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.docx
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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
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
1.适用范围
本方法规定了固定污染源废气中24种挥发性有机物测定的固相吸附-热脱附/气相色谱-质谱法。
本方法适用于固定污染源废气中24种挥发性有机物的测定，24种挥发性有机物包括：
丙酮、异丙醇、正己烷、乙酸乙酯、苯、六甲基二硅氧烷、3-戊酮、正庚烷、甲苯、环戊酮、乳酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、乙苯、对/间二甲苯、2-庚酮、苯乙烯、邻二甲苯、苯甲醚、苯甲醛、1-癸烯、2-壬酮、1-十二烯。
其他挥发性有机物经过验证后也可使用本方法。
当采样体积为300ml时，本标准的方法检出限为0.001~0.01mg/m3，测定下限为0.004~0.04mg/m3。
详见附录A。
2.方法原理
使用填充了合适吸附剂的吸附管直接采集固定污染源废气中挥发性有机物（或先用气袋采集然后再将气袋中的气体采集到固体吸附管中），将吸附管置于热脱附仪中进行二级热脱附，脱附气体经气相色谱分离后用质谱检测，根据保留时间、质谱图或特征离子定性，内标法或外标法定量。
3.试剂和材料
除非另有说明，分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂。
3.1甲醇：
农残级或者等效级。
3.2内标溶液：
ρ=2000µg/ml或2500µg/ml，市售有证内标溶液（挥发性有机物分析专用）。
3.34-溴氟苯（BFB）：
ρ=50µg/ml。
用于GC-MS性能检验。
取适量色谱纯的4-溴氟苯（BFB）配制于一定体积的甲醇中。
3.4标准物质
挥发性有机物的标准物质可以使用气体标准，也可以使用液体标准。
3.4.1气体标准
使用高压罐储存的气体标准，必须符合国家标准或国际权威机构认证的标准且在有效期内使用。
标准气体的稀释建议使用动态稀释方法。
3.4.2液体标准贮备溶液：
ρ=1000µg/ml。
购买色谱纯的目标化合物，取一定体积用甲醇稀释，配制成ρ=1000µg/ml的标准贮备液。
也可购买市售有证混合标准溶液，浓度为ρ=2000µg/ml。
3.5替代物标准溶液：
ρ=2000µg/ml或2500µg/ml，市售有证替代物标准溶液（挥发性有机物分析专用）。
也可选择目标化合物中色谱纯氘代物用甲醇配制。
3.6吸附剂：
TenaxGR（比表面积35m2/g），CarbopackB（比表面积100m2/g），CarbopackC（比表面积10m2/g），Carboxen1000（比表面积1200m2/g），或其他等效吸附剂如国产GDX-502（比表面积170m2/g）、GDX-20（比表面积510m2/g）、GDX-10（（比表面积330m2/g）等。
常用的吸附剂的粒径一般为60~80目。
3.7吸附管：
不锈钢材质，内径5mm。
组合1吸附管，内装TenaxGR、CarbopackB，长度分别为30、25mm。
组合2吸附管，内装CarbopackB、Carboxen1000，长度分别为30、10mm。
组合3吸附管，内装CarbopackC、CarbopackB、Carboxen1000，长度分别为13、25、13mm。
或使用其他具有相同功能的产品。
吸附管的使用与选择参见附录B。
3.8氦气：
纯度≥99.999%。
载气气路中应安装氧气和有机物过滤器。
这些滤料应根据厂商说明定期更换。
3.9氮气：
纯度≥99.999%。
4.仪器和设备
4.1毛细管气相色谱仪：
具有分流/不分流进样口，能对载气进行电子压力控制，可程序升温。
4.2质谱仪：
