环境空气中TVOC的检测方法研究

杨永芳

（宁波健益检测科技有限公司，浙江 慈溪 315303）

随着生活水平的不断提高，我国民众的健康意识日益增强，人们开始重视室内污染。建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计，这就让室内环境监测和治理成为我国环境保护的重要工作。近年来，我国家装业发展迅速，建筑材料层出不穷，其中不乏不规范的家装材料，它们会释放大量有毒气体，污染室内空气。目前，我国建筑市场还不够规范，这就让大量低环保家装材料涌入家装市场，有害气体污染问题层出不穷，其中以甲醛污染最为突出。室内空气污染是国际上危害健康的最大因素之一，而总挥发性有机化合物（TVOC）是造成室内空气污染的关键因素。

1 TVOC 简介

1.1 TVOC 的概念

TVOC 是一种混合物，它的全称是总挥发性有机化合物，目前，我国对于该混合物的定义还没有完全统一。从广义来说，任何固体和液体在常温常压的状态下挥发出来的有机物就是TVOC。

1.2 TVOC 的危害

涂料是一种化学产品，其中包含很多能够参加光学反应的有机化合物，即TVOC，如果室内的TVOC超过一定浓度，短时间内就会让人头痛和恶心，还会让人呕吐，严重者会感到恶心和四肢乏力。如果人不离开污染现场，则会让各种症状加剧，还会让人昏迷，最后会引起人的记忆力减退。TVOC 不仅会直接对人的肝脏产生影响，产生肾脏毒性，还会危害人的神经系统，导致血液病。

2 TVOC 检测方法的选择

TVOC 是一种混合物，在化学常规分析方法中，只有气相色谱或者液相色谱可以对混合物进行分离和解析。但是，液相色谱只能对液相物质进行分离，而且每次分离的时间很长，需要使用大量溶剂，而空气质量检测的样本量一般都很多，这种方法显然不适用于空气质量检测。对于气相色谱而言，它的检出限比较低，而且灵敏度好，在分析样品时，时效性很强，因此适用于空气质量的TVOC 分析。

3 方法的原理

3.1 采用气相色谱法检测室内TVOC 的原理

TVOC 在空气中的浓度是很低的，想要准确地测量空气中的TVOC 浓度，人们必须先用含有Tenax-TA 吸附剂的吸附管，对空气进行采集，然后将其中的TVOC 浓缩和富集。空气中的TVOC 保留在吸附管中，然后将吸附管迅速加热，解析空气中的TVOC 组分，这些TVOC 组分伴随载体进入气象色谱仪的毛细管柱，进行分离，然后各种组分都伴随载体进入气象色谱的氢火焰离子化检测器，再将组分流出的保留时间定性，最后用组分峰的峰高或者峰面积对TVOC 进行定量[1]。

3.2 TVOC 检测中的富集技术

首先，需要一根填充Tenax-TA 吸附剂的吸附管，然后将大气的采样空气入口处和这根吸附管连接，再对空气流通的速度和时间进行设定，这样就可以将空气中的TVOC 浓缩到吸附管中。

采样时间是20 min，采样流速设为0.5 L/min，每根吸附管都要收集10 L 的空气，然后对TVOC 进行富集。值得一提的是，Tenax 吸附剂源自国外，经过三个阶段的改造，目前被当作吸附剂广泛使用。它的热稳定性非常好，即使加热到350℃，它也不会有什么变化，在温度达到430℃时，它的重量损失也只有0.3%。Tenax 吸附剂是一种疏水式吸附剂，它不会吸附空气中的水和无机盐，因此被广泛用于C7～C26的化合物分析工作[2]。

3.3 TVOC 检测的反吹技术

反吹是指改变气象色谱柱的载体流动方向，这种技术在GC 中被广泛使用。这一技术可以用于TVOC的进样热解析过程，进样和热解析构成整个过程。首先，要采用一个六通阀，控制两路载体，实现吸附管的反吹，这样就可以保障吸附管中吸附剂的纯净，以达到更加准确的检测效果。热解析的进样采用第一路载体，然后用第二路载气进行反吹。这时，第一路载体进入检测器，而停留在吸附管中的高沸点有机物就会被反吹，然后色谱柱留下的是待测物[3]。

3.4 热解吸气相色谱法的原理

热解吸气相色谱仪由氢火焰离子化检测器、TVOC 热解吸进样器、毛细管色谱柱和气相色谱仪组成。在工作时，该仪器以氮气为载体，以氢气为燃气，以空气为助燃气。三种气体由气瓶或者气体发生器输出，再经过气体净化器的净化，最后进入仪器。经过稳压和稳流后，这些气体进入热解析吸进样器，再用含Tenax-TA 吸附剂的吸附管来采集一定体积的空气样品，然后利用Tenax-TA 让空气中的TVOC 富集在吸附管中，再将这些含有样品的吸附管装载在热解析进样器上，其间要注意密封问题。

