氣相色譜法對(duì)環(huán)境空氣中非甲烷總烴的測(cè)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(cè)站，新疆 伊寧 835000）

引言

非甲烷總烴是不屬于甲烷及類別的碳?xì)浠衔锟偡Q。研究發(fā)現(xiàn)，非甲烷總烴在環(huán)境空氣中含有量相對(duì)較低，不會(huì)對(duì)人體和動(dòng)植物造成影響。但是近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(guò)限定值，將會(huì)對(duì)環(huán)境、人類和動(dòng)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(qiáng)烈反應(yīng)，可見(jiàn)其影響已經(jīng)日益擴(kuò)大。因此，為進(jìn)一步預(yù)防非甲烷總烴對(duì)環(huán)境空氣的影響，相關(guān)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)性研究非甲烷總烴的測(cè)定方法。

1 氣相色譜法測(cè)定環(huán)境空氣中非甲烷總烴的原理及優(yōu)勢(shì)

1.1 測(cè)定方法原理分析

采用氣相色譜測(cè)定環(huán)境空氣中非甲烷總烴已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的重點(diǎn)方法。該方法在測(cè)定非甲烷總烴時(shí)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(jìn)入到十通閥分別到達(dá)總烴柱和甲烷柱時(shí)，就可以分別測(cè)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(cè)定過(guò)程中，為避免氧對(duì)測(cè)定過(guò)程的干擾，一般采用除烴空氣取代被測(cè)樣品，如此一來(lái)在總烴柱上測(cè)定氧時(shí)，可直接扣除，有利于提升測(cè)定精度。

1.2 氣相色譜法測(cè)定環(huán)境空氣中非甲烷總烴的優(yōu)勢(shì)

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

第一，氣相色譜法測(cè)定過(guò)程具有速度快、效率高的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)?，?dāng)前環(huán)境空氣測(cè)定中采用該方法，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，利用先進(jìn)的測(cè)定設(shè)備完成各項(xiàng)測(cè)定工作，切實(shí)保障了測(cè)定工作效率。

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

2 氣相色譜法測(cè)定非甲烷總烴的試驗(yàn)研究

為探討氣相色譜法測(cè)定非甲烷總烴的具體應(yīng)用，本研究針對(duì)某次非甲烷總烴測(cè)定試驗(yàn)進(jìn)行了分析，描述試驗(yàn)過(guò)程，并總結(jié)測(cè)定方法的應(yīng)用要點(diǎn)。

2.1 測(cè)定的儀器設(shè)備

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

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

（2）全自動(dòng)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(yàn)底氣選擇氮?dú)狻?/p>

（5）氣體采樣針筒規(guī)格為100 mL[1]。

2.2 試驗(yàn)條件的確定

根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)儀器設(shè)備的參數(shù)和條件進(jìn)行設(shè)置，以確保試驗(yàn)良好開(kāi)展。

（1）總烴采用毛細(xì)管空柱，規(guī)格為20 m×0.53 mm。

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

（3）試驗(yàn)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(zhǎng)內(nèi)徑2 mm不銹鋼柱子。（核）

2.3 測(cè)定過(guò)程

在測(cè)定條件達(dá)到后開(kāi)始測(cè)定，利用100 mL氣體采樣針筒將被測(cè)定氣體直接打入氣相色譜檢測(cè)儀器的進(jìn)口當(dāng)中，不斷推入空氣直到符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)位置。確認(rèn)排氣口進(jìn)入持續(xù)排氣狀態(tài)后，更換六通閥，將1 mL氣體通過(guò)定量環(huán)注入。

2.4 檢出限的測(cè)定

在本次試驗(yàn)開(kāi)展的過(guò)程中，要求針對(duì)性完成檢出限的測(cè)定，包括甲烷檢出限、總烴檢出限等，繼而計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，確認(rèn)甲烷和總烴的加標(biāo)回收結(jié)果。

