气相色谱技术及其在分析检测工作中的应用

摘 要：色谱技术是一种可定性、定量的分离分析技术。气相色谱法因其具有分离效能高、分析速度快、选择性好等优点而被广泛应用于环境样品中污染物分析、药品质量检验、天然产物成分分析、食品中农药残留量测定、工业产品质量监控等领域。随着科技的发展、人们生活水平的提高、环保意识的增强，对分析检测的速度、准确性和自动化程度提出了更高的要求，使得常规的分析方法不能满足分析发展的要求。同时随着全球经济一体化的发展，对环境的质量和检测方法的标准化需求，促进气相色谱分析技术的发展。本文介绍了气相色谱法在大气、室内气体、各种水体和其他类型污染物的应用，并阐述了气相色谱的发展趋势。

关键词：色谱技术；气相色谱技术；分析检测；应用

1.技术简介

气相色谱[1-3]分析法是20世纪50年展起来的，由于其具有分离效率高、分析速度快、选择性好、样品用量少、检测灵敏度较高等优点，因此广泛应用于分离气体和易挥发或可转化为易挥发的液体及固体样品。色谱法是一种重要的分离分析方法，它是利用不同物质在两相中具有不同的分配系数（或吸附系数、渗透性），当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离。在色谱技术中，流动相为气体的叫气相色谱，流动相为液体的叫液相色谱。

气相色谱法其流动相为气体，固定相有固体吸附剂和有机液体。固体吸附剂品种少、重现性较差。样品用得较少，主要用于分离分析永久性气体和Cl～C4低分子碳氢化合物。气--液分配色谱的固定液纯度高、包谱性能重现性好，品种多，可供选择范围广。因此，目前大多数气相色谱分析是气液分配色谱。将待测试样进行化学衍生处理法（简称CFD法），可用以分析高沸点，强极性，腐蚀性以及热不稳定性化合物衍生法种类，用于色谱试样处理的衍生法主要有：硅烷化法、成肟或腙法、酯化法、酰化法、卤化法、环化法及无机试样衍生法。气相色谱法具有以下的特点：

（1）分离效率高：一根长1～2m的色谱柱，一般可有几千个理论塔板的分离效率，对于长柱（毛细管柱），甚至有一百多万个理论塔板分离效率，可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质，经过多次分配平衡，最后可以得到满意的分离。

（2）灵敏度高：在气相色谱分析中，由于使用了高灵敏度的检测器，可以检测10-10g的物质。在水质分析中可测出质量分数为10～10-9数量级的卤素、硫、磷化物。集中式生活饮用水地表水水源地特定项目中，采用气相色谱分析方法的最低检出限为0.05～0.00002mg/L，相应的标准限值0.5～0.00012mg/L，满足分析评价要求。

（3）选择性高：对性质极为相似的烃类异构体、同位素、旋光异构体具有很强的分析能力。

（4）分析速度快：通常一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。某些快速的分析，一秒钟可分析好几个组份。地表水中的有机氯农药六六六、滴滴涕（DDT）及其7种异构体，性质很相似，在气相色谱仪上一次进样，用20min可以完成分离测定。目前，一些先进的色谱仪器通常都带有微处理机和自动进样系统，使色谱操作和数据处理的高速度得以实现。

（5）应用范围广：气相色谱法可以分析气体样品，也可以分析在允许工作温度范围内汽化成气体的液体样品和固体样品，不仅可以分析有机物，也可以分析部分无机物，因此应用范围十分广阔，在化工、医药、食品、农药、环境监测、水质监测和自然科学研究等领域都有普遍的应用。

由于气相色谱法其具有分离效能高、分析速度快、选择性好等优点而被广泛应用于环境样品中的污染物分析、药品质量检验、天然产物成分分析、食品中农药残留量测定、工业产品质量监控等领域。

2.技术在分析检测中的应用

2.1在室内空气及环境检测中的应用

据报道少数发达国家已将GC/MS系统列为水中有机物的监测分析方法和标准分析方法，成为有力的鉴定工具。气相色谱分析法在环境水和废水分析中有着广泛的应用，特别是对水中复杂、痕量、多组分有机物分析，GC是强有力的成分分析工具，而MS是能给出最充分信息的结构分析器。二者的结合常常成为首选的分析方法。

