环境空气挥发性有机物的测定tenax吸附gc-ms法

2020年10月22日发(作者：江流)

美国EPA TO-17 方法分析环境空气中
挥发性有机物研究

施巍 蔡浩洋
（大连市环境监测中心 大连 116023）


摘 要

选用美国EPA TO-17方法中的一种类型的混合型填料吸附管，分析环境空气中挥发性有
机物。通过实验验证EPA TO-17方法的可行性和可操作性，并得到校正曲线、相关系数、检出
限等数据。
关键词

挥发性有机物 吸附管 吸附 解析


1 前言
1.1 方法概述
本方法用于环境空气中挥发性有机化合物的采集和测定。本次研究的挥发性 有
机化合物是指能由35mm Carbopack? B和10mm Carbosieve? SⅢ 及Carboxen?1000
组成的吸附管捕集，并能用热脱附GCMS技术测定的挥发性有机化合物 。
1.2 国内外概况
随着工业的快速发展，有机物的污染逐步显现。目前，许多 国家都根据本国大
气环境污染状况制定相应的防治法或环境标准。
对环境空气中的挥发性有机物测定，美国EPA TO-1方法采用的是Tenax采样
GC- MS法，其分析的化合物为沸点大约在80℃－200℃的非极性有机化合物。TO-2
是采用碳分子筛 采样GC- MS法，主要采集含碳数少的、挥发性强的有机物。TO-14
和TO-15采用的是采样罐采样GC- MS法，其与TO-1方法区别是进样方式不一样，能
检测化合物比TO-1多，但因为其进样设备昂贵 ，现阶段很难在我国推广。TO-17方
法采用的是固体填料吸附管采样GC-MS法，不同的填料类型 可测定不同的挥发性有
机物，采集和测定的化合物种类较多。我国《空气和废气监测分析方法》（第四版 ）
采用了固体吸附GC-MS法和采样罐采样GC-MS法，这两种方法都是C类方法而且没
有 给出检出限和准确度等数据。国标GB11737-89和GB14677-93也是采用固体吸附，

< p>
二硫化碳洗脱或热解析的方法，但其能测定的目标化合物太少，只局限于苯系物。
综合分 析，本论文在相关文献资料和EPA相关方法基础上，提出并建立用混合
型填料吸附管吸附、GC- MS法测定环境空气中的挥发性有机物的方法。

2 实验部分
2.1 方法原理
环境空气通过装有约1～2g吸附剂的吸附管，某些特定挥发性有机化合物被吸
附剂捕集，一些 高挥发性有机化合物和绝大部分无机气体穿过吸附管。吸附管送到
实验室分析，把吸附管放置于热脱附仪 中脱附，载气带着挥发性有机化合物到聚焦
管聚焦，再脱附，然后进色谱柱，挥发性有机化合物从色谱柱 流出被质谱定性和定
量。化合物在保留时间和特征离子的基础上进行谱图检索而定性，用内标法定量，< br>并进行全程序的质量保证和质量控制措施。
2.2 试剂和材料
① 有证VOC混标及内标（氟苯）
② MS调谐标准，BFB(四溴氟苯)
③ 35mm Carbopack? B和10mm Carbosieve? SⅢ及Carboxen?1000组成的吸附
管
④ 丙酮，农残级
⑤ 甲醇，农残级
2.3 仪器和设备
① 色质谱联用仪、化学工作站（带质谱图库）
两秒内能从amu35扫描到300，在电子撞击式离子化模式中使用70电子伏特能
量。直接通过G C注射5～50ngGCMS调谐标准（BFB），得到的质谱图必须全部符合
附表2中的标准。为了确 保质谱数据足够的精确度，合适的MS扫描速率要求从GC
流出的组分至少扫描五次。
② 热脱附装置
2次吸附型，能直接和色谱相联接
③ 老化装置
④ 样品采集装置（隔膜式密封型泵,能在10-500mlmin内精确保持流量）

⑤ 电子质量流量计
⑥ 温度计
⑦ 气压表
⑧ 色谱柱
DB-624窄口径毛细管柱30m×0.25mm ×1.4?m
或等效毛细管柱
2.4 样品
2.4.1吸附管的准备
35mm Carbopack? B和10mm Carbosieve? SⅢ及Carboxen?1000组成的吸
附管一般都直接购买，自己填装较麻烦。
新的吸 附管需要在100minmin、280℃下老化4h。使用过的吸附管在40mlmin、
280℃下 老化30min。每批吸附管老化完后，应当用GC-FID或GC-MS检查是否由污
染物残留，残留 量应当小于标准曲线最低点的14。如果残留量不合格，这批吸附
管应当重新老化，直到合格。老化完的 吸附管立即放到保护管中，拧上密封盖，再
存放于干燥器中，并应在一个星期内使用，超出这个期限使用 时，应当检查其污染
物残留量是否合格。
2.4.2样品采集及保存
整个采样过程 ，流量必须保持恒定，用质量流量计来控制和监视流量。采集样
品前，用皂膜流量计校正流量，流量校正 装置接于气路出口，保证整个系统都是气
密的。
采样管从采样器上取下来后，应立即密封并放 入装有干燥剂的密闭容器中。不
能马上分析的应低温（-20℃）保存。样品一定在采样后7d内分析完 。
可用下列公式计算每个样品的平均采样流量。
Q
A
?
?
Q
i?1
n
i
n

