二次熱脫附-氣相色譜法測定室內空氣中總揮發性有機物（TVOC）

 2020-03-22 18:03:51 94 0

摘要：依據《GB/T 18883-2002》和《GB 50325-2010》進行。

TVOC（Total Volatile Organic Compounds）是《室內(nei) 空氣質量標準》（GB /T 18883－2002）)中的提出“總揮發性有機化合物”的簡稱，主要指“利用Tenax GC 或Tenax TA采樣，非極性色譜柱（極性指數小於(yu) 10）進行分析，保留時間在正己烷和正十六烷之間的揮發性有機化合物”。

TVOC是影響室內(nei) 空氣品質的因素之一，由室內(nei) 裝修采用的建築和裝修材料引入；其毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味性，會(hui) 影響皮膚和黏膜，對人體(ti) 產(chan) 生急性損害，因此相關(guan) 標準規定應對其進行檢測。

本文根據《GB 50325-2010 民用建築工程室內(nei) 環境汙染控製規範》，並參考《GB/T 18883-2002 室內(nei) 空氣質量標準》的相關(guan) 內(nei) 容進行TVOC的測定。

一 實驗條件

1.1 儀(yi) 器設備

北京普析通用儀(yi) 器有限公司 G5氣相色譜儀(yi) ；

北京聚芯追風科技有限公司 Acrichi 全自動二次熱脫附儀(yi) ATD II-26；

1.2二次熱脫附儀(yi) 條件

熱脫附氮氣壓力（氣體(ti) 輸入壓力）：0.15MPa；

解吸流量：11圈（42ml/min）；

標定流量：100ml/min；

1.3色譜條件

1.3.1 溫度

進樣口溫度：250℃；

檢測器溫度：250℃；

柱溫箱溫度：50℃；

溫度程序（程序升溫）：50℃（10min），5℃/min，250℃（10min）；

1.3.2 流量

載氣：氮氣；

進樣模式：分流進樣；

色譜柱流量：

約2.8mL/min（柱前壓120kPa）；

穩流閥-背壓閥控製，恒壓模式；

分流流量：15mL/min；

分流比：（約）5:1；

1.3.3 色譜柱

KB-TVOC，50m×0.32mm×1.0μm；

1.3.4 樣品

二次熱脫附進樣，熱脫附條件參考1.2；

1.3.4.1 製樣所用標準物質

製樣過程采用了中國計量科學研究院研製的“總揮發性有機物（TVOC）溶液標準物質”，相關(guan) 信息如下：

1.3.4.2 采樣管標準係列製備

依照《GB 50325-2010 民用建築工程室內(nei) 環境汙染控製規範》附錄G的要求配置含有一定含量組分的采樣管標準係列：

1.3.5 檢測器

火焰離子化檢測器（FID）

空氣流量：150ml/min；

氫氣流量：20ml/min；

尾吹氣（N2）：20ml/min；

二 色譜圖及出峰順序

下圖為(wei) 各組分含量為(wei) 0.5μg（準確濃度值以標準物質證書(shu) 和實際注入量為(wei) 準）標準溶液注入Tenax TA吸附管，二次熱脫附-氣相色譜分析後色譜圖、響應值及出峰順序：

關(guan) 於(yu) 苯與(yu) 十一烷響應值的說明：在相關(guan) 文獻資料中，相同組分含量的苯與(yu) 十一烷響應值接近；一方麵，本次實驗采用的標準物質中十一烷濃度為(wei) 苯濃度的1.5倍；另一方麵，又根據相應鏈烷烴與(yu) 芳烴的質量響應因子進行了核算，測試結果滿足理論計算。

三 標準曲線與(yu) 線性

本次實驗采樣管標準係列各組分含量為(wei) 0.05μg、0.1μg、0.5μg、1.0μg和2.0μg（準確濃度值以標準物質證書(shu) 和實際注入量為(wei) 準，參考本文1.3.4.1和1.3.4.2項），各組分線性良好，標準曲線相關(guan) 係數均在0.999以上。

四 分析方法討論

4.1熱脫附/熱解吸 原理及使用簡述

在TVOC測定的相關(guan) 標準中，《GB/T 18883-2002 室內(nei) 空氣質量標準》中規定使用二次熱解吸裝置；《GB 50325-2010 民用建築工程室內(nei) 環境汙染控製規範》沒有明確規定使用一次熱解吸或者二次熱解吸裝置。

