气相色谱法分析水质中有机污染物的研究
来源:用户上传
作者:毕兴
摘要：我国水体在近几年遭到了不同程度的有机物污染，政府开启了检测和治理工作。本文简要介绍气相色谱法的原理和设备，分析水质中有机污染物的主要构成，详细研究气相色谱法对苯系物、卤代烃和氯酚化合物的分析检测技术，有利于检测水质中有机污染物的工作。
关键词：气相色谱法;水质分析;有机污染物
中图分类号：X131.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）09-0-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.077
Analysis of organic pollutants in water by gas chromatography
Bi Xing
（Southeast Guizhou Miao and Dong Autonomous Prefecture Environmental Monitoring Center Station， Kaili Guizhou 556000，China）
Abstract： China’s water bodies have been polluted by different levels of organic matter in recent years， and the government has started testing and treatment. This paper briefly introduces the principle and equipment of gas chromatography， analyzes the main components of organic pollutants in water quality， and studies the analysis and detection technology of benzene series， halogenated hydrocarbons and chlorophenol compounds by gas chromatography， which is beneficial to the detection of organic pollution in water quality. The work of things.
Key words： Gas chromatography;Water quality analysis; Organic pollutants
1 氣相色谱法和水质中有机污染物
1.1 气相色谱法
气相色谱法是利用气体作流动相的色层分析方法，是色谱法的一种。气相色谱法的历史可以追溯到20世纪50年代，我国对气相色谱的研究始于1955年，首先进行气相色谱研究的是中科院大连石油研究所。气相色谱法的原理是利用物质的物理化学性质实现对混合物的分离技术，可以测定含量占比。不但可以利用它分析混合物质，而且也可以实现对物质的提纯。近几年气相色谱法被广泛应用到环保行业、化工行业、石油行业、生物行业和食品、药品行业等各个领域，此项技术的应用比较成熟。
利用气相色谱法可以对水质中的有机污染物进行检测，并对其分离分析。氢火焰检测器用于对非极性有机物的检测，电子捕获电测器用于对极性有机物的检测，利用气质联用技术可以实现对未知检测物的定性分析。由于FID和ECD等色谱法所用的检测器都有局限性，而质谱检测器的检测能力比较强，其灵敏度也较高，所以可以采用色谱-质谱联用的技术对混合有机物进行成分分析，发挥出二者分离和鉴别的作用。当下气相色谱法越来越受专家学者的重视，色谱质谱联用技术被广泛地运用到水质有机污染物的定性和定量检测。
1.2 常见水中有机污染物
水是地球表面上分布最多的物质，正常人身体70%的成分也是水，水的质量影响着人们的身体健康。由于我国的经济建设速度越来越快，工业发展迅速，一旦处理不好废料的污染问题，很可能会导致严重的水质污染，威胁人类的生存安全。对有机污染物的研究起始于20世纪60年代，在70年代后逐渐发现有机污染物对环境的影响，开始对其进行治理[1]。天然有机物和人工合成有机物是水体中有机污染物的主要来源，天然有机物是自然界的代谢产物，其主要成分是腐质酸，人工合成有机物的范围则比较大，以苯系物、卤代烃和氯酚类物质等为主。近几年我国开始了对水质污染问题的预防治理工作，例如：2019年江西推进了“清磷行动2019”，组织鄱阳湖周围的三市十三县开展清磷行动，对涉磷企业进行全面排查和整治，旨在从根本上根除污染物。
2 气相色谱法分析水质中几种常见的有机污染物技术
2.1 GC-FID检测苯系物
