閥進樣及反吹技術在非甲烷總烴分析中的應用

陳鑒祥，馮毅明，楊文遠

佛山市南海區環境保護監測站，廣東 佛山 528200

閥進樣及反吹技術在非甲烷總烴分析中的應用

陳鑒祥，馮毅明，楊文遠

佛山市南海區環境保護監測站，廣東 佛山 528200

在非甲烷總烴的分析中應用十通閥與六通閥的聯用技術，實現雙通道進樣和反吹除殘功能。通過標準曲線實驗和實際樣品測試，證實改進后的方法能有效解決傳統分析方法中存在的多個問題，并簡化了操作，縮短了分析時間，提高了分析的準確度與精密度，延長了色譜柱的使用壽命。

十通閥；六通閥；反吹；非甲烷總烴

非甲烷總烴(NMHC)是指除甲烷以外的碳氫化合物(其中主要是C2～C8)的總稱，主要包括烷烴、烯烴、芳香烴等組分，種類繁多。其中排放量最大的是由自然界植物釋放的萜烯類化合物，約占NMHC總量的65%，而人為排放則主要來自汽油燃燒、焚燒、溶劑蒸發、石油蒸發和運輸損耗及廢物提煉。相比甲烷，NMHC具有更大的光化學活性，是形成光化學煙霧的前體物。因此，NMHC是環境監測中的重要污染物因子。

目前，NMHC的環境標準分析方法主要是氣相色譜法[1]，用雙柱雙氫火焰離子化檢測器分別測定總烴和甲烷的含量(以碳計)[2]，兩者之差即為NMHC的含量。該方法所用的氣相色譜儀配置為雙進樣口，雙填充色譜柱，雙氫火焰離子化檢測器(FID)，在應用上存在以下幾個缺點：①每個樣品分析需2次進樣分別測定總烴和甲烷，2次進樣的差異性會引入誤差；②分析時間長，大分子量的組分在甲烷柱中會長時間滯留，消除不徹底將會影響后續樣品的測定，出現鬼峰[3]；③填充柱分離效果不佳，色譜峰形不好且重現性差；④對高甲烷背景的廢氣樣品測定時存在偏差。正因如此，對NMHC分析設備和方法的改進也有不少[4-7]，但均未能完全解決上述缺點。筆者利用十通閥、六通閥聯用技術，實現一次進樣雙毛細管柱分離，解決甲烷柱反吹除殘等技術難點，能簡單準確地分析NMHC的含量。

1 實驗部分

1.1 儀器配置

GC-2010plus氣相色譜儀(日本)，增配流量控制器、手動十通閥、自動六通閥各一個，總烴柱為空心毛細管柱，甲烷柱為改性Al2O3毛細管柱，FID檢測器一個。十通閥2種狀態實現分流和進樣功能，六通閥2種狀態實現甲烷柱的分離和反吹除殘功能，具體連接關系見圖1，十通閥和六通閥處于OFF狀態時，閥內氣路走向如虛線所示；處于ON狀態時，閥內氣路走向如實線所示。

圖1 NMHC分析方法氣路圖Fig.1 Gas path of the analysis of NMHC

初始狀態下，十通閥和六通閥均處于OFF狀態。氣體樣品從樣氣進口注入，流經十通閥(虛線)和2個定量環后，從樣氣出口流出，樣氣充滿定量環。將十通閥切換到ON狀態，同時啟動氣相色譜儀分析采集數據。氣路1載氣流經十通閥(實線)將定量環1中的樣氣送至空心毛細柱快速通過，再進入FID檢測，此時譜圖上出現總烴的色譜峰；氣路2載氣流經十通閥(實線)將定量環2中樣氣送至六通閥(虛線)后，再以從左至右方向流經改性Al2O3毛細柱，樣氣在柱中得到分離后，甲烷組分先進入FID檢測，此時譜圖上出現甲烷的色譜峰。待甲烷出峰完畢，將六通閥切換到ON狀態，氣路1流向不變，氣路2載氣流經十通閥(實線)、定量環2、六通閥(實線)后，再以從右至左方向流經改性Al2O3毛細柱，將殘留在該柱中的樣氣組分反吹出來，進入FID反應掉。反吹過程中設定升溫程序，確保反吹完全。至此完成整個分析過程，可得到的色譜圖如圖2所示。

