室內(nèi)空氣中TVOC檢測方法改進(jìn)可行性研究

余塘

摘要：本文中，基于GB50325-2010《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》附錄G，對氣相色譜升溫程序進(jìn)行了優(yōu)化。改進(jìn)后的升溫程序，不但各組分分離良好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確還提高了約1倍的試驗(yàn)?zāi)芰?，十分具有推廣價值。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)空氣污染；TVOC檢測方法；程序升溫；優(yōu)化改進(jìn)

前言

近十年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，房地產(chǎn)一再升溫，購房、居室裝修已成為這一時代的熱點(diǎn)話題，隨之而來的便是不可避免的室內(nèi)空氣污染問題。據(jù)權(quán)威統(tǒng)計，當(dāng)今我國每年因空氣污染導(dǎo)致提前死亡的人數(shù)超過30萬，這其中和人體接觸時間最長的室內(nèi)空氣污染影響最大?，F(xiàn)代人80%以上的時間在室內(nèi)度過，嬰幼兒、老弱病殘者在室內(nèi)時間更長。因此，室內(nèi)裝飾裝修材料、家具、家電等對室內(nèi)環(huán)境造成的污染，已成為繼煤煙污染和光化學(xué)煙霧污染之后的第三次污染室內(nèi)空氣污染物的種類很多，TVOC是其中重要的一項(xiàng)。

為此GB50325-2010《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》附錄G對室內(nèi)空氣中TVOC檢測方法做出如下規(guī)定：配備帶有氫火焰離子化檢測器的氣相色譜儀；石英毛細(xì)管柱：長度應(yīng)為30～50m，內(nèi)徑應(yīng)為0.32mm或0.53mm，內(nèi)柱涂覆二甲基聚硅氧烷的膜厚應(yīng)為1μm～5μm；柱操作條件應(yīng)為程序升溫，初始溫度應(yīng)為50℃，保持10min，升溫速率5℃/min，溫度升至250℃，保持2min。按此程序升溫耗時加上儀器冷卻等待時間，試驗(yàn)一個樣品約耗時1h，時間偏長，遇上樣品較多時往往力不從心。所謂程序升溫，是指色譜柱的溫度按照組分沸程設(shè)置的程序連續(xù)地隨時間線性或非線性逐漸升高，使柱溫與組分的沸點(diǎn)相互對應(yīng)，以使低沸點(diǎn)組分和高沸點(diǎn)組分在色譜柱中都有適宜的保留、色譜峰分布均勻且峰形對稱?？梢娭渖郎爻绦虻闹贫?，其基本原則在于要保證所分析的各組分的分離效果和峰形。其對儀器檢測精確度的影響相對較小。因此，本文將重點(diǎn)探討在保證分離效果和檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的條件下，優(yōu)化升溫程序可行性，提升室內(nèi)空氣TVOC的檢測效率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)器材

7820A型氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司；

AutoTDS-1型熱解吸儀，北京踏實(shí)科貿(mào)有限責(zé)任公司；

SPB-3全自動空氣源，北京中惠普分析技術(shù)研究所；

SPH-300A氫氣發(fā)生器，北京中惠普分析技術(shù)研究所；

Tenax-TA不銹鋼采樣管（填充量200mg），北京市勞動保護(hù)科學(xué)研究所；

甲醇中9種VOC混合系列Ⅲ溶液（1000μg/ml，證書編號：600904），國家環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；1μL進(jìn)樣針，澳大利亞SGE公司。

