氣相色譜法測定氣體中苯活性炭的吸附與解吸研究

武西岳

摘要：為提高分析效率，對活性炭管對氣體中苯的吸附和解吸情況進行了實驗改進，結果顯示：活性炭管在0.5L/min流量下，吸氣10min，A段吸附了約8mg苯后開始穿透，在滿足標準方法要求的吸附效率下，A、B兩段共吸附了約8.5mg苯，折算濃度為1700mg/m3，因此，以相同的采樣流量和時間，在此濃度以下，可對活性炭管A、B兩段合并解吸進行分析測定，若高于此濃度值再分別解吸以判斷是否符合解吸效率。改進的解吸方式可減少操作步驟，節省時間和有毒的CS2試劑。

關鍵詞：苯；活性炭；吸附；解吸

中圖分類號：O657.7文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0192—03

1引言

苯是空氣中普遍存在的污染物，屬強致癌物質，與白血病有較大的相關性[1]，環境空氣中的苯80%來源于汽車尾氣，其他主要來源于苯生產及以其作為原料的行業[2]。我國對于氣體中苯的環境監測標準分析方法是活性炭吸附/二硫化碳解吸-氣相色譜法[3]和固體吸附/熱脫附-氣相色譜法[4，5]。熱脫附法因需要昂貴的熱脫附設備在應用上受到了一定的限制，本文中試驗采用的是活性炭吸附/二硫化碳解吸-氣相色譜法（下文簡稱標準方法），該法適用于環境空氣、室內空氣和廢氣的監測。標準方法中，對吸附了苯的活性炭管分別解吸并測定其A段和B段苯含量，以B段小于A段的25%作為許可的吸附效率，以A、B兩段各自吸附的含量相加來確定苯濃度，這種操作過于繁瑣，在實際工作中也極難遇到不符合吸附效率的高濃度范圍。因此，在許多場合下并沒有必要把A、B兩段分開解吸測定，如環境空氣中的苯濃度比較低，遠遠達不到活性炭管A段的穿透濃度，按照標準方法中的分別解吸與測定便顯得不太必要。現以氣相色譜法實驗測試采樣所用活性炭管對氣體中苯的吸附能力，并尋求二硫化碳（CS2）對活性炭管的最佳解吸方式。

2實驗分析

2.1測定原理

用活性炭管吸附空氣中的苯，以CS2解吸，使用帶有FID檢測器的氣相色譜儀測定分析。

2.2儀器設備和試劑材料

氣相色譜儀：島津GC2010（附20i自動進樣器；2mL具密封蓋進樣小瓶）；色譜柱：Rtx-5（30m×025mm×025μm）；大氣采樣器：嶗應2050型。

活性炭采樣管：內裝特制椰殼型活性炭，A段裝100mg為采樣段，B段裝50mg為指示段，中間以玻璃棉隔開，兩端以玻璃棉封堵。其他試劑和材料：同標準方法。

2.3分析步驟

2.3.1樣品解吸

把吸附了苯的采樣管的A、B兩段活性炭一并放入2mL色譜進樣小瓶，用單刻度吸管加入1mL二硫化碳，密閉，輕輕震動，放置解吸1h后待測；若測定吸附效率，則A、B兩段活性炭分別放入進樣小瓶，余下操作同上。

2.3.2氣相色譜儀設置

柱溫：恒溫65℃；進樣口：180℃；FID檢測器：250℃；空氣流量：400mL/min；氫氣流量：400mL/min；柱流量1.0mL/min；尾吹流量：30mL/min；低濃度苯測定分流比1∶10；高濃度苯測定1∶60；進樣量：1μL。苯的譜圖如圖1。

2.3.3樣品測定

解吸好的樣品，進樣1μL到氣相色譜儀分析，根據所得的色譜圖，以保留時間定性，以外標法定量。

3結果與分析

3.1活性炭管對苯的吸附能力

3.1.1實驗方法

把活性炭管兩端破開，連接大氣采樣器，A段管口對外，設置采樣流量0.5L/min，采樣時間10min（標準分析方法高濃度氣體中苯的采樣要求為0.2～0.6L/min，5～10min）。用微量注射器依次取05、1、3、5、75、10、125、15μL的純苯（實驗溫度為20℃，苯密度877μg/μL），開啟采樣器抽氣，把注射器中的苯緩慢注入到采樣管A段封堵的玻璃棉上，抽氣結束后，把A段和B段的活性炭分別放進氣相色譜自動進樣器用的2mL小瓶中，加入1mLCS2解吸1h，用氣相色譜儀分別測定A、B兩段中苯的含量。測試數據見表1。

3.1.2數據分析

在0.5～10μL區間，苯的加入體積和全管測得量統計計算相關系數為0.9997，以理論加入量和全管測得量計算回收率為96～100之間，說明了在此區間吸附效率和解吸效率都比較穩定。