（1）甲烷檢出限測(cè)定按照1.08 mg/m3濃度測(cè)定，重復(fù)測(cè)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(jì)算，甲烷檢出限標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.006 9、檢出限為0.022 mg/m3。

（2）總烴檢出限測(cè)定的過(guò)程中，以0.020 mg/m3為標(biāo)準(zhǔn)，在重復(fù)測(cè)定七次后，獲取數(shù)值，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方差和檢出限。本次試驗(yàn)中，總烴測(cè)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(jì)算總烴的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.013 4、檢出限為0.042 mg/m3。

2.5 重復(fù)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)差

本次試驗(yàn)中要求完成重復(fù)測(cè)定，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。測(cè)定過(guò)程中，要求重復(fù)測(cè)定5次，測(cè)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(cè)定后計(jì)算甲烷和總烴的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

（1）甲烷重復(fù)性測(cè)定時(shí)，測(cè)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(jì)算其平均濃度為5.39 mg/m3，最后計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.17%。

（2）總烴重復(fù)性測(cè)定5次之后，測(cè)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(jì)算總烴的平均濃度為54.39mg/m3，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為0.04%。

2.6 總烴加標(biāo)回收測(cè)定

測(cè)定過(guò)程中，要求對(duì)總烴加標(biāo)回收進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定過(guò)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(biāo)準(zhǔn)氣體，完成后測(cè)定總烴濃度。

（1）完成甲烷加標(biāo)測(cè)定后進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計(jì)。加標(biāo)前測(cè)定濃度和體積分別為1.01 mg/m3和90 mL；加標(biāo)后的濃度和體積分別為1.44 mg/m3和100 mL，試驗(yàn)中測(cè)定加標(biāo)量為53.1 μg，加標(biāo)含量為54.1，最后計(jì)算回收率為98.2%[2]。

（2）總烴加標(biāo)測(cè)定時(shí)，通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)測(cè)定加標(biāo)前濃度為1.32 mg/m3、加標(biāo)前體積90 mL；加標(biāo)后的濃度達(dá)到6.48 mg/m3、加標(biāo)后體積為100 mL，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定確認(rèn)最終試驗(yàn)加標(biāo)量為529.2 μg、加標(biāo)含量544.3 μg、回收率為97.2%。

2.7 試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)及非甲烷總烴的檢測(cè)結(jié)果，針對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。

第一，測(cè)定完成后對(duì)方法檢出限進(jìn)行了測(cè)定，添加儀器檢出限3倍液濃度，連續(xù)測(cè)定7次，最終測(cè)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(cè)定完成后確定檢測(cè)方法的精度，以標(biāo)準(zhǔn)偏差和加標(biāo)回收率為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按照總烴和甲烷的加標(biāo)回收數(shù)據(jù)可知非甲烷總烴的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.17%～0.04%，97.2%～98.2%。

按照上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和總結(jié)可知本次試驗(yàn)利用氣相色譜測(cè)定非甲烷總烴含量的標(biāo)準(zhǔn)差僅為0.17%～0.04%，完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，更滿足空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)要求，確認(rèn)氣相色譜測(cè)定方法值得推廣應(yīng)用。

3 氣相色譜法測(cè)定非甲烷總烴含量的方法總結(jié)

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

3.1 儀器設(shè)備的選擇

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

（1）根據(jù)試驗(yàn)要求確認(rèn)儀器設(shè)備種類。

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

（3）測(cè)定前對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行必要的檢測(cè)和調(diào)試，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備本身存在精度問(wèn)題或者故障問(wèn)題，要求實(shí)施針對(duì)性處理，或是更換新設(shè)備，或是對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修。

（4）測(cè)定完成后對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行再次校驗(yàn)，確認(rèn)儀器是否存在精度問(wèn)題和故障，確認(rèn)無(wú)故障后才可整理儲(chǔ)存。