1.2 試驗(yàn)條件

色譜柱：Agilent Technology HP-1MS色譜柱30m×Φ0.32ram×1.0μm：

檢測器：FID：

載氣：氮?dú)猓?/p>

載氣流量：1.0ml/min：

分流比：20：1；

進(jìn)樣口溫度250℃；

檢測器溫度：280℃；

柱箱條件A：初始溫度應(yīng)為50℃，保持10min，升溫速率5℃/min，溫度升至250℃，保持2mim

柱箱條件B：初始溫度應(yīng)為50℃，保持3min，升溫速率8℃/min，溫度升至250℃，保持2min：

解析條件：解析溫度290℃，解析3min，進(jìn)樣40s：

1.3 試驗(yàn)步驟

隨機(jī)挑選阻力符合標(biāo)準(zhǔn)要求的Tenax-TA不銹鋼采樣管5支經(jīng)300℃活化至無雜峰，用1000μg/ml的標(biāo)準(zhǔn)溶液1μl注入吸附管，同時用100ml/min的氮?dú)馔ㄟ^吸附管，5min后取下，密封，制成標(biāo)準(zhǔn)系列管，編號1-5#。然后按照柱箱條件A對5支采樣管依次進(jìn)行試驗(yàn)并保存譜圖。按同樣操作在柱箱條件B下進(jìn)行同樣試驗(yàn)并保存譜圖，并對兩種升溫條件下的譜圖進(jìn)行分析對比。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 分離效果

色譜峰的分離最直接的判斷依據(jù)為分離度R，理論認(rèn)為：若峰形對稱，峰分布滿足高斯分布，在R=1時，分離程度可達(dá)98%，在R=1.5時，分離程度可達(dá)99.7%，因此有很多學(xué)者主張用R≥1.5作為相鄰兩峰已完全分開的標(biāo)志，但在復(fù)雜體系中亦可認(rèn)為R≥1時相鄰兩峰已完全分開。

分離度R的計算公式如下：

式中tR1和tR2分別是峰1和峰2的保留時間，w1和w2分別是峰1和峰2在峰底（基線）的峰寬，如下圖所示：

一般而言，峰底寬度測量難度較大，特別是不對稱峰或是相鄰兩峰底有疊加的色譜峰，因此有學(xué)者提出用半峰寬代替峰底寬進(jìn)行分離度計算，并給出了理想狀態(tài)下的換算公式：

因此，本次探索實(shí)驗(yàn)主要通過保留時間和半峰寬計算分離度來評判相鄰峰的分離效果。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，室內(nèi)空氣質(zhì)量TVOC檢測試驗(yàn)中，苯、甲苯、乙酸丁酯和十一烷的保留時間較其他組分都能有明顯差異（大于imin），乙苯、間對二甲苯、苯乙烯和鄰二甲苯四種物質(zhì)保留時間較為接近。

為方便統(tǒng)計將乙苯和對間二甲苯命名為組分1，苯乙烯和鄰二甲苯命名為組分2，本文將重點(diǎn)針對這2對組分計算各采樣管的分離度，結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出在兩種不同程序升溫下，2組目標(biāo)組分的分離度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.5，各組分均有理想的分離，并無實(shí)質(zhì)性區(qū)別。

2.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

由上可知改進(jìn)升序升溫后分離效果基本不受到影響，那么兩種程序升溫對各組分的峰面積影響如何，本文將用F檢驗(yàn)法（取95%置信度）對各組分改進(jìn)前后的峰面積值進(jìn)行檢驗(yàn)以判斷改進(jìn)前后各組分兩組數(shù)據(jù)有誤顯著性差異。結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，標(biāo)準(zhǔn)升溫程序和改進(jìn)后的升溫程序在檢測中都有不錯的一致性，且兩種程序升溫下同種組分的峰面積經(jīng)F檢驗(yàn)無顯著性差異。改進(jìn)前后各采樣管的峰面積均有較好的一致性，且各采樣管之間的差異主要由采樣管本身的差異決定，但只要保證采樣管符合GB50325的要求，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均能有良好的重現(xiàn)性。

3 結(jié)語

本文在GB50325基礎(chǔ)上對TVOC實(shí)驗(yàn)方法的升溫程序進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)后的程序升溫條件為：初始溫度應(yīng)為50℃，保持3min，升溫速率8℃/min，溫度升至250℃，保持2min。結(jié)果顯示優(yōu)化后無論是分離效果還是檢測準(zhǔn)確度都沒有受到明顯影響，并且能使單個樣品分析時間減半，提升了檢測效率，具有一定的實(shí)際推廣價值。