气相色谱—质谱联用技术在环境有机污染物检测中的应用

气相色谱—质谱联用技术在环境有机污染物检测中的应用

张芹 1 陶李岳 2 季木兰 3 曹璀文 1

1江苏省环境经济技术国际合作中心，江苏 南京 210036

²淮安市水利勘测设计研究院有限公司南京分公司，江苏 南京 210000

³生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042

摘要：目前，环境污染问题在不断加剧，人们越来越关注环境质量，检测技术也随之完善。在有机物检测的过程中，气相色谱—质谱联用技术是一种比较常用的检测手段。该技术有明显的应用优势，不仅具有质谱法的准确性，还具有色谱法的高分离性能。气相色谱—质谱联用技术在环境检测中普遍用于检定复杂未知物，深受环保工作者的青睐。本文对气相色谱—质谱联用技术在环境有机污染物检测中的应用进行了阐述和分析，可以为环保检测工作提供一定参考。

关键词：气相色谱—质谱联用；环境；有机污染物

1 气相色谱-质谱技术的优缺点、局限性及发展趋势

气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术就是将气相色谱法和质谱法融合在一起，进而形成更加有效、全面的检测方法。该方法的分离程度较高、检定效果良好，得到了较为广泛的应用。

当然，气相色谱-质谱联用存在一定的局限性，这是跟其分析原理有关的。分析物在进样口进行汽化，然后不同物质在气相色谱柱之间进行分配，根据物质在固定相上的分配系数不同和不同的升温程序得到分离。这就要求要分析的目标物沸点低、易挥发，无法分析检测高沸点的物质。同时对一些固体样品及无机样品分析不适用。另外设备复杂、昂贵、对操作人员要求高也同样限制了其应用。

该方法正在向样品与处理步骤简化、复杂有机样品同时测定、杂质排除的方向发展。目前，新的色谱分离技术及高分辨质谱技术的发展也带动了气相色谱-质谱仪器的发展和更新。比如，近年来在色谱技术上发展出来的全二维气相色谱技术，可以将两支分离机理不同而又相互独立的色谱柱串联起来，在第一支色谱柱没有完全分离的组分可以在第二根色谱柱上进一步分离，达到正交分离的效果，可大大增加色谱的分离能力，该方法用于组分复杂的氯化石蜡的分析取得了较好的分离分析效果。质谱技术近年来也得到了一定的发展，除传统的四极杆技术外，一些具有更高分辨率及灵敏度的质谱技术也得到了应用，比如飞行时间质谱、磁质谱等。飞行时间质谱可分辨小数点后四位的质荷比的组分，大大提高了定性的准确度。目前在未知物鉴定，多组分分析等方面应用广泛。

2 气相色谱—质谱联用技术前处理方式

2.1 固相萃取

近年来，经济发展迅速，固相萃取法的研究愈加深入，因为该技术的性能较好，所以在各个领域中广泛应用。当前常用的固相萃取法操作方式如下：首先，装填萃取柱，使分析液通过萃取柱进行分配再分配。其次，利用萃取剂洗脱萃取柱中的分析物。该操作原理与液相色谱操作原理相似。萃取柱填充物的类型有很多，包括硅胶材料、活性炭等等。随着研究的不断加深，固相萃取技术日益完善，填充料的种类也层出不穷，为固相萃取法的应用奠定了良好的基础。该方法具有较大的应用优势，包括操作灵活、高效等等，不需要使用大量的试剂，成本相对较低。固相萃取法虽然有很明显的应用优势，但也有一定的应用问题，包括操作不规范容易引起萃取柱回收率较低等。

2.2 液—液萃取

液—液萃取法是一种比较传统的环境样品检测前处理方式，该方法的操作原理具体如下：利用分析物在两种溶剂中的溶解度的不同进行分离。分析物在萃取剂中溶解度通常高于基层溶液，所以可以将其从基层溶液中分离，进而达到理想的处理效果。因为具有便利、低廉的特点，所以这种方法的应用比较广泛。但也存在一些不足，比如其对有机溶液的需求较大，也可能出现乳化的情况，需要消耗较长的时间进行操作。

