氣相色譜儀校準方法的探討

林景峰

廣東省計量科學研究院東莞計量院 廣東東莞 523343

1 氣相色譜儀校準概述

碳氫化合物的環境化學因其污染潛力（如在大氣光化學中）和對人體健康的毒性影響而受到廣泛關注。為了正確診斷大氣HC的污染狀況，最常見的選擇之一是使用裝有氣相色譜法火焰電離檢測器（FID）或質譜法（MS）的氣相色譜儀。然而，由于在現場條件下（如強烈的工業排放源、機動車輛、氣體爆炸、意外泄漏等）使用這種系統通常是不合理的，因此許多努力被用于開發便攜式設備，如可燃氣體指示器和有機蒸氣分析儀。因此，HC的測量技術是在考慮到用戶的具體需求之后確定的。在本研究中，使用四種氫化物（例如苯、甲苯和二甲苯（通常稱為BTX）加上丙烷）對四氫大麻酚（THC）分析儀的性能進行了研究，這些化合物用于便攜式四氫大麻酚（THC）分析儀和GC-FID之間的交叉校正[1]。

2 THC分析的儀器設置

在實驗一階段，采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測器和多功能熱解吸裝置（TD）對BTX和丙烷的標定性能進行了分析，該裝置由AirServer（AS）單元組成。AS單元用于控制標準氣體流入多功能TD系統在所需的流量條件（例如，流量和持續時間）。

裝有TD裝置的氣相色譜系統按以下順序運行：①將樣品轉移到TD裝置；②將分析物聚焦在-10℃的冷阱上；③在300℃下熱解吸5分鐘；④隨后將熱解吸分析物輸送到FID系統。冷阱的制備方法是將碳黑b（60/80目）和碳酸1000（60/80目）按質量比1：1（質量基數）填充。氣相色譜-氫火焰離子化檢測系統在30（N2），30（H2），300mL/min（空氣）的流速下，以超純N2為載氣（1.6mL/min）進行檢測。烘箱初始溫度為35℃，保持2分鐘，然后程序升溫設定為5℃/min，升至175℃。探測器溫度設定在240℃。采用DB-VRX色譜柱（60m×0.32mm×1.8μm），氫火焰離子化檢測器（FID）檢測。

3 實驗結果分析

3.1 THC分析儀的基本質量保證

使用來自兩個獨立制造商的兩個最具代表性的THC分析儀模型。本研究中使用的THC分析系統提供了質量保證（QA）的一般特征。由于在現場研究中最常用的是兩種THC分析器Micro-FID和TVA-1000，因此根據它們的QA參數討論了這兩種系統的基本分析參數。在這里，我們討論了制造商指南中提供的質量保證信息，原因是沒有用于此類測試的主要標準氣體（在非常高的濃度下，如10，000ppm）。按甲烷當量計算，這兩種體系的線性范圍分別為0.5-2000ppm和0.5-10000ppm。在線性范圍內，以甲烷當量計算，微型氫火焰離子化檢測器的準確度為10%。然而，TVA-1000的準確性信息并沒有在相應的制造商指南中提供[2]。

3.2 GC線性度評估

對氣相色譜-氫火焰離子化檢測器（FID）測定丙烷進行了線性檢驗。在此標定實驗中，我們使用了DF值為1到13的WS氣體，在很寬的濃度范圍內進行了擴展性測試。為了檢驗，結合相同的標定數據集，建立了不同終點的標定曲線，比較了線性范圍。結果表明，分析物質量增加10倍導致氣相色譜靈敏度降低近24%，而其線性在相關系數方面保持相當好的形狀。如果考慮到這種大的可變性，為了準確測定碳氫化合物樣品，氣相色譜-氫火焰離子化檢測器系統的校準應與樣品的實際濃度水平相匹配[3]。

3.3 THC分析儀對混合氣體的分析性能

本研究中使用的THC分析儀（如微型氫火焰離子化檢測器）主要采用火焰離子化檢測技術來測量空氣中總的VOC（如HC）濃度。氫火焰檢測器測量碳化合物在氫氧火焰中燃燒而產生的碳氫化合物電離電流，以確定碳含量。在THC分析儀中，內置泵將樣品送入氫火焰離子化檢測器，樣品與氫混合，在兩個電極之間的空氣中燃燒。因此，在兩個電極之間產生的電流與燃燒混合物中的碳原子數成正比。因此，總揮發性有機化合物的濃度顯示在ppm單位。

最后，在微型氫火焰離子化檢測器和TVA-1000之間對THC分析器的相對性能進行評估時，兩者之間存在著明顯的對比，本次測試的結果證實了這兩個系統在相反的方向上始終存在著實驗偏差（如PD值）。微型氫火焰離子化檢測器顯示為陰性的PD值，并且隨著標準濃度的增加呈下降趨勢。這種模式在TVA-1000中一致出現，但PD值為正值。此外，由于微型氫火焰離子化檢測系統對氣體組成的變化反應較為動態，因此響應因子的設置是獲得可靠結果的關鍵參數。

4 結語

綜上，在微型氫火焰離子化檢測器和TVA-1000之間對THC分析器的相對性能進行評估時，兩者之間存在著明顯的對比，本次測試的結果證實了這兩個系統在相反的方向上始終存在著實驗偏差（如PD值）。有趣的是，微型氫火焰離子化檢測器顯示為陰性的PD值，并且隨著標準濃度的增加呈下降趨勢。這種模式在TVA-1000中一致出現，但PD值為正值。此外，由于微型氫火焰離子化檢測系統對氣體組成的變化反應較為動態，因此響應因子的設置是獲得可靠結果的關鍵參數。綜上所述，本研究結果顯示，在使用THC分析儀之前，如果描述一些因素（濃度水平、氣體組成和響應因子的設置），可以準確地測量VOC。