TVOC氣相色譜儀的研究與創新

周勤玲 王俊（ 中山職業技術學院， 廣東 中山 528404）

TVOC氣相色譜儀的研究與創新

周勤玲 王俊（ 中山職業技術學院， 廣東 中山 528404）

本文研究了TVOC專用氣相色譜檢測儀，此設備可以檢測室內空氣中揮發性有機化合物TVOC的含量，定量準確，分析速度快，是環境檢測的有效分析設備。與傳統的氣相色譜儀相比較，它最大的優點是氣相色譜儀在進樣口、檢測器、輔助氣都配以全進口的自動化氣體流量控制模塊，從而達到最佳分離效果，提高分析效率，保證良好的精確性和重復性。

TVOC；氣相色譜儀；控制模塊；分離效果

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，對生活環境的要求越來越高，室內空氣質量也越來越引起人們的關注，為了控制和監測建筑工程的室內空氣質量，國家制定了GB50325-2001《民用建筑工程室內環境污染控制規范》［1-2］，規范規定采用氣相色譜法測定苯和TVOC的含量。TVOC是指［2］：在一般壓力條件下，所測得的空氣中沸點低于或等于250℃的揮發性有機化合物的總量［3-5］。本文研究TVOC專項氣相色譜儀的熱解吸條件和色譜柱工作條件，并分別對其進行了優化設計，對優化所得的色譜工作條件進行了準確度和精密度的考察，并運用［6］。

TVOC專項氣相色譜儀的創新之處在于無需逐一手動調整、測量各個模塊的流量和壓力，所有的參數全部在操作軟件中按要求直接輸入保存即可，隨時可以調用、優化已保存的方法參數，高效準確，簡單方便、易操作，很大程度減少操作人員的日常工作和難度［7-8］。溫度補償確保準確的流量和壓力，無需擔心設定參數是否偏移，無需定期測量氣體流量的準確性，方便操作者對目標物進行準確的定性、定量分析，減少對檢測結果的誤判［8］。通過色譜柱恒流控制模式降低因程序升溫引起的柱流速降低，極大的提高柱效，改善峰形和分離效果，減小分析時間［10］。通過自動信息反饋，如果氫氣泄漏或其他氣路欠壓，儀器會自動報警［11］，短時間內如果不能排除故障儀器將自動關閉氣路以及所有的加熱模塊，自動保護，以防空燒損壞檢測器色譜柱等重要組件或者氫氣泄漏引起的意外。本文通過實驗對儀器相關參數進行了評價［12-13］。

1 氣相色譜儀的各項指標

1.1 工作條件

電源：220V，50Hz電源；環境溫度：15℃～35 ℃；環境濕度：5%～95%。

1.2 柱溫箱

爐膛尺寸：28×30×18cm；操作溫度范圍：高于室溫+4℃至450℃；使用液氮冷阱：-80℃至400℃；使用干冰冷阱：-55℃至400℃；溫度設定精度：0.01℃；最高程序升溫速度：120℃/min；400℃～50℃降溫速度小于5分鐘；最長一次方法運行時間：999.99min；程序升溫最高階數：大于7階；可運行柱流失補償（雙通道）。

1.3 進樣口

所有進樣口均包括電子流量控制模塊；分流或者不分流毛細管柱進樣口；帶高精度電子壓力/流量控制；最高使用溫度400℃；柱頭壓力設定范圍：1～100psi；柱頭壓力控制設定精度：0.01psi；總流量設定范圍： 0～1000ml/min（氦氣）；0～200ml/min（氮氣）；流量設定精度：0.1ml/min；最大分流比：1∶1000。

1.4 進樣口全進口閥配置系統

最多搭載8自動控制個閥，可自動序列運行（四通閥、六通閥、十通閥以及液體進樣閥可選）；可裝側閥箱、獨立小柱箱；輔助電子流路控制模塊（可壓力/流量控制模式）；零泄漏吹掃技術；高速切換電磁閥壽命長（100萬次，10mS）。

1.5 檢測器

所有檢測器均包括電子流量控制模塊 ，后期拓展可以同時安裝任意三個檢測器。

（1）FID：高精度電子流量/壓力控制、適配于填充柱和毛細管柱、最高使用溫度450℃、最小檢出限〈2.5皮克 碳/秒（正十六烷）、動態線性范圍：107（±10%）、數據采集頻率：最高100Hz。

（2）TCD：單絲微池設計，穩定快，死體積小；高精度電子流量/壓力控制、適配魚填充柱和毛細管柱、最高使用溫度400℃、數據采集頻率：最高100Hz、動態線性范圍：105（±10%）、最小檢出限：〈400皮克 丙烷/毫升（氦氣）。

