摘要：垃圾填埋氣成分包括CH₄、CO₂及H₂、N₂、O₂等以及一些痕量氣體，它已對環(huán)境和人體健康造成了很大的危害，必須對它進行監(jiān)測。它的許多成分都可以用氣相色譜法進行分離與分析，本文主要對其中的主要氣體CH₄、CO₂和微量氣體中的苯系物、非甲烷烴、醛酮污染物的氣相色譜分析方法進行了討論。

關(guān)鍵詞：氣相色譜法 填埋氣 監(jiān)測

垃圾填埋氣是垃圾由于微生物的分解作用而產(chǎn)生的最終產(chǎn)物，其主要成分包括CH₄、CO₂及H₂、N₂、O₂等以及一些痕量氣體，其中最主要的成分是CH₄和CO₂，二者能占填埋氣總量的90%以上。填埋氣是易燃易爆氣體，當空氣中CH₄濃度在5%~15%時，存在爆炸的隱患。填埋氣也是一種可以回收利用的資源，利用恰當可以作發(fā)電、供燃氣等用。填埋氣還是一種溫室氣體，特別是CH₄氣體，它的溫室效應(yīng)作用是CO₂的31倍，填埋氣中含有許多非CH₄氣體，這些大多數(shù)是揮發(fā)性有機污染物（VOCS），盡管它們的量非常小，但對環(huán)境及人體健康的影響不容忽視。因此，無論是從資源回收和為設(shè)計及運行管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的角度，還是從保護環(huán)境和人體健康的角度來講，都應(yīng)當對垃圾填埋氣進行監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上對填埋氣進行產(chǎn)量及遷移規(guī)律的預(yù)測。但監(jiān)測是最基礎(chǔ)也最重要的一環(huán)。

垃圾填埋氣一般用氣相色譜法來進行監(jiān)測。

一、氣相色譜法概述

1．1氣相色譜法基本原理[1]

氣相色譜分析技術(shù)是色譜法的一種。在氣相色譜分析的過程中，流動相載著樣品通過固定相，樣品中的組分在流動相和固定相之間連續(xù)移動多次進行重復分配平衡，由于各組分的物化性質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu)不同而特有的偶極矩，決定了在兩相間的分配比不同。各組分在兩相中重復進行溶解、解析、吸附、脫附、離子交換等形式的作用，從而造成各組分沿著色譜柱運行速度也就不同，經(jīng)過適當長度的色譜柱后，各組分之間就會拉開一定的距離，按照先后排列次序從色譜柱后流出，最后達到各組分分離分析的目的。

1．2 氣相色譜儀的組成[2]

氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)，外型有多種多樣，但組成總是包括五個基本部分。（1）載氣系統(tǒng)：載氣帶著試樣進入色譜柱，載氣系統(tǒng)的任務(wù)是提供純凈、穩(wěn)定、能被計量的載氣。（2）進樣氣化系統(tǒng)：起引入試樣并使試樣瞬間氣化的作用。（3）色譜柱：是實現(xiàn)試樣色譜分離的場所。色譜柱由色譜柱管、柱內(nèi)填充物等組成。（4）檢測器：對柱后已被分離的組分進行鑒定和測量。（5）記錄儀：記錄由檢測器產(chǎn)生的信號，以便進行試樣的定性和定量分析工作。

1．3 氣相色譜法最佳操作條件的選擇

由于氣相色譜法是通過組分在兩相的分配來進行的，因而如何增大被分離組分在兩相間的分配系數(shù)的差異，減小峰的寬度，是色譜分離研究的中心問題。通過選擇合適的固定相及最佳操作條件，可以獲得令人滿意的分離。

最佳操作條件的選擇包括：載氣流速的選擇、載氣的選擇、柱溫的選擇、柱形和柱長的選擇等等。

二、垃圾填埋氣主要氣體的氣相色譜監(jiān)測

垃圾填埋氣的主要氣體是指CH₄和CO₂。國外的資料表明[3]，在一個典型的垃圾填埋場一般CH₄的含量可達45%~50%，而CO₂的含量可達40%~60%，我國由于垃圾中食品垃圾含量高，含水率也比國外要高。因此，我國的垃圾填埋氣中CH4含量要比國外的高。有研究表明：深圳市垃圾填埋氣中CH₄含量為62.2%，而CO₂的含量為34.7%[4]。必須對垃圾填埋氣主要氣體進行監(jiān)測。

