气相色谱—质谱联用技术在环境有机污染物检测中的应用

摘要：气相色谱——质谱联用技术靠着气相色谱高效分离能力和质谱精准定性定量特性，已经发展成环境有机污染物检测领域的关键手段，该技术通过整合色谱分离和质谱分析这两方面优势，能够实现水、土壤、大气等不同环境介质中痕量有机污染物高灵敏度检测。

关键词：气相色谱—质谱联用；环境监测；有机污染物；检测技术

传统检测方法里像单一色谱或光谱技术在分析复杂基质样品时常常会面临定性准确性不足以及灵敏度有限等方面的问题，而气相色谱，质谱联用技术凭借气相色谱对混合物的高效分离能力和质谱对化合物结构的精准识别能力，有效克服了上述这些局限，成为环境有机污染物检测方面的首选技术。

1. GC-MS联用技术的基本原理与特点

1.1 气相色谱（GC）分离原理

气相色谱分离是依靠样品里各组分在固定相和流动相之间分配系数存在差异来实现分离的，当样品被载气带进色谱柱之后，因为不同组分和固定相之间的作用力强弱并不相同，所以它们在色谱柱内的滞留时间就产生了差异，那些与固定相作用力较弱的组分随载气移动的速度比较快，会先流出色谱柱，而与固定相作用力较强的组分移动速度则比较慢，会后流出色谱柱[1]。通过这样一个过程能够把复杂混合物中的各组分按照顺序进行分离，分离效率会受到色谱柱类型、固定相性质、柱温、载气流速以及样品进样量等多种因素的综合影响，其中程序升温模式是在分离过程中线性或者非线性地升高柱温，可有效改善宽沸程样品中高沸点组分的分离效果并且缩短分析时间。

1.2 质谱（MS）检测原理

质谱检测会把经过气相色谱分离之后的各个组分依次导入到离子源，在离子源里面样品分子会被电离成带电离子，像电子轰击电离EI是通过高能电子撞击分子让其失去电子形成分子离子，化学电离CI则是通过反应气离子与样品分子发生离子 - 分子反应生成准分子离子，生成的离子会在质量分析器当中按照质荷比（m/z）的大小进行分离，比如四极杆质量分析器是通过调节电场使不同质荷比的离子依次通过检测器，离子阱质量分析器则是通过改变射频电压实现离子的捕获与释放，随后离子信号会被检测器接收并且转化为质谱图，通过解析质谱图里的分子离子峰、特征碎片离子峰以及同位素峰来实现对化合物的定性分析，定量分析是通过选择离子监测模式对目标化合物的特征离子进行选择性检测，利用峰面积或者峰高与浓度的线性关系计算样品中目标物的含量，全扫描模式能够采集一定质荷比范围内的所有离子信息，适用于未知物的筛查与定性。

2. 环境样品前处理技术与GC-MS联用

2.1 常用前处理方法

环境样品平常常用的前处理方法有固相萃取、固相微萃取、液液萃取、分散液液微萃取、超声萃取以及微波辅助萃取等，其中固相萃取是把样品溶液通过填充有吸附剂的萃取柱，依靠目标物和吸附剂之间的吸附作用来实现保留，接着用合适的溶剂洗脱目标物从而达到分离和富集的目的，固相微萃取是基于纤维涂层对目标物的吸附和解吸原理，不用溶剂就能完成萃取过程，适合用于挥发性和半挥发性有机物的快速分析[2]。

液液萃取是把样品溶液和互不相溶有机溶剂混合振荡，依靠目标物在两相里分配系数差异来实现分离，分散液液微萃取是把微量萃取剂分散成微小液滴悬浮于样品溶液中，通过增大传质面积的方式提高萃取效率，超声萃取借助超声波的空化效应破坏样品基质结构，以此促进目标物从基质释放到萃取溶剂中，微波辅助萃取通过微波加热让样品内部温度快速升高，进而加速目标物溶解和扩散来缩短萃取时间。下表1 就是不同前处理方法比较表。

表1 前处理方法比较表

2.2 前处理技术与GC-MS联用的优化策略

前处理技术和GC - MS联用的优化策略得从萃取剂选择、净化步骤改进、仪器参数匹配等多个方面综合考量，在萃取剂选择这方面，要依据目标物的理化性质以及样品基质特性来挑选具备高选择性和良好兼容性的萃取剂，就像针对非极性有机污染物可以选用正己烷、二氯甲烷等有机溶剂，而对于极性较强的化合物则需要选择甲醇、乙腈等极性溶剂，并且萃取剂的沸点要和GC - MS的进样口温度以及色谱柱使用温度相适配，以此避免萃取剂残留对色谱分离和质谱检测造成干扰[3]。

