室内空气挥发性有机物的气相色谱分析方法研究

室内空气挥发性有机物的气相色谱分析方法研究

孟燕 朱敬超

摘要：随着居民生活水平的不断提高，人们对室内空气挥发性有机物的污染问题也越来越关注,如何选择一种合适的检测方法对于室内空气污染的研究尤为重要。研究结果表明,气相色谱法采样便捷,方便样品的预处理,回收率高,样品测定准确,适合室内环境空气中低浓度VOCs的测定。

关键词：室内空气；挥发性有机物(VOCs)；气相色谱法

由于人的大部分时间是在室内度过的,所以室内空气质量对人们的健康影响很大。室内空气质量的好坏取决于室内挥发性有机物(VOCs)的含量。室内挥发性有机物成分复杂繁多,而且这些有害物质可通过呼吸道、消化道和皮肤等多种渠道进入人体,由此引起人体感官刺激以及多种其他不适症状,这也是产生病态建筑物综合症的主要原因之一,长期在空气质量不达标的环境工作、学习或者生活对人类健康有很大危害，可能造成人体畸形、突变，甚至癌变。目前，对室内空气挥发性有机物的研究俨然已经成为当下的一个研究热点。鉴于室内挥发性有机物痕量并且成分复杂的特点,选择合适的分析方法对室内空气质量的测定及研究具有重要意义。目前对VOCs的检测常用的方法有气相色谱(GC)、气相色谱-质谱(GC-MS)、高效液相色谱(HPLC)及荧光分光光度法等,其中最常用方法是GC和GC-MS。本文研究了TenaxGC吸附/热解吸毛细管气相色谱法测定室内空气中VOCs时的试验条件,并VOCs的定性及定量分析方法、采样效率、分离度等进行了讨论。

一、实验部分

（一）仪器与试剂

1.仪器:QC-2型气体采样泵(0-1L/min)；内装200mgTenaxGC的采样管；4560液-固气态有机物吹脱捕集仪；安捷仑6890气相色谱仪(氢火焰离子化检测器FID);菲尼根SSQ710色谱质谱联用仪。

2.试剂:苯(色谱纯),甲苯(色谱纯),正癸烷(色谱纯),二氯甲烷(分析纯)。

（二）采集样品

1.采样管的处理:采样管每次使用前都要进行活化处理,在200℃下用30ml/min的氦气吹扫20min,在通氦气的情况下冷却至室温,密封后放入零度以下的清洁冰箱内保存。

2.样品采集：采用小体积、低噪声采样器,用长12cm、内径3mm、内装200mgTenaxGC有机吸附剂的采样管采集空气中的VOCs。在采集样品前应对采样系统进行气密性检查,不得漏气。采样系统流量要保持恒定,采样前和采样后用一级皂膜计校准采样系统进气流量,误差不超过5%。

（三）样品的解吸与检测

采用热解吸进样技术对样品进行解吸,待测样品与吸附剂的作用决定了解吸时间的长短,但对于一次热解吸,太长的时间使样品初始谱带变宽,不利于分离。因此,试验使用二次热解吸装置。

1.采样管解吸条件：冷阱温度:26；吹扫时间:11min；吹扫气体(He)流量:30ml/min；采样管加热温度:180。冷阱加热解吸条件:冷阱温度:220；解吸时间:5min。

2.色谱分析条件：采用HP-5(PHME,交联5%苯甲基硅烷)毛细管柱,规格为30m×0.32mm×0.25μm;程序升温:40保留5min,8/min升温至250,并保留2min;载气为氦气,流速45ml/min;柱前压力47kPa;氢气流速40ml/min;空气流速450ml/min;进样口温度200;检测器温度250。

该检测方法的最低检出量为0.0038μg,当采样体积为8L时,该试验方法检出限为0.48×0.001μg/L(按甲苯为标准计算)。

（四）空白检验

在整个试验过程进行质量控制,对试验中所用二氯甲烷等试剂进行色谱分析,作为试剂空白;在一批现场采样中,应留有2个采样管不采样,并与其他样品管一样对待,作为采样过程空白;在每批样品进行试验的过程中,按照与样品分析相同的流程来分析空白管,作为试验过程空白。

二、结果与讨论

（一）采样条件的确定

任何一种吸附剂都有饱和吸收量,达到饱和后,吸收效率立即降低。为了确定合适的采气量,选择一新装修过的试验室,进行采样条件试验,该试验室内存放一些化学物品,挥发性有机物浓度比一般室内环境略高,而且室内基本无人员活动,保持室内空气中污染物浓度不变,以0-2L/min的抽气速度,分别抽气5、10、20、30、40、50、60、80、99、120min,选择一些典型的有机化合物进行研究。根据苯吸附曲线可知：开始两者基本呈线性关系,说明此时吸附未达到饱和,随着采样时间的增加,斜率逐渐变小。100min之后,吸附量基本不再随采样时间的延长而增加,此时吸附剂达到吸附饱和。其他一些化合物的吸附曲线类似于苯,综合考虑,选择采样时间为40min。

（二）化合物的定性与定量

试验方法采用色谱-质谱定性,按照各种VOCs在GC-MS谱图中的相对保留时间和特征离子共同对化合物进行定性,并在GC-MS的总离子流图上标注出化合物。

通常采用标准曲线法来确定化合物的定量。定量分析所用的标样为苯、甲苯、正癸烷混和标样,分别将0.5μl混和标样直接加入到采样管中,按照前述的样品分析方法进行色谱分析。实验结果中，苯、甲苯、正癸烷3种标准物质的绝对量与色谱峰面积的相关指数分别为0.9993、0.9993、0.9990,回归方程依次为y=0.0019x、y=0.0019x、y=0.002x。通过标准曲线就可计算出所分析样品中化合物的量。

(三)采样效率

在规定的采样条件下所采集到的量占总量的百分数叫采样方法的采样效率。采样效率评价方法一般与污染物在空气中存在的状态有很大关系。笔者采用相对比较法确定采样效率,选取一间VOCs浓度相对较高的试验室,用2根采样管串连采集样品,计算第1管含量占各管总量的百分数,采样效率(K)为:

K=C1/(C1+C2)×100%

式中,C1和C2分别为第1管、第2管中分析测得的浓度,结果发现,除少数沸点很低的易挥发性有机化合物效率较低外,大部分化合物在第2根管中的含量与第1根管中的含量相比是很小的,大部分化合物的采样效率在70%-100%之间,这说明试验方法是可行的。

(四)分离效果

试验采用HP-5毛细管柱,它具有热稳定性高,可用范围宽,是目前广泛用于有机分离的毛细管柱,克服了填充柱相比小、单位时间内分离能力低等缺点,使在很窄沸点范围内的组分得到有效的分离。

为了判断物质在色谱柱中的分离情况,常用分离度R作为柱的总分离效能指标。R越大,表明相邻两组分分离越好。选取谱图中离的较近的2峰,其分离度R=3.2,说明2峰分离效果很好,所以该分析方法对样品的分离效果很好。

结语：

通过试验建立了一种室内空气挥发性有机物的采样分析方法。该方法采用低噪声、小体积采样泵采样,Tenax树脂吸附,样品采用与色谱连接的在线式吹脱捕集仪热解吸进样,经HP-5毛细管柱分离、氢火焰离子化检测器(FID)检测。该方法具有采样装置体积小、操作简便、样品预处理方便、回收率及分离度高等特点,适合环境空气中低浓度VOCs的测定。

参考文献：

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