电子轰击（EI）电离源，一秒内能从35amu扫描至270amu，具NIST质谱图库、手动/自动调谐、数据采集、定量分析及谱库检索等功能。
4.3色谱柱：
可以根据需要选择内径0.18mm、0.25mm、0.32mm，1.0µm膜厚，20~60m长的100%甲基聚硅氧烷毛细柱（色谱柱-1）或等效柱。
4.4热脱附装置：
能对吸附采样管进行二级热脱附，并将脱附气用载气带入气相色谱，脱附温度、脱附时间及流速可调，冷阱能实现快速升温。
冷阱一般采用半导体制冷。
热脱附装置与气相色谱相连部分和仪器内气体管路均应使用硅烷化不锈钢管，并至少能在50-150℃之间均匀加热。
4.5吸附管老化装置：
最高温度应达到400℃以上，最大载气流量至少能达到100ml/min，流量可调。
4.6无油采样泵：
采样流量应能达到20~200ml/min，采样泵最好采用具有恒定质量流量控制的采样泵。
4.7校准流量计：
能在5~500ml/min能精确测定流量，流量精度2%；宜采用电子质量流量计。
4.8半导体制冷除湿装置或冰浴小型撞击式水分收集器：
半导体致冷器（电流为3A，电压为12V，最大温差60℃），除湿器中气路部分的材质，采用不锈钢及聚四氟乙烯导管，除湿部件设计成可更换的组件；当样气流量<3L/min时入口样气温度<60℃（双路串联时<120℃），出口样气温度1.5~4.0℃。
4.9微量注射器：
1.0、5.0、10.0、25.0、50.0、100、250和500ul。
4.10—般实验室常用仪器和设备。
5.样品
5.1预调查和预监测
在测试固定源挥发性有机物排气前，应事先调查污染源信息，包括公司名称、原材料、中间体、产品、副产品、生产工艺、排气筒采样孔位置、总有机碳（或非甲烷总烃）排放浓度等情况，及行业排放标准所列的常见有机污染物。
预监测样品采集使用组合3吸附管采样，热脱附/气相色谱-质谱法分析，也可采用采样罐采样气相色谱-质谱法分析。
预监测确定各固定污染源废气中挥发性有机物的组分。
5.2吸附采样管的准备
老化后的吸附采样管两端立即用密封帽密封，放在气密性的密封袋或密封盒中保存。
密封袋或密封盒存放于装有活性炭的盒子或干燥器中，4℃保存。
必要时，采样前在老化好的吸附管中加入一定量（一般为校准曲线中间浓度）的替代物标准，加载方法参见6.2.2。
5.3样品采集
5.3.1吸附管采样
按照HJ/T397中使用吸附管采样系统（如图1）采样要求，进行样品采集。
对于使用多层吸附剂的吸附采样管，吸附采样管气体入口端应为弱吸附剂（比表面积小），出口端为强吸附剂（比表面积大）。
对于外径为6mm的不锈钢吸附采样管，推荐的采样流量为20~50ml/min。
每个样品至少采气300ml，组合1吸附采样管如果监测C6以上挥发性有机物则样品采气300ml，影响吸附采样管的吸附效率时，应将吸附采样管冷却（0~5℃）采样。
采样穿透试验样品采集：
在吸附采样管后串联一根吸附采样管，同时采样。
每批样品应至少采集一根串联吸附采样管，用于监视采样是否穿透。
注1：
组合2、3吸附采样管的主要干扰物是水蒸气。
如果存在水蒸气干扰，可在吸附采样管前加一个冰水浴小型撞击式水分收集器或半导体制冷除湿装置。
水分收集器中的水应同时用HJ639分析，含量计入到样品中。
1-排气管道；2-玻璃棉过滤头；3-采样枪；4-三通阀；5-旁路吸附管；6-温度计；7-压力表；8-吸附管；9-干燥器；10-恒流控制器；11-抽气泵
图1废气采样系统
5.3.2气袋-吸附管采样
参照HJ732进行固定污染源废气挥发性有机物的气袋采样，气袋采用3升聚氟乙烯袋，采气2升左右。
8小时内将气袋与吸附采样管连接，用样品采集装置以50ml/min流量，至少采气150ml。
5.4全程序空白采样
将密封保存的吸附采样管带到采样现场，同样品吸附管同时打开封帽接触现场环境空气，采样时全程序空白吸附管关闭封帽，采样结束时同样品吸附管接触环境空气，同时关闭封帽，按与样品相同的操作步骤进行处理和测定，用于检查从样品采集到分析全过程是否受到污染。
5.5样品保存
吸附采样管采样后，立即用密封帽将采样管两端密封，4℃避光保存，7日内分析。
6.分析步骤
6.1仪器分析参考条件
