室内空气中总挥发性有机物(TVOC)的气相色谱检测方法

GB/T18883《室内空气质量标准》与GB50325《民用建筑工程室内环境污染控制规范》对总挥发性有机化合物(total volatile organic compounds,TVOC)的定义有所不同，对应的分析方法也不同(分别对应K.1、K.2)。目前国内应用较多的除了上述两个标准所列的分析方法，还有光离子化法(K.3、K.4 )。光离子化总量测定法(K.4)虽没有被上述两个标准列入标准分析方法，其检测结果也与标准分析方法没有可比性，但光离子化法的测定结果也可反映室内总挥发性有机化合物污染程度，又以其较低的市场价格，易于操作而得到广泛应用。鉴于此，本规范将光离子化总量测定法列为非仲裁性分析方法，以供选择使用，评价依据可参照《室内空气质量标准》(GB/T18883)执行。另外，也可采用美国环保局METHOD TO-14A、METHOD TO-15、METHOD TO-16、METHOD TO-17等分析方法测定室内环境空气中的总挥发性有机化合物。

K.1热解吸—毛细管气相色谱法(1)

K.1.1 相关标准及依据

本方法主要依据GB /T 18883《室内空气质量标准》。

K.1.2 原理

选择合适的吸附剂(Tenax GC或Tenax TA)，用吸附管采集一定体积的空气样品，空气流中的挥发性有机化合物保留在吸附管中。采样后，将吸附管加热，解吸挥发性有机化合物，待测样品随惰性载气进入毛细管气相色谱仪。用保留时间定性，峰高或峰面积定量。

K.1.3 测定范围

本法适用于浓度范围为0.5μg /m3~100mg/m3之间的空气中VOCS的测定。

K.1.4 试剂和材料

分析过程中使用的试剂应为色谱纯;如果为分析纯，需经纯化处理，保证色谱分析无杂峰。

K.1.4.1 VOCS：为了校正浓度，需用VOCS作为基准试剂，配成所需浓度的标准溶液或标准气体，然后采用液体外标法或气体外标法将其定量注入吸附管。

K.1.4.2 稀释溶剂：液体外标法所用的稀释溶剂应为色谱纯，在色谱流出曲线中应与待测化合物分离。

K.1.4.3 吸附剂：使用的吸附剂粒径为0.25~0.18 mm(60~80目)，吸附剂在装管前应在其最高使用温度下，用惰性气流加热活化处理过夜。为了防止二次污染，吸附剂应在清洁空气中冷却至室温，储存和装管。解吸温度应低于活化温度。由制造商装好的吸附管使用前也需活化处理。

K.1.4.4 高纯氮：99.999%。

K.1.5 仪器和设备

K.1.5.1 吸附管：外径6.3mm、内径5mm、长90mm或180mm内壁抛光的不锈钢管或玻璃管，吸附管的采样入口一端有标记。吸附管可以装填一种或多种吸附剂，应使吸附层处于解吸仪的加热区。根据吸附剂的密度，吸附管中可装填200~1000 mg的吸附剂，管的两端用不锈钢网或玻璃纤维堵住。如果在一支吸附管中使用多种吸附剂，吸附剂应按吸附能力增加的顺序排列，并用玻璃纤维隔开，吸附能力最弱的装填在吸附管的采样入口端。

K.1.5.2 注射器：可精确读出0.1μL的10μL液体注射器;可精确读出0.1μL的10μL气体注射器;可精确读出0.01mL的1mL气体注射器。

K.1.5.3 空气采样器。

K.1.5.4 气相色谱仪：配备氢火焰离子化检测器、质谱检测器或其它合适的检测器。

色谱柱：非极性(极性指数小于10)石英毛细管柱。

K.1.5.5 热解吸仪：能对吸附管进行二次热解吸，并将解吸气用惰性气体载带进入气相色谱仪。解吸温度、时间和载气流速是可调的。冷阱可将解吸样品进行浓缩。

本规范推荐使用有冷阱的热解吸仪;不带冷阱，但解析效率较高的热解吸仪也允许使用;将吸附管中的样品不直接解析到色谱进样系统而是解吸到针筒或气袋中的产品不宜使用。

K.1.5.6 液体外标法制备标准系列的注射装置：常规气相色谱进样口，可以在线使用也可以独立装配，保留进样口载气连线，进样口下端可与吸附管相连。

K.1.6 采样和样品保存

将吸附管与采样泵用塑料或硅橡胶管连接。个体采样时，采样管垂直安装在呼吸带;固定位置采样时，选择合适的采样位置。打开采样泵，调节流量，以保证在适当的时间内获得所需的采样体积(1~10L)。如果总样品量超过1mg，采样体积应相应减少。记录采样开始和结束时的时间、采样流量、温度和大气压力。

