气相色谱法测定气体中苯活性炭的吸附与解吸研究

武西岳

摘要：为提高分析效率，对活性炭管对气体中苯的吸附和解吸情况进行了实验改进，结果显示：活性炭管在0.5L/min流量下，吸气10min，A段吸附了约8mg苯后开始穿透，在满足标准方法要求的吸附效率下，A、B两段共吸附了约8.5mg苯，折算浓度为1700mg/m3，因此，以相同的采样流量和时间，在此浓度以下，可对活性炭管A、B两段合并解吸进行分析测定，若高于此浓度值再分别解吸以判断是否符合解吸效率。改进的解吸方式可减少操作步骤，节省时间和有毒的CS2试剂。

关键词：苯；活性炭；吸附；解吸

中图分类号：O657.7文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0192—03

1引言

苯是空气中普遍存在的污染物，属强致癌物质，与白血病有较大的相关性[1]，环境空气中的苯80%来源于汽车尾气，其他主要来源于苯生产及以其作为原料的行业[2]。我国对于气体中苯的环境监测标准分析方法是活性炭吸附/二硫化碳解吸-气相色谱法[3]和固体吸附/热脱附-气相色谱法[4，5]。热脱附法因需要昂贵的热脱附设备在应用上受到了一定的限制，本文中试验采用的是活性炭吸附/二硫化碳解吸-气相色谱法（下文简称标准方法），该法适用于环境空气、室内空气和废气的监测。标准方法中，对吸附了苯的活性炭管分别解吸并测定其A段和B段苯含量，以B段小于A段的25%作为许可的吸附效率，以A、B两段各自吸附的含量相加来确定苯浓度，这种操作过于繁琐，在实际工作中也极难遇到不符合吸附效率的高浓度范围。因此，在许多场合下并没有必要把A、B两段分开解吸测定，如环境空气中的苯浓度比较低，远远达不到活性炭管A段的穿透浓度，按照标准方法中的分别解吸与测定便显得不太必要。现以气相色谱法实验测试采样所用活性炭管对气体中苯的吸附能力，并寻求二硫化碳（CS2）对活性炭管的最佳解吸方式。

2实验分析

2.1测定原理

用活性炭管吸附空气中的苯，以CS2解吸，使用带有FID检测器的气相色谱仪测定分析。

2.2仪器设备和试剂材料

气相色谱仪：岛津GC2010（附20i自动进样器；2mL具密封盖进样小瓶）；色谱柱：Rtx-5（30m×025mm×025μm）；大气采样器：崂应2050型。

活性炭采样管：内装特制椰壳型活性炭，A段装100mg为采样段，B段装50mg为指示段，中间以玻璃棉隔开，两端以玻璃棉封堵。其他试剂和材料：同标准方法。

2.3分析步骤

2.3.1样品解吸

把吸附了苯的采样管的A、B两段活性炭一并放入2mL色谱进样小瓶，用单刻度吸管加入1mL二硫化碳，密闭，轻轻震动，放置解吸1h后待测；若测定吸附效率，则A、B两段活性炭分别放入进样小瓶，余下操作同上。

2.3.2气相色谱仪设置

柱温：恒温65℃；进样口：180℃；FID检测器：250℃；空气流量：400mL/min；氢气流量：400mL/min；柱流量1.0mL/min；尾吹流量：30mL/min；低浓度苯测定分流比1∶10；高浓度苯测定1∶60；进样量：1μL。苯的谱图如图1。

2.3.3样品测定

解吸好的样品，进样1μL到气相色谱仪分析，根据所得的色谱图，以保留时间定性，以外标法定量。

3结果与分析

3.1活性炭管对苯的吸附能力

3.1.1实验方法

把活性炭管两端破开，连接大气采样器，A段管口对外，设置采样流量0.5L/min，采样时间10min（标准分析方法高浓度气体中苯的采样要求为0.2～0.6L/min，5～10min）。用微量注射器依次取05、1、3、5、75、10、125、15μL的纯苯（实验温度为20℃，苯密度877μg/μL），开启采样器抽气，把注射器中的苯缓慢注入到采样管A段封堵的玻璃棉上，抽气结束后，把A段和B段的活性炭分别放进气相色谱自动进样器用的2mL小瓶中，加入1mLCS2解吸1h，用气相色谱仪分别测定A、B两段中苯的含量。测试数据见表1。

3.1.2数据分析

在0.5～10μL区间，苯的加入体积和全管测得量统计计算相关系数为0.9997，以理论加入量和全管测得量计算回收率为96～100之间，说明了在此区间吸附效率和解吸效率都比较稳定。

