室内空气中TVOC检测方法的探索
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室内空气中TVOC检测方法的探索

  
  摘要:根据《民用建筑工程室内环境污染控制规范〉,对室内空气中总挥发性有机物(TVOC)的气相色谱进行了分析,研究了吸 附管、载气、气相色谱仪等对TVOC测定结果的影响,并在检测过程中进行对比、总结,以提高检测技术和手段。
  关键词:气相色谱,TV0C,吸附管
  室内空气中的总有机挥发物(TVOC)是影响室内空气品质中 三种污染中影响较为严重的一种。它是具有特殊气味的气体,有 毒、可致癌,对人体伤害很大。主要来自燃煤和天然气等燃烧产 物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾,建筑和装饰材料,家用电器,家修 养、清洁剂和人体本身的排放等。为了预防和控制民用建筑工程 室内环境污染,建设部制定了 GB 50325-2010民用建筑工程室内 环境污染控制规范,规定了氡、甲醛、苯、氨、总挥发性有机物化合 物(TVOC)的含量为必检项目。在这五项检测中,最难掌握的是 室内空气中总挥发性有机物(TVOC)的气相色谱分析。试验研究 了多种因素对TVOC测定结果的影响。
  1检测步骤
  1)仪器与试剂。
  ZC-QL恒流采样器;气相色谱仪配有氢火焰离子化检测器;空气发生器;GCD-300B全自动氢气发生器;热解吸装 置;1μl,10 μι注射器若干个;石英毛细管柱,长度为50 m,内径 O. 32 mm或O. 52 mm,柱内涂覆二甲基聚硅氧烷的膜厚为5μm。 TVOC 标准物质 10 mg/mL,100 mg/mL。
  2)检测方法。
  a.采集气体。
  在采样地点打开吸附管,然后与空气采样器人气口垂直连 接,调节流量在0.5L/min,采集空气10 L记录采样时间、采样 流量、采样温度、大气压。采样后密封吸附管两端并做好标记。
  b.热解吸气体。
  将吸附管置于热解吸进样装置中,调整载气速度40 mL/min, 解吸温度300℃ ,解吸时间10 min0解吸后气体快速进人气相色 谱仪进行色谱分析。
  c.制作标准曲线。
  可选用气体外标法和液体外标法。本试验采用液体外标法。 抽取标准液体,在有100 miymin的氮气通过吸附管的情况下,将 各组分含量为 0.05 μg,ο. I μg,O. 5 μg,Ι.Ο μg,2. O 的标准液 体分别注人吸附管。5 min后取下吸附管并密封。以各组分的含 量(Ag)为横坐标,以峰面积为纵坐标,分别绘制标准曲线,计算回 归方程。
  d.气相色谱分析。
  气相色谱柱操作条件为程序升温,初始温度为50 ?,保持 10 min,升温速率为5 ?/min,温度升至250 tC,保持2 min。解吸 气体快速进入气相色谱仪进行色谱分析,以保留时间定性、以峰 面积定量。
  e.结果评定。
  室内空气中总挥发性有机化合物(TVOC)浓度限量:I类民用 建筑工程不大于0.5 mg/m3、11类民用建筑工程不大于0.6 mg/m3。 符合上述要求时判定该工程室内空气中总挥发性有机化合物质 量合格。如果不符合则对不合格项加倍抽检,并包括同类型房间 及原不合格房间。再次检测合格后可判定总挥发性有机化合物 (TVOC)质量合格。
  2彩响因素
  影响空气中总挥发性有机化合物(TVOC)检测结果的因素较 多,文中将从以下几方面分别进行阐述。
  1)采样现场。
  a.封闭前通风时间的影响。TVOC的测量值是为了真实反映 封闭现场的建筑装修材料在封闭Ih后释放的有机污染物浓度, 所以封闭前应尽量使现场的污染物浓度接近大气本底值,故应在 封闭前保证现场充足通风,采样现场在封闭前至少应通风48 h。
  b-吸附管与大气采样器连接方式。在采样地点打开吸附管 后,吸附管与大气采样器入气口应垂直连接。如果平行连接,则 气体容易直接穿透吸附管,不能得到有效的吸收。
  2)Tenax-TA吸附管。
  a.Tenax-TA吸附剂。Tenax-TA吸附剂粒径要求在0.18 mm ~ 0.25 mm范围内,Tenax-TA吸附剂装管时的密实程度影响组分在采样管上的吸附和解吸。若粒径颗粒偏大,则吸附剂相对松散,组分 容易穿透丢失。
  b.Tenax-TA吸附管活化。Tenax-TA吸附管使用前应通氮气 进行加热活化,在热解吸仪进行。活化温度为300 *C,活化时间为 30 min0这样处理的目的是为了防止有其他杂质影响结果。另 外,活化后的Tenax-TA吸附管在使用前要冷却至室温。
  c.Tenax-TA吸附管的安装。在做热解吸过程中,Tenax-TA吸 附管到进样口的方向性非常重要。采样的进气端为热解吸时的出 气端,即在热解吸仪上反向安装可以更充分的解吸。