采样后将管取下，密封管的两端或将其放入可密封的金属或玻璃管中。样品可保存14d。

K.1.7 分析步骤

K.1.7.1 样品的解吸和浓缩

将吸附管安装在热解吸仪上，加热，使有机蒸气从吸附剂上解吸下来，并被载气流带入冷阱，进行预浓缩，载气流的方向与采样时的方向相反。然后再以低流速快速解吸，经传输线进入毛细管气相色谱仪。传输线的温度应足够高，以防止待测成分凝结。解吸条件(见表K.1.1)。

表K.1.1 解吸条件

解吸温度250℃ ～ 325℃

解吸时间(5～15)min

解吸气流量 (30～50)mL/min

冷阱的制冷温度 +20℃～-180℃

冷阱的加热温度 250℃～350℃

冷阱中的吸附剂如果使用，一般与吸附管相同，(40～100)mg

载气氦气或高纯氮气

分流比样品管和二级冷阱之间以及二级冷阱和分析柱之间的分流比应根据空气中的浓度来选择

K.1.7.2 色谱分析条件

可选择膜厚度为1~5 μm 50m×0.22mm的石英柱，固定相可以是二甲基硅氧烷或7%的氰基丙烷、7%的苯基、86%的甲基硅氧烷。柱操作条件为程序升温，初始温度50℃保持10min，以5℃/ min的速率升温至250℃。

K.1.7.3 标准曲线的绘制

气体外标法：用泵准确抽取100μg/m3的标准气体100mL、200mL、400mL、1L、2L、4L、10L、通过吸附管，制备标准系列。

液体外标法：利用K.1.5.6的进样装置取1~5μL含液体组分100μg/mL和10μg/mL的标准溶液注入吸附管，同时用100mL/min的惰性气体通过吸附管，5min后取下吸附管密封，制备标准系列。

用热解吸气相色谱法分析吸附管标准系列，以扣除空白后峰面积为纵坐标，以待测物质量为横坐标，绘制标准曲线。

K.1.7.4 样品分析

每支样品吸附管按绘制标准曲线的操作步骤(即相同的解吸和浓缩条件及色谱分析条件)进行分析，用保留时间定性，峰面积定量。

K.1.8 结果计算

K.1.8.1 将采样体积按4.7.7换算成标准状态下的采样体积。

K.1.8.2　TVOC的计算：

K.1.8.2.1 应对保留时间在正己烷和正十六烷之间所有化合物进行分析。

K.1.8.2.2 计算TVOC，包括色谱图中从正己烷到正十六烷之间的所有化合物。

K.1.8.2.3 根据单一的校正曲线，对尽可能多的VOCs定量，至少应对十个最高峰进行定量，最后与TVOC一起列出这些化合物的名称和浓度。

K.1.8.2.4 计算已鉴定和定量的挥发性有机化合物的浓度Sid。

K.1.8.2.5 用甲苯的响应系数计算未鉴定的挥发性有机化合物的浓度Sun。

K.1.8.2.6 Sid与Sun之和为TVOC的浓度与TVOC的值。

K.1.8.2.7 如果检测到的化合物超出了(K.1.8.2.2 )中TVOC定义的范围，那么这些信息应该添加到TVOC值中。

K.1.8.3　空气样品中待测组分的浓度按下式计算

式中：

c——空气样品中待测组分的浓度，μg/m3;

m——样品管中组分的质量，μg;

m0——空白管中组分的质量，μg;

Vo——标准状态下的采样体积，L。

K.1.9　方法特性

K.1.9.1　检测下限：采样量为10L时，检测下限为0.5μg/m3。

K.1.9.2　线性范围：106。

K.1.9.3　精密度：根据待测物的不同，在吸附管上加入10μg的标准溶液，Tenax TA的相对标准偏差范围为0.4%至2.8%。

K.1.9.4　准确度：20℃、相对湿度为50%的条件下，在吸附管上加入10mg/m3的正己烷，Tenax TA、Tenax GR(5次测定的平均值)的总不确定度为8.9%。

