.0-0.3ng/L。

(2)有機(jī)磷

有機(jī)磷是一種濃稠的液體，顏色為淺黃色至深棕色，其味道以大蒜特有的氣味為主。這種有機(jī)化合物難溶于水，并且與溶劑以及動(dòng)植物油相溶。有機(jī)磷對(duì)光熱氧較穩(wěn)定，易溶于堿性物質(zhì)，并損壞原始結(jié)構(gòu)。研究表明，有機(jī)磷酸酯可以通過(guò)消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)以及皮膚和粘膜進(jìn)入人體。一旦人體吸入有機(jī)磷酸鹽，這些化學(xué)物質(zhì)就會(huì)分布在人體的每個(gè)器官中，并且主要積累在肝臟中。氣相色譜技術(shù)用于檢測(cè)有機(jī)磷。需要配備硝酸鹽氮檢測(cè)器（NPD），并使用固定相為50%苯基95.0%二甲基聚硅氧烷的毛細(xì)管柱，其長(zhǎng)度為30.0m，圓柱體的內(nèi)徑為0.25mm，膜厚為0.25μg。使用實(shí)用的溫度程序可以完成對(duì)水體中甲基對(duì)硫磷、二甲雙胍和敵百蟲(chóng)以及其他有機(jī)磷酸鹽的濃度的準(zhǔn)確檢測(cè)。

(3)有機(jī)氯

有機(jī)氯農(nóng)藥屬于飲用水檢測(cè)過(guò)程中較為常見(jiàn)的污染物之一，其容易對(duì)人體器官造成傷害，因此需要采取有效措施進(jìn)行治理。

常規(guī)情況下，人體攝入有機(jī)氯農(nóng)藥后，容易受到神經(jīng)毒性與肝毒性的影響，進(jìn)而導(dǎo)致器官受到損害。若攝入量過(guò)大，還有可能引發(fā)全器官衰竭問(wèn)題，最終導(dǎo)致死亡等嚴(yán)重后果。針對(duì)有機(jī)氯進(jìn)行檢測(cè)的難度通常較高，其分解效率低且殘留時(shí)間長(zhǎng)，容易導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)漏問(wèn)題。

通過(guò)應(yīng)用氣相色譜技術(shù)進(jìn)行檢查，能夠以較高的精確性與效率實(shí)現(xiàn)分析目標(biāo)，有效判明飲用水是否受到有機(jī)氯物質(zhì)污染。在檢測(cè)過(guò)程中，需要利用電子化捕獲檢測(cè)模塊與毛細(xì)管柱進(jìn)行處理，并通過(guò)程序化升溫措施，達(dá)到理想檢測(cè)效果，明確水質(zhì)內(nèi)有機(jī)氯的實(shí)際含量。

通常情況下，配置電子捕獲檢測(cè)模塊的氣相色譜裝置需要配備固定相5%苯基95%的二甲基聚硅氧烷毛細(xì)管柱，柱體長(zhǎng)度應(yīng)為30m、直徑0.25mm、膜厚度0.25μm。程序化升溫后可有效分離并檢查飲用水內(nèi)存在的六六六異構(gòu)體，以及部分DDT異構(gòu)體、艾試劑、七氯等成分。該方案的基礎(chǔ)檢測(cè)限為4ng/L～0.2μg/L，精確度表現(xiàn)優(yōu)秀。

(4)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，半揮發(fā)性有機(jī)化合物(SVOC)

借助氣相色譜儀，可以準(zhǔn)確檢測(cè)VOC和SVOC的成分。在上述檢測(cè)過(guò)程中，需要不同的預(yù)解決方法和合適的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)水體中的三氯化物。多種有機(jī)化學(xué)空氣污染物，例如甲烷、三氯乙烯、二甲苯、硝基苯、苯胺、甲基汞等，可以完成對(duì)上述有害化學(xué)物質(zhì)的保護(hù)。使用自動(dòng)頂空進(jìn)樣器氣相色譜法檢測(cè)飲用水中的8種揮發(fā)性酚、溴苯和對(duì)氟溴苯。通過(guò)氣液平衡解決水質(zhì)采樣問(wèn)題后，選擇SepelcoWax10色譜柱進(jìn)行實(shí)際分離。揮發(fā)性酚、溴苯和對(duì)氟苯的檢出限均為0.94-2.36μg/L，標(biāo)準(zhǔn)添加量的回收率相匹配。該值為90.81%。

另外，頂空進(jìn)樣器氣相色譜法用于檢測(cè)飲用水中苯、二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、丁二烯和其他化學(xué)物質(zhì)的組成。這種方法提高了蒸汽體中揮發(fā)性酚的濃度值，有利于提高檢測(cè)過(guò)程的靈敏度。利用率為95.6%-102.0%，符合該方法檢出限的值段為4.0-8.0μg/L。還有一些科研人員使用頂空進(jìn)樣器氣相色譜法檢測(cè)水質(zhì)采樣中的溴氯甲烷成分，并立即進(jìn)行了水質(zhì)采樣以加熱和平衡溶液，這有利于促進(jìn)檢測(cè)進(jìn)程并應(yīng)對(duì)附近空氣造成的環(huán)境問(wèn)題[6]。測(cè)量速度快，環(huán)境污染小。溴二氯甲烷和二溴氯甲烷匹配方法的檢出限均為0.1μg/L，標(biāo)準(zhǔn)添加的回收率依次為99.6%和97.4%。

6.結(jié)語(yǔ)

綜合上文所述，水質(zhì)測(cè)試是飲用水水質(zhì)管理過(guò)程的重要組成部分，氣相色譜技術(shù)已在上述過(guò)程中大量使用，表現(xiàn)了出色的應(yīng)用效率。氣相色譜的技術(shù)性質(zhì)具有分離率高、靈敏度高、分析速度快、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。因此，在隨后的飲用水水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)促進(jìn)氣相色譜技術(shù)的應(yīng)用和推廣，從而為每個(gè)人的飲用水安全提供可靠的技術(shù)支撐。