氣相色譜法對環(huán)境空氣中非甲烷總烴的測定研究

伊布提哈爾·加帕爾，袁新龍

（新疆維吾爾自治區(qū)伊犁生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，新疆 伊寧 835000）

引言

非甲烷總烴是不屬于甲烷及類別的碳氫化合物總稱。研究發(fā)現(xiàn)，非甲烷總烴在環(huán)境空氣中含有量相對較低，不會對人體和動植物造成影響。但是近年來，社會經(jīng)濟發(fā)展造成大量廢氣排出，空氣中的非甲烷總烴含量增加，而科研結(jié)果顯示，如果總烴含量超過限定值，將會對環(huán)境、人類和動植物產(chǎn)生影響，光化學(xué)煙霧就是非甲烷總烴在紫外線照射下的強烈反應(yīng)，可見其影響已經(jīng)日益擴大。因此，為進一步預(yù)防非甲烷總烴對環(huán)境空氣的影響，相關(guān)環(huán)境監(jiān)測部門已經(jīng)開始針對性研究非甲烷總烴的測定方法。

1 氣相色譜法測定環(huán)境空氣中非甲烷總烴的原理及優(yōu)勢

1.1 測定方法原理分析

采用氣相色譜測定環(huán)境空氣中非甲烷總烴已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用的重點方法。該方法在測定非甲烷總烴時將氣體樣品注入連接定量環(huán)的十通閥，當(dāng)總烴和甲烷進入到十通閥分別到達總烴柱和甲烷柱時，就可以分別測定總烴含量和甲烷含量，將總烴含量和甲烷含量作差之后，剩余含量即為非甲烷總烴含量。

測定過程中，為避免氧對測定過程的干擾，一般采用除烴空氣取代被測樣品，如此一來在總烴柱上測定氧時，可直接扣除，有利于提升測定精度。

1.2 氣相色譜法測定環(huán)境空氣中非甲烷總烴的優(yōu)勢

氣相色譜法測定環(huán)境空氣中的非甲烷總烴含量的優(yōu)勢明顯，確保測定更加高效。以下是對色譜法測定進行的研究。

第一，氣相色譜法測定過程具有速度快、效率高的優(yōu)勢。因為，當(dāng)前環(huán)境空氣測定中采用該方法，已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化，利用先進的測定設(shè)備完成各項測定工作，切實保障了測定工作效率。

第二，氣相色譜測定方法應(yīng)用具有高精度優(yōu)勢。從測定方法和設(shè)備角度而言，現(xiàn)代化氣相色譜測定的精度已經(jīng)達到超一流，一般情況下測定偏差控制在1%以內(nèi)，已經(jīng)非常精準。從測定步驟來看，據(jù)上述原理可知，為避免氧氣影響，需專門安排特殊測定過程，包括除烴空氣的測定應(yīng)用等，通過一系列的操作，可切實有效提升測定精度，確保測定結(jié)果具有實踐參考價值。

2 氣相色譜法測定非甲烷總烴的試驗研究

為探討氣相色譜法測定非甲烷總烴的具體應(yīng)用，本研究針對某次非甲烷總烴測定試驗進行了分析，描述試驗過程，并總結(jié)測定方法的應(yīng)用要點。

2.1 測定的儀器設(shè)備

非甲烷總烴測定中應(yīng)用氣相色譜測定方法應(yīng)準備色譜儀、空氣壓縮機、甲烷、丙烷、采樣針筒等，以下是本次試驗根據(jù)要求選擇的儀器設(shè)備。