K.1.10 干扰和排除

采样前处理和活化采样管和吸附剂，使干扰减到最小;选择合适的色谱柱和分析条件，本法能将多种挥发性有机物分离，使共存物干扰问题得以解决。

K.2 气相色谱法(2)

K.2.1 相关标准与依据

本方法主要依据GB50325《民用建筑工程室内环境污染控制规范》。

K.2.2 原理

选择合适的吸附剂Tenax-TA，用吸附管采集一定体积的空气样品，空气流中的挥发性有机化合物保留在吸附管中。采样后，将吸附管加热，解吸挥发性有机化合物，待测样品随惰性载气进入毛细管气相色谱仪。用保留时间定性，峰高或峰面积定量。

K.2.3 仪器及设备

K.2.3.1 气相色谱仪：带氢火焰离子化检测器;

K.2.3.2 热解吸装置;

K.2.3.3 毛细管柱：长50m，内径0.32mm石英柱，内涂覆二甲基聚硅氧烷，膜厚 1～5 μm，程序升温 50～250 ℃，初始温度为50℃，保持10min，升温速率5℃/min，分流比例1:1～10:1;

K.2.3.4 空气采样器;

K.2.3.5 注射器：10μL、1mL若干个。

K.2.4 试剂和材料

K.2.4.1 Tenax-TA吸附管;

K.2.4.2 标准品：甲醛、苯、甲苯、对(间)二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷均为色谱纯。

K.2.5 采样

应在采样地点打开吸附管，与空气采样器入气口垂直连接，以0.5L/min的速度，抽取约10L空气，精确计时。采样后，应将吸附管的两端套上塑料帽，并记录采样时的温度和大气压。

K.2.6 空气样品的测定

K.2.6.1 解吸条件

温度：300℃;

时间：10min;

流速：40mL/min;

载气：氮气(纯度不小于99.99%)。

K.2.6.2 应制备0、0.01 mg/mL、0.1 mg/mL、1.0 mg/mL、10.0mg/mL 标准溶液系列。

K.2.6.3 应通过热解吸和气相色谱分析每个标准溶液，记录峰面积，并以峰面积的对数为横坐标，以对应组分浓度为纵坐标，绘制标准曲线图。

K.2.6.4 所采室内空气样品和所采室外空气空白样品同法测定，以保留时间定性，记录峰面积并从标准曲线上查得样品中各组分的量。

注：

1、采集室外空气空白样品，应与采集室内空气样品同时进行，地点宜选择在室外上风向处。

2、对其余未识别峰，可以甲苯计。

K.2.7 计算

K.2.7.1 将采样体积按4.7.7换算成标准状态下的采样体积。

K.2.7.2 空气样品中各组分的含量，应按下式计算：

式中：

Ci——空气样品中i 组分含量，mg /m3;

mi——被测样品中i 组分的量，μg;

m0——室外空气空白样品中i组分含量，μg;

V0——标准状态下的采样体积，L。

K.2.7.3 应按以下计算空气样品中总挥发性有机化合物(TVOC)的含量：

式中：

TVOC——标准状态下空气样品中总挥发性有机化合物(TVOC)的含量(mg/m3)。

注：当与挥发性有机化合物有相同或几乎相同的保留时间的组分干扰测定时，宜通过选择适当的气相色谱柱，或通过用更严格地选择吸收管和调节分析系统的条件，将干扰减到最低。

K.3 光离子化气相色谱法

K.3.1 相关标准与依据

本方法主要参考GB/T 18883《室内空气质量标准》，并参照美国环境保护局EPA21《挥发性有机化合物泄漏的测定》而制订。

K.3.2 原理

将空气样品直接注入光离子化气体分析仪，样品由色谱柱分离后进入离子化室，在真空紫外光子的轰击下，将TVOC电离成正负离子。测量离子电流的大小，就可确定TVOC的含量，根据色谱柱的保留时间对TVOC定性。

