CN1831530A

CN1831530A - 一种对空气中多种挥发有机物的检测方法

Info

Publication number: CN1831530A
Application number: CN 200610060155
Authority: CN
Inventors: 李宣; 江丽媛; 张斌; 梁淑雯; 慕俊泽
Original assignee: SHENZHEN ENTRY-EXIT INSPECTION AND QUARANTINE BUREAU OF PRC
Current assignee: SHENZHEN ENTRY-EXIT INSPECTION AND QUARANTINE BUREAU OF PRC
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2006-09-13

Abstract

本发明公开了一种对空气中多种挥发有机物的检测方法，所述方法包括：A.利用扩散型挥发有机物采样器对特定区域中的空气进行采样，采集空气中多种挥发有机物；B.利用溶剂将采集的多种挥发有机物萃取至所述溶剂中；C.用气相色谱法分离测定各种挥发有机物；D.通过计算得到各种挥发有机物在空气中的含量。本发明的优点是能够一次同时采集特定区域空气中多种挥发有机物，并对采集到的多种挥发有机物进行分离和测定，显著地提高了挥发有机物的检测灵敏度和分析的效率，并且具有优异的检测精度和准确度。

Description

一种对空气中多种挥发有机物的检测方法

技术领域

本发明涉及对空气中挥发有机物的检测技术，尤其涉及一种对空气中多种挥发有机物的检测方法。

背景技术

空气中很多挥发有机物具有毒性，具有致癌、致畸、致突变作用，所以很多国家对挥发有机物制定严格的限量。目前对空气中各种有机挥发物的检测大多采用传统的空气采样和检测方法，例如：对空气中甲苯的检测方法为，使用玻璃管，装上4英寸的20/40目的活性碳(之后发展成用两段各1英寸的活性炭装到玻璃管中，使用这样的玻璃管采集甲苯)，然后抽气通过玻璃管吸收甲苯，用合适的溶剂解吸，用气相色谱测定；对空气中的丙酮也是用活性炭收集，然后用GC/FID测定，而活性炭收集丙酮的缺点是稳定时间比较短；对空气中的环己酮最早用活性炭(或用Chromosorb 106代替活性炭)管采集，用合适的溶剂解吸，用气相色谱测定含量，其缺点是回收率会很快下降；对空气中的异丙醇用椰子壳碳管采集，放在冰箱里保存，尽快测定，可以用60/40DMF/CS₂的混合溶剂解吸；对空气中的二氯甲烷是用大容量的活性炭管采集，用合适的溶剂解吸，得到的回收率较低，精密度较差；空气中的苯也是使用活性炭管采集。上述传统的检测方法由于使用的采样工具比较原始，使用的分析方法比较简单，分析测试仪器比较简陋，精密度较低，这样导致测试结果的代表性、准确性和精密性比较差，并且一次只能单独测定一种挥发有机物。而基于安全、卫生和环境保护的要求，对空气中有机挥发物的分析要求日趋复杂，要求分析的空气中有机挥发物的范围越来越大，要求分析测定的含量越来越低，要求分析测定的速度越来越快，显然，目前的方法无法适应上述要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种方法，该方法能够一次同时精确地测定空气中多种挥发有机物。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种对空气中多种挥发有机物的检测方法，所述方法包括：

A、利用扩散型挥发有机物采样器采集空气中多种挥发有机物；

B、利用溶剂将采集的多种挥发有机物萃取至所述溶剂中；

C、用气相色谱法分离测定各种挥发有机物，得到各种挥发有机物在溶液中的浓度；

D、通过计算得到各种挥发有机物在空气中的含量。

所述的方法，其中：所述的步骤C包括如下具体处理过程：

C1、采用火焰离子化检测器和非极性毛细管气相色谱柱，并设置进样口温度以及火焰离子化检测器温度均为250-300℃；

C2、将初始柱箱温度设置在预定的初始温度并保持第一预定时间，然后按照预定的升温程序将柱箱温度升至预定的最终温度保持第二预定时间；

C3、得到挥发有机物的色谱图；

C4、根据挥发有机物的色谱图计算出各挥发有机物在溶液中的浓度。

所述的方法，其中：所述步骤C2所述柱箱初始温度为25-30℃，第一预定时间为2min；预定的升温程序为：先按第一升温速率将温度升到60℃，再按第二升温速率升至所述最终温度；所述的最终温度为200℃，第二预定时间为3min。