甲醛测定常用酚试剂法，这类方法易受醛类化合物干扰，且显色剂保存时间短（4℃、4d），显色后吸光度稳定时间短（1h）。据文献报道，用高效液相色谱法测甲醛有较高的灵敏度，但因仪器价格昂贵，难以普及。但是气相色谱法测定：经2，4-二硝基苯肼衍生成2，4-二硝基苯腙，用环己烷提取，以OV-17与QF-1混涂色谱柱分离，用ECD测定，当采气量为10L时，其最低检出浓度为0.01mg/m3，衍生反应在60℃水浴中15min即可完成，因此该方法是目前最先进的检测空气质量甲醛的检测技术方法。

空气质量的其他指标方面，如多环芳烃污染等，复旦大学的陈正夫、陈思华介绍了利用色谱保留值结合质谱信息鉴定多环芳烃在焦化废水形态分布分析中的应用研究[4]将多环芳烃的Lee保留指数推广到环境监测中的应用条件和范围，探讨全过程跟踪式的焦化废水采样方式，最终该分析方法被证实切实、有效。

2.2在水质分析及污水处理效果检测中的应用

气相色谱法是采用气体作为流动相的一种色谱分析方法。它是近50多年以来迅速发展起来的新型分离、分析技术，主要用于低分子量、易挥发有机化合物（约占有机物的15%～20%）的分析，目前从基础理论、试验方法到仪器研制已发展成为一门趋于完善的分析技术。在《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中，80个集中式生活饮用水地表水水源地特定项目的分析方法，有57项采用气相色谱法。

水源水中丙烯酰胺的测定[5]根据丙烯酰胺在pH1～2的条件下与新生态的溴发生加成反应，生成α-β-二溴丙酰胺，用乙醇乙酯萃取，以（10%DEGS+2%溴化钾）色谱柱分离，以GC-ECD测定，其最低检出量为0.015μg；水源水中环烷羧酸的测定是利用三甲基氯硅烷为硅烷化试剂与环烷羧酸衍生后进行气相色谱分析，方法的最低检出浓度为0.01mg/L，衍生反应在35℃水浴2min即可完成。

在水处理的厌氧发酵过程中，选用不同的菌种产生不同的气体、不同组分、不同含量的气体需选用不同的条件进行分析。云南师范大学太阳能研究所的高天荣、肖怡玲、徐锐等人[6] 通过实践，用HP4890D气相色谱仪和常用固定相摸索出包括O2、N2、CO2、H2和CH4的测试条件，取得了良好的效果。2005年11月哈尔滨水污染情况的检测，就是用GC来进行的。

溶胶凝胶柱是一种新型色谱柱，具有耐高温、分离效果佳、重现性好、制作工艺简单等特点。南京师范大学王东新采用新型的溶胶凝胶毛细管气相色谱柱可直接对饮料中的苯甲酸进行测定，而无需将苯甲酸衍生化，避免了衍生过程带来的误差。

2.3在有机纯度标准物质定值技术方面的应用

标准物质（RM）是具有一种或多种足够均匀和很好确定的特性值用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质；其一种或多种特性值用建立了溯源性的程序确定，使之可溯源到准确复现的用于表示该特性值的计量单位，而且每个标准值都附有给定置信水平的不确定度[7]。量值准确是标准物质的重要特性，为给标准物质准确定值，需要研究高精度、高准确度、可溯源的分析方法。标准物质的定值是按照ISO导则35的要求进行的，有机纯度标准物质用于准确测量有机物的化学纯度定值结果和评定相应的不确定度。国际计量委员会物质的量咨询委员会（CCQM）自1998年以来一直在组织开展有机物化学纯度测量的国际比对（包括关键比对与研究比对）[8]。

有机标准物质作为参考标准广泛应用于色谱分析领域。有机标准物质化学纯度定值技术是赋予标准物质准确量值的关键。纯度定值技术包括直接测量主组分的方法和扣除杂质的方法。直接测量主组分的方法主要有气相色谱法（Gc）、液相色谱法（Lc）、定量核磁法（qNMR）、元素分析法和滴定法（重量滴定和容量滴定）。其中，以气相色谱法最为直接、简便、快速。