接着，用热解吸炉，快速地对吸附管进行加热，这样就可以对挥发性有机物进行解析，然后通过热解吸进样器的切换，让吸附管的TVOC 热解出来。TVOC 随着载体进入毛细管的色谱柱，因为毛细管壁含有大量的高分子有机化合物，被解析的挥发性有机物就进入载气和固定相中，然后反复地进行动态分配，最终使得各组分被完全分离。各种单一的组分随着载体进入FID（氢火焰离子化检测器）中，所有的有机物组分被检测器的氢火焰电离，然后转换为电信号，通过色谱处理机或者工作站记录下来。最后对保留时间进行定性，利用组分峰的峰面积和峰高来对TVOC 进行定量，实现对空气中的TVOC进行定性和定量分析[4]。

4 采样控制

采样前必须对吸附管进行充分活化，而且经过活化的吸附管必须在干燥器皿内存放。另外，要考虑样品采集量的控制，因为采样量的大小和采样时间的长短直接影响样品体积，而样品体积参与样品检测结果计算。随着采样量的增加，流量计显示的流量值和实际流量值的偏差会加大，直接影响样品体积。因此，在实际采样时，笔者采用的是皂膜流量计，对样品体积进行校正。空气的采样点也有要求，人们不能随便采样，要保持远离墙面至少0.5 m，距离地面应该在0.8～1.5 m，采样点不能在通风口。对于有自然通风的环境，必须将门窗关闭一段时间，然后进行检测，只有考虑这些自然因素，人们才能提高样品采集的准确性，才能确保样品的适用性，才能降低自然环境对样品造成的负面影响。所以，在采样时，人们必须全面考虑自然环境因素，确保样品采集的准确性。

5 分析步骤

5.1 气相色谱分析条件的确定

色谱柱采用SE30 50 m×0.53 mm×3 μm 大口径毛细柱或者SE30 50 m×0.32 mm×1 μm 标准口径毛细柱。

柱箱初始温度一般要设为50℃，达到50℃后，再用3℃/min 的速度升到100℃，之后用8℃/min的速度升到220℃；检测器的温度设定为250℃，气化室的温度设为200 ℃，热解吸的温度设为290～300℃。

5.2 标准曲线绘制（以VOCs）液体标准样品为例——Tenax-TA 吸附管活化

将Tenax-TA 吸附管装在活化箱上，然后通高纯的氮气，流量设定为50 mL/min。第一次装Tenax 管时，一定要经历充分的活化，一般要活化16 h，如果是反复使用的活化管，要活化1 h，一定要等到活化吸附管冷却以后，再关闭氮气，最后用医用硅胶橡胶管密封。

5.2.1 VOCs 标准吸附管的制备

活化好的吸附管装在气相色谱仪的定标系统上，气化温度设定为200～250℃，氮气的流速设定为50～60 mL/min，然后运用10 μL 的微量进样器取1 μL VOCs 标准样品，注入汽化室，停留时间为30 s，再用氮气通气5 min，最后取下吸附管，然后就制备成VOCs 标准样品吸附管。标准样品需要几种标准浓度，就制备多少个VOCs 标准吸附管。

5.2.2 热解吸操作

将制备好的VOCs 标准吸附管，逐一安装到TVOC 热解吸进样器上。吸附管的进出口位置必须符合载体流动方向，还要和采样时间相反。要确保吸附管装接的气密性，热解炉的温度应该在290～300℃，然后将热解炉向上推移，套住吸附管，计时30 s，再将六通阀切换为分析位置，同时启动气相色谱仪的工作站信号，将柱箱升温。这样，载体就将吸附管中的解吸气直接带入气相色谱仪的毛细柱系统，然后进行分析，2 min 后，可以将热解炉下移。吸附管迅速冷却，要将六通阀切换到取样位置，这样才能更换下一个吸附管。在热解吸操作时，色谱工作站或色谱数据处理机会得到各组分的保留时间和峰高，对应各个浓度的VOCs，再扣除空白值，人们就可以得到各组分的标准曲线。

5.3 样品分析步骤

样品分析的步骤和制作标准曲线的步骤相同，工作站可以直接绘制色谱图，打印出分析报告。

6 讨论

影响TVOC 结果的因素有很多，其中包含VOCs标准物质的准确度；标准样品防止的密封性以及放置时间；吸附管的活化条件及空白值；采样温度、采样时间和采样流量；装吸附管时的周围温度；VOCs 标准吸附管制备的方法；标准曲线绘制的准确性和重复性；仪器的气体流量和热解吸操作的回收率等。

7 结语

人们可以运用气相色谱仪测定环境空气中的TVOC 含量，该检测方法还有待进一步优化。人们必须充分考虑影响检测结果的因素，进一步优化检测条件，确保TVOC 的检测结果准确性。为了降低空气中TVOC 的负面影响，人们应该尽量选择低碳、环保的装修材料，改善室内空气质量，摆脱室内空气污染。未来，TVOC 检测技术要不断优化，以快速测定室内空气污染物含量，改善人居环境。