K.3.3 测定范围

以苯为标准物质，苯的检出限为：5μg/m3，浓度测定范围为：5μg/m3～350mg/m3(进样1mL)。

K.3.4 试剂和材料

K.3.4.1 苯：分析纯;

K.3.4.2 5A分子筛：φ2.8 ～φ4.5mm，用于净化载气;

K.3.4.3　椰子壳活性炭：20 ～ 40目，用于净化载气;

K.3.4.4　高纯氮气：99.999%;

K.3.4.5　压缩空气：钢瓶空气;

K.3.4.6 苯储备气(1000mg/m3)的制备

将配气体积按4.7.7换算成标准状态下的配气体积。

在20℃，一个大气压下(苯在20℃下密度为0.878g/mL)，用5μL注射器准确抽取1.06μL液体苯，注入装有1L高纯氮气的注射器中，并混合均匀，制成苯储备气。该标准气所含苯的浓度为：

K.3.4.7 标准混合气体(1000μg/m3)的制备

根据苯储备气的制备方法，先按上述公式计算出TVOC中已鉴定各物质的取样量，然后按取样量分别抽取液体苯和已鉴定各物质，注入装有1L高纯氮气的气袋中，并混合均匀，配制成浓度均为1000mg/m3的苯和已鉴定物质的混合气体。再抽取1mL混合气体，注入另一装有1L高纯氮气的气袋中，并混合均匀，制成浓度均为1000μg/m3的苯和已鉴定物质的标准混合气体。

K.3.5 仪器和设备

K.3.5.1 光离子化气相色谱仪;

K.3.5.2 色谱柱：28%角鲨烷(80% Chromsorb P)，尺寸：5m ×Φ3mm，聚四氟乙烯填充柱，柱温：50℃;

K.3.5.3 气袋：1L，Tedlar或铝-聚酯薄膜采样袋;

K.3.5.4 微量进样器：5μL、100μL，经校正;

K.3.5.5 注射器：1mL，经校正;

K.3.5.6 转子流量计：0～60 mL/min，经校正;

K.3.5.7 经校正的温湿度计;

K.3.5.8 经校正的气压表。

K.3.6 采样和样品保存

用采样气袋，抽取现场空气冲洗3次，采气1L，密封进气口，带回实验室分析，也可以将仪器带到现场分析。空气中TVOC的浓度在μg/m3量级的样品保存时间不超过24h。

K.3.7 分析步骤

K.3.7.1 分析条件

K.3.7.1.1 环境要求

除特殊规定外，试验场所的环境条件如下：

环境温度：10℃～35℃;

相对湿度：≤85%RH;

气压： 86 ～106kPa;

K.3.7.1.2 载气

普通钢瓶压缩空气，柱前压0.3MPa;

载气流速：最佳流速15mL/min左右，用转子流量计在出气口监测流量。

K.3.7.2 仪器的启动

按仪器说明书启动仪器，一般情况下预热30min后检测。

K.3.7.3 标准曲线的绘制

K.3.7.3.1 绘制标准曲线

外标法：苯标准气体系列配制见下表：

苯标准气体浓度

(mg/m3)苯储备气(103mg/m3)取样量

(mL)用高纯氮气定容后体积

(L)

111

0.80.81

0.50.51

0.30.31

0.1100μL1

分别抽取上述浓度的苯标准气体各1mL进样，测量保留时间及峰高(峰面积)。每个浓度重复3次，取其中两次峰高(峰面积)接近者的平均值。分别以苯的浓度为横坐标，峰高(峰面积)平均值为纵坐标，绘制标准曲线。

K.3.7.3.2 相对校正因子的计算(相对于苯)

采用外标法，测定TVOC中已鉴定化合物的相对校正因子。准确抽取1mL标准混合气体(浓度见K.3.4.7)进样，测量保留时间及峰高(峰面积)。重复进样3次，取其中两次峰高(峰面积)相近者的平均值，计算各物质的相对校正因子：

式中：

fi——待测物质的相对校正因子和测定计算因子。

K.3.7.4 样品定性和定量分析

在相同的色谱条件下，从采样气袋中准确抽取被测样气1mL进样。与标准图谱对比定性，峰高(峰面积)(或峰面积)定量，每个样品重复3次分析，取其中两次峰高(峰面积)接近者的平均值。