標準方法中要求B段的測得量不能超過A段的25%，由實驗數據可以看出，活性炭管在注入12.5μL苯進行實驗時，吸附效率超過了標準方法的要求；注入10苯后，雖然A段剛開始穿透，吸附量增加不再明顯，A、B兩段共同吸附了8.5mg苯，此時仍然符合標準方法的吸附效率要求，按照實驗時0.5L/min的流量采氣10min計算，折算濃度約為1700mg/m3（未換算成標準狀態），一般情況下，流量越小，時間越短，吸附效率越高，在固定的采樣流量和時間上，這個濃度可擬定為測定上限使用。

3.1.3擬定測定上限處整管吸附效率

按上述實驗方法，把兩支活性炭管串聯起來，后管接大氣采樣器，前管吸氣，在前管A段玻璃棉上注入10純苯，以0.5L/min流量抽氣10min，前管的A、B兩段合并解吸測值為8514μg，后管的合并測值為0.2μg，可以看出前管吸附效率接近100%。

3.2解吸方式的實驗分析

分別把雙份50mg、100mg和150mg活性炭（分別相當于采樣管B段、A段和A+B段活性炭量）置于2mL進樣小瓶中，各注入1純苯（密度以實驗環境20℃，0.877mg/計），加入1mL CS2解吸1h，用氣相色譜儀測定在不同活性炭量下解吸溶液中的苯均值，并計算解吸效率，結果見表2。

表2不同活性炭量下的解吸效率

活性炭量/mg1測得量均值/μg1解吸效率/%501867198.91001862198.21501864198.5endprint

由表2可以看出，不同量的活性炭解吸效率非常接近，均高于98%，說明150mg以下活性炭的量對于解吸效率幾乎沒有影響，因此可以認為A、B兩段合并解吸不會造成解吸效率的下降。合并解吸只需加一次CS2提取液1mL，使用量減少1半，減化了解吸操作步驟，氣相色譜儀也只需分析一個樣品，節省了時間，簡化了計算方法。

在對廢氣中的苯進行監測時，可以選擇上述實驗確定的測定上限1700mg/L當做一個警戒值，A、B兩段合并解吸測定若高于此值時，余下的采樣管再A、B兩段分開測定，以判斷是否滿足標準方法規定的吸附效率。在環境監測的實際工作中，如此高濃度的苯廢氣極其難以見到，以苯污染嚴重的煉焦化學工業為例，其污染物排放標準 [6]中規定氣體中苯的最高允許排放限值為6mg/m3，這個濃度水平遠不能使活性炭管吸附穿透，因此可以嘗試A、B兩段合并解吸后測定，而不必分別解吸。但在極端情況下，如在苯泄漏的污染事故中不排除會出現超過測定上限的情況，則要分別解吸測定。

3.3環境空氣和室內空氣中苯的監測分析

分別在淮北市市區單位院內、農戶院中、辦公室和實驗室內設置4個采樣點，用活性炭管以05L/min流量采樣1h，測得的空氣中苯濃度范圍為0010～0074mg/m3（未換算成標準狀態），4個地點的采樣管A段中苯測值依次是046、030、054、223μg，B段中苯均未測出。另外根據室內空氣質量標準中附錄B的分析方法，所用活性炭采樣管并未分段[7]，填充量為100mg（只相當于分段采樣管的A段）。由此可見，在環境空氣監測中，B段一般沒有必要進行分析，只解吸A段便可滿足環境空氣或室內空氣中苯的測定。

4結語

本文僅研究了苯系物中毒性最強的苯，通常分子量越大吸附能力越強，因此，相同的流量和采樣時間上，活性炭對苯系物中的二甲苯和甲苯吸附能力比苯要更強一些[8]。在實際的環境監測工作中，可根據監測目的和監測對象選擇不同的采樣流量、時間和解吸方式，根據活性炭管的吸附狀況，優化其解吸方式，可提高工作效率，減少勞動強度、節省時間和有毒試劑。

參考文獻：

[1] 叢瑩.環境空氣中的苯檢測研究[J].科技向導，2013（19）：330.

[2] 徐東群.Tenax TA吸附二次熱解吸毛細管氣相色譜法測定環境空氣中苯系物的方法[J].衛生研究，2004，33（4）：425～427.

[3] 高瑞英.活性炭吸附VOC苯系物的影響因素研究[J].廣東輕工職業技術學院學報，2005，4（4）：16～18.endprint

由表2可以看出，不同量的活性炭解吸效率非常接近，均高于98%，說明150mg以下活性炭的量對于解吸效率幾乎沒有影響，因此可以認為A、B兩段合并解吸不會造成解吸效率的下降。合并解吸只需加一次CS2提取液1mL，使用量減少1半，減化了解吸操作步驟，氣相色譜儀也只需分析一個樣品，節省了時間，簡化了計算方法。