所述的方法，其中：所述步骤C1还包括如下处理：设置火焰离子化检测器的各项参数为：分离载气为氮气，分离模式为恒压分离；柱头压为6.00-9.00psi；分流比设置在5∶1或50∶1之间；进样量为1.0μL；氢气为20-40mL/min；空气为200-400mL/min；尾吹气加柱流量恒定在40-60mL/min；所述的步骤C2所述的第一升温速率为5-10℃/min，第二升温速率为20-70℃/min。

所述的方法，其中：所述步骤C中最佳参数设置为：所述柱箱初始温度为30℃，第一升温速率为5℃/min，第二升温速率为70℃/min，柱头压为8.00psi，分流比设置为10∶1，进样口温度为250℃，火焰离子化检测器温度为300℃，氢气为30mL/min，空气为300mL/min；尾吹气加柱流量恒定在50mL/min。

所述的方法，其中：所述的步骤A包括以下具体步骤：打开扩散型挥发有机物采样器并将其设置在采样点，经过预定的采样时间后封闭采样器待测定。

所述的方法，其中：所述的步骤D包括如下步骤：

D1、根据各挥发有机物在溶剂中的浓度计算出吸附在采样器中的有机挥发物的质量；

D2、计算出各挥发有机物在空气中的含量。

所述的方法，其中：所述步骤B所述的溶剂为二硫化碳。

所述的方法，其中：所述步骤D2可以采用以下公式计算各挥发有机物在空气中的含量：

其中：C_v为采样样品在空气中的含量，单位为L/L；

P为气体分压，单位为atm；

M为摩尔质量，单位为g/mol；

R为气体常数，单位为L*atm/mol*k；

T为气体温度，单位为k；

SR为采样率，单位为mL/min；

t为采样时间，单位为min；

r为回收率；

m为采样样品的二硫化碳溶液中挥发有机物的质量，单位为g。

所述的方法，其中：所述步骤B包括如下处理：把2mL二硫化碳加入到采样器中，在室温下所述采样器振荡30分钟，有机挥发物被萃取至二硫化碳溶剂中形成二硫化碳溶液，再把二硫化碳溶液转移到色谱瓶中。

本发明的有益效果为：采用本发明方法能够一次同时采集特定区域空气中多种挥发有机物，并且由于采用气相色谱分离分析方法和非极性毛细管气相色谱柱，以及低初始柱温和按照预定程序升温的程序对多种挥发有机物进行分离和测定，解决了复杂化合物的分析问题，特别是成功地解决了丙酮、异丙醇和二氯甲烷等低分子量低沸点化合物的分离测定难题，显著地提高了挥发有机物的检测灵敏度和分析的效率，节省了大量的金钱和时间，降低了检测成本，并且具有优异的检测精度和准确度。

附图说明

图1为挥发有机物的色谱图；

图2为色谱图中色谱峰1、2、3和4的放大图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明主要分为样品采集和样品分析测定两个环节，包括以下步骤：A、利用扩散型挥发有机物采样器对特定区域中的空气进行采样，采集空气中多种挥发有机物；B、利用溶剂将采集的多种挥发有机物萃取至所述溶剂中；C、用气相色谱分离法分离出各种挥发有机物；D、通过计算得到各种挥发有机物在空气中的含量。

本发明利用扩散型挥发有机物采样器对特定区域中的空气进行采样。扩散型挥发有机物采样器是利用扩散或者渗透的原理使挥发有机物从高浓度区域转移到低浓度区域并进行采集的一类采样器。例如3M公司的3520挥发有机物采样器。扩散型挥发有机物采样器小巧、精致、不需要动力、便于携带、准确度高、精密度好，可以悬挂在采样人员的衣领或者帽檐处，而不影响采样人员的正常活动；而且佩带者在特定区域活动时，采样器可以采集特定区域内的空气中挥发有机物；并且由于该采样器是扩散型采样器，通过空气扩散，挥发有机物从高浓度向采样器中扩散，可以长时间进行采样，可以准确、客观地反映一个较长时间段的空气中有机挥发物的总体水平。在本发明中，使用扩散型挥发有机物采样器一次性采集空气中多种有机挥发物，例如丙酮(acetone)、苯(benzene)、环己酮(cyclohexanone)、异丙醇(isopropyl alcohol)、2-丁酮(methylethyl ketone)、4-甲基-2-戊酮(methylisobutylketone)、二氯甲烷(methylene chloride)、甲苯(toluene)、三氯乙烯(trichloroethylene)、二甲苯(xylene)等10种有机挥发物。其采样的具体方法是：打开扩散型挥发有机物采样器并放置在采样点，经过预定的采样时间后封闭采样器待测定。当采样结束后，把有机挥发物采样器密闭，在实验室把2mL二硫化碳加入到采样器中，室温振荡30分钟，有机挥发物被萃取至二硫化碳溶液中，把二硫化碳溶液转移到色谱瓶中待分析测定。