标准方法中要求B段的测得量不能超过A段的25%，由实验数据可以看出，活性炭管在注入12.5μL苯进行实验时，吸附效率超过了标准方法的要求；注入10苯后，虽然A段刚开始穿透，吸附量增加不再明显，A、B两段共同吸附了8.5mg苯，此时仍然符合标准方法的吸附效率要求，按照实验时0.5L/min的流量采气10min计算，折算浓度约为1700mg/m3（未换算成标准状态），一般情况下，流量越小，时间越短，吸附效率越高，在固定的采样流量和时间上，这个浓度可拟定为测定上限使用。

3.1.3拟定测定上限处整管吸附效率

按上述实验方法，把两支活性炭管串联起来，后管接大气采样器，前管吸气，在前管A段玻璃棉上注入10纯苯，以0.5L/min流量抽气10min，前管的A、B两段合并解吸测值为8514μg，后管的合并测值为0.2μg，可以看出前管吸附效率接近100%。

3.2解吸方式的实验分析

分别把双份50mg、100mg和150mg活性炭（分别相当于采样管B段、A段和A+B段活性炭量）置于2mL进样小瓶中，各注入1纯苯（密度以实验环境20℃，0.877mg/计），加入1mL CS2解吸1h，用气相色谱仪测定在不同活性炭量下解吸溶液中的苯均值，并计算解吸效率，结果见表2。

表2不同活性炭量下的解吸效率

活性炭量/mg1测得量均值/μg1解吸效率/%501867198.91001862198.21501864198.5endprint

由表2可以看出，不同量的活性炭解吸效率非常接近，均高于98%，说明150mg以下活性炭的量对于解吸效率几乎没有影响，因此可以认为A、B两段合并解吸不会造成解吸效率的下降。合并解吸只需加一次CS2提取液1mL，使用量减少1半，减化了解吸操作步骤，气相色谱仪也只需分析一个样品，节省了时间，简化了计算方法。

在对废气中的苯进行监测时，可以选择上述实验确定的测定上限1700mg/L当做一个警戒值，A、B两段合并解吸测定若高于此值时，余下的采样管再A、B两段分开测定，以判断是否满足标准方法规定的吸附效率。在环境监测的实际工作中，如此高浓度的苯废气极其难以见到，以苯污染严重的炼焦化学工业为例，其污染物排放标准 [6]中规定气体中苯的最高允许排放限值为6mg/m3，这个浓度水平远不能使活性炭管吸附穿透，因此可以尝试A、B两段合并解吸后测定，而不必分别解吸。但在极端情况下，如在苯泄漏的污染事故中不排除会出现超过测定上限的情况，则要分别解吸测定。

3.3环境空气和室内空气中苯的监测分析

分别在淮北市市区单位院内、农户院中、办公室和实验室内设置4个采样点，用活性炭管以05L/min流量采样1h，测得的空气中苯浓度范围为0010～0074mg/m3（未换算成标准状态），4个地点的采样管A段中苯测值依次是046、030、054、223μg，B段中苯均未测出。另外根据室内空气质量标准中附录B的分析方法，所用活性炭采样管并未分段[7]，填充量为100mg（只相当于分段采样管的A段）。由此可见，在环境空气监测中，B段一般没有必要进行分析，只解吸A段便可满足环境空气或室内空气中苯的测定。

4结语

本文仅研究了苯系物中毒性最强的苯，通常分子量越大吸附能力越强，因此，相同的流量和采样时间上，活性炭对苯系物中的二甲苯和甲苯吸附能力比苯要更强一些[8]。在实际的环境监测工作中，可根据监测目的和监测对象选择不同的采样流量、时间和解吸方式，根据活性炭管的吸附状况，优化其解吸方式，可提高工作效率，减少劳动强度、节省时间和有毒试剂。

参考文献：

[1] 丛莹.环境空气中的苯检测研究[J].科技向导，2013（19）：330.

[2] 徐东群.Tenax TA吸附二次热解吸毛细管气相色谱法测定环境空气中苯系物的方法[J].卫生研究，2004，33（4）：425～427.

[3] 高瑞英.活性炭吸附VOC苯系物的影响因素研究[J].广东轻工职业技术学院学报，2005，4（4）：16～18.endprint

由表2可以看出，不同量的活性炭解吸效率非常接近，均高于98%，说明150mg以下活性炭的量对于解吸效率几乎没有影响，因此可以认为A、B两段合并解吸不会造成解吸效率的下降。合并解吸只需加一次CS2提取液1mL，使用量减少1半，减化了解吸操作步骤，气相色谱仪也只需分析一个样品，节省了时间，简化了计算方法。