净化步骤的优化能够借助引入多层固相萃取柱或者凝胶渗透色谱，来去除样品基质里的大分子干扰物从而减少基质效应，前处理过程当中的pH值调节、离子强度控制以及衍生化处理，同样是提高联用效率的重要手段，与此同时要通过优化萃取时间、温度、振荡速率等操作参数，在保证萃取效率的前提下缩短前处理周期，降低人为误差以确保前处理过程和GC - MS分析方法的协同性与可靠性。

3. GC-MS在不同环境介质有机污染物检测中的应用

3.1 水环境

在水环境有机污染物检测这个领域当中，GC - MS技术主要用来分析地表水、地下水、海水以及工业废水中的挥发性有机物和半挥发性有机物，其中挥发性有机物包含苯系物、卤代烃以及氯代苯类化合物，这些物质由于具有高挥发性和毒性的特点，容易通过水体蒸发进入大气或者通过食物链累积起来，从而对生态系统和人体健康构成一定威胁，GC - MS借助顶空进样或者吹扫捕集技术与气相色谱进行联用，能够实现对水中ppb级VOCs的定性和定量分析工作，半挥发性有机物则涵盖多环芳烃、邻苯二甲酸酯类增塑剂、硝基苯类化合物以及部分农药残留，这些物质通常具备持久性和生物累积性的特性，需要通过液液萃取、固相萃取等前处理方法进行富集之后再开展GC - MS检测工作[4]。

3.2 土壤与沉积物

在土壤与沉积物有机污染物检测这个领域里，GC - MS技术被广泛应用于持久性有机污染物、农药残留以及石油烃类化合物的分析工作中，这些物质化学性质十分稳定且在土壤中残留时间很长，还可通过农作物吸收进而进入食物链当中，GC - MS借助优化样品前处理方法并结合多层硅胶 - 弗罗里硅土柱净化方式，能够有效去除土壤基质里腐殖质、油脂等干扰成分，从而实现对pg/g级POPs的准确检测效果，而农药残留检测主要针对土壤中有机磷、拟除虫菊酯类等农药的降解产物以及残留量情况。

3.3 大气环境

在大气环境有机污染物检测这个事情上，GC - MS技术主要用来分析大气颗粒物以及气相里的挥发性和半挥发性有机物，大气颗粒物当中的有机污染物涵盖硝基多环芳烃、含氧多环芳烃还有长链烷烃，这些物质会通过大气沉降的方式进入地表生态系统，对人体呼吸系统和心血管系统存在潜在危害，检测的时候通常采用石英纤维滤膜来采集颗粒物样品，经过超声萃取或者加速溶剂萃取之后，通过GC - MS的全扫描模式开展定性筛查并且利用选择离子监测模式进行定量分析，气相中的VOCs是通过固体吸附剂采样之后，经由热脱附 - 气相色谱联用技术进入MS检测系统，该方法能够实现对大气中ppbv级VOCs的实时监测[5]。

结论：

气相色谱，质谱联用技术把气相色谱高分离效能和质谱高鉴别能力有机结合起来，在环境有机污染物检测方面展现出不可替代的优势，它不但能满足水、土壤、大气等不同介质中痕量超痕量污染物定性定量需求，还为复杂基质样品分析提供了可靠的解决方案。

参考文献：

[1]唐斗斗.气相色谱-质谱联用技术在食品农药残留检测中的应用[J].食品安全导刊,2025,(15):159-161.

[2]梁倩.气相色谱-质谱联用技术在食品分析中的应用策略[J].中外食品工业,2025,(10):70-72.

[3]朱丹丹.气相色谱-质谱联用技术在土壤污染检测中的应用[J].中国资源综合利用,2025,43(03):63-65.

[4]何悦华.气相色谱-质谱联用技术在饮用水水质检测中的运用解析[J].清洗世界,2025,41(02):125-127.

[5]薛晓熠,周敏,沈之霞.气相色谱-质谱联用技术的起源、发展和应用[J].塑料包装,2025,35(01):63-68+42.