對于CH₄和CO₂的監(jiān)測分析方法國家并沒有一個標準[5]，目前國外主要用便攜式氣體分析儀進行分析。但也可以用氣相色譜法進行分析[6]。

2．1儀器及設(shè)備

日本島津公司GC-14B氣相色譜儀，配熱導池檢測器，GR-4A色譜數(shù)據(jù)處理機，高純氮氣，100毫升醫(yī)用注射器。

2．2氣相色譜分析條件

玻璃填充柱一根，柱長2m，柱內(nèi)徑3mm，內(nèi)載40~60目G.D.X-50₂（天津化學試劑二廠），載氣為高純氮氣，柱流量60ml/min，柱溫30℃，氣化室溫度120℃，檢測器溫度120℃，池電流50mA，進樣量0.5ml。

在這些條件下，所測氣體組分采用保留時間進行定性，外標峰高法進行定量。由于二種氣體均為不活潑氣體，它們與采樣器玻璃注射器之間無明顯吸附解吸現(xiàn)象發(fā)生，所采集的氣體樣品可保留較長時間，樣品濃度變化較小，對測定結(jié)果無顯著影響。另外，由于本方法是采用注射器從現(xiàn)場直接采樣，采樣時間短具有可瞬間采樣的優(yōu)點，適合氣體發(fā)生量的測定工作。本方法在采樣過程中不需要加入任何氣體吸附劑，無吸附回收率問題，故準確度很高。

三、垃圾填埋氣痕量氣體的氣相色譜監(jiān)測

垃圾填埋氣中包括許多微量氣體，盡管這些微量氣體的濃度很低，但其毒性強，對環(huán)境和人體健康的危害很大。微量氣體大多是揮發(fā)性有機污染物（VOCS）。在一些發(fā)達國家如美國已將一些微量的芳烴化合物和鹵代化合物作為垃圾填埋場空氣的常規(guī)監(jiān)測項目[7]。我國鄒世春等人通過對廣州第二垃圾填埋場進行監(jiān)測，共檢測出了多達63種VOCS，其中有16種為美國國家環(huán)保局（USEPA）優(yōu)先控制污染物，包括苯、甲苯、乙苯、氯乙烯、氯仿、氯苯等污染物[7]。這表明在垃圾填埋場空氣中存在著可產(chǎn)生三致作用的毒害性有機物，并使垃圾填埋場有可能成為較嚴重的污染源。

3．1苯系物的氣相色譜法監(jiān)測[5]

3．1．1 原理

用活性炭吸附采樣管富集空氣中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯等后，加二硫化碳解吸，經(jīng)DNP+Bentane色譜柱分離，火焰離子化檢測器測定，以保留時間定性，峰高外標法定量。

3．1．2 儀器及設(shè)備

氣相色譜儀：具有火焰離子化檢測器，色譜柱長2m，內(nèi)徑3mm不銹鋼柱，柱內(nèi)填充涂附2.5%DNP及2.5%Bentane的Chromosorb W HP DMCS（80~100目）；空氣采樣器：流量0~1L/min；活性炭吸附采樣管。

3．1．3 色譜條件

柱溫：64℃；氣化室溫度：150℃；檢測器溫度：150℃。

載氣氮氣流量：50ml/min；燃氣氫氣流量：46ml/min；助燃氣空氣流量：320ml/min

在這些條件下，進行實驗測定。先配制苯系物的標準儲備液，然后進樣測定，繪制標準曲線。

3．2 非甲烷烴的氣相色譜法測定[8]

3．2．1 主要儀器設(shè)備和試劑

（1）SP-3420型氣相色譜儀（北京分析儀器廠），氫火焰離子檢測器（FID）；（2）RJ-I型熱解吸器，RJ-ZH-1型熱解吸與控制儀；（3）活性炭吸附采樣管，長10cm，內(nèi)徑6mm，壁厚0.8~1mm；（4）注射器，1ul，5ml，100ml；（5）TDP-1000型大氣采樣器，采樣流量0~1L/min；（6）正己烷標準溶液。

