民用建筑工程室内环境检测中气相色谱柱的选择 |
民用建筑工程室内(indoor)环境检测中气相色谱柱的选择
在民用建筑工程的检测中，室内环境检测用到气相色谱仪较多，其中室内环境空气中甲醛、苯和TVOC这几项指标的测定，都可用色谱仪测出。但这个仪器的检测对象多是微量的物质(material)，在加上仪器较为复杂、影响测量(cè liáng)准确性的因素多，实验的准确性就很难把握。本文从色谱柱的选择方面入手，提供相关理论知识(Knowledge)，为工程检测中使用色谱仪的工作者提供选用色谱柱的依据，提高检测准确性。
GB50325-2010中规定，测量(cè liáng)室内环境空气中甲醛、苯、TVOC的气相色谱仪配备的是毛细管柱。毛细管气相色谱柱的选择主要依一下步骤进行。
1评价毛细管色谱柱
1.1 毛细管色谱柱的基本要求
一般认为，以下三个方面的条件是一根理想的毛细管柱应具备的：
①分离效率即柱效要高，即色谱柱的理论塔板数n或理论塔板高度H要高。
②色谱柱的活性要小，即柱惰性好或者完全惰性。
③热稳定性要好，在高温下固定液的流失小。
1.2 评价方法
Grob等曾对评价毛细管柱提出了一些原则，这些原则是：（1）色谱柱评价应在一次色谱的实验中完成；（2）所选择的试验混合物应包含各类化合物；可以给出评价柱子的各种必要信息；（3）对各种固定液所制备的柱子，应该用同一方法进行评价；（4）应包含定量方面的某些信息；（5）评价条件应该标准化，以便评价结果可以互相比较。但到目前为止，还没有一种评价毛细管的方法能够同时达到上述要求。传统(chuán tǒng)的Grob评价毛细管色谱柱的实验方法更是存在Grob样品不易保存(Save)，操作比较严格和费时，也未被很多人采用。本文采用中科院兰州化学物理研究所色谱中心的评价方法如下：
采用的样品：正构烷烃，辛醇-l，2，6-二甲基苯胺（DMA），2，6-二甲基苯酚（DMP），萘和5-壬酮等。正构烷烃用来测定柱效率；5-壬酮和萘测定色谱柱内金属的吸附中心或Lewis酸的吸附中心；辛醇-l用来指示硅醇基的吸附活性；2，6-二甲胺和2，6-二甲酚是用来测定柱子的酸碱性。柱子为碱性，则适合于碱性化合物的分析，如果是酸性则可用于分析酸性样品。经实验后，得到表1数据，其中的RA值是各个峰的峰面积相对与正构十二烷烃的比值，通过这个比值可以判断色谱柱对各个测试样品的吸附情况，以及色谱柱的酸碱性。
表1 典型色谱柱评价报告
另外通过上述样品也能够提供色谱柱极性的一些信息。南通空气检测广义的空气检测是指对空气的组成成分的检测。狭义的空气检测，主要是从应用的角度，重点研究的是室内空气检测。它是指室内指装饰材料、家具等含有的对人体有害的物质，释放到家居、办公环境中造成的装修污染，来检测空气质量。如：不同极性的色谱柱其中正构十二烷烃在色谱图上的位置（position )是不一样的。如图1-2分别为SE-
30、SE-54、OV-17、OV-35的色谱图。
图1-2 测试样品1色谱柱评价图
O-5-壬酮、Ol-1-辛醇、C12-十二烷、P-二甲基苯酚、A-2，6-二甲基苯胺、Ne-萘
从图上可以看出随着色谱柱极性的增加（SE-
30、SE-54、OV-35、OV-17的极性依次增加）正构十二烷烃(alkane)（C12）的保留时间逐渐减小。南通甲醛检测是指通过特定的方法或仪器，对空气、水、食品、衣物、板材、皮革等含有的甲醛做定量检测。白挺或免烫的衣物，尤其是有些牛仔裤、标榜100%防皱防缩的衣裤或全棉免烫衬衫使用乙二醛树脂定型，都含有甲醛成分。对于SE-30 C12在萘之后出峰；SE-54 C12在A和Ne之间出峰；OV-35 C12在P和A之间出峰；OV-17 C12紧跟O，在O和P之间出峰。这样通过一次进样就能够比较准确的了解色谱柱的性能。
2 毛细管色谱柱其他参数的选择
2.1 内径与长度
柱效率与半径平方成反比，半径越小柱效越高，但半径越小，色谱柱的使用就要求会给操作使用带来很多困难，所以超细柱现在很少使用。大口径柱的样品负荷量已经可以达到填充柱的数量级（微克级），它的体积流量较大，对柱外死体积的要求不象填充柱那么小，可与微型热导检测器联用，可以用一般注射针做柱上进样，比较适合我们对室内(indoor)空气中各种气体污染物浓度的检测。
