空氣中總揮發性有機物檢測吸附率影響因素分析

劉雄鷹，梁緝攀，余 塘，江偉武

（1.珠海市建設工程質量監測站，廣東 珠海 519015；2.廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

吸附管采樣熱解析氣相色譜（或氣-質聯合）檢測空氣中揮發性有機物，多個標準中均采用 Tenax TA 為吸附劑，采樣時正己烷、苯等組分極易發生穿透，吸附率僅為 12 %～78 %，且隨溫度大幅度變化，甲苯在 30 ℃ 以上也可發生穿透，嚴重影響方法的準確度，張天龍等［1］用致冷法提高了苯的吸附率，但有冷凝水等問題；何小軍等［2］采取了加大 Tenax TA 用量等措施提高了苯的吸附率，但方法不能適用于 30 ℃ 以上采樣；黃翠華等［3］分析了 Tenax TA 采樣時苯吸附率的影響因素、江偉武等［4］用復合吸附管提高了正己烷、苯的吸附率，但未對其影響因素進行分析。

本文采用正交實驗分析了 Tenax TA 為吸附劑、復合吸附劑采樣各因素對正己烷、苯吸附率的影響及優化，采用復合吸附管采樣，使正己烷、苯的吸附率達到99 % 以上，吸附率非常理想，為檢測方法準確度的提高奠定了基礎。

1 實驗

1.1 儀器

①靜態標準氣體室：標準氣袋，可控制溫度、各組分濃度。

②氣相色譜儀：Clarus 580。

③熱解析儀：TurboMatrix 350。

④采樣器：QC-1S。

⑤電子皂膜流量計：計量誤差 0.5 %。

1.2 材料

標準物質：正己烷、苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、對二甲苯、間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯、十一烷混合標樣，釋放到標準氣袋中。

Tenax TA 吸附劑：60～80 目

石墨化炭黑 -X 吸附劑：60～80 目

采樣管：外徑 6.35 mm，內徑 4.95 mm，長 89.0 mm的不銹鋼管，將 Tenax TA、石墨化炭黑 -X 分別填充于管內。

1.3 正交實驗

按表 1 設計正交實驗，按圖 1 方式連接采樣，采樣后將串聯第 1 級、第 2 級和第 3 級樣品管分別解吸、氣相色譜測量得到串聯 1 級樣品管目標組分含量 m串1、串聯 2 級樣品管目標組分含量 m串2和串聯 3 級樣品管目標組分含量 m串3，第 1 級采樣管的吸附率計算見公式（1）：

表1 正交實驗條件設計表

圖1 串聯 3 級采樣連接圖

第 1 級采樣管和第 2 級采樣管的模擬復合吸附率計算見公式（2）：

1.4 復合后樣品管采樣吸附率實驗

將 175 mg Tenax TA 和 75 mg 石墨化炭黑 -X 復合分層填充于同一根管內，按圖 2 串聯采樣，采樣后分別解吸、氣相色譜測量串聯 1 級復合樣品管目標組分含量 m復合和串聯 2 級樣品管目標組分含量 m串2，復合采樣管的吸附率計算見公式（3）：

圖2 串聯 2 級采樣連接圖

2 結果及討論

2.1 串聯 1 級吸附率實驗結果

串聯 1 級吸附率正交實驗結果如表 2 所示。

表2 串聯第 1 級 TenaxTA 管采集物質吸附率（3 平行平均）

10 種組分中，正己烷和苯是吸附率最低的 2 種組分，對其正交實驗結果進行因素分析，結果如表 3 和表 4 所示。

由表 3 可見，對吸附率影響最大的因素是采樣溫度，其次依次為采樣流量、采樣時間、Tenax 含量、各組分濃度；由表 4 可見，對吸附率影響的因素從大到小依次為采樣溫度、采樣流量、采樣時間、Tenax 含量、各組分濃度，各因素對正己烷和苯吸附率影響的順序是一致的。

表3 正交實驗串聯第1級正己烷吸附率結果分析

表4 正交實驗串聯第 1 級苯吸附率結果分析

2.2 模擬復合吸附率實驗結果

模擬復合吸附率實驗結果如表 5 所示。對正交實驗苯吸附率結果進行因素分析，結果如表 6 所示。

由表 6 可見，各因素對苯吸附率的影響由大到小依次為：各組分濃度、采樣時間、石墨化炭黑 -X 含量、采樣流量、采樣溫度、Tenax TA 含量。

實際檢測時各目標組分濃度、采樣溫度是無法控制的，需檢測方法適應的因素，其他因素中采樣時間盡可能長、石墨化炭黑 -X 含量盡可能大、采樣流量盡可能大、Tenax TA 含量盡可能大均有利于提高吸附率，考慮實際檢測時設備效率、人員效率、樣品管容量、樣品管阻力等因素，確定 Tenax TA 含量為 175 mg、石墨化炭黑 -X 含量為 75 mg、采樣時間為 20 min、采樣流量為0.4 L/min 為最優條件。

2.3 復合樣品管吸附率實驗結果

不同濃度、溫度下，復合樣品管吸附率實驗結果如表 7 所示。

表5 串聯第 1 級及第 2 級模擬復合對各組分吸附率（3 平行平均）

由表 7 可見，在檢測目標組分濃度 0.03～1.80 mg/m3， 溫度 25～45℃ 范圍內，采樣吸附率＞99 %。

3 結論

1）采用 Tenax TA 吸附管采樣，各因素對正己烷、苯吸附率的影響很大，影響順序為采樣溫度、采樣流量、采樣時間、Tenax TA 含量、各組分濃度。

2）采用復合吸附劑方案采樣，各因素對苯吸附率的影響較小或很小，影響順序為各組分濃度、采樣時間、石墨化炭黑 -X 含量、采樣流量、采樣溫度、Tenax TA 含量。

表6 正交實驗模擬復合對苯吸附率結果分析

表7 復合樣品管吸附率（6～12平行平均）

3）采用復合吸附管采樣，各組分濃度0.03～1.80 mg/m3，溫度 25～45℃ 范圍內，采樣吸附率＞99 %， 非常理想。