2.4在其他分析检测工作的应用

除在室内空气、环境检测、水质分析及污水处理效果检测中的应用，气相色谱法还广泛用于纯物质中的杂质、环境污染物、食品中有害成分、药物有效成分、代谢物、刑事法医鉴定、石油化工生产中痕量物质等[9-10]有毒有害有机污染物对空气、水、土壤及粮食、蔬菜的污染日益严重，有机污染物的监测已得到世界各国的重视。常用的CODCr和CODMn的监测方法不能检测出多环芳烃、苯系物、PCB等强致癌物的状况。GC、GC-MS、HPLC法是有机污染物监测的常用方法。尤其是GC法以其相对价格低廉，操作简便，易于推广利用而备受关注。目前，美国、日本和我国在有机污染物监测的方法中，GC法占了80%。

3.结语与展望

气相色谱法是痕量分析中的一个重要手段。由一种分离手段与一种鉴定方法组成的联用技术，是当前仪器分析和分析仪器的发展方向之一。联用技术可以提高分析方法的灵敏度、准确度，增强对复杂混合物的分辨力，获得两种手段分别使用所不具有的功能。目前，在色谱领域中广泛采用的，如气相色谱-质谱（Gc—Ms）、液相色谱-质谱（LC—MS）、气相色谱-傅里叶红外光谱（GC—FTIR）、液相色谱-核磁共振（C—NMR）等多种联用技术。色谱法具有高分离能力、高灵敏度和高分析速度等优点，是复杂混合物分析的主要手段。但是，由于色谱法本身在进行窟性分析时的主要依据是保留值，因而它是难以对复杂未知混合物作定性判断的。相反，如质谱（MS）、红外光谱（IR）、核磁共振波谱（NMR）等谱学方法，虽然具有很强的结构鉴定能力，却均不具备分离能力，因而不能直接用于复杂混合物的签定。而把色谱与谱学方法有机地结合起来的联用技术，由于结合了两者的长处，因而是复杂混合物分析的有效手段。联用已成为当今仪器分析和分析仪器的一个主要发展方向。近年来人们将气相色谱与计算机信息系统技术相结合设计出了气相色谱专家系统。气相色谱专家系统是一个具有大量气相色谱分析方法的专门知识与经验的计算机程序。它应用人工智能技术，根据一个或多个色谱专家提供的专门知识、经验进行推理和判断，模拟色谱专家来解决那些需要专家决定的复杂问题，提出专家水平的解决方法或决策。基于以上对气相色谱特点的详细阐述，气相色谱法基本上能满足当前各种工业对分析方法提出的要求。气相色谱法的应用范围很广，不仅可以分析气体，也可以分析液体、固体、及包含在固体中的气体。在原子能工业、医药工业、食品工业、农业化学、生物化学、物理化学领域中也有着广泛的应用，希望该项新技术可以在检测工作中被广泛应用并取得更多的辉煌。

参考文献

[1] 许国旺.现代实用气相色谱法，2004.

[2] 荒木峻（日）.气相色谱法，1988.

[3] 李浩眷.分析化学手册.第五分册.气相色谱分析[M].化学工业出版社，1999.

[4] 陈正夫、陈思华.焦化废水中多环芳烃的形态分析.同济大学学报，1995.4.

[5] 尹燕敏.超高效液相色谱三重四极杆质谱联用法测定水中的丙烯酰胺.环境监控与预警，2012.6.

[6] 高天荣、肖怡玲、徐锐等. GC、GC/MS分析香水百合香精的化学成分.云南师范大学学报，2005.25（5）.

[7] ISO Guide 30：1992/Amd 1：2008.Reference Materials-Revision of Definitions for Reference Material and Certified Reference Material

[8] IsO Guide 35：2006. Reference Materi. Is—General and Statistical Principles for Certification

[9] 金维平.曹志林. 国内农药残留的色谱分析法研究进展.G4-量与测试技术2007.34.1.

[10] 孟冬玲、范忠、唐桂芳.卷烟烟气中主要有害成分的色谱分析法研究进展.广西农学报，27-2.