气相色谱-质谱联用法在制药周边环境空气VOCs检测中的实操分析

摘要：本文是围绕气相色谱-质谱联用法也就是GC-MS在制药周边环境空气挥发性有机物即VOCs检测来展开的，首先会阐述GC-MS技术原理以及所需的仪器配置从而为检测提供基础支撑，接着要介绍样品采集与前处理方法以此来准确获取目标物质，随后探讨分析条件优化策略进而提升检测灵敏度与准确性，进而说明定性定量方法最终实现VOCs精准识别与定量，最后强调质量控制与保证措施确保检测结果可靠并为制药行业环境空气质量监测提供全面技术参考。

关键词：气相色谱；质谱联用法；制药；环境空气；VOCs检测

制药行业在生产运营过程当中广泛使用各类有机溶剂、中间体还有成品，这些物质特别容易通过挥发、泄漏等各种途径向环境空气释放大量挥发性有机物（VOCs），VOCs身为大气中细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O₃）形成的关键前体物质，它的排放会进一步加剧区域范围的空气污染情况，并且部分VOCs成分具有毒性、致癌性或者致突变性等特性，直接对周边居民身体健康构成威胁还会破坏生态环境，所以建立科学、精准的制药周边环境空气VOCs监测体系，把污染物种类与浓度分布情况明确下来，是评估环境风险、制定针对性污染防控措施的重要技术支撑。

1GC-MS技术原理与仪器配置

GC-MS技术把气相色谱（GC）分离能力和质谱（MS）鉴定能力融合在一起，在制药周边环境空气VOCs检测当中有着显著优势。在技术原理方面，气相色谱分离是依据不同化合物在固定相和流动相间分配系数存在差异，从而让混合组分实现分离，质谱鉴定是通过电子轰击（EI）或者化学电离（CI）使化合物发生离子化，按照质荷比（m/z）来进行定性定量分析。两者联用之后，GC的高分离能力和MS的高灵敏度以及结构解析能力相得益彰，能够精准检测复杂样品里的多组分VOCs^[1]。

在仪器配置方面，气相色谱仪需要配备分流/不分流进样口，以此来适应不同样品的进样需求，需要选用DB-1、DB-5MS等非极性或弱极性毛细管色谱柱，这有利于VOCs的分离，并且要搭配FID或者MS检测器。质谱仪通常采用四极杆质谱仪（Q-MS）或者飞行时间质谱仪（TOF-MS），要配备EI源以及NIST等标准质谱库，方便快速准确鉴定化合物。辅助设备也是必不可少的，吹扫捕集装置、热脱附仪、固相微萃取（SPME）装置可以优化样品前处理，采样泵和流量计能够保障采样过程准确可靠，它们共同为检测工作提供硬件支持^[2]。

2样品采集与前处理

在制药周边环境空气挥发性有机物也就是VOCs的检测当中，样品采集与前处理属于确保检测结果准确可靠的关键环节，在采样方法方面，吸附管采样法依靠TenaxGR、Carbograph1TD等混合填料吸附管，再搭配低流量采样泵也就是50-500mL/min，能够有效富集痕量VOCs进而满足对低浓度物质的检测需求，罐采样法运用不锈钢Summa罐采集大体积空气样品，经过冷浓缩处理之后再进行分析，更适合用于高浓度或者未知组分的筛查，采样点位和频率需要结合制药企业生产工艺布局和风向，在厂界、居民区等一些敏感点进行设置，并且要覆盖昼夜不同时段以便全面反映环境空气质量状况，样品前处理技术种类多样，热脱附也就是TD会将吸附管加热到200-300℃，让非极性或者弱极性化合物脱附然后进入GC-MS进行分析，溶剂解吸采用二硫化碳、甲醇等有机溶剂洗脱极性或热不稳定化合物，经过浓缩之后进样，固相微萃取   也就是SPME用涂覆固定相的纤维头直接萃取VOCs，不需要溶剂，操作起来比较简便，还需要通过固相萃取也就是SPE、液液萃取也就是LLE或者冷冻浓缩等技术消除水分、颗粒物等基质干扰，从而为后续精准分析奠定基础^[3]。