本发明采用气相色谱火焰离子化检测器(FID)分离测定以上10种化合物，得到各有机挥发物的色谱图，其步骤为：

C1、采用非极性毛细管气相色谱柱，例如：HP-1 19091Z-413毛细管柱(30m*0.32mm*0.25μm)，并设置进样口温度以及FID温度均为250-300℃，其中，进样口最佳温度为250℃，FID最佳温度为300℃；

C2、将初始柱箱温度设置在预定的初始温度并保持第一预定时间，然后按照预定的升温程序将柱箱温度升至预定的最终温度保持第二预定时间；在实际应用中，将柱箱温度的初始温度设置在25-30℃之间(最佳值为30℃)，保持约2min，然后以5-10℃/min(最佳值为5℃/min)的升温速率到60℃，再以20-70℃/min(最佳值为70℃/min)的升温速率升到200℃，保持约3min；

在分离过程中，其它参数条件设置为：分离载气为氮气，分离模式为恒压分离；柱头压为6.00-9.00psi(最佳值为8.00psi)；分流比设置在5∶1或50∶1之间(最佳值为70℃/min)；进样量为1.0μL；氢气为20-40mL/min(最佳值为30mL/min)；空气为200-400mL/min(最佳值为300mL/min)；尾吹气加柱流量恒定在40-60mL/min(最佳值为50mL/min)。

C3、得到如图1所示的挥发有机物的色谱图。其中色谱峰1为丙酮(acetone)、色谱峰2为异丙醇(isopropyl alcohol)、色谱峰3为二氯甲烷(methylene chloride)、色谱峰4为2-丁酮(methylethylketone)、色谱峰5为苯(benzene)、色谱峰6为三氯乙烯(trichloroethylene)、色谱峰7为4-甲基-2-戊酮(methylisobutylketone)、色谱峰8为甲苯(toluene)、色谱峰9为间，对-二甲苯(m，p-xylene)、色谱峰10为环己酮(cyclohexanone)、色谱峰11为邻二甲苯(o-xylene)。由图1可见，按照上述方法得到的色谱图色谱峰相互不重叠，没有双峰，呈高斯分布，图形漂亮，说明分离效果好，根据这样的色谱图测定计算出的各挥发有机物在空气中的含量才准确，并且精度高。

根据色谱图计算各种挥发有机物在空气中的含量包括两步：1、根据挥发有机物的色谱图计算出各挥发有机物在二硫化碳溶剂中的浓度；2、计算出各挥发有机物在空气中的含量。其具体计算如下：

二硫化碳溶液中挥发有机物的浓度为：

c = \frac{A \times c_{s}}{A_{s}} \times F - - - (1)

(1)式中，c为采样样品的二硫化碳溶液中挥发有机物的浓度，单位为g/mL；

A为采样样品的二硫化碳溶液中挥发有机物的响应值，单位为pA*s；

c_s为挥发有机物标物质的浓度，单位为g/mL；

A_s为挥发有机物标准物质的响应值，单位为pA*s；

F为样品二硫化碳溶液的稀释倍数。

二硫化碳溶液中挥发有机物的质量为：

m＝c×v_c (2)

(2)式中，m为采样样品的二硫化碳溶液中挥发有机物的质量，单位为g；

v_c为二硫化碳的萃取体积，单位为mL。

当r为二硫化碳在扩散型有机挥发物采样器的回收率，m₀为吸附在采样器中的有机挥发物的质量时，得到公式3：

m_{0} = \frac{m}{r} - - - (3)

