空气与生物样品中有毒物质测定 ——气相色谱法误差来源分析

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1 空气与生物样品中有毒物质测定 ——气相色谱法误差来源分析
空气与生物样品中有毒物质测定 ——气相色谱法误差来源分析 广东省职业病防治院 叶能权

2 气相色谱法在空气与生物样品中有毒物质的测定有广泛的应用，这是因为气相色谱法的特点所决定的，气相色谱法是以气体流动相的一类色谱分析方法，由于气体的粘度低，物质在气相中平衡快，所以用气体作流动相可以用较长的分离柱，在较高的流速下进行分离，从而大大提高了分离能力，配用高灵敏的气相检测器、使气相色谱法成为有用的分析技术，广泛用于各个分析领域，本文主要介绍空气与生物样品有毒物质的气相色谱测定方法及其误差来源分析。

3 一、气相色谱的特点和常用术语 （一）气相色谱法特点
1. 气相色谱法的最大特点是分离效果好，它不仅解决了共存物的干扰问题，还可以做到多种组分的同时测定，例如工作场所空气中卤代烃、苯系物等的测定必须用气相色谱法才能做到各组分的定量。 ２. 对于无特殊功能用团的化合物（如碳氢化合物）用化学法测定无可利用的反应，用气相色谱法氢火焰离子化检测器可以做微量分析。

4 ４.分析速度快，分析一个样品少的只要几分钟，多则几十分钟，能及时得到分析结果。
３.灵敏度高，气相色谱检测器能检测微克甚至毫微克级的含量，对空气和生物样品中有毒物质的检测是很适用的。 ４.分析速度快，分析一个样品少的只要几分钟，多则几十分钟，能及时得到分析结果。 ５.可制成便携式仪器在现场使用，也可制成自动取样，分析的连续监测仪器。 ６.气相色谱法作为定性手段鉴定污染物时，不够理想，需用标准品对照或借助于质谱仪等定物质结构的仪器共同完成。 ７.气相色谱是一种相对的方法，必须用标准样品经常进行定量校准。

5 （二）常用术语及其含义 １.色谱图：气相色谱分析时，记录仪画出的检测信号随时间的变化图。
２.基线和基流，当载气中无样品进入，在实验条件下，检测器产生的信号称为基流。而基线记录基流随时间的变化，是衡量仪器在实验条件下稳定性的一个指标，在高灵敏条件下，基线不可能是笔直的。用噪声和飘移两个指标表示基线的稳定性。 噪声：基线在短时间内的波动，以波动的峰—峰值表示，噪声大往往和基流高是联系在一起的。 飘移：基线在一段较长时间（几十分钟）内的缓慢变化，噪声是叠加在飘移上同时表现出来的。

6 ３.色谱峰：被测物质随气相从色谱柱流出进入检测器后，在检测器中产生的信号随时间的变化而形成的峰形色谱图。在正常情况下，色谱峰是正态分布曲线。
峰高（h）：色谱峰最大值与当时基线值之差称为峰高。它反映出气相流组分浓度的最大值。 半峰高宽度（W ½）：峰高½处的峰宽度，它反映出该组分在气相中所占的区域，即组分在分离过程上的扩散程度。

7 ４．保留时间（tR）：从进样至出现色谱峰最大值时的时间，它反映了该组分在色谱中被保留的情况。
死时间（tM）：不被固定相吸附或溶解的气体从进样至出现色谱峰最大值时的时间。 实际保留时间（ ）： ，它反映了该组分被固定相保留的情况。 相对保留时间（ ）：两组分在相同条件下实际保留时间的比值

8 ５．灵敏度（响应值）：单位量被测物质通过检测器时，检测器产生的信号
式中：S—响应值 R—检测器产生的信号 Q—进入检测器被测物量或浓度

9 ６．检出下限，检测器的灵敏度只表示检测器对某种物质的敏感程度，而不能确切表示检出该物质的最低限度，这是因为，同样大小的信号，在稳定性好的仪器上可以辨出，而在稳定性差的仪器上，就可能“淹没”在噪声中。为此，将二倍噪声的信号定为检出下限值。 式中：M—检出下限 Ib—二倍噪声值 --噪信比 S—响应值 Q—进入检测器被测物质的量或浓度 从上式可看：降低噪信比可相应隆低检出下限。