3分析条件优化

在制药周边环境空气VOCs检测这件事情当中，分析条件的优化是提升检测精准度的关键要点。在色谱条件优化这个方面，考虑到制药行业VOCs里面包含苯系物、卤代烃等多种极性不同的化合物，需要依据它们各自的特性来选择色谱柱，例如非极性的DB-1、弱极性的DB-5MS或者极性的DB-FFAP色谱柱。升温程序采用程序升温的方式，比如在40℃保持2min之后以10℃/min的速度升至200℃并保持5min，这样能够有效提高复杂组分的分离度。载气选择氦气或者氢气，并且把流速控制在1.0-2.0mL/min，以此来平衡分离效率和分析时间。在质谱条件优化方面，将EI源温度设定为200-250℃，可以防止化合物出现热分解的情况。在扫描模式当中，全扫描用于未知物的筛查工作，选择离子监测模式能够提高痕量组分检测的灵敏度。最后，利用NIST、Wiley等标准质谱库进行定性分析，并且结合保留时间来确认化合物的身份，以此确保检测结果准确可靠，为制药行业环境空气质量评估提供有力的依据^[4]。

4定性定量方法

在制药周边环境空气VOCs检测工作当中，定性定量方法直接关系到检测结果精准性，定性分析的时候，保留时间匹配依靠标准样品明确各组分保留时间窗口，为初步识别化合物提供可靠依据，质谱图比对通过计算样品与标准谱图的相似度（例如余弦相似度），设定相似度阈值（例如≥85%）来确认目标化合物，对于含有氯、溴等元素的化合物，同位素峰验证根据同位素峰比例进一步确定其具体结构，定量分析方面，外标法需要配制系列不同浓度标准溶液，绘制峰面积-浓度标准曲线并以此计算样品中VOCs浓度，内标法加入稳定同位素标记化合物（例如d₈-甲苯）当作内标，能够有效校正进样误差和基质效应，加标回收率通过加标实验（例如添加5、20、100ngVOCs）评估方法准确性，要求回收率控制在80-120%范围（见表1）^[5]。

表1不同定性定量方法特点对比

5质量控制与保证

在制药周边环境空气VOCs检测工作当中，质量控制与保证是确保数据准确可靠的关键所在，空白实验在整个检测过程里不可或缺，现场空白需将未采样的吸附管带至采样点并同步运输保存，这样能有效排除采样现场环境带来的干扰因素，实验室空白要通过分析未接触样品的吸附管或者溶剂，以此确认整个实验过程不存在污染情况，进而保证检测环境的纯净程度，在精密度与准确度方面，重复性要求同一样品需连续进样6次并计算峰面积或浓度的相对标准偏差（RSD），规定RSD应小于或等于10%，以此衡量仪器分析的重复能力高低，再现性需通过不同实验室或分析人员对同一样品进行分析，要求结果偏差小于或等于15%，确保检测结果不受人员和实验室差异的影响，检测限与定量限的确定在检测工作中也至关重要，方法检测限（MDL）要借助加标实验来确定最低检测浓度，以信噪比（S/N）大于或等于3为标准，方法定量限（MQL）则以S/N大于或等于10为准，为痕量组分的可靠定量提供重要依据，全方位保障检测工作的质量水平^[6]。

结论：

GC-MS技术依靠合理选择吸附管采样和罐采样等采样方法，通过优化热脱附与固相微萃取等前处理技术，并且精细调控色谱柱和升温程序等分析条件，能够高效达成制药周边环境空气中多组分VOCs的高灵敏度和高准确性检测，采用内标法校正误差、开展加标回收率实验评估准确度，实施严格质量控制措施，可有效消除复杂基质干扰以确保检测数据真实可靠，为制药行业环境空气质量监测和污染防控提供坚实技术依据。

参考文献：

[1]张绿雅.气相色谱-质谱联合技术在环境检测中的应用[J].中国高新科技,2022,(20):131-133.

[2]郭玉华.气相色谱-质谱联用技术在环境检测中的应用[J].资源节约与环保,2021,(09):44-45.

[3]董凤娟.气相色谱-质谱联用技术在环境监测中的应用[J].山东化工,2020,49(13):75-76+78.

[4]肖海燕.气相色谱-质谱联用技术在环境检测中的应用[J].化工设计通讯,2019,45(01):229+238.

[5]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,2018,30(07):93-94.

[6]魏立新.探讨制药行业挥发性有机物(VOCs)监测方法体系[J].化工管理,2018,(21):224.