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应用简报 | HJ734-2014 吸附管方法监测固定污染源中的24种VOCs

思聚仪器
2020.2.24

挥发性有机有害气体在很多工业和城市环境中作为衡量空气质量的标准之一进行监测。这些气体的挥发性涉及范围广泛,从氯甲烷、丙酮到六氯丁烷、十二烯, 包括极性和非极性化合物。


环保部于 2014 年颁布了针对挥发性有机物的标准监测方法《固定污染源废气 挥发性有机物的测定固相吸附-热脱附/气相色谱质谱法》(HJ 734-2014)。该标准方法均是基于热脱附联用气相色谱质谱法(TD – GC– MS)。热脱附技术作为 VOC 样品采集和分析预处理,对分析结果有至关重要的影响。


本实验所用的分析系统包括了一个 TD100-xrTM 自动化热脱附仪,与气相色谱质谱仪GC– MS联用。在此与 HJ734-2014 标准兼容的系统中,无需制冷剂、带精确流量控制,可自动对样品定量添加内标(1 mL), 并在一定流量的载气中加热,将目标物传输到 UNIT Y-xr 的电制冷、填充吸附剂的聚焦冷阱上。一旦完成了气体从样品和吸附管到聚焦冷阱的转移 (一阶脱附),载气按采样方向对冷阱进行干吹扫除去水分。然后载气方向反转,冷阱迅速升温。此时,保留在冷阱上的有机物脱离冷阱,并随载气传输到色谱柱中。在分流模式下,可自动对样品进行定量分流和再收集。冷阱解析非常高效,即使采用不分流模式也不会产生峰展宽,即所有保留的有机物都被很集中地转移到了色谱柱上,确保了最佳灵敏度。TD100-xr的全自动样品架内最多可放置100根标准吸附管,选配的Ultra-xr可额外增加99个样品位,从而最大程度提高实验室样品通量。



析方法:

预浓缩:

TD仪器:TD-100 (Markes International)

冷阱:   Air Toxics Analyser/Soil Gas trap (Markes International 货号 U-T15ATA-2S)

吸附管:  Universal 吸附管 (Markes International 货号 C3-A X X X-5266)

冷阱低温:25°C

热脱附温度:300°C

热脱附时间:5 min

吸附管预吹扫时间:1.0 min

吸附管预吹扫流量:60 mL/min

冷阱高温:250°C 保持 3 min

冷阱升温速率:Max. (100°C/s)

TD 气路:120°C

GC 气相色谱仪:

载气:氦气

色谱柱:DB-1, 30 m × 0.25 mm × 1.0 μm

模式:恒流,1.5 mL/min

气温程序:35°C (3 min),15°C/min 到 85°C (0 min),25°C/min 到 220°C (1 min)

MS 质谱仪:

质谱源温度:250°C

质谱四极杆温度:150°C

质谱传输线温度:230°C

全扫描范围:m/z 36 –180(0 –2.2 min), m/z 33–270(2.2 min 后)

 


结果与讨论:


  • 标准谱图及测试结果

图1A显示了吸附管中各目标物质量为 100 ng 的校正混合标液样品的色谱图,相当于采集 300 mL, 83 ppb 气体样品浓度。各化合物保留时间和定量计算时所用的定量离子见表1。对观测难度较高的极性分子异丙醇的良好峰型在这里最好地展示了冷阱的表现 (图1B)。图1C为化合物# 13 到# 21 的色谱放大图。可以看出,即使加快 GC 升温速率, 大部分化合物在此方法设置下都分离开来,不但提到样品分析通量,同时改善峰型从而提高灵敏度。


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图1:图A在本实验参数设置下,分析吸附管中校正标液的各目标化合物质量为 100 ng 色谱图,相当于实际采样300 mL 的 80 ppb 气体样品浓度。图中标出了 HJ 734-2014 标准方法中要求的22种目标物。图B展示了异丙醇峰型。图C为化合物#13到#21色谱放大图。

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表1: 标准方法 HJ 734-2014 中规范的目标物,以及本实验中各化合物保留时间、所用定量离子以及方法性能


  • 定量再收集验证

TD100-xr 热脱附仪的定量再收集功能可定量地收集分流气体,并有助于重复分析和对 HJ 734 方法和数据验证。对 100 ng 有害气体标样的重复分析,8:1 分流模式(图2),展示了对宽范围挥发物的定量回收。从图2可以看出,两次分析(原始样品以及对原始样品再收集样品)的色谱图高度一致。由于使用 8:1 的分流比,再收集丰度略低于原始样品(二者比为 0.87)。通过多次重复收集,可以对比理论递减规律,从而验证此定量再收集的准确性。图2展示了使用两根吸附管,通过一定的分流比(8:1)和定量重复收集功能, 对再收集的浓度进行多次分析, 每次再收集的浓度符合理论递减规律,表明系统对吸附管的脱附完全,并且全部进入再收集的吸附管进行回收备份。此功能使得珍贵的采样数据得以备份,保存,并且可进行再分析,突破了热脱附方法原有的仅一次分析机会的局限性,极大地增强了该技术的安全性。

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图2: 在 8:1 分流比下再收集和分析 HJ 734-2014 标液。黑线为理论上的递减趋势;各彩色符号为所选几种目标物与原始样本比值的实测数据


结论:本应用案例展示的全自动热脱附系统(TD100-xr 热解析仪)对固定污染源排放的有机废气 VOCs 进行连续自动分析,无需制冷剂,以及其卓越的分析结果。该解决方案符合中国环境保护标准《固定污染源废气 挥发性有机物的测定固相吸附-热脱附/气相色谱质谱法》 (HJ 734-2014)对所规定的目标化合物以及检测标准。本文还展示了样品的重复分析对方法开发和结果验证提供了强有力的支持。


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