气相色谱－质谱联用技术在环境监测中的应用

 彭雨亮

摘要：在气相色谱－质谱联用装置中将两种复杂的监测分析过程进行了集合，使特定识别与定量分析的结果更加可靠，监测曲线的绘制中可以充分反映出样品质量，为后续工作提供了重要的数据支撑。在环境监测中使用该技术可以稳定、灵敏地判断出不同种类的污染物，操作方法更加简便，有十分广泛的实践应用价值。因此，系统介绍气相色谱－质谱联用仪的结构原理，并详细分析其在水质、土壤和空气环境中的监测应用。

关键词：气相色谱－质谱联用；环境监测；应用

引言：

现阶段可持续发展政策的不断推进，社会和人民对于生活环境质量也提出了更高的要求，包括了水体、土壤和空气中都含有不同类型、含量的污染物质，特别是一些挥发性有机物对人体健康的威胁性较大，需要使用可靠稳定的监测管理来实现净化与治理。在进行环境监测的过程中，可使用气相色谱－质谱联用仪同步实现识别、定量的分析过程，对一些混合样品的监测结果信度更高，且较好地简化了监测人员的工作量。

1. 气相色谱－质谱联用仪的概述

气相色谱－质谱联用仪顾名思义是指监测设备在进行色谱监测的运行过程中需要在气体环境之下完成，仪器内的常见介质为性质更加稳定的惰性气体，在保证快速带动待测样品进入到仪器分析中的同时，也有效避免了由于反应介质带来的数据偏差问题。而在联用仪内还连接了质谱监测仪器，由于空气中的氧气、水分等会影响其检验结果，需要使用抽泵对内部进行负压抽送，一般需达到99%以上的真空状态时才能够进行监测试验^[1]。为确保联用仪内色谱、质谱监测工作的顺利进行，其结构设计中必须要做好气相结构的隔离与连接，使用高效的过度装置来减少前端惰性气体的混入和影响。

在联用仪的运行过程中，能够分别完成对特定监测对象物质的精确识别和含量计算，其输出曲线可以直接反映出待测样品中的物质特征。气相色谱的分析依赖于色谱柱的曲线显示，由于其分离效果好、监测精度高，对于特定待测对象的识别性较为精准，是判断待测样品中物质类别的重要途径。质谱分析是确定具体含量的过程，其中有辅助待测样品电离的结构，利用了电磁作用使其定量分析的过程更加简便，且接测结果与真实值误差较低，也不会对待测样品产生较大的破坏和影响，在目前许多监测检验过程中均有使用。

2. 联用仪在水质环境监测中的应用

随着水质污染情况的不断加剧，许多有害物质、有机物质等进入到水体当中，造成了富营养化、重金属污染等问题，对于环境产生了较大的影响。在进行水质监测的过程中，主要是对其中的VOCs进行识别、分析，包括了挥发性、半挥发性有机物都可以实现有效检验。

检测人员需要收集待测水体的样品，将其静止后使用专门的抽取装置从上方进行取样，能够有效避免水体中的固体物质对监测仪器产生损坏和污染。同时，要注意保证取样装置的密封效果，若存在漏气问题则会影响气相环境，不利于保障监测精度和信度^[2]。连接注入到联用仪内对其进行色谱分析时，必须要使待测液体和惰性气体之间达到平衡状态，在分析时更加稳定可靠，监测极限可达到0.043μg/L。在这个监测过程中，由于未涉及到有机物质的萃取和溶解，可以更加真实地反映出待测样品的实际水质。

半挥发性的有机物对于监测过程中的反应温度有较高的要求，超过170℃时则会影响质谱分析的精确度，无法较好的绘制其含量曲线。在这种有机物的监测分析中，通常需要使用萃取的方式来提取这些有机物，使其充分溶解，利用MRM模式来排除环境干扰因素。萃取技术在应用时则需要做好取样设备顶部的固定液涂覆并进行加热，进一步简化了监测过程，精度极限也有了明显的提升。

