氣相色譜法測定TVOC 操作條件的選擇(熱解吸法)

王 麗

1 概述

有害于健康的室內空氣已經引起全球性的人口發病率和死亡率的增加。隨著人們生活水平的提高，環境意識的增強，人們對室內環境污染日益關注，因而使各國公眾和政府對這一問題愈加重視，我國對室內空氣污染問題的研究工作也在加強力量。

國內外學者對室內環境污染進行了大量研究，常見的有毒有害物質，其中絕大部分為揮發性有機化合物。揮發性有機物VOC是Votatile Organic Compound的縮寫，有時也用總揮發性有機物TVOC來表示。TVOC是空氣中三種有機污染物(多環芳烴、揮發性有機物和醛類化合物)中影響較為嚴重的一種。VOC是指室溫下飽和蒸氣壓超過了133.32 Pa的有機物，其沸點約在50℃～250℃，在常溫下可以以蒸汽的形式存在于空氣中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味性，會影響皮膚和黏膜，對人體產生急性損害。VOC的主要成分有:烴類、鹵代烴、含氧烴和含氮烴，它包括:苯系物、有機氯化物、氟里昂系列、有機酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。

但由于TVOC在空氣中的含量很低，在進行GC測定之前，須對其進行吸收濃縮，而后在選定條件下熱解吸，并對熱解吸所產生的氣體進行GC或GC-MS測定。其中，熱解吸時間，溫度和解吸氣體進樣的時間是三項影響測定的重要因素。

通過實驗對上述重要因素確定了合理的控制值。結果證實可以取得穩定而滿意的測定數據。

2 實驗條件

儀器設備:HITACHI G-3900氣相色譜儀;太極計算機公司TJ-618熱解吸儀;SE30色譜柱/50 m/0.32 mm/1 μm;氫火焰離子化檢測器。

標準品:TVOC標液，上海師范大學。

色譜柱升溫程序:初溫50℃、保持5 min，5℃/min、升至250℃、保持2 min。

熱解吸升溫程序:初溫40℃，分別升至150℃/200℃/250℃/300℃，經熱解吸各3 min/4 min/5 min/6 min后開始進樣，直至分析測定結束。

3 實驗結果與討論

3.1 熱解吸進樣時間對被測組分峰面積的影響

TVOC標液被Tenax吸收管吸附后，置入熱解吸器，使其迅速升溫至250℃。接著分別保持3 min，4 min，5 min，6 min進行熱解吸。將解吸產生的TVOC組分導入氣相色譜儀，所得各組分的峰面積與熱解吸時間的關系，分別見圖1，圖2。

圖1 熱解吸時間對苯，甲苯，乙酸丁酯，乙苯峰面積的影響

圖2 熱解吸時間對對間二甲苯，苯乙烯，鄰二甲苯，十一烷峰面積的影響

由上述所得數據和圖示可以看出:

1)隨著熱解吸時間的增加，各組分的峰面積相應減少。熱解吸時間每增加1 min，組分的峰面積會減少3%～8%。除與各組分的性質有關，造成峰面積減少的根本原因，在于熱解吸器通過注射針與色譜儀直接相通。不可避免，在熱解吸期內，組分氣受熱擴散作用而造成損失。2)熱解吸時間取4 min時，可保證解吸充分而解吸率較高，又相對處于解吸穩定的位置。

故而推薦熱解吸時間為4 min。

3.2 熱解吸溫度對檢測結果的影響

本工作分別對150℃，200℃，250℃和300℃的熱解吸溫度進行試驗。所得結果見圖3，圖4。

圖3 熱解吸溫度對苯，甲苯，乙酸丁酯，乙苯峰面積的影響

1)熱解吸溫度對各組分的解吸率有明顯影響。其影響程度即決定于各組分的化學性質，尤其是各組分的沸點和極性，以及對Tenax(吸附劑)的親和能力。2)對芳香烴和乙酸丁酯來說，在200℃～250℃的解吸溫度區間內，解吸率存在一個明顯的遷躍段，而十一烷的解吸率的變化相對平緩。這說明200℃時已超過十一烷的沸點(196℃)，而其與Tenax的親和力不及芳香烴。在高溫熱解吸時同時應考慮到長達4 min的熱解吸也會促使少量不穩定組分的熱裂解或熱聚合反應的發生。3)250℃～300℃的熱解吸溫度范圍內，所有組分的熱解吸率變化穩定。因此選擇熱解吸溫度為250℃，無論對保護熱解吸器，吸附劑和節約能源來說都是有利的方案。

圖4 熱解吸溫度對對間二甲苯，苯乙烯，鄰二甲苯，十一烷峰面積的影響

3.3 進樣時間對檢測結果的影響

在經過250℃，4 min的熱解吸之后，熱解吸氣引入氣相色譜儀時，進樣時間的控制可采用兩種方案:1)由熱解吸器通入載氣，引入組分的解吸氣至色譜儀的進樣口，進樣一定時間后，載氣改由直接經色譜儀進樣口進入色譜，繼續色譜分析;2)進樣及色譜分析時，始終由解吸器引入載氣，直至分析結束(約52 min)，所得結果見圖5。

圖5 進樣時間對苯，甲苯，鄰二甲苯，十一烷峰面積的影響

由以上數據可見，進樣時間對高沸點化合物的影響較大。按第二種進樣方法(進樣時間為52 min)，并未發現對有效組分的分析有干擾出現。相反，在分析測定結束時，Tenax吸收管也得到了充分、有效的凈化，可再次使用。

4 結語

通過試驗，在借助TJ-618熱解吸儀，測定由Tenax吸附管濃縮的空氣中TVOC組分時，選擇4 min解吸時間、250℃的解吸溫度和約52 min的由解吸器引入載氣的進樣方式是理想的操作條件。

在這樣的條件下，可得到可靠而穩定的測定結果。

[1]民用建筑工程室內環境污染控制規范輔導教材[M］.北京:中國計劃出版社，2008.

[2]張祥民.現代色譜分析[M］.上海:復旦大學出版社，2007.

[3]劉虎威.氣相色譜方法及應用[M］.第2版.北京:化學工業出版社，2009.