K.3.8 结果计算

K.3.8.1 对谱图中的所有物质进行分析。

K.3.8.2 根据苯标准曲线及各物质的相对校正因子，对尽可能多的物质定量，然后将物质的名称和浓度一同列出。

K.3.8.3 计算已鉴定和定量的物质的浓度Ci：

式中：

Cid——已鉴定化合物i的浓度，mg/m3;

fi——组分i的相对校正因子(相对于苯，由K.3.7.3.2可得);

Ci——已鉴定化合物在标准曲线上的浓度，mg/m3。

K.3.8.4 在标准曲线上直接计算未鉴定物质的浓度Cun(假设相对校正因子为1)：

K.3.8.5 TVOC浓度的计算公式为：

式中：

CTVOC——TVOC浓度，mg/m3。

K.3.9 线性范围、精密度和准确度

线性范围105，精密度取决于进样误差(小于5%);准确度取决于标准气的不确定度(小于2%)和仪器的稳定性(小于1%)。

K.3.10 干扰和排除

采用椰子壳活性炭和5A分子筛排除、净化了载气中的污染物，降低了背景，提高了灵敏度，消除了样品电离电位高于10.6eV的化学物质干扰;加之采用了气相色谱分离技术，选择合适的色谱分离条件，可以消除样品中其它有机杂质气体对被测物质的干扰。

K.4 光离子化总量直接检测法

K.4.1 原理

将空气样品直接注入光离子化气体分析仪，样品采样泵直接吸入后进入离子化室，在真空紫外光子(VUV)的轰击下，将TVOC电离成正负离子。测量离子电流的大小，就可确定TVOC的含量。

K.4.2 测定范围

以苯为标准物质，苯的检出限为：5μg/m3，测定范围为：5μg/m3～350mg/m3(进样1mL)。

K.4.3 试剂和材料

K.4.3.1 苯：分析纯;

K.4.3.2 椰子壳活性炭：20～40目，用于净化零空气;

K.4.3.3　高纯氮气：99.999%;

K.4.3.4　苯标准气体的制备

将配气体积按4.7.7换算成标准状态下的配气体积。

在20℃，一个大气压下(苯在20℃下密度为0.878g/mL)，用5μL微量注射器准确取1.06μL液体苯，注入装有1L高纯氮气的气袋中，并混合均匀，制成苯标准气。该标准气所含苯的浓度为：

准确抽取1mL苯储备气(103mg/m3)，再注入充有1L高纯氮气的气袋中，并混合均匀,制备成为1mg/m3的苯标准气体。

K.4.4 仪器和设备

K.4.4.1 光离子化气体分析仪;

K.4.4.2 气袋：1L，Tedlar或铝-聚酯薄膜采样袋;

K.4.4.3 微量进样器：1μL、5μL，经校正;

K.4.4.4 注射器：1mL，经校正;

K.4.4.5 转子流量计：0～1 L/min，经校正;

K.4.4.6 经校正的温湿度计;

K.4.4.7 经校正的气压表。

K.4.5 采样和样品保存

将仪器带到现场分析空气中的TVOC。

K.4.6　分析步骤

K.4.6.1 分析条件

K.4.6.1.1 环境要求

除特殊规定外，试验场所的环境条件如下：

环境温度：10℃～35℃;

相对湿度：≤85%RH;

大 气 压：86 ～106kPa。

K.4.6.1.2 采样泵的流速

流速应大于等于400mL/min，用转子流量计在出气口监测流量。

K.4.6.2 仪器的启动

按仪器操作说明书启动仪器进行检测。

K.4.6.3 仪器的校正

用1mg/m3苯标准气体对仪器进行校正。重复3次，取其中两次数值接近者的平均值。

K.4.6.4 样品的定量分析

在相同的分析条件下，对样品进行定量分析。仪器内置的吸气泵将样品从TVOC进样口吸入，由光离子化检测器直接进行检测。

K.4.7 结果计算

样品中待测组分浓度的计算：

式中：

CTVOC——样品中组分TVOC的浓度，mg/m3;

hTVOC——样品峰高(峰面积)的平均值;

C苯——苯浓度，mg/m3;

h苯——苯峰高(峰面积)。

K.4.8 方法特性

准确度取决于标准气的不确定度(小于2%)和仪器的稳定性(小于1%)。

来源：实验与分析