本次試驗(yàn)選擇的氣相色譜儀器，空氣壓縮機(jī)等設(shè)備均能提前設(shè)計(jì)，同時(shí)也進(jìn)行了試驗(yàn)檢查，確認(rèn)儀器設(shè)備性能良好后才開(kāi)始試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)條件的建立

明確試驗(yàn)條件是氣相色譜測(cè)定試驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中的重要工作，在測(cè)定工程中，如果不確定條件，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素將增加，試驗(yàn)精度也將有所下降。因此，氣相色譜測(cè)定方法在應(yīng)用中，應(yīng)明確試驗(yàn)條件，即使利用設(shè)備儀器進(jìn)行試驗(yàn)，也需要將設(shè)備儀器的參數(shù)調(diào)整到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）溫度條件?？刂圃囼?yàn)過(guò)程中溫度條件，尤其是在本次試驗(yàn)中，檢測(cè)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(yàn)過(guò)程中，進(jìn)樣口溫度、柱箱溫度及檢測(cè)設(shè)備溫度分別為110 ℃、70 ℃和120 ℃，試驗(yàn)過(guò)程中一定要確認(rèn)溫度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求溫度，才能夠?qū)嵤┰囼?yàn)管理[3]。

（2）試驗(yàn)氣體濃度。要求在試驗(yàn)前設(shè)計(jì)方案。了解試驗(yàn)要求后確認(rèn)試驗(yàn)氣體種類和氣體濃度等，在試驗(yàn)中建立科學(xué)的氣體環(huán)境，為后續(xù)的氣體試驗(yàn)打好基礎(chǔ)，提升氣體試驗(yàn)效果。在上述試驗(yàn)中，甲烷、丙烷的應(yīng)用均設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)濃度，試驗(yàn)前如發(fā)現(xiàn)氣體濃度不符合試驗(yàn)要求的濃度，就要求立刻更換氣體，避免氣體對(duì)試驗(yàn)造成影響。

（3）試驗(yàn)整體環(huán)境應(yīng)保證安全、避免受到外界干擾。如在試驗(yàn)前應(yīng)建立試驗(yàn)室等，構(gòu)建符合試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件。

3.3 試驗(yàn)中做好精細(xì)化管理

試驗(yàn)中應(yīng)做好精細(xì)化管理，了解試驗(yàn)要點(diǎn)，切實(shí)做好試驗(yàn)管控，確保試驗(yàn)管理達(dá)到最佳效果。以下對(duì)精細(xì)化試驗(yàn)管理要點(diǎn)進(jìn)行分析。

（1）試驗(yàn)前需要了解試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的明確非常重要，能夠確認(rèn)試驗(yàn)步驟和要點(diǎn)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，才能夠保證試驗(yàn)良好開(kāi)展。

（2）試驗(yàn)前應(yīng)明確試驗(yàn)原理，步驟和流程，仔細(xì)確認(rèn)試驗(yàn)原理和流程，確保試驗(yàn)管理過(guò)程中，能夠把控每個(gè)步驟細(xì)節(jié)、材料加入量、設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)，設(shè)備儀器室應(yīng)用時(shí)間等均按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)完成，確保試驗(yàn)順利開(kāi)展。在上述試驗(yàn)中，儀器設(shè)備選擇、試驗(yàn)步驟提前設(shè)計(jì)，試驗(yàn)員要確保每個(gè)步驟都按照要求完成，更能夠提升試驗(yàn)效率。

（3）試驗(yàn)中采用監(jiān)督管理制度，設(shè)置試驗(yàn)小組，小組內(nèi)成員各司其職。如試驗(yàn)中設(shè)置材料和儀器管理人員，具體試驗(yàn)員及監(jiān)督記錄人員。在整個(gè)試驗(yàn)中，監(jiān)督記錄人員要起到關(guān)鍵的作用。在試驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中，監(jiān)督記錄人員要記錄每項(xiàng)操作，同時(shí)也應(yīng)按照方案監(jiān)督試驗(yàn)員的工作行為，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)員出現(xiàn)錯(cuò)誤，應(yīng)立刻提醒，并確認(rèn)該錯(cuò)誤是否對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)造成影響。如果確認(rèn)失誤會(huì)對(duì)試驗(yàn)造成影響，需要試驗(yàn)人員重新試驗(yàn)。如在本次試驗(yàn)的過(guò)程中，監(jiān)督記錄人員要記錄總烴、甲烷測(cè)量數(shù)值，保證后續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算更加精準(zhǔn)。