Q
A
：平均流量，mlmin
Q
1
、Q
2
…Q
N
：采样开始、过程中和结束是记录的流量
可用下列公式计算每个样品的采样体积

V
M
?
T?Q
A

1000
V
M
：采样体积，L
T： 采样时间，min
换算成标准状况下的采样体积V
S

V
s
?
P
A
：平均大气压力，kPa
t
A
：平均温度，℃

2.5 操作步骤
2.5.1 仪器连接与设置
P
A
?V
M
?273

101.3?(T?273)
热脱附仪、老化装置及GC- MS的安装与连接参照各仪器生产厂家的指导。热脱
附仪的基本参数设置如下：
阀温：200℃ 传输线温度：225℃
吸附管初始温度：40℃ 聚焦管初始温度：40℃
干吹 温度：40℃ 干吹时间：1分钟
吸附管脱附温度：250℃ 吸附管脱附时间：3分钟
吸附管冷却时间：2分钟 聚焦管脱附温度：250℃
聚焦管脱附时间：5分钟 标准采集温度：60℃
标准采集时间：5分钟
色质谱联用仪参考参数：
扫描范围： mz35～260 扫描速率：1.6次秒
峰面积阈值： 500 离子电离电压：70eV
电子倍增管电压：与调谐电压相同
氦气吹扫流量（通过Tenax 吸附管）和载气流量设在30mlmin和1.5mlmin。
GC-MS设置进样2min内关闭灯丝 ，让氧和溶剂先出去。进样口设置为200℃，柱温
设置为38℃保持3min，以10℃min升到1 20℃保持5min,以15℃min升到240℃
保持2min。
2.5.2 仪器校准

调谐。用BFB（四溴氟苯）调谐，各离子的相对峰度见附表1。如果达不到这个
丰度，可以试着通过清洗离子源来达到。
调谐完成后，仪器进行初始校准：
①用购买的有 证的标准溶液配置成1.0ngul，2.0ngul，4.0ngul，10.0ngul，
20.0 ngul的标准系列。每个标准溶液里都加入一定量的内标物(氟苯)，内标（氟
苯）在每个标准溶液里 的浓度都为4ngul。
②用1ul微量注射器取1ngul的标准溶液注入热脱附仪中，在里面迅速 气化，
并被载气带到干净的吸附管中吸附，加热吸附管脱附，在聚焦管中再次聚焦，再加
热，最 后由载气带入色谱柱，被色谱柱分离，被质谱定性和定量。
③按②的步骤，分析余下四个浓度的标准溶液。
④计算各目标化合物的相对响应因子RF
RF?

A
x
Q
is

?
A< br>is
Q
x
A
x
：目标化合物定量离子峰面积
A
is
：相对应的内标化合物定量离子峰面积
Q
is
：内标化合物浓度或量
Q
x
：目标化合物的浓度或量
每个目标化合物相对响应因子的相对标 准偏差(%RSD)应当小于15％，达不到这
要求需要重新分析标准。
% RSD ?
SD
?100

Mean
SD：标准偏差
Mean：5个响应因子的均值

⑤ 得到校正曲线：
Y?A?BX

Y?
Ax

A
is
X?
Q
x

Q
is

2.5.3 样品分析
分析样品前，首先分析一个标 准曲线中间浓度的标准溶液（连续校准）。比较其
相对响应应子，如果与最近一次初始标准的响应应子的 百分偏差小于20％，则可以
继续分析样品，如果大于20％，则需要重新分析5个梯度的标准溶液，绘 制标准曲
线。
%D?
％D：百分偏差
RF
c
?RF
i
?100%

RF
i
RFc：连续校准的响应应子
RF
i
：最近一次初始校准的平均响应应子
注：如果刚分析完初始校准，就不需要再分析连续校准。
分析完连续校准分析全程序空白和样品。
分析样品时，把样品管装于热脱附仪后，先注入1ul 4ngul的内标（氟苯）再
进行分析。分析过程及其参数设置与标准溶液的分析过程一样。
2.5.4 干扰
只有那些有相似质谱图和气相色谱保留时间的化合物互相干扰。一般来讲， 最
容易形成干扰的是一些同分异构体。来自吸附管污染物的干扰是最经常遇到的事。
使用者在整 个采样、分析过程对吸附管管的老化、存放和处理必须十分的谨慎。