（1）色譜設(shè)備型號為北分瑞利氣相色譜儀 SP-3510，自動FID檢測設(shè)備和雙進樣閥雙 1 mL定量環(huán)。

（2）全自動空氣源為BFRL-A3。

（3）氫氣發(fā)生器為BFRL-H300。

（4）應(yīng)用的甲烷和丙烷氣體濃度分別為5.41 mg/m3和49.02 mg/m3，試驗底氣選擇氮氣。

（5）氣體采樣針筒規(guī)格為100 mL[1]。

2.2 試驗條件的確定

根據(jù)試驗要求對儀器設(shè)備的參數(shù)和條件進行設(shè)置，以確保試驗良好開展。

（1）總烴采用毛細管空柱，規(guī)格為20 m×0.53 mm。

（2）檢測中的進樣口溫度、柱箱溫度及檢測設(shè)備溫度分別為110 ℃、70 ℃和120 ℃。

（3）試驗中氧氣流速、空氣流速及尾吹速度分別為40 mL/min、350 mL/min及25 mL/min。

（4）甲烷填充 60-80 目 GDX-502 體 5 m長內(nèi)徑2 mm不銹鋼柱子。（核）

2.3 測定過程

在測定條件達到后開始測定，利用100 mL氣體采樣針筒將被測定氣體直接打入氣相色譜檢測儀器的進口當(dāng)中，不斷推入空氣直到符合檢測標準位置。確認排氣口進入持續(xù)排氣狀態(tài)后，更換六通閥，將1 mL氣體通過定量環(huán)注入。

2.4 檢出限的測定

在本次試驗開展的過程中，要求針對性完成檢出限的測定，包括甲烷檢出限、總烴檢出限等，繼而計算標準偏差，確認甲烷和總烴的加標回收結(jié)果。

（1）甲烷檢出限測定按照1.08 mg/m3濃度測定，重復(fù)測定七次，其濃度值分別為1.11 mg/m3、1.10 mg/m3、1.10 mg/m3、1.11 mg/m3、1.12 mg/m3、1.11mg/m3、1.11 mg/m3。

經(jīng)計算，甲烷檢出限標準偏差為0.006 9、檢出限為0.022 mg/m3。

（2）總烴檢出限測定的過程中，以0.020 mg/m3為標準，在重復(fù)測定七次后，獲取數(shù)值，并計算標準方差和檢出限。本次試驗中，總烴測定濃度分別為10.92 mg/m3、10.90 mg/m3、10.93 mg/m3、10.91 mg/m3、10.92 mg/m3、10.94 mg/m3、10.91 mg/m3。計算總烴的標準偏差為0.013 4、檢出限為0.042 mg/m3。

2.5 重復(fù)測定標準差

本次試驗中要求完成重復(fù)測定，并計算標準偏差。測定過程中，要求重復(fù)測定5次，測定中甲烷和丙烷的混合氣體濃度5.41 mg/m3和54.43 mg/m3，在測定后計算甲烷和總烴的標準偏差。

（1）甲烷重復(fù)性測定時，測定結(jié)果分別為5.39 mg/m3、5.40 mg/m3、5.38 mg/m3、5.40 mg/m3、5.40 mg/m3。計算其平均濃度為5.39 mg/m3，最后計算其相對標準偏差為0.17%。

（2）總烴重復(fù)性測定5次之后，測定結(jié)果分別為54.40 mg/m3、54.36 mg/m3、54.42 mg/m3、54.38 mg/m3、54.40 mg/m3。按照上述數(shù)據(jù)計算總烴的平均濃度為54.39mg/m3，其相對標準差為0.04%。

2.6 總烴加標回收測定

測定過程中，要求對總烴加標回收進行測定。測定過程中，采用針筒采集100 mL打樣品，直接將樣品注入量推高到90 mL，并以54.43 mg/m3的濃度要求注入混合標準氣體，完成后測定總烴濃度。

（1）完成甲烷加標測定后進行相應(yīng)統(tǒng)計。加標前測定濃度和體積分別為1.01 mg/m3和90 mL；加標后的濃度和體積分別為1.44 mg/m3和100 mL，試驗中測定加標量為53.1 μg，加標含量為54.1，最后計算回收率為98.2%[2]。

（2）總烴加標測定時，通過測定試驗測定加標前濃度為1.32 mg/m3、加標前體積90 mL；加標后的濃度達到6.48 mg/m3、加標后體積為100 mL，通過試驗測定確認最終試驗加標量為529.2 μg、加標含量544.3 μg、回收率為97.2%。

2.7 試驗結(jié)論

經(jīng)過上述試驗及非甲烷總烴的檢測結(jié)果，針對檢測結(jié)果進行分析和總結(jié)。

第一，測定完成后對方法檢出限進行了測定，添加儀器檢出限3倍液濃度，連續(xù)測定7次，最終測定甲烷和總烴的檢出限分別為0.022 mg/m3和0.042 mg/m3，而非甲烷總烴=總烴-甲烷，所以其檢出限為0.042-0.022=0.020 mg/m3。