（4）試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及計(jì)算控制。在試驗(yàn)中，部分?jǐn)?shù)據(jù)不能利用試驗(yàn)和儀器直接獲取，需要通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算和分析獲取。因此，在試驗(yàn)開(kāi)展的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)通過(guò)試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)反復(fù)確認(rèn)，多人復(fù)核后交由負(fù)責(zé)計(jì)算的試驗(yàn)人員。在數(shù)據(jù)計(jì)算的過(guò)程中要求計(jì)算人員高度認(rèn)真，反復(fù)確認(rèn)計(jì)算結(jié)果，并帶入試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)問(wèn)題，才可以記錄數(shù)據(jù)。如在本次試驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中，非甲烷總烴計(jì)算，加標(biāo)后計(jì)算都非常復(fù)雜，在實(shí)施計(jì)算工作中，要求根據(jù)公式反復(fù)計(jì)算，確認(rèn)計(jì)算結(jié)果是否精準(zhǔn)[4]。

3.4 試驗(yàn)人員的管理

在試驗(yàn)中，試驗(yàn)人員是保證試驗(yàn)良好開(kāi)展、統(tǒng)計(jì)結(jié)果精準(zhǔn)的重要因素。因此，在試驗(yàn)開(kāi)展的過(guò)程中，應(yīng)注重對(duì)試驗(yàn)人員的綜合管理，確保試驗(yàn)人員在試驗(yàn)中發(fā)揮良好作用。

試驗(yàn)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(píng)估試驗(yàn)室員工以確保其具備執(zhí)行任務(wù)所需的知識(shí)和技能。以下是一些關(guān)于試驗(yàn)人員管理的建議。

（1）招聘人員，組建團(tuán)隊(duì)。試驗(yàn)室人員招聘過(guò)程中，應(yīng)確保招聘的試驗(yàn)人員具備相關(guān)的實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、特殊試驗(yàn)的專用證書，招聘學(xué)歷、經(jīng)驗(yàn)均豐富的人才，組建專業(yè)化試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，為后續(xù)的試驗(yàn)開(kāi)展打好基礎(chǔ)。如在本次試驗(yàn)開(kāi)始前，應(yīng)挑選具備氣相色譜法試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的人員開(kāi)展工作，確保檢驗(yàn)檢測(cè)完成良好。

（2）試驗(yàn)人員培訓(xùn)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)人員進(jìn)行專業(yè)化培訓(xùn)，進(jìn)一步提升試驗(yàn)人員的試驗(yàn)技能水平，以保證試驗(yàn)人員明確試驗(yàn)室的規(guī)章制度、試驗(yàn)操作流程、安全要求及試驗(yàn)設(shè)備的正確使用方法。另外，也需要定期進(jìn)行新技術(shù)培訓(xùn)，確保人才掌握更為先進(jìn)的技術(shù)方法，保證試驗(yàn)工作開(kāi)展良好，提升試驗(yàn)中各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用效率[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，氣相色譜法測(cè)定環(huán)境空氣中非甲烷總烴精度非常高，達(dá)到0.17%～0.04%，適合在當(dāng)下空氣環(huán)境檢測(cè)中應(yīng)用。另外，隨著當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展，氣相色譜檢測(cè)方法也將進(jìn)一步發(fā)展。為優(yōu)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，有關(guān)部門應(yīng)重視對(duì)相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新研究和應(yīng)用，以確?？諝獗O(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用更加精準(zhǔn)和高效。