2.3 液相微萃取

液相微萃取技术最早出现在上世纪90年代，是一种相对新颖的预处理技术，是传统液-液萃取技术的改进，操作过程中仅使用微升或更少的溶剂进行。。在实际萃取的过程中，具有集成化的特点，操作起来比较简单便捷，效率也相对较高。尤其在基质复杂、痕量物质处理的情况下，传统的液—液萃取技术并不能与该技术相提并论。该技术主要可以分为直接浸入式液相微萃取、后萃取和顶空液相微萃取三种方式。

2.4 顶空处理

在检测样品有机物的过程中，经常会采用顶空处理技术。该技术适用于易挥发的分析物，通过加热使分析物从样品基质中挥发出来，在气液或气固两项中达到平衡。。该技术不需要直接接触固体和液体样品，可以在一定程度上避免由于样品复杂性造成的基质干扰问题，可以提升检测效率和质量。此外，该技术可以分为两个方面，一方面是静态顶空技术，另一方面是动态顶空技术。

3 气相色谱—质谱联用技术在环境有机污染物检测中的应用

3.1 检测染发剂中苯二胺

染发剂是生活中比较常见的特殊化妆产品，染发剂的种类较多，其中氧化燃料的应用最为广泛。染发剂中所含的苯胺类物质具有一定毒性，会被皮肤吸收，可能会造成皮疹或损伤肝脏，混入粉尘中吸入则可能引起鼻炎、支气管炎等问题。检测染发剂苯二胺类物的方法有很多，包括气相色谱法、高效液相色谱法等等。然而，染发剂的成分比较复杂，这些方法容易出现假阳性干扰的情况，进而对定量分析的准确性造成影响。为了解决这些问题，可以采用气相色谱-质谱联用技术。

该方法可以采用液液萃取的方式，使用乙酸乙酯进行提取，涡旋振荡后离心分离^[3]。加入内标，使用乙酸乙酯定容。上机采用GG-MS分析。研究发现，该方法回收率高、灵敏度高、假阳性率低，适用范围较广。

3.2 检测大气中酚类化合物

随着工业发展和进步，空气污染问题在不断加剧，常见的污染问题包括工业污染气体的排放、汽车尾气、焚烧等所产生的废气污染，其中苯酚、甲酚的污染最为严重，苯酚毒性较大，苯酚对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用，可抑制中枢神经或损害肝、肾功能，长期吸入会引起头晕、呕吐等问题。在大气酚类物质污染检测中，可以采用气相色谱-质谱联用技术。污染物先经吸附管吸收，一般采用碱性溶液吸收法，同时还可选择硅胶、活性炭等吸附材料。吸附管通过加入二氯甲烷、丙酮等溶剂进行解析，经过超声处理后可直接进样分析。该方法回收率可达80%以上，检出限可达到几个μg/m³,准确性高，定性定量准确，适用于环境空气和废气中酚类物质的检测分析。

3.3 检测地表水中挥发性有机污染物

挥发性有机污染物一般是指在常温下，沸点50℃至260℃的各种有机化合物。一般分为非甲烷碳氢化合物（简称NMHCs）、含氧有机化合物、卤代烃、含氮有机化合物、含硫有机化合物等几大类。大部分的挥发性有机化合物具有毒性，部分化合物具有致癌性和致畸性。目前我国国家标准方法推荐的检测方法为顶空/气相色谱-质谱法。水样采集后，立即加入适量盐酸溶液。取适量水样置于顶空进样瓶并立刻进行密封后，置于顶空进样器。进样器加热平衡温度设置为65℃，加热平衡时间设为40min。采用分流方式进样，质谱选择离子模式测定，每个化合物选择一个定量离子和一个定性离子，内标法定量。该方法操作简单，无需进行复杂前处理，在选择离子模式下的检出限可达0.4μg/L，适用于水体中痕量挥发性污染物的测定。

4 结语

综上所述，在环境有机污染物检测的过程中，可以采用气相色谱—质谱联用技术。该技术具有效果明显、灵敏度高等特点，应用于染发剂苯二胺检测、大气中酚类检测及水中挥发性有机物检测中均取得了较好的效果。

参考文献：

[1]胡月,李强.气相色谱—质谱联用检测环境有机污染物[J].资源节约与环保,2018,000(004):58.

[2]白雪.气相色谱质谱联用仪在农残检测中的应用和常见问题[J].江西农业,2018,000(016):114.

[3]张坚.关于气相色谱—质谱联用技术在环境检测中的应用探究[J].环境与发展,2018,v.30；No.144(07):107-108.