在對廢氣中的苯進行監測時，可以選擇上述實驗確定的測定上限1700mg/L當做一個警戒值，A、B兩段合并解吸測定若高于此值時，余下的采樣管再A、B兩段分開測定，以判斷是否滿足標準方法規定的吸附效率。在環境監測的實際工作中，如此高濃度的苯廢氣極其難以見到，以苯污染嚴重的煉焦化學工業為例，其污染物排放標準 [6]中規定氣體中苯的最高允許排放限值為6mg/m3，這個濃度水平遠不能使活性炭管吸附穿透，因此可以嘗試A、B兩段合并解吸后測定，而不必分別解吸。但在極端情況下，如在苯泄漏的污染事故中不排除會出現超過測定上限的情況，則要分別解吸測定。

3.3環境空氣和室內空氣中苯的監測分析

分別在淮北市市區單位院內、農戶院中、辦公室和實驗室內設置4個采樣點，用活性炭管以05L/min流量采樣1h，測得的空氣中苯濃度范圍為0010～0074mg/m3（未換算成標準狀態），4個地點的采樣管A段中苯測值依次是046、030、054、223μg，B段中苯均未測出。另外根據室內空氣質量標準中附錄B的分析方法，所用活性炭采樣管并未分段[7]，填充量為100mg（只相當于分段采樣管的A段）。由此可見，在環境空氣監測中，B段一般沒有必要進行分析，只解吸A段便可滿足環境空氣或室內空氣中苯的測定。

4結語

本文僅研究了苯系物中毒性最強的苯，通常分子量越大吸附能力越強，因此，相同的流量和采樣時間上，活性炭對苯系物中的二甲苯和甲苯吸附能力比苯要更強一些[8]。在實際的環境監測工作中，可根據監測目的和監測對象選擇不同的采樣流量、時間和解吸方式，根據活性炭管的吸附狀況，優化其解吸方式，可提高工作效率，減少勞動強度、節省時間和有毒試劑。

參考文獻：

[1] 叢瑩.環境空氣中的苯檢測研究[J].科技向導，2013（19）：330.

[2] 徐東群.Tenax TA吸附二次熱解吸毛細管氣相色譜法測定環境空氣中苯系物的方法[J].衛生研究，2004，33（4）：425～427.

[3] 高瑞英.活性炭吸附VOC苯系物的影響因素研究[J].廣東輕工職業技術學院學報，2005，4（4）：16～18.endprint

由表2可以看出，不同量的活性炭解吸效率非常接近，均高于98%，說明150mg以下活性炭的量對于解吸效率幾乎沒有影響，因此可以認為A、B兩段合并解吸不會造成解吸效率的下降。合并解吸只需加一次CS2提取液1mL，使用量減少1半，減化了解吸操作步驟，氣相色譜儀也只需分析一個樣品，節省了時間，簡化了計算方法。

在對廢氣中的苯進行監測時，可以選擇上述實驗確定的測定上限1700mg/L當做一個警戒值，A、B兩段合并解吸測定若高于此值時，余下的采樣管再A、B兩段分開測定，以判斷是否滿足標準方法規定的吸附效率。在環境監測的實際工作中，如此高濃度的苯廢氣極其難以見到，以苯污染嚴重的煉焦化學工業為例，其污染物排放標準 [6]中規定氣體中苯的最高允許排放限值為6mg/m3，這個濃度水平遠不能使活性炭管吸附穿透，因此可以嘗試A、B兩段合并解吸后測定，而不必分別解吸。但在極端情況下，如在苯泄漏的污染事故中不排除會出現超過測定上限的情況，則要分別解吸測定。

3.3環境空氣和室內空氣中苯的監測分析

分別在淮北市市區單位院內、農戶院中、辦公室和實驗室內設置4個采樣點，用活性炭管以05L/min流量采樣1h，測得的空氣中苯濃度范圍為0010～0074mg/m3（未換算成標準狀態），4個地點的采樣管A段中苯測值依次是046、030、054、223μg，B段中苯均未測出。另外根據室內空氣質量標準中附錄B的分析方法，所用活性炭采樣管并未分段[7]，填充量為100mg（只相當于分段采樣管的A段）。由此可見，在環境空氣監測中，B段一般沒有必要進行分析，只解吸A段便可滿足環境空氣或室內空氣中苯的測定。

4結語

本文僅研究了苯系物中毒性最強的苯，通常分子量越大吸附能力越強，因此，相同的流量和采樣時間上，活性炭對苯系物中的二甲苯和甲苯吸附能力比苯要更強一些[8]。在實際的環境監測工作中，可根據監測目的和監測對象選擇不同的采樣流量、時間和解吸方式，根據活性炭管的吸附狀況，優化其解吸方式，可提高工作效率，減少勞動強度、節省時間和有毒試劑。

參考文獻：

[1] 叢瑩.環境空氣中的苯檢測研究[J].科技向導，2013（19）：330.

[2] 徐東群.Tenax TA吸附二次熱解吸毛細管氣相色譜法測定環境空氣中苯系物的方法[J].衛生研究，2004，33（4）：425～427.

[3] 高瑞英.活性炭吸附VOC苯系物的影響因素研究[J].廣東輕工職業技術學院學報，2005，4（4）：16～18.endprint