3．2．2 色譜分析條件

硅烷化玻璃微球（60~80目）不銹鋼填充柱：柱長3m，進樣器溫度170℃，檢測器溫度170℃，輔助溫度160℃，柱溫75℃，載氣流量（N₂）30VmL/min，燃氣流量（H₂）30Ml/min，助燃氣（O2）流量300ml/min；進樣量：直接進樣1Ml。

3．2．3 正己烷標準氣體的配制

以N2為空白稀釋氣體。吸取1uL正己烷標準溶液于100ml充有N2的注射器中，待完全揮發(fā)，充分搖勻，此注射器中的氣體為標準源氣。再吸取1ml標準源氣于另一有氮氣的注射器中，搖勻，該氣體即為定性和定量分析是的標準氣體。

3．3 醛酮污染物的氣相色譜測定[9]

3．3．1 試劑和標準樣品

甲醛、乙醛、丙烯醛、丁醛和苯甲醛均為分析純，正戊醛為優(yōu)級純，丙酮、丁酮和苯乙酮均為分析純。2，4-二硝基苯肼，AR；二硫化碳，AR，現(xiàn)用現(xiàn)蒸；雙蒸水用前現(xiàn)蒸。2，4-二硝基苯肼吸收液：用1mol·l-1硫酸溶解適量2，4-二硝基苯肼固體，制成飽和溶液，用1/10（V/V）二硫化碳提取兩次。吸收液應(yīng)在采樣前48h內(nèi)制備純化。

3．3．2 儀器及其條件

氣相色譜儀為美國PE9000 AutoSystem GC。色譜柱為SE-54毛細柱，長25m，內(nèi)徑0.32㎜；檢測器為電子捕獲檢測器。柱溫220℃恒溫；氣化溫度270℃；檢測器溫度375℃；載氣為N2,40ml·min-1,分流比1：50。進流量1μl。

3．3．3 實驗方法

采用兩支U型多孔玻璃板吸收管串連采集空氣樣品，吸收管內(nèi)裝入10ml 2，4-二硝基苯肼吸收液。采樣裝置為空氣采樣器，轉(zhuǎn)子流量計以皂膜流量計校準。采樣速度為0.5～1.0 ml·min -1,采樣時間為10～60 min.

樣品采集后，定量轉(zhuǎn)移到100 ml分液漏斗中用2×5ml CS₂萃取。有機層轉(zhuǎn)移到25 ml容量瓶中，以CS₂定容到25 ml。用相對保留時間定性，用外標法定量。

四、結(jié)論

氣相色譜是具有高分離效能、高選擇性、高靈敏度、分析速度快、定性定量準確、應(yīng)用范圍廣泛、樣品用量少等特點的一種新型通用分離分析技術(shù)。它在分析空氣和廢氣中的如CO₂、CH₄及一些痕量污染物中有著很廣泛的應(yīng)用。垃圾填埋場產(chǎn)生的填埋氣中的許多成分諸如CO₂、CH₄及一些VOCS都可以通過調(diào)整和選擇最佳操作條件如：載氣流速的選擇、載氣的選擇、柱溫的選擇、柱形和柱長的選擇來進行分離和分析。氣相色譜法在垃圾填埋氣分析中有著廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

1. 魏復盛等，水和廢水分析方法指南（中冊），中國環(huán)境科學出版社，P135，1994

2. 張世森，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，高等教育出版社，1992.5

3．George tchobanogous, Hilary theisen. Integrated solid waste management engineering: Principles and management Issues[M]New York: McGraw-Hill, 1993

4．黎青松等. 城市生活垃圾填埋場產(chǎn)氣規(guī)律研究，上海環(huán)境科學，1999，18（4）：32~35

5．國家環(huán)保總局，空氣和廢氣監(jiān)測分析方法，中國環(huán)境科學出版社，1990

6．方滿等，垃圾填埋產(chǎn)氣的氣相色譜測定，環(huán)境污染與防治，1996，

7．鄒世春等. 垃圾填埋場空氣中微量揮發(fā)性有機物的分析[J]. 環(huán)境科學. 2000；21（2）：70~73

8．鄭麗琴等，碳管吸收氣相色譜法測定大氣中的非甲烷烴，城市環(huán)境和城市生態(tài)，2000，13（4）：32~33

9．戴天有，魏復盛等，空氣和廢氣中醛酮污染物的氣相色譜測定，環(huán)境化學，1998，17（3）：293~297

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