3. 联用仪在土壤环境监测中的应用

土壤中包含的污染物种类较为丰富，特别是对于一些农业用地而言，若出现了污染问题会直接影响农产品的安全性，必须要加强重视并做好随时监测。按照我国2015年制定出台的HJ736号标准文件，再进行土壤监测时需要对其中56中有机物、35种氯化物等进行精确检验识别，确保土壤环境的安全稳定。

由于土壤是固体物质，在进行监测时通常会使用萃取的方式来提取其中的有机物、氯化物等，在后续的含量检测中也更加精确可靠。为更好地促进有机物的萃取与溶解，技术人员还会使用超声振动的方式来加快前期反应，这种方式能够更好地提升监测效率，且有效节约了萃取溶剂的用量，监测结果较为可靠^[3]。针对复杂的土壤中有机物与氯化物，振动带来的干扰可能会使一些性质不稳定的杂质出现分解的情况，特别是对于一些环状烃类物质的检验效果不佳。串联监测技术是指利用MRM技术当中的三重四级杆装置来实现多级检验，其抗环境干扰能力较为突出，对于一些成分复杂的土壤样品也可以实现精确检验。氯化物的检验相对而言较为复杂，在进行监测分析时可考虑对反应条件进行优化，适当加压、加热，使其能够更加充分地溶解，避免在土壤固体物质中的附着。

4. 联用仪在空气环境监测中的应用

许多化工生产等过程中会产生大量的废气污染，引发雾霾、酸雨等严重的危害，必须要加强对其质量监测来避免废气的随意排放，不断提升控制质量，实现治污防污和生态恢复。首先，空气当中的污染物质包括了苯系物、硫氧化物等，在进行样品的收集与制备中需要使用吸附装置来进行采集，包括了活性炭罐等，能够对空气中的污染物实现有效捕捉，但由于这种捕获过程具有一定的随机性，其吸收效率和空气中的实际含量存在一定的差别，达到饱和后无法精确判断，且一些酚类物质的吸收表现不佳，不利于实现常见的监测管理。其次，在收集空气样品时可以使用吸附管将其直接导入连接到联用仪送样室内，在有效简化了监测检验过程的同时，可以实现联用仪的自动化运行，对于保证24h监测效率具有积极意义。在吸附管内装有填料，在通过气相色谱分析时需要对其进行加热，使内部吸附的待测物质能够脱离，在惰性气体载入的条件下对其中的苯系物、硫氧化物等进行识别，且在含量监测中可达到0.015μg·m^-3，满足国标监测的要求^[4]。其次，为使更多的环境空气可以进入到联用仪内，检测人员可使用带来压力作用的收集罐进行空气的抽取，经过冷却富集和加热脱离后进入到联用仪送样室中进行监测分析，且收集罐还可以实现存放存储，在14d内不会影响数据曲线的分析绘制，更好地提升了空气监测的工作效率。

5. 结束语

环境监测工作的开展是保证水体、土壤和空气安全的重要手段，特别是对于一些溶解性强的有机物、硫氧化物等，必须要使用色谱分析的方式对其进行精确识别，在整个监测过程中的设备操作更加简便可靠。质谱仪是实现污染物定量分析的重要手段，在实际应用中要注意做好内部真空环境的抽取，并加强反应过程中的温度、湿度控制，确保含量检验的精确可靠。

参考文献：

1. 卫印芝.我国环境检测技术发展现状及未来发展趋势探析[J].当代化工研究,2017(12):112-113

2. 李国文,吉正元,杨春涛.加速溶剂萃取－气相色谱质谱法测定土壤中16种多环芳烃研究[J].安全与环境学报,2019(02):591-599.

3. 吴鉴原,赖永忠.静态顶空－气相色谱－质谱法分析废水中苯系物的内标物优选[J].理化检验,2016(05):593-598．

4. 林青,孟雪,吴红等.气相色谱仪性能验证技术在环境检测领域的应用示范研究[J].中国计量,2019(1):100-101.