第二，測定完成后確定檢測方法的精度，以標準偏差和加標回收率為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按照總烴和甲烷的加標回收數(shù)據(jù)可知非甲烷總烴的標準偏差為0.17%～0.04%，97.2%～98.2%。

按照上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計和總結(jié)可知本次試驗利用氣相色譜測定非甲烷總烴含量的標準差僅為0.17%～0.04%，完全符合相關(guān)標準，更滿足空氣環(huán)境監(jiān)測要求，確認氣相色譜測定方法值得推廣應(yīng)用。

3 氣相色譜法測定非甲烷總烴含量的方法總結(jié)

按照上述氣相色譜測定非甲烷總烴含量試驗，對測定方法的應(yīng)用進行全面分析，總結(jié)氣相色譜法測定非甲烷總烴含量的具體要點。

3.1 儀器設(shè)備的選擇

通過試驗可知，氣相色譜法測定非甲烷總烴含量時是以儀器設(shè)備為關(guān)鍵因素，儀器設(shè)備的使用，對于測定效果和精度有重要的影響。尤其是在當(dāng)前社會發(fā)展背景下，各類氣相色譜測定儀器型號不同，性能不同，適合應(yīng)用于不同的氣體檢測。因此，在氣相色譜測定方法進行試驗測定的過程中，要根據(jù)測定試驗合理選擇儀器設(shè)備，確保后續(xù)的試驗測定工作順利完成。

（1）根據(jù)試驗要求確認儀器設(shè)備種類。

（2）根據(jù)試驗選擇儀器型號，了解儀器設(shè)備的參數(shù)性能。

（3）測定前對儀器設(shè)備進行必要的檢測和調(diào)試，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備本身存在精度問題或者故障問題，要求實施針對性處理，或是更換新設(shè)備，或是對設(shè)備進行維修。

（4）測定完成后對儀器設(shè)備進行再次校驗，確認儀器是否存在精度問題和故障，確認無故障后才可整理儲存。

本次試驗選擇的氣相色譜儀器，空氣壓縮機等設(shè)備均能提前設(shè)計，同時也進行了試驗檢查，確認儀器設(shè)備性能良好后才開始試驗。

3.2 試驗條件的建立

明確試驗條件是氣相色譜測定試驗開展過程中的重要工作，在測定工程中，如果不確定條件，影響試驗結(jié)果的因素將增加，試驗精度也將有所下降。因此，氣相色譜測定方法在應(yīng)用中，應(yīng)明確試驗條件，即使利用設(shè)備儀器進行試驗，也需要將設(shè)備儀器的參數(shù)調(diào)整到試驗標準。

（1）溫度條件。控制試驗過程中溫度條件，尤其是在本次試驗中，檢測氣體含量，更需要防止溫度異常造成氣體成分變化。在本次試驗過程中，進樣口溫度、柱箱溫度及檢測設(shè)備溫度分別為110 ℃、70 ℃和120 ℃，試驗過程中一定要確認溫度是否達到標準要求溫度，才能夠?qū)嵤┰囼灩芾韀3]。

（2）試驗氣體濃度。要求在試驗前設(shè)計方案。了解試驗要求后確認試驗氣體種類和氣體濃度等，在試驗中建立科學(xué)的氣體環(huán)境，為后續(xù)的氣體試驗打好基礎(chǔ)，提升氣體試驗效果。在上述試驗中，甲烷、丙烷的應(yīng)用均設(shè)計標準濃度，試驗前如發(fā)現(xiàn)氣體濃度不符合試驗要求的濃度，就要求立刻更換氣體，避免氣體對試驗造成影響。

（3）試驗整體環(huán)境應(yīng)保證安全、避免受到外界干擾。如在試驗前應(yīng)建立試驗室等，構(gòu)建符合試驗室標準的試驗條件。

3.3 試驗中做好精細化管理

試驗中應(yīng)做好精細化管理，了解試驗要點，切實做好試驗管控，確保試驗管理達到最佳效果。以下對精細化試驗管理要點進行分析。

（1）試驗前需要了解試驗標準，試驗依據(jù)標準的明確非常重要，能夠確認試驗步驟和要點是否符合標準，才能夠保證試驗良好開展。

（2）試驗前應(yīng)明確試驗原理，步驟和流程，仔細確認試驗原理和流程，確保試驗管理過程中，能夠把控每個步驟細節(jié)、材料加入量、設(shè)備參數(shù)設(shè)計，設(shè)備儀器室應(yīng)用時間等均按照設(shè)計標準完成，確保試驗順利開展。在上述試驗中，儀器設(shè)備選擇、試驗步驟提前設(shè)計，試驗員要確保每個步驟都按照要求完成，更能夠提升試驗效率。