（3）ECD：高精度電子流量/壓力控制、適配魚填充柱和毛細管柱、最高使用溫度400℃、隱形陽極（帶吹掃）、檢測器補償氣類型：5%甲烷/氬氣或氮氣、數據采集頻率：最高100Hz、動態線性范圍：〉5×105、最小檢出限〈6×10-15g/ml（丙體六六六），放射源：〈10 mci 63Ni。

（4）NPD：高精度電子流量/壓力控制、適配魚填充柱和毛細管柱、最高使用溫度450℃、最小檢出限：〈3pg 碳/秒、動態線性范圍：105N，105P、數據采集頻率：最高100Hz、最小檢測限：〈2×10-13g N/s、〈2×10-13g P/s、選擇性：25000∶1 gN/gC，75000∶1gP/gC。

（5）FPD： 高精度電子流量/壓力控制、最高使用溫度350℃、最小檢出限〈2×10-11g S/s，〈9×10-13g P/s、選擇性：103gS/gC，104gP/gC、動態線性范圍：〉103S，104P。

1.6 數據通訊

以太網（Lan），遠程啟動運行開始或結束

1.7 軟件

中文版本（包括色譜主機的控制和數據采集）；集成電子版應用方法；智能色譜峰識別；可用戶自定義數據輸出格式。

2 實驗結果與討論

本實驗以正丁醇為溶劑檢測仲丁醇的線性關系來判斷儀器各方面參數的穩定性，如圖一是以正丁醇為溶劑的色譜圖，下圖主要是定性的判斷正丁醇和仲丁醇，正丁醇出峰的時間是2.176min，仲丁醇出峰時間在2.784min，峰形基本關于中心對稱。

圖1 正丁醇為溶劑的仲丁醇色譜圖

進一步以正丁醇為溶劑配置濃度為0.50ppm、1.00ppm、2.50ppm、5.00ppm、1.00ppm仲丁醇的溶液，用該儀器來進行線性關系的檢測，從而可以評價儀器性能的好壞。下圖五個不同濃度的仲丁醇在相同色譜條件下得到的色譜峰面積，從數據中可以看出，隨著濃度的增加，峰的面積也變大。

表1 不同濃度的仲丁醇所得到的峰面積

圖2 不同濃度的仲丁醇得到的線性關系

從圖2中可以看出不同濃度的仲丁醇與峰面積之間可以得到非常好的線性關系，R2=0.9997。從而進一步判斷儀器各方面的參數和性能都達到了相關指標，優化后的TVOC氣相色譜儀應用于實際檢測分析中，對樣品的各個組分進行分離分析，實際應用證明優化后的色譜條件能夠有效的對各個組分進行分離分析縮短檢測時間，提高檢測效率節約檢測成本。該儀器的關鍵創新在于：①提高了靈敏度，解吸出100 m，樣品只進樣1 mL，靈敏度為應有的1%；②避免針筒處于低溫，有冷點，產生不可逆吸附，使分析結果（尤其是高沸點化合物）偏低；③減少由于儲樣的注射針筒、針頭等密封不嚴而發生樣品泄漏，使結果偏低，甚至檢不到峰；④排除人工進樣的不重復導致數據的重復性差的情況。

［1］測量不確定度評定與表示指南［M］.國家質量技術監督局計量司，北京；中國計量出版社，2000：34，42.

［2］左鋼.轉子流量計示值誤差測量結果的不確定度評定［J］.計量與測試技術，2005，32（4）:38-39.

［3］徐鑫.氣相色譜直接進樣法測定空氣中丙酮的不確定度分析［J］.職業與健康，2004，20（10）:52.

［4］民用建筑工程室內環境污染控制規范GB50325-2001［S］.北京:中國計劃出版社，2002:1-2.

［5］王喜元.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，2002:2-3.

［6］吳烈鈞.氣相色譜檢測方法［J］.北京:化學工業出版社，2000:1-2.

［7］環境空氣總烴的測定氣相色譜法GB/T15263-1994［S］.

［8］高虹，金麗莎，金玲仁.裝修后室內空氣質量的分析［J］.山東環境，1999，（4）:14.

［9］潘光，仲維科，趙真.空氣中揮發性有機污染物的采樣與色質聯分析方法探討［J］.山東化工，1998，（5）:71-73.

［10］王若蘋.毛細管氣相色譜法分析室內空氣中苯系物［J］.環境污染與防治，2003，25（6）:373-375.

［11］常沁春.毛細柱氣相色譜法測定室內空氣中的苯系物［J］.甘肅環境研究與監測，2003，16（4）:368-369.

［12］肖上甲，沙堅.熱解吸氣相色譜法測定空氣中C-丁內酯［J］.中國職業醫學，2001，28（4）:38-39.

［13］徐東群，崔九思，韓克勤.活性炭纖維吸附/熱解吸/毛細管氣相色譜法測定低濃度VOCs的方法［J］.環境化學，1999，18（6）:566-572.

周勤玲，女，工程師，中山職業技術學院教師。