苯系污染物是一类重要的化工原料和有机溶剂，通过工业废水排放污染水质。水质中苯系污染物的主要成分是一元取代和二元取代物，一元取代物有苯、甲苯、乙苯等，二元取代物有邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯等。苯系污染物对人身体的损伤极大，人体摄入之后可能会导致细胞癌变、器官畸形、组织突变等，对儿童的危害最大，影响正常的骨骼肌肉发育。
检测分析水质中的苯系污染物是检测水中有机污染物的重要内容，分析方法一般采用溶液萃取和填充气相色谱法或毛细管柱气相色谱法，一般后者使用居多。实验器材选用气相色谱仪、氢火焰检测器、石英毛细管柱，此外溶液萃取需要使用固相微萃取装置和集热式磁力加热搅拌器。实验对象是苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯和异丙苯，用甲醇试剂配制标准溶液。此外甲醇作为色谱纯，氯化钠作为分析纯。
毛细管柱的起始温度设定为40℃，保持1min后，每分钟升温10℃一直到120℃，保持3min。气化室温度和检测器温度分别设定为230℃和250℃。毛细管柱载气为氮气、氢气和空气，分别设定对应的柱流量。取50mL的水，加入小磁子于样品瓶中并加以密封，插入100μmPDMS萃取针，伸出纤维头对样品进行萃取，期间需要水浴加热保持温度在40℃，设定磁力搅拌器的搅拌时间为8min，在萃取结束后，迅速放到气相色谱仪中，解析样品5min，用氢火焰检测器对其进行色谱分离分析。在色谱分析后，根据不同样品的出峰顺序和峰值高度可以绘制色谱图，其中异丙苯的峰值最高，萃取时间和萃取温度对萃取的效果影响很大，本实验最终选择侵入式萃取方式，萃取温度设定40℃，萃取时间设定为8min。通过气相色谱法检测出不同苯系污染物的线性关系、精密度和平均回收率等，这对用气相色谱法分析水中的有机污染物有着极大帮助，具有很好的实验价值。 2.2 GC-ECD检测卤代烃
卤代烃是重要的化工原料和有机溶剂，一般用于对金属的清洗、脱脂和干洗等，主要通过挥发、泄露、排放等方式进入地下水。水质中的卤代烃污染物包括三卤甲烷、氯仿、三氯乙烯、溴仿等，这些污染物具有强大致癌性和突变作用。此外还有一些氯苯和硝基苯等有机污染物也能在水质中检测出，对人体都有很大的危害。根据这些有机污染物的特性，建立固相微萃取和毛细管气相色谱对其进行分析检测[2]。
实验的仪器主要选用气相色谱仪、电子捕获电测器和石英毛细管柱，搭配固相微萃取装置和集热式磁力加热搅拌器。试验样品选用二氯甲苯、三氯甲烷、三氯乙烯和四氯乙烯等十六种卤代烃、氯苯和硝基苯类物质，用甲醇与其混合配置标准溶液，放置到零下四度的冷藏室储存待用。甲醇作为色谱纯，氯化钠作为分析纯。
实验程序起始温度设定为40℃，保持7min后，以10℃/min的速度升温至70℃，保持1min，再以20℃/min的速度升溫至170℃，保持6min，最后以50℃/min的速度升温至210℃，保持15min。其中气化室温度设定为230℃，检测器温度设定为250℃，检测器电流、载气量和柱流量也要按规格设定。取80mL的水样加入氯化钠调成饱和溶液，再加入小磁子，在溶液中插入萃取针，水浴加热保持温度在40℃，搅拌15min，萃取结束后，在气相色谱仪中解析检测5min。监测分析后根据出峰顺序和峰值高度绘制色谱图，利用气相色谱法可以测得不同卤代烃的精密度、方法检测线和回收率。
2.3 GC-ECD检测氯酚类物质
氯酚类化合物经常被用到工业、农业和制药业中，对水土的污染极大。在地表水中可以检测很多种氯酚类物质，氯酚污染物是一类毒性很强的致癌化合物，在自然界中难以降解。长期饮用含有氯酚的水体会引起头昏等神经疾病，严重者会出现急性中毒的症状。
对氯酚类物质的检测一般选用高效液气相色谱法，但由于卤代酚类物质的分子结构中含有羟基，影响实验的灵敏度，所以实验选用衍生气相色谱法。实验标准品选用二氯苯酚等，环己烷作为色谱纯。实验程序温度、气化室温度和检测器温度、电流都需要按要求设定。取200mL水样于分液漏斗中，加入适量的二溴苯酚，搅拌均匀，再加入环己烷萃取，经过一系列的混合放到气相色谱仪中分析，绘制色谱图，得出不同峰值。
3 结论
近百年来，人们的生活发生了天翻地覆的变化，但是自然环境也遭到了很大程度上的破坏，水质逐年下降。利用气相色谱法可以检测分析水质中有机污染物的成分，上文主要介绍几种有机污染物的分析技术，为未来专家学者对有机污染物的检测提供经验参考。
参考文献
[1]钱晓霞，陆晓怡.气相色谱法与液相色谱法测定地下水样品中10种有机污染物的研究[J].山东工业技术，2015（06）：102.
[2]潘玲，刘淑玲，徐艳红，等.ABS生产废水中有机污染物分析——气相色谱法[J].弹性体，2014，24（04）：74-77.
收稿日期：2019-07-10
作者简介：毕兴（1987-），男，汉族，本科学历，中级工程师，研究方向为水质中有机物分析。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15042641.htm