10 二、气相色谱法测定工作场所空气中的化学毒物
在GBZ 《工作场所空气中有毒物质测定》的职业卫生标准中，应用气相色谱法测定的化学毒物见下表。

11 气相色谱法测定工作场所空气中 有害物质汇总表
标准名称 气相测定方法名称 工作场所空气中烷烃类化合物的测定方法 正戊烷、正已烷和正庚烷的热解吸-气相色谱法 工作场所空气中烯烃类化合物的测定方法 1.丁二烯的溶剂解吸-气相色谱法 2.丁烯的直接进样-气相色谱法 工作场所空气中混合烃类化合物的测定方法 1.溶剂汽油、液化石油气或抽余油的直接进样-气相色谱法 2.溶剂汽油和非甲烷总烃的热解吸-气相色谱法

12 工作场所空气中脂环烃类化合物的测定方法 1.环已烷、甲基环已烷和松节油的溶剂解吸 -气相色谱法2.环已烷和甲基环已烷的热解吸-气相色谱法 工作场所空气中芳香烃类化合物的测定方法 1.苯、甲苯、二甲苯、乙苯和苯乙烯的溶剂解吸-气相色谱法2.苯、甲苯、二甲苯、乙苯和苯乙烯的热解吸-气相色谱法3.苯、甲苯、二甲苯的无泵型采样器-气相色谱法 工作场所空气中多苯类化合物的测定方法 联苯的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中多环芳香烃类化合物的测定方法 1.萘、萘烷和四氢化萘的溶剂解吸-气相色谱法2.蓖、菲或3,4(a)芘的高效液相色谱法 工作场所空气中卤代烷烃类化合物的测定方法 1.三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、六氯乙烷和三氯丙烷的溶剂解吸-气相色谱法2.氯甲烷、二氯甲烷和溴甲烷的直接进样-气相色谱法3.二氯乙烷的无泵型采样器-气相色谱法

13 工作场所空气中卤代不饱和烃类化合物的测定方法
1.二氯乙烯、三氯乙烯和四氯乙烯的溶剂解吸-气相色谱法 2.氯乙烯、氯丙烯、氯丁烯和四氟乙烯的直接进样-气相色谱法 3.氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯和四氯乙烯的热解吸-气相色谱法 4.三氯乙烯和四氯乙烯的无泵型采样器-气相色谱法 工作场所空气中卤代芳香烃类化合物的测定方法 1.氯苯、二氯苯、三氯苯、溴苯、对氯甲苯和卡基氯的溶剂解吸-气相色谱法 2.氯苯的无泵型采样器-气相色谱法 工作场所空气中醇类化合物的测定方法 1.甲醇、异丙醇、丁醇、异戊醇、异辛醇、糖醇、二丙酮醇、丙烯醇、乙二醇和氯乙醇的溶剂解吸-气相色谱法 2.甲醇的热解吸-气相色谱法 工作场所空气中硫醇类化合物的测定方法 甲硫醇或乙硫醇的溶剂洗脱-气相色谱法

14 工作场所空气中烷氧基乙醇类化合物的测定方法
2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇和2-丁氧基乙醇的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中酚类化合物的测定方法 苯酚和甲酚的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中脂肪族醚类化合物的测定方法 乙醚和异丙醇的热解吸-气相色谱法 工作场所空气中苯基醚类化合物的测定方法 1.氨基茴香醚的溶剂解吸-气相色谱法 2.苯基醚的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中脂肪族醛类化合物的测定方法 1.乙醛的溶剂解吸-气相色谱法 2.乙醛和丙烯醛的直接进样 -气相色谱法 3.异丁醛的热解吸-气相色谱法 工作场所空气中脂肪族酮类化合物的测定方法 1.丙酮、丁酮和甲基异丁基甲酮的溶剂解吸-气相色谱法 2.丙酮、丁酮和甲基异丁基甲酮和双乙烯酮的热解吸-气相色谱法

15 工作场所空气中脂环酮和芳香族酮类化合物的测定方法
环已酮的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中环氧化合物的测定方法 1.环氧乙烷、环氧丙烷和环氧氯丙烷的直接进样-气相色谱法 2.环氧乙烷的热解吸-气相色谱法 工作场所空气中羧酸类化合物的测定方法 甲酸、乙酸、丙烯酸或氯乙酸的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中酸酐类化合物的测定方法 1.乙酐的溶剂解吸-气相色谱法 2.邻苯二甲酸酐的溶剂洗脱-气相色谱法 工作场所空气中酰胺类化合物的测定方法 二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和丙酯酰胺的溶剂采样-气相色谱法 工作场所空气中饱和脂肪族酯类化合物的测定方法 1.甲酸酯类、乙酸酯类和1,4-丁内酯的溶剂解吸-气相色谱法 2.乙酸乙酯的无泵型采样-气相色谱法