6.1.1热脱附仪参考条件
吸附管初始温度：
室温；聚焦冷阱初始温度：
室温；干吹流量：
30ml/min；干吹时间：
2min；吸附管脱附温度：
270℃；吸附采样管脱附时间：
3mm；脱附流量：
30ml/mm；聚焦冷阱温度：
-3℃；聚焦冷阱脱附温度：
300℃；冷阱脱附时间：
3min；传输线温度：
120℃。
通用型冷肼，填料为石墨化碳黑。
吸附管脱附温度和脱附时间等条件根据目标化合物特性和吸附管类型不同可以进行适当调整；如果废气中挥发性有机物或者水分含量高，应根据需要设置分流比。
注2：
目标化合物100-1000ng，分流比30.4:
1设置：
吸附采样管初始温度：
室温；聚焦冷阱初始温度：
室温；干吹流量：
48ml/min；干吹时间：
1min；组合1吸附采样管脱附温度：
270℃；吸附采样管脱附时间：
5mln；—级聚焦冷阱流量：
30ml/min，一级分流流量18ml/min；聚焦冷阱温度：
-3℃；二级聚焦冷阱脱附温度：
300℃；冷阱脱附时间：
3min；二级分流流量：
18ml/min，柱流量：
1ml/min；传输线温度：
120℃。
6.1.2毛细管柱气相色谱仪参考条件
进样口温度：
200℃；柱流量（恒流模式）：
1.5ml/min；升温程序：
初始温度35℃，保持5min，以6℃/min的速度升温至140℃，以15℃/min的速度升至220℃，在220℃保持3min。
6.1.3质谱仪
6.1.3.1质谱仪参考条件
扫描方式：
全扫描；扫描范围：
33~180amu（0~6min），33~〜270amu（6min~结束）；离子化能量：
70eV；传输线温度：
230℃，其余参数参照仪器使用说明书进行设定。
为提高分析灵敏度，可以使用选择离子扫描方式进行分析，特征离子选择参照附表A-1。
6.1.3.2质谱性能检查
在空白吸附管中加入4-溴氟苯（BFB）50ng，参照8.1仪器条件进行TD-GCMS分析，得到的BFB质谱图各离子丰度应该满足表1的规定，否则需对质谱仪的参数进行调整或者考虑清洗离子源等，以满足表1的要求。
表1BFB进行质谱调谐时各离子的峰及强度
质量数
相对强度
质量数
相对强度
50
质量数95的8.0%-40.0%
174
质量数95的50.0%-120%
75
质量数95的8.0%-40.0%
175
质量数174的4.0%-9.0%
95
基峰，100%
176
质量数174的93.0%-101%
96
质量数95的5.0%-9.0%
177
质量数176的5.0%-9.0%
173
<质量数174的2.0%
6.2校准
6.2.1校准系列配制
用微量注射器分别移取25.0、50.0、100、250、500ul标准贮备溶液至5ml容量瓶，用甲醇稀释定容至标线，配制成浓度梯度为5.00、10.0、20.0、50.0、100µg/ml的混合标准溶液。
注3：
根据实际工作需求，也可配制高浓度校准系列100、400、600、800、1000µg/ml，此时内标加入量定为500ng（校准曲线最高浓度的一半），分析时热脱附仪应设置分流比，推荐分流比为30:
1。
6.2.2标样加载
将老化好的吸附管装到热脱附标样加载平台上（注意吸附管进气端朝向注射器），用微量注射器取1.0ul混标溶液注入空白吸附管，同时在吸附管中加入1.0ul50µg/ml内标使用液（用3.2稀释），用50ml/min的N2吹扫吸附管2min，迅速取下吸附管，用密封帽将吸附管两端密封，得到含量为5.00、10.0、20.0、50.0、100ng的校准系列吸附管，每根吸附管的内标含量均为50ng。
注4：
如果没有标样加载平台，可用如下方式进行标样加载：
将老化好的吸附管连接于气相色谱仪的填充柱进样口，设定进样口温度为50℃，用微量注射器分别注射1.0叫混标溶液和内标使用液（用3.2稀释），用50ml/mm的流量通载气2mm，迅速取下吸附管，用密封帽将吸附管两端密封，得到校准系列吸附管。
6.2.3校准曲线绘制
将校准曲线系列吸附管放进热脱附仪，按照仪器参考条件，依次从低浓度到高浓度进行分析测定，根据目标物/内标物质量比和目标物/内标物特征质量离子峰面积（或峰高）比，用最小二乘法或者相对响应因子绘制校准曲线。
