李 曉
(山東省日照生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,山東 日照 276827)
氣相色譜法是一種較為先進的檢測方法,現(xiàn)廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測領域。在環(huán)境監(jiān)測中使用氣相色譜法,可以精確而細致地探測空氣中酸性化合物等物質(zhì)的含量,其最終結(jié)果為更好地改善環(huán)境污染提供了更多解決方案??紤]到環(huán)境中VOCs (volatile organic compounds,揮發(fā)性有機物)的濃度非常低,分析和測試難度較高,目前,氣相色譜法采用通過抽樣泵吸入VOCs 的方法,將其密封并送往實驗室進行分析,例如,環(huán)境保護署建議使用氟乙烯(Tedlar)包收集大氣中的VOCs[1-2]。使用收集包法收集VOCs 價格較低,還可以多次使用,但在操作過程中具有非常容易受到污染、樣品儲存時間較短等缺點,并且往往會含有上次分析的殘留物質(zhì)。
氣相色譜法是一種應用于環(huán)境監(jiān)測的常用方法,這一方法具有簡單、靈敏、選擇性強等特點,與許多技術人員普遍采用的其他環(huán)境監(jiān)測方法相比,更便于實際操作。
氣相色譜法的主要特點是,其可以將某些化合物轉(zhuǎn)換成另一種更容易探測的化合物,然后對其進行定量分析,使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加精確,從而有效提高色譜監(jiān)測的效率,確保監(jiān)測的選擇性和敏感性。
環(huán)境大氣VOCs 監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)熱壓減壓法開發(fā)制成,主要由熱減壓、氣相色譜和數(shù)據(jù)處理部分組成。其具體工作程序可以分為三個階段:
第一步:VOCs 富集。氣相色譜儀的熱脫附裝置具有吸附管(內(nèi)填吸附劑)、冷阱(內(nèi)填吸附劑)兩級結(jié)構(gòu),首先使用氮和高溫清洗吸附管和冷阱中的雜質(zhì),并對空氣收集采樣;然后將其進行冷卻至室溫;最后,再次加熱使VOCs 回到了由氣體驅(qū)動的氣相色譜儀中。
第二步:VOCs 檢測。VOCs 進入色譜柱后,由于不同種類的VOCs 具有不同物理特性,還會有氣體和液體狀態(tài)。因此,VOCs 的不同成分可以通過特定的長列色譜儀分離,然后按色譜順序傳遞給探測器。
第三步:VOCs 數(shù)據(jù)處理。探測器上的數(shù)字信號將被傳輸?shù)接嬎銠C中,最終處理得到色譜圖,再通過計算機的多個數(shù)據(jù)處理算法分析色譜圖,最終獲得VOCs 分子濃度。
1.3.1 穩(wěn)定性較高
氣相色譜法是一種先進、有效的監(jiān)測方法,可以大幅改善一些實驗樣本的特性,例如,高溫下穩(wěn)定性較低的實驗樣品,為使其能被更好地應用于實驗,可以將其變成高溫時穩(wěn)定性較高的熱穩(wěn)定耦合樣品[3]。
1.3.2 環(huán)保性較高
氣相色譜法是一種極具優(yōu)越性的監(jiān)測方法,自從此方法被發(fā)明以來,其在環(huán)境監(jiān)測方面發(fā)揮了重要作用。利用氣相色譜法,可以更加綠色、高效地進行環(huán)境監(jiān)測。例如,當空氣中的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為更易揮發(fā)的化學成分后,利用氣相色譜法可以對其清潔有效地回收,并大幅度提高加工效果,這是傳統(tǒng)回收監(jiān)測方法無法做到的,因此氣相色譜儀可以廣泛傳播。