16 工作场所空气中不饱和脂肪族酯类化合物的测定方法工作场所
1.丙烯酸酯类的溶剂解吸-气相色谱法 2.丙烯酯甲酯、乙酸乙烯酯的热解吸-气相色谱法 3.甲基丙烯酸甲酯的直接进样-气相色谱法 4.甲基丙烯酸环氧丙酯的吸收液采集-气相色谱法 工作场所空气中卤代脂肪族酯类化合物的测定方法 氯乙酸甲酯和氯乙酸乙酯的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中芳香酯类化合物的测定方法 邻苯二甲酸二丁酯的溶剂洗脱-气相色谱法 工作场所空气中异氰酸酯类化合物的测定方法 TDI和MDI的溶剂采集-气相色谱法 工作场所空气中腈类化合物的测定方法 1.乙腈和丙烯腈的溶剂解吸-气相色谱法 2.丙烯腈的热解吸-气相色谱法 空气中脂肪族胺类化合物的测定方法 三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、丁胺和环已胺的溶剂解吸-气相色谱法

17 工作场所空气中乙醇胺类化合物的测定方法 乙醇胺的吸收管采集-气相色谱法 工作场所空气中肼类化合物的测定方法 肼、甲基肼和偏二甲基肼的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中芳香族胺类化合物的测定方法 1.苯胺、N-甲基苯胺、N,N-二甲基苯胺、对硝基苯胺和苄基氰的溶剂解吸-气相色谱法 2.三氯苯胺的吸收液采集-气相色谱法 工作场所空气中芳香族硝基化合物的测定方法 1.硝基苯、二硝基苯、一硝基氯苯、二硝基氯苯、一硝基甲苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯的毛细管柱-气相色谱法 2.硝基苯、二硝基苯和三硝基甲苯的填充柱-气相色谱法

18 工作场所空气中杂环化合物的测定方法 1.四氢呋喃和吡啶的溶剂解吸-气相色谱法 2.呋喃和四氢呋喃的热解吸-气相色谱法 工作场所空气中有机磷农药的测定方法 久效磷、甲拌磷、对硫磷、亚胺硫磷、甲基对硫磷、倍硫磷、敌敌畏、乐果、氧化乐果、杀螟松、异稻瘟净的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中有机氯农药的测定方法 六六六和滴滴涕的溶剂洗脱-气相色谱法 工作场所空气中有机氮农药的测定方法 溴氰菊醋和氰戊菊酪的溶剂解吸-气相色谱法 工作场所空气中炸药类化合物的测定方法 硝化甘油的溶剂解吸-气相色谱法

19 三、气相色谱法测定生物材料中的化学毒物 生物材料有毒物质标准检测方法的制订起始于上世纪八十年代中期，1986年由中国预防医科院劳动卫生职业病研究所牵头，组织全国有关单位成立了生物样品检测方法科研协作组，承担了国家医药科技重点攻关项目“生物样品中主要有毒物质或其代谢物测定方法规范研究”，至2000年，已完成了生物样品中65项化学毒物及其代谢物的检测方法。其中用气相色谱法测定的化学毒物见下表所示。

20 气相色谱法测定生物材料样品中有害物质汇总表
项目名称 气相色谱测定方法名称 呼出气苯 呼出气中苯的气相色谱测定方法 尿苯酚 尿中酚的气相色谱测定方法 呼出气甲苯 呼出气中甲苯的气相色谱测定方法 尿中三氯乙酸 尿中三氯乙酸的顶空气相色谱测定方法 尿中甲醇 尿中甲醇的顶空气相色谱测定方法 尿中4-氨基-2.6二硝基甲苯 溶剂萃取-气相色谱法测定尿中4-氨基-2.6二硝基甲苯 尿中亚硫基二乙酸 溶剂萃取-气相色谱法测定尿中的亚硫基二乙酸