当M为化合物分子量时，其摩尔数为：

n = \frac{m_{0}}{M} = \frac{m}{r \times M} - - - (4)

有机挥发物在空气中是以气体的形式存在，符合气体定律P×V＝n×R×T，其中，P为气体分压，V为气体体积，n为气体摩尔数，R为气体常数，T为气体温度。即：

V = \frac{n \times R \times T}{P} - - - (5)

用扩散型挥发有机物采样器采样时通过的空气体积数为：

V_空气＝SR×t (6)

公式(5)中SR为采样率，t为采样时间。

从(3)、(4)、(5)、(6)式得到空气中有机挥发物的含量Cv为：

以上十种化合物的空气中的含量都可以直接采用(7)式分别计算出来。

(7)式中，C_v为采样样品在空气中的含量，单位为L/L

P为气体分压，单位为atm；

M为摩尔质量，单位为g/mol；

R为气体常数，单位为L*atm/mol*k；

T为气体温度，单位为k；

SR为采样率，单位为mL/min；

t为采样时间，单位为min；

r为回收率。

采用本发明的方法，其特点为：1、能够同时测定实施例中所列的10种挥发有机物，技术上有新的突破，显著地提高了分析的效率，节省大量的金钱和时间；2、扩散型挥发有机物采样器小巧、精致，不需要动力，便于携带，并且准确度、精密度好；并且可以悬挂在衣领或者帽檐处，可以准确地采集人体口鼻呼吸处的空气中挥发有机物；3、由于采样器小巧，不影响佩带者的日常工作或生活，而且佩带者在特定区域活动时，采样器可以采集特定区域内的空气中挥发有机物；4、本发明采样器是扩散型采样器，通过空气扩散，挥发有机物从高浓度向采样器中扩散，可以长时间进行采样，可以准确地反映一个较长时间段的空气中有机挥发物的总体水平。

可以理解的是，本发明所述的对空气中多种挥发有机物的检测方法，上述针对较佳实施例的描述过于具体，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种对空气中多种挥发有机物的检测方法，所述方法包括：

B、利用溶剂将采集的多种挥发有机物萃取至所述溶剂中；

D、通过计算得到各种挥发有机物在空气中的含量。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤C包括如下具体处理过程：

C3、得到挥发有机物的色谱图；

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤C2所述柱箱初始温度为25-30℃，第一预定时间为2min；预定的升温程序为：先按第一升温速率将温度升到60℃，再按第二升温速率升至所述最终温度；所述的最终温度为200℃，第二预定时间为3min。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤C1还包括如下处理：设置火焰离子化检测器的各项参数为：分离载气为氮气，分离模式为恒压分离；柱头压为6.00-9.00psi；分流比设置在5∶1或50∶1之间；进样量为1.0μL；氢气为20-40mL/min；空气为200-400mL/min；尾吹气加柱流量恒定在40-60mL/min；所述的步骤C2所述的第一升温速率为5-10℃/min，第二升温速率为20-70℃/min。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤C中最佳参数设置为：所述柱箱初始温度为30℃，第一升温速率为5℃/min，第二升温速率为70℃/min，柱头压为8.00psi，分流比设置为10∶1，进样口温度为250℃，火焰离子化检测器温度为300℃，氢气为30mL/min，空气为300mL/min；尾吹气加柱流量恒定在50mL/min。

6、根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于：所述的步骤A包括以下具体步骤：打开扩散型挥发有机物采样器并将其设置在采样点；经过预定的采样时间后封闭采样器。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的步骤D包括如下步骤：

D2、计算出各挥发有机物在空气中的含量。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的溶剂为二硫化碳。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤D2可以采用以下公式计算各挥发有机物在空气中的含量：

其中：C_v为采样样品在空气中的含量，单位为L/L；

P为气体分压，单位为atm；

M为摩尔质量，单位为g/mol；

R为气体常数，单位为L*atm/mol*K；

T为气体温度，单位为K；

SR为采样率，单位为mL/min；

t为采样时间，单位为min；

r为回收率；

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤B包括如下处理：把2mL二硫化碳加入到采样器中，在室温下所述采样器振荡30分钟，有机挥发物被萃取至二硫化碳溶剂中形成二硫化碳溶液，再把二硫化碳溶液转移到色谱瓶中。