氣相色譜法是一種有效而精確的監(jiān)測方法,與過去的環(huán)境檢測方法截然不同。氣相色譜法可以在幾個不同的環(huán)境中進行成分分析,這也是此項技術可以被廣泛傳播的主要原因之一。因為氣相色譜法操作簡單,檢測快速,推動這項技術能夠更廣泛地用于環(huán)境監(jiān)測,包括監(jiān)測水中的各種有機污染物等。此外,氣相色譜法還可以用來監(jiān)測大氣和土壤污染,在環(huán)境監(jiān)測領域發(fā)揮出巨大作用。
在進行VOCs 重疊峰解析之前,必須選擇一個合適的數(shù)學模型來描述其特性,并遵循一個沒有足夠參數(shù)和適應性的選擇原則。由于VOCs 顏色光譜的形狀與高斯分布相匹配,因此可以選擇高斯函數(shù)來描述VOCs 重疊峰。
烷梭酸、丙烯酞胺具有可溶性較高的特點,因此,須使用分離方法來監(jiān)測大氣中這兩種物質(zhì)的濃度。使用氣相色譜法進行監(jiān)測不僅可以提高分離效率,還可以精確地控制大氣中兩種物質(zhì)的濃度[4]。
氣相色譜法應用廣泛,不僅可以用于水環(huán)境監(jiān)測,其中還擁有可以用于空氣監(jiān)測的技術成分。該方法的應用不僅減少了人力成本,還能降低物質(zhì)和能量的損失,并且獲得更準確的評估結(jié)果。
隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術的不斷應用,大量農(nóng)藥也被選用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),這些農(nóng)藥對土壤環(huán)境破壞很大。使用氣相色譜法可以提高監(jiān)測效率,在很大程度上防止了土壤中殺蟲劑的濫用,有助于減少土壤污染,并為制定適當?shù)奶镩g管理措施提供了必要依據(jù)。
2.5.1 導數(shù)法對空氣VOCs 譜圖識別
根據(jù)導數(shù)方法,對VOCs 空氣樣本進行光譜識別,可以精確地識別出單峰峰值。
2.5.2 最小二乘法曲線擬合VOCs 色譜峰
Origin 是由OriginLab 公司開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件,主要功能為數(shù)據(jù)分析處理,包括信號處理、峰值分析、曲線適應等,本文使用“Peak Analyzer”函數(shù)來計算大氣中VOCs 的頂點和峰值覆蓋面積,并將其與算法頂點大小進行比較,以驗證算法的真實性。實際驗證可以得出,算法偏離頂點不超過4%,因此,該方法可以用來確定VOCs 光譜中的色譜峰值。
氣相色譜(gas chromatography,簡稱GC)是20 世紀50 年代出現(xiàn)的一項重要科學技術,其廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、建筑、科學研究。氣相色譜法可以對氣體和固體進行分離,例如,使用惰性材料可以在純乙烯中分離和測量甲烷、乙炔、丙烯的混合物含量。由于樣品通過氣體快速傳輸,組件可以在移動階段和固定階段間實現(xiàn)平衡。近年來,氣相色譜法引入了具有更高靈敏度的探測器,使其具有更大的分析優(yōu)勢、便于廣泛應用。使用氣相色譜法進行環(huán)境監(jiān)測時,要確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性和準確性。
首先,使用者須知試劑具有一定的普遍可用性,因此其可以保證監(jiān)測和分析的順利進行。
其次,監(jiān)測時須選擇容易控制、性質(zhì)溫和的化學品,避免引起排斥或副作用。
最后,在監(jiān)測過程中,應結(jié)合實際需求,以確保監(jiān)測效率、避免污染。
當前,許多國家面臨著環(huán)境管理和研究問題,特別是在環(huán)境監(jiān)測方面,我國許多專家已加強對這一問題的研究工作,以便為改善環(huán)境污染提供更多的解決方案。本文為識別VOCs 彩色圖中的光譜峰值提供了正確算法,通過導數(shù)來確定色譜峰值,精確識別光譜頂點特征,并合理計算峰值面積。