熱解吸/熱脫附（Thermal Desorption，TD）的原理是將待測樣品（揮發性和半揮發性組分）吸附於(yu) 裝有吸附材料的采樣管中進行富集，之後對采樣管進行加熱使揮發性和半揮發性組分從(cong) 吸附材料中解吸，並通過載氣將解吸出的組分帶入氣相色譜中進行分析。熱解吸/熱脫附裝置是用以實現熱解吸/熱脫附進樣的裝置。

根據揮發性和半揮發性組分從(cong) 采樣管中解吸之後是否再進行冷聚焦濃縮，將熱脫附裝置分為(wei) 一次熱脫附裝置和二次熱脫附裝置。下圖展示了一次熱脫附和二次熱脫附的簡單示意圖：

由於(yu) 二次熱脫附裝置使用了低溫冷阱（聚芯追風Acrichi二次熱脫附儀(yi) 冷阱低溫可達零下40攝氏度，升溫速率高達4200攝氏度每分鍾）對采樣管中解吸出的樣品組分進行了濃縮富集，並以較小的載氣量將濃縮之後樣品組分導入氣相色譜，減小了樣品的擴散，提高了進樣效率，並且可以得到峰形更佳的譜圖。本文實驗中使用了二次熱脫附，因此色譜峰型尖銳，使得較大濃度且保留時間接近的樣品組分得到了良好的分離，色譜峰分離度達到1.9，實現了*分離，見下圖：

如果使用一次熱脫附，在組分濃度較大且保留時間接近時候，可能會(hui) 導致分離不佳，下圖中的苯乙烯和鄰二甲苯分離略差：

4.2 采樣管標準係列的製備

在進樣實際樣品分析之前，需要繪製標準曲線；繪製標準曲線則需要製備含有一定含量組分的采樣管標準係列。采樣管標準係列的製備過程各廠家名稱不一，如“標定”“模擬采樣”等。其實質就是模擬樣品采樣過程，將一定濃度的標準樣品吸附於(yu) 采樣管之內(nei) ，製作標準濃度的采樣管和進行標準曲線的繪製，便於(yu) 使用熱解吸裝置分析未知樣品。

具體(ti) 的操作過程可以依照《GB 50325-2010 民用建築工程室內(nei) 環境汙染控製規範》附錄G的要求進行（上圖），亦可以參考《HJ 734-2014 固定汙染源廢氣 揮發性有機物的測定 固相吸附_熱脫附_氣相色譜-質譜法》中的相關(guan) 說明（下圖）：

對於(yu) 采樣管標準係列的製備，一些廠家提供了專(zhuan) 門用於(yu) 製作標準樣品采樣管的裝置，稱之為(wei) 標樣加載平台/標液注射器/標樣進樣裝置等；一些熱脫附儀(yi) 器廠家則在儀(yi) 器上自帶相關(guan) 功能部件，本次實驗則使用熱脫附儀(yi) 器自帶的模擬采樣組件進行采樣管標準係列的製備。

4.3 色譜柱的分離討論

樣品分析時應當采用標準規定的色譜柱，不同色譜柱（此處特指固定相種類不同）對於(yu) 樣品分離的作用不同。《GB 50325-2010 民用建築工程室內(nei) 環境汙染控製規範》中規定使用固定相為(wei) 二甲基聚矽氧烷的色譜柱，對應廠家的XX-1類型的毛細管色譜柱；《GB/T 18883-2002 室內(nei) 空氣質量標準》中則規定使用非極性（極性指數小於(yu) 10）的毛細管色譜柱。其組分出峰順序可以參加本文前述內(nei) 容。

另外，下圖為(wei) 使用聚乙二醇色譜柱（wax等）分析相關(guan) 組分的出峰順序，可以用以參考和判定。

需要說明的是，使用非極性和弱極性色譜柱，除了在出峰順序上與(yu) 極性色譜柱有區別之外，某些成分的分離也有不同的表現。常見的是在弱極性和非極性色譜柱上（如XX-1、XX-5和XX-624等），間二甲苯和對二甲苯無法得到有效分離；但是在極性色譜柱上（PEG-20M、wax和FFAP等），二甲苯的三個(ge) 異構體(ti) 可以得到*的分離。