长度方面，柱越长，总柱效越高（n值越大），分析时间也越长，只有当分析样品十分复杂时，才需要选择长柱，对于只含10个以内组分的TVOC样品，用30米左右长度的毛细管柱已能满足分离的要求。
2.2 固定相
由于毛细管柱的高效率，固定相的作用在毛细管柱中并不象在填充柱中显得那么重要。对毛细管柱来说，很多样品的分析都可在非极性或弱极性固定液柱上完成，原因有两点：一是非极性或弱极性固定液具有较高的柱效，二是具有较高的抗氧化能力，可以有较高的使用温度，使用寿命较长，同时一柱多用。室内环境检测中，我们选择(Select)的是弱极性柱。
2.3 液膜厚度
选择适当的液膜厚度就象选择适当长度一样重要，恰当的膜厚可以使组分得到更好的分离，根据β的定义，可以导出如下公式：
β= D/4df
D-色谱柱直径；df液膜厚度
由以上公式可以看出液膜厚度与柱直径及β值的关系。高β值时，溶质滞留时间短。因此，厚液膜（低β值）色谱柱，适用于挥发性大的轻组分，使它们在柱内滞留时长一些，以得到较好的分离。厚液膜具有较高的负荷量。如果样品属于低挥发性的重组份。应选用薄液膜柱。这样可以采用较低的柱温将重组份从色谱柱中赶出，可减低柱流失增加色谱柱寿命。一般认为不同内径的标准液膜厚度是：O.25mm内径的合适膜厚是O.33μm；O.32mm内径的标准膜厚是O.50μm；0.53mm的标准膜厚是1.0μm。给出的这种膜厚。兼顾了样品容量、分离效率和热稳定性。
2.4 样品容量
其定义为，在峰不产生畸变的条件下，能注入柱的单个分析物的最大量。色谱柱样品容量随着固定相数量的增加也将增加。样品容量亦可借助较大孔径的色谱柱来增加。每单位长度的固定相绝对数量随柱直径增加而增大。表2列出了某些通用的毛细管色谱柱样品容量。 表2 样品容量表
2.5 柱温
温度的选择(Select)应根据样品的沸程范围(fàn wéi)，柱的液膜厚度（柱的K值大小）对填充来说，是指担体与固定液的配比高低，若样品沸程不宽，尽可能采用恒温操作，恒温操作可节省降温时间，如苯检测。若样品组分较多、沸程较宽，就应采用程升方式，如TVOC检测。
初始温度：一般初始柱温比样品中最早流出组分的沸点低30---50℃，且不能低于固定液的凝固（solidification)温度。室内(indoor)环境检测试验中，最早流出组分份是苯（沸点为：80.1 ℃ ），且前期出来的峰并不密集，所以可适当提高初始柱温，我们设置他的初始温度为50℃即可。
升温速度：组分越多的样品升温速率应越小，太快会导致分离度下降。毛细管柱经常采用的升温速率是0.5℃---5℃/分。如果组分不太多，但沸程宽，可提高初始温度。最好不用高的程升速率，因高速率基线漂移较大，甚至影响柱寿命。根据组分出峰疏密及分离情况使用二阶或三阶升温。
终止温度：主要根据最后流出组分的沸点和固定液的最高使用温度及对分析时间的要求而定。
程序升温过程，柱阻力随温升高而增加，平均线速度随之递减，恒压控制模式(pattern)，线速递减更显著。为此，凡程升操作(operate)，应适当提高线速度。
综上所述，我们选用的是长30～50m，内径0.32mm，膜厚1～5μm的毛细柱，苯一条柱子可做两个项目的检测，其中苯采用恒温检测、TVOC采用程序升温进行检测。其中TVOC检测中，柱操作条件是：程序升温50～250℃，初始温度为50℃，以5℃/min的升温速率升到130℃时保持2min，再以5℃/min的升温速率升到250℃时保持2min。
对色谱柱的选择(Select)只是检测(jiǎn cè)准备中的很少一部分，除了柱子本身，柱子的安装、制样、仪器本身适合的分析条件、进样技术等都会影响到色谱分析的准确性。南通环境检测中心是利用GIS技术对环境监测网络进行设计,环境监测收集的信息又能通过GIS适时储存和显示，并对所选评价区域进行详细的场地监测和分析。要利用气相色谱仪在建筑工程检测中准确的分析出数据，还有更多的研究需要我们去做，作为一个检测人员，需对此做出不懈努力。
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