21 呼出气二硫化碳 tenaxGC管吸附-热解吸气相色谱法测定呼出气中的二硫化碳 尿中2.5-已二酮 活性碳管吸附-热解溶剂萃取-气相色谱法测定尿中的2.5-已二酮 呼出气丙酮 活性碳管吸附-热解吸气相色谱测定呼出气中的丙酮 尿中呋喃丹 溶剂萃取-毛细管栓气相色谱法测定尿中中呋喃丹 尿中N-甲基甲酰胺 溶剂萃取-气相色谱法测定尿中的N-甲基甲酰胺 尿中丁酮 尿中丁酮的顶空气相色谱测定法 尿中丙酮 尿中丙酮的顶空气相色谱测定法 尿中甲基异丁基甲酮 尿中甲基异丁基甲酮的顶空气相色谱测定法

22 四、气相色谱法测定空气中有毒物质误差来源分析
1. 空气采样的误差来源 空气采样的误差主要为，流量计不准确。采样管道和仪器接头不密封，有泄漏；对某些滤料，如硅胶管的采样时间控制不当，会使样品损失；样品收集和运输时受污染；使用挥发性大的吸收液采集，吸收液的体积会改变；在样品的运输和保存过程中，因保存不当而变质；样品编号和记录表格不一致；用注射器或采气袋采样放射置过久使检测物被吸附。

23 2. 样品处理的误差来源 工作场所空气中的有机毒物多是用固体吸附管采样；样品采集后多以溶剂解吸和热解吸后进行测定。 溶剂解吸的误差来源：固体吸附剂的空白值不一致；溶剂的空白值过高；样品的解吸时间不一致；固体吸附剂管存放时间的长短；玻璃仪器的计量误差。 热解吸的误差来源：热解仪的管线有没有漏气；解吸温度是否符合要求；解吸时间及解吸速度是否一致；样品的解吸体积是否准确。

24 3. 样品分析时的误差来源 (1)仪器的性能指标如灵敏度、噪声、信噪比的不稳定性及温度控制的失灵，载气流量的变化都会引起结果有误差。 (2)检测物质在色谱柱上的分离度，色谱峰的形状等，如峰过宽及峰拖尾。 (3)共存物与检测物分离不完全，使检测结果偏高。 (4)用保留时间定性有时会产生错误结果。 (5)空白值过大或空白值不稳定对检测结果有影响。

25 (6)标准气及标准溶液浓度是否准确。特别是标准气体的配制，在气相色谱检测中是一项很重要的项目，配制低浓度标准气体的方法有静态法和动态法两种。
静态配气法有大瓶子配气，注射器配气、塑料袋配气、高压钢瓶配气法。最常用的为注射器配气法。 动态配气法有负压喷射法，渗透法（包括渗透管法、气体渗透瓶法、液体渗透法）、气体扩散法、饱和蒸气法、电解法、气相滴定法等，最常用的为渗透管法。 (7)检测仪器的清洁度，也会影响检测结果的准确度。 (8)由于计算不当而带来错误检测结果。

26 五、气相色谱法测定生物材料中 有毒物质误差来源分析
1. 生物样品采样的误差来源 (1)采样时间的不当会影响检测浓度的准确,应根据化学物在人体内的生物半衰期选定采时间。 (2)用塑料器皿采集有机样品会影响检测结果。 (3)采集的样品要注意均匀，不均匀的样品也会给检测结果带来误差。 (4)样品在采集过程中的污染，会给结果带来很大的误差（这种污染包括采样器皿的纯净度、抽取样品的环境、被采样者采样部位的洁净度等）。 (5)样品由于运输和保存方法不当而给检测带来较大的误差。 (6)采样记录的不当也会带来错误的检测结果。

27 2. 生物样品处理的误差来源 (1)空白值过高会影响检测结果的可靠性，因此在样品处理过程中，应尽量想办法降低空白值，如采用高纯度的水，酸、有机溶剂和试剂，并减少其用量。 必要时预先精制和纯化，在有净化措施的环境下进行操作，以防止环境沾污；使用适宜的惰性材料制成的器皿，并使用合适的清洗技术，防止器皿的沾污，分析者必须避免自身（化妆品、外敷药物等）对样品的污染。 (2)样品萃取不完全会使检测结果偏低。 (3)样品放置时间过长再进行处理也会影响测定结果的准确。 (4)样品处理方法的不当，会给检测结果带来较大的误差。

28 3. 样品分析时的误差来源 (1)制备工作曲线和样品分析的操作条件不一致会影响检测结果。 (2)加标的量及加标化学形式和试样中被测物的含量相差太远时，所得回收率不能真实反映实际样品的回收率，这回收率起不到控制作用。 (3)当检测空白值大于所用测定方法检出限的检出限的½时，此空白值会给检测结果带来误差。 (4)与空气样品分析时的误差来源分析(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)相同。