室內空氣中TVOC檢測方法改進可行性研究

余塘

摘要：本文中，基于GB50325-2010《民用建筑工程室內環境污染控制規范》附錄G，對氣相色譜升溫程序進行了優化。改進后的升溫程序，不但各組分分離良好、數據準確還提高了約1倍的試驗能力，十分具有推廣價值。

關鍵詞：室內空氣污染；TVOC檢測方法；程序升溫；優化改進

前言

近十年來，隨著我國經濟的發展，房地產一再升溫，購房、居室裝修已成為這一時代的熱點話題，隨之而來的便是不可避免的室內空氣污染問題。據權威統計，當今我國每年因空氣污染導致提前死亡的人數超過30萬，這其中和人體接觸時間最長的室內空氣污染影響最大?，F代人80%以上的時間在室內度過，嬰幼兒、老弱病殘者在室內時間更長。因此，室內裝飾裝修材料、家具、家電等對室內環境造成的污染，已成為繼煤煙污染和光化學煙霧污染之后的第三次污染室內空氣污染物的種類很多，TVOC是其中重要的一項。

為此GB50325-2010《民用建筑工程室內環境污染控制規范》附錄G對室內空氣中TVOC檢測方法做出如下規定：配備帶有氫火焰離子化檢測器的氣相色譜儀；石英毛細管柱：長度應為30～50m，內徑應為0.32mm或0.53mm，內柱涂覆二甲基聚硅氧烷的膜厚應為1μm～5μm；柱操作條件應為程序升溫，初始溫度應為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置的程序連續地隨時間線性或非線性逐漸升高，使柱溫與組分的沸點相互對應，以使低沸點組分和高沸點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，本文將重點探討在保證分離效果和檢測數據準確性的條件下，優化升溫程序可行性，提升室內空氣TVOC的檢測效率。

1 實驗部分

1.1 試驗器材

7820A型氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司；

AutoTDS-1型熱解吸儀，北京踏實科貿有限責任公司；

SPB-3全自動空氣源，北京中惠普分析技術研究所；

SPH-300A氫氣發生器，北京中惠普分析技術研究所；

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

甲醇中9種VOC混合系列Ⅲ溶液（1000μg/ml，證書編號：600904），國家環境保護總局標準樣品研究所；1μL進樣針，澳大利亞SGE公司。

1.2 試驗條件

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

檢測器：FID：

載氣：氮氣；

載氣流量：1.0ml/min：

分流比：20：1；

進樣口溫度250℃；

檢測器溫度：280℃；

柱箱條件A：初始溫度應為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，進樣40s：

1.3 試驗步驟

隨機挑選阻力符合標準要求的Tenax-TA不銹鋼采樣管5支經300℃活化至無雜峰，用1000μg/ml的標準溶液1μl注入吸附管，同時用100ml/min的氮氣通過吸附管，5min后取下，密封，制成標準系列管，編號1-5#。然后按照柱箱條件A對5支采樣管依次進行試驗并保存譜圖。按同樣操作在柱箱條件B下進行同樣試驗并保存譜圖，并對兩種升溫條件下的譜圖進行分析對比。

2 試驗結果

2.1 分離效果

色譜峰的分離最直接的判斷依據為分離度R，理論認為：若峰形對稱，峰分布滿足高斯分布，在R=1時，分離程度可達98%，在R=1.5時，分離程度可達99.7%，因此有很多學者主張用R≥1.5作為相鄰兩峰已完全分開的標志，但在復雜體系中亦可認為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，因此有學者提出用半峰寬代替峰底寬進行分離度計算，并給出了理想狀態下的換算公式：

因此，本次探索實驗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。據經驗，室內空氣質量TVOC檢測試驗中，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保留時間較為接近。

為方便統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，本文將重點針對這2對組分計算各采樣管的分離度，結果如表1所示。

由表1可以看出在兩種不同程序升溫下，2組目標組分的分離度均遠遠大于1.5，各組分均有理想的分離，并無實質性區別。

2.2 數據準確性

由上可知改進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檢驗法（取95%置信度）對各組分改進前后的峰面積值進行檢驗以判斷改進前后各組分兩組數據有誤顯著性差異。結果如表2所示。

由表2可以看出，標準升溫程序和改進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F檢驗無顯著性差異。改進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，實驗數據均能有良好的重現性。

3 結語

本文在GB50325基礎上對TVOC實驗方法的升溫程序進行優化，改進后的程序升溫條件為：初始溫度應為50℃，保持3min，升溫速率8℃/min，溫度升至250℃，保持2min。結果顯示優化后無論是分離效果還是檢測準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，具有一定的實際推廣價值。