（3）試驗中采用監(jiān)督管理制度，設(shè)置試驗小組，小組內(nèi)成員各司其職。如試驗中設(shè)置材料和儀器管理人員，具體試驗員及監(jiān)督記錄人員。在整個試驗中，監(jiān)督記錄人員要起到關(guān)鍵的作用。在試驗開展過程中，監(jiān)督記錄人員要記錄每項操作，同時也應(yīng)按照方案監(jiān)督試驗員的工作行為，發(fā)現(xiàn)試驗員出現(xiàn)錯誤，應(yīng)立刻提醒，并確認該錯誤是否對試驗數(shù)據(jù)造成影響。如果確認失誤會對試驗造成影響，需要試驗人員重新試驗。如在本次試驗的過程中，監(jiān)督記錄人員要記錄總烴、甲烷測量數(shù)值，保證后續(xù)的數(shù)據(jù)計算更加精準。

（4）試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及計算控制。在試驗中，部分數(shù)據(jù)不能利用試驗和儀器直接獲取，需要通過數(shù)據(jù)計算和分析獲取。因此，在試驗開展的過程中，應(yīng)該對通過試驗獲取的數(shù)據(jù)反復(fù)確認，多人復(fù)核后交由負責(zé)計算的試驗人員。在數(shù)據(jù)計算的過程中要求計算人員高度認真，反復(fù)確認計算結(jié)果，并帶入試驗進行驗證，確認試驗數(shù)據(jù)無問題，才可以記錄數(shù)據(jù)。如在本次試驗開展過程中，非甲烷總烴計算，加標后計算都非常復(fù)雜，在實施計算工作中，要求根據(jù)公式反復(fù)計算，確認計算結(jié)果是否精準[4]。

3.4 試驗人員的管理

在試驗中，試驗人員是保證試驗良好開展、統(tǒng)計結(jié)果精準的重要因素。因此，在試驗開展的過程中，應(yīng)注重對試驗人員的綜合管理，確保試驗人員在試驗中發(fā)揮良好作用。

試驗人員管理涉及一系列復(fù)雜的任務(wù)，包括招聘、培訓(xùn)、監(jiān)督和評估試驗室員工以確保其具備執(zhí)行任務(wù)所需的知識和技能。以下是一些關(guān)于試驗人員管理的建議。

（1）招聘人員，組建團隊。試驗室人員招聘過程中，應(yīng)確保招聘的試驗人員具備相關(guān)的實驗試驗經(jīng)驗、特殊試驗的專用證書，招聘學(xué)歷、經(jīng)驗均豐富的人才，組建專業(yè)化試驗團隊，為后續(xù)的試驗開展打好基礎(chǔ)。如在本次試驗開始前，應(yīng)挑選具備氣相色譜法試驗經(jīng)驗的人員開展工作，確保檢驗檢測完成良好。

（2）試驗人員培訓(xùn)。通過對試驗人員進行專業(yè)化培訓(xùn)，進一步提升試驗人員的試驗技能水平，以保證試驗人員明確試驗室的規(guī)章制度、試驗操作流程、安全要求及試驗設(shè)備的正確使用方法。另外，也需要定期進行新技術(shù)培訓(xùn)，確保人才掌握更為先進的技術(shù)方法，保證試驗工作開展良好，提升試驗中各項技術(shù)應(yīng)用效率[5]。

4 結(jié)語

通過研究發(fā)現(xiàn)，氣相色譜法測定環(huán)境空氣中非甲烷總烴精度非常高，達到0.17%～0.04%，適合在當(dāng)下空氣環(huán)境檢測中應(yīng)用。另外，隨著當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展，氣相色譜檢測方法也將進一步發(fā)展。為優(yōu)化監(jiān)測技術(shù)，有關(guān)部門應(yīng)重視對相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新研究和應(yīng)用，以確保空氣監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用更加精準和高效。