在对废气中的苯进行监测时，可以选择上述实验确定的测定上限1700mg/L当做一个警戒值，A、B两段合并解吸测定若高于此值时，余下的采样管再A、B两段分开测定，以判断是否满足标准方法规定的吸附效率。在环境监测的实际工作中，如此高浓度的苯废气极其难以见到，以苯污染严重的炼焦化学工业为例，其污染物排放标准 [6]中规定气体中苯的最高允许排放限值为6mg/m3，这个浓度水平远不能使活性炭管吸附穿透，因此可以尝试A、B两段合并解吸后测定，而不必分别解吸。但在极端情况下，如在苯泄漏的污染事故中不排除会出现超过测定上限的情况，则要分别解吸测定。

3.3环境空气和室内空气中苯的监测分析

分别在淮北市市区单位院内、农户院中、办公室和实验室内设置4个采样点，用活性炭管以05L/min流量采样1h，测得的空气中苯浓度范围为0010～0074mg/m3（未换算成标准状态），4个地点的采样管A段中苯测值依次是046、030、054、223μg，B段中苯均未测出。另外根据室内空气质量标准中附录B的分析方法，所用活性炭采样管并未分段[7]，填充量为100mg（只相当于分段采样管的A段）。由此可见，在环境空气监测中，B段一般没有必要进行分析，只解吸A段便可满足环境空气或室内空气中苯的测定。

4结语

本文仅研究了苯系物中毒性最强的苯，通常分子量越大吸附能力越强，因此，相同的流量和采样时间上，活性炭对苯系物中的二甲苯和甲苯吸附能力比苯要更强一些[8]。在实际的环境监测工作中，可根据监测目的和监测对象选择不同的采样流量、时间和解吸方式，根据活性炭管的吸附状况，优化其解吸方式，可提高工作效率，减少劳动强度、节省时间和有毒试剂。

参考文献：

[1] 丛莹.环境空气中的苯检测研究[J].科技向导，2013（19）：330.

[2] 徐东群.Tenax TA吸附二次热解吸毛细管气相色谱法测定环境空气中苯系物的方法[J].卫生研究，2004，33（4）：425～427.

[3] 高瑞英.活性炭吸附VOC苯系物的影响因素研究[J].广东轻工职业技术学院学报，2005，4（4）：16～18.endprint

由表2可以看出，不同量的活性炭解吸效率非常接近，均高于98%，说明150mg以下活性炭的量对于解吸效率几乎没有影响，因此可以认为A、B两段合并解吸不会造成解吸效率的下降。合并解吸只需加一次CS2提取液1mL，使用量减少1半，减化了解吸操作步骤，气相色谱仪也只需分析一个样品，节省了时间，简化了计算方法。

在对废气中的苯进行监测时，可以选择上述实验确定的测定上限1700mg/L当做一个警戒值，A、B两段合并解吸测定若高于此值时，余下的采样管再A、B两段分开测定，以判断是否满足标准方法规定的吸附效率。在环境监测的实际工作中，如此高浓度的苯废气极其难以见到，以苯污染严重的炼焦化学工业为例，其污染物排放标准 [6]中规定气体中苯的最高允许排放限值为6mg/m3，这个浓度水平远不能使活性炭管吸附穿透，因此可以尝试A、B两段合并解吸后测定，而不必分别解吸。但在极端情况下，如在苯泄漏的污染事故中不排除会出现超过测定上限的情况，则要分别解吸测定。

3.3环境空气和室内空气中苯的监测分析

分别在淮北市市区单位院内、农户院中、办公室和实验室内设置4个采样点，用活性炭管以05L/min流量采样1h，测得的空气中苯浓度范围为0010～0074mg/m3（未换算成标准状态），4个地点的采样管A段中苯测值依次是046、030、054、223μg，B段中苯均未测出。另外根据室内空气质量标准中附录B的分析方法，所用活性炭采样管并未分段[7]，填充量为100mg（只相当于分段采样管的A段）。由此可见，在环境空气监测中，B段一般没有必要进行分析，只解吸A段便可满足环境空气或室内空气中苯的测定。

4结语

本文仅研究了苯系物中毒性最强的苯，通常分子量越大吸附能力越强，因此，相同的流量和采样时间上，活性炭对苯系物中的二甲苯和甲苯吸附能力比苯要更强一些[8]。在实际的环境监测工作中，可根据监测目的和监测对象选择不同的采样流量、时间和解吸方式，根据活性炭管的吸附状况，优化其解吸方式，可提高工作效率，减少劳动强度、节省时间和有毒试剂。

参考文献：

[1] 丛莹.环境空气中的苯检测研究[J].科技向导，2013（19）：330.

[2] 徐东群.Tenax TA吸附二次热解吸毛细管气相色谱法测定环境空气中苯系物的方法[J].卫生研究，2004，33（4）：425～427.

[3] 高瑞英.活性炭吸附VOC苯系物的影响因素研究[J].广东轻工职业技术学院学报，2005，4（4）：16～18.endprint