環境空氣中TVOC的檢測方法研究

楊永芳

（寧波健益檢測科技有限公司，浙江 慈溪 315303）

隨著生活水平的不斷提高，我國民眾的健康意識日益增強，人們開始重視室內污染。建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計，這就讓室內環境監測和治理成為我國環境保護的重要工作。近年來，我國家裝業發展迅速，建筑材料層出不窮，其中不乏不規范的家裝材料，它們會釋放大量有毒氣體，污染室內空氣。目前，我國建筑市場還不夠規范，這就讓大量低環保家裝材料涌入家裝市場，有害氣體污染問題層出不窮，其中以甲醛污染最為突出。室內空氣污染是國際上危害健康的最大因素之一，而總揮發性有機化合物（TVOC）是造成室內空氣污染的關鍵因素。

1 TVOC 簡介

1.1 TVOC 的概念

TVOC 是一種混合物，它的全稱是總揮發性有機化合物，目前，我國對于該混合物的定義還沒有完全統一。從廣義來說，任何固體和液體在常溫常壓的狀態下揮發出來的有機物就是TVOC。

1.2 TVOC 的危害

涂料是一種化學產品，其中包含很多能夠參加光學反應的有機化合物，即TVOC，如果室內的TVOC超過一定濃度，短時間內就會讓人頭痛和惡心，還會讓人嘔吐，嚴重者會感到惡心和四肢乏力。如果人不離開污染現場，則會讓各種癥狀加劇，還會讓人昏迷，最后會引起人的記憶力減退。TVOC 不僅會直接對人的肝臟產生影響，產生腎臟毒性，還會危害人的神經系統，導致血液病。

2 TVOC 檢測方法的選擇

TVOC 是一種混合物，在化學常規分析方法中，只有氣相色譜或者液相色譜可以對混合物進行分離和解析。但是，液相色譜只能對液相物質進行分離，而且每次分離的時間很長，需要使用大量溶劑，而空氣質量檢測的樣本量一般都很多，這種方法顯然不適用于空氣質量檢測。對于氣相色譜而言，它的檢出限比較低，而且靈敏度好，在分析樣品時，時效性很強，因此適用于空氣質量的TVOC 分析。

3 方法的原理

3.1 采用氣相色譜法檢測室內TVOC 的原理

TVOC 在空氣中的濃度是很低的，想要準確地測量空氣中的TVOC 濃度，人們必須先用含有Tenax-TA 吸附劑的吸附管，對空氣進行采集，然后將其中的TVOC 濃縮和富集。空氣中的TVOC 保留在吸附管中，然后將吸附管迅速加熱，解析空氣中的TVOC 組分，這些TVOC 組分伴隨載體進入氣象色譜儀的毛細管柱，進行分離，然后各種組分都伴隨載體進入氣象色譜的氫火焰離子化檢測器，再將組分流出的保留時間定性，最后用組分峰的峰高或者峰面積對TVOC 進行定量[1]。

3.2 TVOC 檢測中的富集技術

首先，需要一根填充Tenax-TA 吸附劑的吸附管，然后將大氣的采樣空氣入口處和這根吸附管連接，再對空氣流通的速度和時間進行設定，這樣就可以將空氣中的TVOC 濃縮到吸附管中。

采樣時間是20 min，采樣流速設為0.5 L/min，每根吸附管都要收集10 L 的空氣，然后對TVOC 進行富集。值得一提的是，Tenax 吸附劑源自國外，經過三個階段的改造，目前被當作吸附劑廣泛使用。它的熱穩定性非常好，即使加熱到350℃，它也不會有什么變化，在溫度達到430℃時，它的重量損失也只有0.3%。Tenax 吸附劑是一種疏水式吸附劑，它不會吸附空氣中的水和無機鹽，因此被廣泛用于C7～C26的化合物分析工作[2]。

3.3 TVOC 檢測的反吹技術

反吹是指改變氣象色譜柱的載體流動方向，這種技術在GC 中被廣泛使用。這一技術可以用于TVOC的進樣熱解析過程，進樣和熱解析構成整個過程。首先，要采用一個六通閥，控制兩路載體，實現吸附管的反吹，這樣就可以保障吸附管中吸附劑的純凈，以達到更加準確的檢測效果。熱解析的進樣采用第一路載體，然后用第二路載氣進行反吹。這時，第一路載體進入檢測器，而停留在吸附管中的高沸點有機物就會被反吹，然后色譜柱留下的是待測物[3]。

3.4 熱解吸氣相色譜法的原理

熱解吸氣相色譜儀由氫火焰離子化檢測器、TVOC 熱解吸進樣器、毛細管色譜柱和氣相色譜儀組成。在工作時，該儀器以氮氣為載體，以氫氣為燃氣，以空氣為助燃氣。三種氣體由氣瓶或者氣體發生器輸出，再經過氣體凈化器的凈化，最后進入儀器。經過穩壓和穩流后，這些氣體進入熱解析吸進樣器，再用含Tenax-TA 吸附劑的吸附管來采集一定體積的空氣樣品，然后利用Tenax-TA 讓空氣中的TVOC 富集在吸附管中，再將這些含有樣品的吸附管裝載在熱解析進樣器上，其間要注意密封問題。