3 结果与讨论
3.1 校正曲线
分析结果如附表2，标准谱图见附图1。
3.2 方法检出限
每个化合物的检出限从其初始校准中得到。检出限定义为
DL?A?3.3S

DL:计算出来的检出限，ng
A: 标准曲线的系数
S: 重复测定最低点的标准偏差
最低点应当在总离子流图中产生大约5倍噪音的信号。

分析校正曲线最低点7 次，求相对标准偏差，计算得出检出限，见附表3。此
检出限为仪器在当前状况的检出限，仪器性能改变 时或连续校正不合格时都应当重
新计算检出限。

4 实验结论
（1）本实验所用色谱柱为30m×0.25mm id（1.4?m film thickness）DB-624
窄口径毛细管柱，分离效果良好。各仪器参数设置也满足实验要求。
（2）本实验所用标准溶液为VOC标液，目标化合物比美国EPA TO-1方法要
多。经实验验证，这些目标化合物可以用此方法分析。
（3）校正曲线的相关系数都在0.997～0.999间，满足实验要求。
（4）方法的检 出限小于0.5ng，如果设采样体积为10L,则检出限小于
0.00005mgm
3
，满足测试环境空气中痕量挥发性有机物的要求。


参 考 文 献

[1] ,TO-1,Revision 1.0,April,1984.
[3] ,TO-2
[4] US,EPA,TO-17
[5] ISO16200-1
[6] 《空气和废气监测分析方法》（第四版），挥发性有机物，566-572页。
[7] 《环境监测新技术》齐文启等 化学工业出版社，140-180页。

附表1 BFB调谐主要离子强度
质量 离子峰度标准 质量 离子峰度标准
50
75
95
96
质量95的8％～40％ 174 质量95的50％～120％
质量95的8％～40％ 175 质量174的4％～9％
基峰，100％相对丰度 176 质量174的93％～101％
质量95的5％～9％ 177 质量176的5％～9％
173 小于质量174的2％


附图1：标准谱图




附表2：保留时间及校正曲线A、B值
化合物名称
1,1-二氯乙烯
顺-1,2-二氯乙烯
氯仿
1,1,1-三氯乙烷
四氯化碳
苯
1,2-二氯乙烷
氟苯（内标）
三氯乙烯
1,2-二氯丙烷
甲苯
四氯乙烯
氯苯
1,1,1,2-四氯乙烷
乙苯
对,间-二甲苯
邻二甲苯
1,1,2,2-四氯乙烷
1,3,5-三甲基苯
1,2,4-三甲基苯
1,2-二氯苯
1,2,4-三氯苯
六氯丁二烯
保留时间
5.26
5.99
6.36
6.58
6.8
7.04
7.09
7.39
7.86
8.14
9.55
10.32
11.55
11.69
11.75
11.94
12.68
14.12
14.93
16.06
17.99
21.16
21.48
定量离子
63
61
83
97
117
78
62
96
130
63
91
165.95
112
131
106
106
106
83
105
105
146
180
225

R值
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
∕
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.999
0.998
A值
-0.0114
0.0071
-0.0198
-0.0026
0.0090
0.0356
0.0257
∕
-0.0004
0.0129
0.0237
0.0015
0.0120
0.0058
-0.0153
-0.0261
-0.0157
0.0289
-0.0268
-0.0158
-0.0018
0.0119
0.0001
B值
0.2594
0.3370
0.4671
0.1288
0.1181
1.4242
0.5976
∕
0.2992
0.4573
1.1759
0.2908
0.6995
0.2511
0.3513
0.8771
0.4185
0.6887
0.8826
0.8733
0.4869
0.3321
0.2089

附表3：检出限
化合物名称
1,1-二氯乙烯
顺-1,2-二氯乙烯
氯仿
1,1,1-三氯乙烷
四氯化碳
苯
1,2-二氯乙烷
氟苯（内标）
三氯乙烯
1,2-二氯丙烷
甲苯
四氯乙烯
氯苯
1,1,1,2-四氯乙烷
乙苯
对,间-二甲苯
邻二甲苯
1,1,2,2-四氯乙烷
1,3,5-三甲基苯
1,2,4-三甲基苯
1,2-二氯苯
1,2,4-三氯苯
六氯丁二烯
标准偏差（S）
0.035597
0.069622
0.043132
0.092535
0.124285
0.122556
0.050655
0.038413
∕
0.046146
0.020446
0.045754
0.037215
0.046836
0.093969
0.025197
0.044006
0.049371
0.051445
0.039243
0.062058
0.071222
0.051935
检出限，单位ng
（A＋3.3S）
0.11
0.24
0.12
0.30
0.40
0.41
0.20
0.15
∕
0.15
0.08
0.15
0.13
0.18
0.33
0.08
0.17
0.17
0.18
0.14
0.21
0.22
0.15