6.3样品分析
参照标样加载步骤（6.2.2），在采好样品的吸附管中加入内标物50ng（高浓度曲线则加入内标500ng），按照仪器参考条件，对样品进行TD-GCMS分析。
6.3.1定性分析
以保留时间和质谱图比较进行定性。
6.3.2定量分析
根据内标校准曲线法（液体标准线性相关系数一般应达到0.995）或曲线各点的平均相对响应因子均值（RRF相对标准偏差RSD≤30%，相对响应因子≥0.010）计算目标组分的含量。
6.4全程序空白试验
按与样品分析相同的操作步骤分析全程序空白样品。
7.结果计算与表示
7.1目标化合物浓度的计算
ρi=mi/Vnd
式中：
ρi----气体中VOCs目标化合物的浓度，mg/m3；
mi----样品中第i中目标化合物的含量，ng；
Vnd----标准状态下（0℃，101.325kPa）干采气体积，ml。
7.2使用内标物进行定量时相对响应因子（RRFi）和平均相对响应因子（
）的计算
目标化合物i的相对响应因子RRFi的计算。
式中：
Ai----目标化合物i的峰面积
mi----目标化合物i的含量，ng
Ais----内标化合物的峰面积
mis----内标化合物的含量，ng
目标物的平均相对响应因子
的计算。
式中：
n----标准系列点数。
7.3用平均相对相应因子计算
式中：
mi----样品中第i中分析物质的含量，ng
Ai----目标化合物的峰面积
Ais----内标化合物的峰面积
mis----内标化合物的浓度，ng
7.4结果表示
列出所有目标化合物的浓度。
当目标化合物的浓度小于1mg/m3时，分析结果保留至小数点后3位（丙酮保留至小数点后2位），当目标化合物的浓度大于等于1mg/m3时，保留3位有效数字。
8.质量保证和质量控制
8.1实验室空白
对于Tenax多孔聚合物吸附剂，单个化合物的实验室空白水平不应大于7ng。
新买的或自行填充的吸附采样管需进行空白水平测试和吸附解吸效率评价。
8.2全程序空白
每批样品应至少做一个全程序空白样品，全程序空白样品中目标化合物的含量过大可疑时，应对本批数据进行核实和检查。
8.3替代物采样
必要时每个样品均加入替代物采样。
替代物采样的回收率应在91.5%-128%。
8.4空白加标
每批样品至少做一个空白加标，回收率符合准确度控制要求。
8.5校核样品分析
每批样品应带一个校核点，其相对误差在30%以内。
若超出允许范围，应重新配制中间浓度点标准溶液，若还不能满足要求，应重新绘制校准曲线。
8.6吸附采样管的穿透试验
串连二支吸附采样管采样，如果在后一支吸附采样管中检出目标化合物的量大于总量的10%，则认为吸附采样管发生穿透，本次采集样品无效。
应重新采样，并确保目标化合物的采气量小于吸附采样管安全采样体积。
8.7采样器流量校准
采样前后流量变化大于5%，但不大于10%，应进行修正；流量变化大于10%，应重新采样。
9.参考文献
HJ734-2014《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》
HJ644-2013《环境空气挥发性有机物的测定吸附管采样-热脱附/气相色谱-质谱法》
附录A
（规范性附录）
目标物的检出限和测定下限
当采样体积为300ml时，目标物全扫描方式的检测限和测定下限见附表A.1。
附表A.1目标物的检出限和测定下限
序号
目标物
检出限
测定下限
检出限
测定下限
定量离子
ng
ng
mg/m3
mg/m3
1
丙酮
58
3.13
12.5
0.01
0.04
2
异丙醇
45
0.64
2.55
0.002
0.008
3
正己烷
57
1.06
4.24
0.004
0.016
4
乙酸乙酯
43
1.80
7.22
0.006
0.024
5
苯
78
1.16
4.63
0.004
0.016
6
六甲基二桂氧烷
147
0.42
1.69
0.001
0.004
7
3-戊酮
57
0.64
2.54
0.002
0.008
8
正庚烷
43
