氣相色譜法檢測廢氣中甲烷、非甲烷總烴的問題探析

張意如

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，不斷擴(kuò)大的工業(yè)生產(chǎn)向空氣中排放著大量污染物，這就需要準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)有效的環(huán)境管理。氣相色譜法能夠迅速、準(zhǔn)確的測定廢氣中的甲烷、非甲烷總烴，但也存在著一定的問題，本文就此展開探討。

關(guān)鍵詞：氣相色譜法；甲烷；非甲烷總烴

甲烷是最簡單的有機(jī)物，主要用于燃料及炭黑、氫等的生產(chǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，甲烷的溫室效應(yīng)明顯，是二氧化碳的二十五倍。非甲烷總烴一般指的是除甲烷外的一切可揮發(fā)的碳?xì)浠衔锛把苌??？諝庵械臒N類主要來自于車輛尾氣排放、工業(yè)生產(chǎn)、燃燒過程等，烴類含量高，就表明空氣中的有機(jī)污染物較多，達(dá)到一定比例，不僅會對人們的身體健康造成危害，還會經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)生成危害更大的光化學(xué)煙霧。所以，為了降低溫室氣體的排放以及空氣污染，對空氣中的甲烷、非甲烷總烴進(jìn)行檢測與管理極為必要。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（1）儀器選擇。氣相色譜儀：安捷倫7820A，編號S001-1C。

測定條件：進(jìn)氣閥，0.01mm開啟，0.5mm關(guān)閉；檢測器，氫焰離子化檢測器（FID），檢測器溫度，280℃；色譜柱，玻璃微球填充柱1m、GDX-502填充柱3m；柱流量，恒壓10psi；柱箱溫度，70℃，保持2.0min。

（2）標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)怏w。通過研究國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)怏w的選擇存在不同。對不同標(biāo)氣在檢測器上的響應(yīng)差別及其分析效率進(jìn)行比較。

（3）樣品保存。樣品保存的容器一般包括：玻璃注射器、真空瓶、蘇碼罐、惰性氣袋等。蘇碼罐的成本較高，真空瓶的體積過大，玻璃注射器氣密性不足，實(shí)際中用的更多的是惰性氣袋。分析惰性氣袋對樣品的保存效果。

（4）配氣方式。一般包括以下兩種方式：手工以及配氣儀配氣。后者成本較高，很多地區(qū)并未配置。通過對以上兩種方法的比較，檢驗(yàn)手工方法能否滿足檢測需要。

（5）色譜柱的選擇。包括兩種選擇：填充柱與毛細(xì)管柱。雖然毛細(xì)管柱有逐步代替填充柱的趨勢，但后者成本更低，在基層地區(qū)更為適用，經(jīng)過比較，分析填充柱的可用性。

二、結(jié)果與討論

（1）標(biāo)氣選擇。美國EPA方法采用的是丙烷而不是甲烷作為標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)?，這是由相應(yīng)的理論決定的，而不是說丙烷更易于定量非甲烷總烴。研究結(jié)果也表明，在相同的條件下，甲烷、丙烷以碳計，F(xiàn)ID響應(yīng)沒有特別大的差別，再加上分析效率的提高，應(yīng)用甲烷當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)怏w更為合適。

（2）樣品保存。研究結(jié)果表明，鍍有鋁涂層的聚乙烯采集袋（鋁塑氣袋）以及泰德拉氣袋有著更好的氣密性，低、中、高濃度的甲烷在保存的一周內(nèi)，較為穩(wěn)定，保存效果好。此外，玻璃注射器的氣密性非常差，同一批次的注射器中，一般僅有10%～20%可用于檢驗(yàn)。所以，在檢測過程中使用玻璃注射器采集，再使用惰性氣袋保存。由于非甲烷總烴包括各類碳?xì)浠衔锛捌溲苌?，還可能包括醛、酮等缺乏穩(wěn)定性的物質(zhì)，因此根據(jù)《固定污染源排氣中非甲烷總烴的測定氣相色譜法》的要求，樣品需要在當(dāng)天完成實(shí)驗(yàn)。甲烷的惰性較強(qiáng)，按照保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如只檢驗(yàn)甲烷，且存放于氣密性較好的惰性氣袋中，可在一周內(nèi)進(jìn)行分析。

（3）配氣方式。研究結(jié)果表明，手工與配氣儀配氣都能夠達(dá)到要求。采用兩種方法配制的曲線定量計算相同樣品，其誤差低于5%，不存在顯著差別，所以各個地區(qū)可依據(jù)實(shí)際情況選用。不過要注意的是，手工方法的最低濃度不能過低（比如，接近檢測限），這樣不僅使得操作麻煩，而且由于過于稀釋以及注射器的漏氣現(xiàn)象導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)，所得數(shù)據(jù)表明，各個濃度的甲烷標(biāo)氣在氫火焰離子化檢測器有較好的線性關(guān)系。實(shí)際中，按照樣品濃度來選擇適宜的量程，進(jìn)而分配各濃度點(diǎn)。

（4）色譜柱的選擇。從研究結(jié)果來看，毛細(xì)管色譜柱的出峰尖銳，有助于得到較好的檢出限，但成本過高；填充柱色譜檢出限較差，但已經(jīng)能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求，且成本較低，而且對甲烷和氧峰的分離來說，填充柱要比毛細(xì)管柱好一些。所以，可依據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r隨意選用。

（5）其他問題

①樣品采集方法：按照固定污染源的實(shí)際情況，有著多種采集方法可用。對于有組織排放來說，要求在煙道采樣，注意到過濾、加熱及負(fù)壓等的影響，更多的選用煙氣采樣器動力采樣；對于無組織排放來說，可以直接采用玻璃注射器采樣，其特點(diǎn)在于簡單方便。不過，雖然采樣方便，但在運(yùn)輸過程中易于遭受損傷，且氣密性不佳，易于與外部空氣發(fā)生反應(yīng)，影響到樣品的保存效果。所以，現(xiàn)場可用玻璃注射器采樣，再注入惰性容器來保存。

②儀器的配置：在實(shí)際操作時，有些機(jī)構(gòu)配置的是單柱、單檢測器，先檢測各個樣品的甲烷值，更替色譜柱后再檢測總烴值，因?yàn)殡S著時間的變化，樣品也會發(fā)生改變，這就會影響到最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至于出現(xiàn)負(fù)值的非甲烷總烴。而一次進(jìn)樣、雙柱分離、雙檢測器檢測，就能夠較好的解決這一問題。所以，在條件許可的情況下，最好是配置雙檢測器的氣相色譜儀。

結(jié)語

通過以上分析，氣相色譜法檢測廢氣中的甲烷、非甲烷總烴，應(yīng)用甲烷作為標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)怏w較為合適，與丙烷比較，對非甲烷總烴的定量沒有較大差別，且時間上明顯縮短，提升了作業(yè)效率；在儀器配置上，建議采用雙柱配置的氣相色譜，一次進(jìn)樣做完所有分析，效率更高，而且能夠有效提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；手工配制方法盡管有些麻煩，但也能較好的滿足實(shí)驗(yàn)要求，且成本更低；與毛細(xì)管柱相比來說，填充柱的檢出限盡管稍差，但成本更低，已經(jīng)能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求；在樣品采集環(huán)節(jié)，污染源具有負(fù)壓時，需要選用動力采樣，而其余情況以及無組織排放，采用玻璃注射器采集，再注入惰性氣袋存放即可，這樣不但提高了采集效率，而且更加方便運(yùn)送，氣密性也很好，方便保存。

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