圖2 NMHC分析方法色譜圖Fig.2 Chromatogram of the analysis of NMHC

1.2 實驗條件

通過流量控制器將載氣(N2，99.999%)一分為二，每路氣壓為80 kPa；定量環體積為0.50 mL；5 m空心毛細管柱；30 m改性Al2O3毛細管柱；柱箱溫度為80 ℃恒溫；FID溫度為250 ℃；FID氣體為H2，純度為99.999%，40 mL/min，純化空氣400 mL/min。

1.3 樣品

標準氣體為甲烷、丙烷混合標氣，濃度為甲烷25 mg/m3，丙烷為225 mg/m3，環境溫度為20 ℃。總烴為250 mg/m3。實際樣品為3家企業有機廢氣處理后樣品。

2 結果與討論

2.1 標準曲線的繪制

用純化空氣將甲烷、丙烷混合標氣按比例稀釋為標準曲線系列，在上述色譜條件下分別進樣分析，然后作線性回歸。甲烷回歸方程為y=559x+70，r=0.999 8；總烴的回歸方程為y=625x-517，r=0.999 5。表明應用該改進方法對甲烷和總烴的測定結果線性良好。實驗結果如表1所示。

表1 標準曲線實驗結果Table 1 Test results of standard curve

2.2 重復性實驗

對3家企業有機廢氣處理后樣品按上述色譜條件各進行5次平行分析，分別計算每個樣品5次分析中甲烷與總烴峰面積的標準偏差，為1.19%～4.12%之間，表明應用該改進方法對甲烷和總烴的測定精密度良好。實驗結果如表2所示。

2.3 討論

該分析方法的關鍵是反吹啟動和停止的時間點設置，目的是在保證準確度的前提下縮短分析時間，以提高工作效率和保護色譜柱。通常是在甲烷出峰完畢后啟動反吹，但為了保證在樣氣中甲烷濃度高時也能完全出峰，所以把反吹時間點設定在2 min。理論上，反吹2 min后停止，原來進入Al2O3柱的殘留組分就能被反吹出來，但為了保證除殘效果，可再把反吹時間適當延長0.5 min，或者在反吹啟動后同時進行程序升溫以提高反吹除殘效率。

表2 精密度實驗結果Table 2 Test results of precision

3 結論

使用十通閥一次進樣雙柱分離，六通閥反吹除殘技術分析NMHC，與傳統分析方法對比，大大精簡了實驗操作，減少了手工進樣引入的隨機誤差，精密度更高；反吹除殘功能更好地保持色譜柱柱效，延長色譜柱使用壽命，更能防止殘留組分干擾后續樣品分析，提高準確度。

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Application of Valve Sampling and Back Blowing Technique in the Analysis of Non-methane Hydrocarbon

CHEN Jianxiang,FENG Yiming,YANG Wenyuan

Environmental Protection Monitoring Station of Nanhai District,Foshan 528200,China

Ten-way valve and six-way valve multiple techniques were used in the analysis of non-methane hydrocarbons to realize the double channel sampling and back blowing residual removing function. Through the tests of standard curve and actual sample, confirmed that the improved method could effectively solve the problems existing in the traditional analysis method, and simplify the operation, shorten the analysis time, improve the analysis accuracy and precision and prolong the service life of chromatographic column.

ten-way valve;six-way valve;blowback;non-methane hydrocarbon

2016-02-18；

2016-04-21

陳鑒祥(1984-)，男，廣東佛山人，學士，工程師。

X831.02

A

1002-6002(2017)02- 0149- 03

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.02.24