接著，用熱解吸爐，快速地對吸附管進行加熱，這樣就可以對揮發性有機物進行解析，然后通過熱解吸進樣器的切換，讓吸附管的TVOC 熱解出來。TVOC 隨著載體進入毛細管的色譜柱，因為毛細管壁含有大量的高分子有機化合物，被解析的揮發性有機物就進入載氣和固定相中，然后反復地進行動態分配，最終使得各組分被完全分離。各種單一的組分隨著載體進入FID（氫火焰離子化檢測器）中，所有的有機物組分被檢測器的氫火焰電離，然后轉換為電信號，通過色譜處理機或者工作站記錄下來。最后對保留時間進行定性，利用組分峰的峰面積和峰高來對TVOC 進行定量，實現對空氣中的TVOC進行定性和定量分析[4]。

4 采樣控制

采樣前必須對吸附管進行充分活化，而且經過活化的吸附管必須在干燥器皿內存放。另外，要考慮樣品采集量的控制，因為采樣量的大小和采樣時間的長短直接影響樣品體積，而樣品體積參與樣品檢測結果計算。隨著采樣量的增加，流量計顯示的流量值和實際流量值的偏差會加大，直接影響樣品體積。因此，在實際采樣時，筆者采用的是皂膜流量計，對樣品體積進行校正。空氣的采樣點也有要求，人們不能隨便采樣，要保持遠離墻面至少0.5 m，距離地面應該在0.8～1.5 m，采樣點不能在通風口。對于有自然通風的環境，必須將門窗關閉一段時間，然后進行檢測，只有考慮這些自然因素，人們才能提高樣品采集的準確性，才能確保樣品的適用性，才能降低自然環境對樣品造成的負面影響。所以，在采樣時，人們必須全面考慮自然環境因素，確保樣品采集的準確性。

5 分析步驟

5.1 氣相色譜分析條件的確定

色譜柱采用SE30 50 m×0.53 mm×3 μm 大口徑毛細柱或者SE30 50 m×0.32 mm×1 μm 標準口徑毛細柱。

柱箱初始溫度一般要設為50℃，達到50℃后，再用3℃/min 的速度升到100℃，之后用8℃/min的速度升到220℃；檢測器的溫度設定為250℃，氣化室的溫度設為200 ℃，熱解吸的溫度設為290～300℃。

5.2 標準曲線繪制（以VOCs）液體標準樣品為例——Tenax-TA 吸附管活化

將Tenax-TA 吸附管裝在活化箱上，然后通高純的氮氣，流量設定為50 mL/min。第一次裝Tenax 管時，一定要經歷充分的活化，一般要活化16 h，如果是反復使用的活化管，要活化1 h，一定要等到活化吸附管冷卻以后，再關閉氮氣，最后用醫用硅膠橡膠管密封。

5.2.1 VOCs 標準吸附管的制備

活化好的吸附管裝在氣相色譜儀的定標系統上，氣化溫度設定為200～250℃，氮氣的流速設定為50～60 mL/min，然后運用10 μL 的微量進樣器取1 μL VOCs 標準樣品，注入汽化室，停留時間為30 s，再用氮氣通氣5 min，最后取下吸附管，然后就制備成VOCs 標準樣品吸附管。標準樣品需要幾種標準濃度，就制備多少個VOCs 標準吸附管。

5.2.2 熱解吸操作

將制備好的VOCs 標準吸附管，逐一安裝到TVOC 熱解吸進樣器上。吸附管的進出口位置必須符合載體流動方向，還要和采樣時間相反。要確保吸附管裝接的氣密性，熱解爐的溫度應該在290～300℃，然后將熱解爐向上推移，套住吸附管，計時30 s，再將六通閥切換為分析位置，同時啟動氣相色譜儀的工作站信號，將柱箱升溫。這樣，載體就將吸附管中的解吸氣直接帶入氣相色譜儀的毛細柱系統，然后進行分析，2 min 后，可以將熱解爐下移。吸附管迅速冷卻，要將六通閥切換到取樣位置，這樣才能更換下一個吸附管。在熱解吸操作時，色譜工作站或色譜數據處理機會得到各組分的保留時間和峰高，對應各個濃度的VOCs，再扣除空白值，人們就可以得到各組分的標準曲線。

5.3 樣品分析步驟

樣品分析的步驟和制作標準曲線的步驟相同，工作站可以直接繪制色譜圖，打印出分析報告。

6 討論

影響TVOC 結果的因素有很多，其中包含VOCs標準物質的準確度；標準樣品防止的密封性以及放置時間；吸附管的活化條件及空白值；采樣溫度、采樣時間和采樣流量；裝吸附管時的周圍溫度；VOCs 標準吸附管制備的方法；標準曲線繪制的準確性和重復性；儀器的氣體流量和熱解吸操作的回收率等。

7 結語

人們可以運用氣相色譜儀測定環境空氣中的TVOC 含量，該檢測方法還有待進一步優化。人們必須充分考慮影響檢測結果的因素，進一步優化檢測條件，確保TVOC 的檢測結果準確性。為了降低空氣中TVOC 的負面影響，人們應該盡量選擇低碳、環保的裝修材料，改善室內空氣質量，擺脫室內空氣污染。未來，TVOC 檢測技術要不斷優化，以快速測定室內空氣污染物含量，改善人居環境。