  3)热解吸。
  a.热解吸进样方法。TVOC吸附管热解吸进样有两种方法: 二次操作进样法和直接进样法。二次操作进样法是将吸附管置人 加热炉并通载气,由载气将TVOC组分解吸到100 mL的针筒中。 然后用I mL针筒从100 mL针筒中取样后注人气相色谱仪汽化 室;直接进样法是将TVOC吸附管置于300 ?的加热炉中将 TVOC组分热解吸并连接六通阀直接注人气相色谱仪汽化室。
  由于在解吸过程中二次操作进样法两次采用人工操作,误差 大,重现性差,并且100 mL针管在40 ℃ 下平衡5 ℃  ~ 10 ℃ ,其中 的高沸点有机物大部分已经凝聚在针管内壁上,这将直接导致分 析得到的数据与实际情况偏差很大。所以直接进样法比二次操作 进样法准确度更好。
  b.热解吸温度。空气中总挥发性有机化合物(TVOC)属于低 浓度气体,不经热解吸气相色谱仪是检测不出来的。热解吸温度 不够,不利于有机组分的热解吸。而热解吸温度过高,会烧焦 Tenax-TA吸附剂。解吸温度一般在300 ℃ 左右。
  C.热解吸时间。解吸时间亦对试验结果有影响。解吸时间过 短,组分没有被完全解吸,组分的解吸率会下降;解吸时间过长,由 于热解吸仪解吸时气密性不好,组分的解吸率亦会下降。对于不 同型号的解吸仪而言,解吸时间亦会不同。解吸时间一般控制在 5 min - 10 min 之间。
  d.热解吸仪的软管处理。软管必须干燥干净,在接入吸附管 前先通氮气,防止软管残留杂质进人吸附管里。
  4)载气。
  a.载气流速。载气流速高,色谱峰狭;载气流速低,色谱峰狭。 但流速过高或过低对分离都有不利的影响。流速要求要平稳,常 用的流速范围在10 mL/min ~ 100 mL/min之间。
  b.载气、氢气、空气流量比。氢火焰离子化检测器工作时需要 三种气体:载气、氢气和空气,在使用毛细管柱时还需要载气补充 气。一般而言,载气流量在30 mL/min左右,氢气在30 mL/min左 右,空气在 220 mL/min ~300 mL/min 之间。
  5)毛细管柱。
  a.毛细管柱长度。毛细管柱增长,可改善分离能力;毛细管柱 减短,组分容易析出,没有被充分吸附和分配。
  b.毛细管柱内径。由于小口径毛细管柱受柱容量的限制,需 采用分流技术将样品的一部分引人毛细管柱。样品在加热的汽化 室内汽化,汽化后的蒸汽大部分经分流管道放空,但对于沸程宽, 浓度差别大,化学性能各异的样品容易产生非线性分流。所以宜 采用分离性能好的大口径毛细管,不用分流,其有很好的定量精度 和重复性。
  c.毛细管柱温。毛细管柱温选择在混合物的沸点范围内。提 高柱温可缩短分析时间;降低柱温可使色谱柱选择性增大,有利于 组分的分离和色谱柱稳定性提髙,一般采用不低于数十度于样品 的平均沸点的柱温为较合适,对易挥发样品用低柱温,不易挥发的 样品采用高柱温。当分析像TVOC这种沸点范围很宽的混合物 时,用等温分析方法难以完成分离任务,采用程序升温方法,可以 改善宽沸程样品的分离度并缩短分析时间。
  6)气相色谱各室温度控制。
  a.检测室温度。检测室的温度一定比柱温高,且不能低于 120  ,否则会产生凝结水,增大检测器的噪声,影响微量组分的 准确度。检测TVOC时检测室温度宜设定在280 ? ~ 300 cC之间。
  b.汽化室温度。汽化室温度要高于样品中高沸点组分的沸点 值,一次汽化,保证色谱峰形不展宽。
  c.毛细管柱室温度。由于TVOC分析必须采用柱箱程序升温 来解决组分分离,因此,气相色谱仪器中柱室程序升温的重复性及 控温精度就十分重要,将直接影响TVOC的定性定量重复性。
  7)进样。
  进人分析系统的样品用量、进样时间、进样量的准确性和重复 性都对气相色谱的定性、定量有很大影响。进样量过大,进样时间 过长都会使色谱峰变宽甚至变形;进样量适中,进样快其分离效果 好。进样方法一般采用注射器进样。
  8)组分解吸率差异影响。
  不通过热解吸仪,直接进样TVOC标准物质I μΙ( 100 μ^/ιΛ), 与通过热解吸进样比较得知各组分的解吸率不同。组分解吸率越 低,结果偏差越大。
  3结论与探讨
  室内空气中的总挥发性有机化合物(TVOC) 一方面在空气中 的含量很微量,另一方面它包含了多种有机物,其沸程宽、化学性 能各异、浓度不同。因此,检测的准确度、灵敏度、重复性均不容 易达到标准要求。这就要求我们必须做好检测前现场的各种准 备工作,采用正确的气体采样方法和标样取样方法,选用热解析 直接进样装置,正确选用毛细柱和吸附管,要采取正确的进样方 式,要正确选择气相色谱仪并将色谱分析条件调试到最佳灵敏度 状态。气相色谱法具备高灵敏度、高选择性、高效能、速度快、应 用范围广等诸多优点,在检测过程中仔细对比,认真总结,进一步 提高检测技术和手段,便会消除影响因素干扰,得到准确的测试 结果。