1.20
4.78
0.004
0.016
9
甲苯
91
1.23
4.92
0.004
0.016
10
环戊酮
55
1.18
4.70
0.004
0.016
11
乳酸乙酯
45
2.19
8.77
0.007
0.028
12
乙酸丁酯
43
1.39
5.55
0.005
0.020
13
丙二醇单甲醚乙酸酯
43
1.53
6.12
0.005
0.020
14
乙苯
91
1.91
7.66
0.006
0.024
15、16
对/间二甲苯
91
2.81
11.2
0.009
0.036
17
2-庚酮
43
0.35
1.40
0.001
0.004
18
苯乙烯
104
1.20
4.80
0.004
0.016
19
邻二甲苯
91
1.18
4.72
0.004
0.016
20
苯甲醚
108
1.01
4.04
0.003
0.012
21
苯甲醛
106
2.10
7.51
0.007
0.028
22
1-癸烯
41
0.96
8.38
0.003
0.012
23
2-壬酮
58
0.86
3.43
0.003
0.012
24
1-十二烯
69
2.41
9.64
0.008
0.032
附录B
（资料性附录）
吸附管的使用与选择
B.1吸附采样管一般要求
可购买商品化的吸附采样管或者自行填装。
吸附采样管应标记编号和气流方向。
装填的固相吸附剂端面距离采样管入口至少15mm，吸附床应完全在热脱附区域内。
可以根据需要选用一种吸附剂，也可以选用两种或三种吸附剂，选择两种以上吸附剂时各吸附剂之间要用未硅烷化的玻璃棉隔开，选用三种吸附剂应按吸附剂吸附强度顺序填装。
通常弱吸附剂比表面积小于50m2/g，中等强度的吸附剂比表面积在100~500m2/g的范围内，强吸附剂比表面积在1000m2/g左右。
常用的吸附剂的粒径一般为60~80目，填装量为200mg。
对于多层吸附剂（总填装量一般为450mg左右）。
B.2常用吸附剂组合及其适用范围
B.2.1组合1吸附采样管
适用于C6~C20范围内的化合物，在环境温度的任何湿度下采样体积可达2L，对于C7以上的化合物采样体积可扩大到5L。
老化温度330℃，老化流量100ml/min。
具相同功能国产组合吸附采样管：
内装GDX502和GDX101或GDX201，填充长度分别为30mm和20mm，热解吸温度220℃，老化温度240℃，自行填装时可选用。
B.2.2组合2吸附采样管
适用于C3~C12范围内的化合物。
在湿度低于65%、温度低于30℃时（含湿量<1.8%），可采集气体样品2L；在湿度高于65%、温度高于30℃时（含湿量>1.8%），采样体积要降到0.5L；对于C4以上的化合物，采样体积可増加到5L。
老化温度350℃，老化流量100ml/min。
B.2.3组合3吸附采样管
适用于C3~C16范围内的化合物。
在湿度低于65%、温度低于30℃时（含湿量<1.8%），可采集气体样品2L；在湿度高于65%、温度高于30℃时（含湿量>1.8%），采样体积要降到0.5L；对于C4以上的化合物，采样体积可増加到5L。
老化温度350C，老化流量100ml/min。
B.3组合1吸附采样管对部分低沸点挥发性有机物的安全采样体积
表B.1组合1吸附采样管对部分低沸点挥发性有机物的安全采样体积（ml）
化合物名称
废气温度（℃）
化合物沸点（℃）
0
20
40
60
80
乙酸甲酯
6502
1210
242
67
23
57.8
乙酸乙酯
34776
5141
953
227
68
77.0
戊烷
2614
1062
414
185
74
36.0
正己烷
27920
10832
4015
1567
644
69.0
丙醇
2672
1026
403
157
62
97.1
异丙醇
1808
723
284
114
47
82.5
丙酮
2592
756
216
65
21
56.5
甲醇
179
75
31
13
6
64.5
乙醇
574
238
94
38
16
78.3
1，2-二氯乙烷
8370
2769
903
320
116
83.5
1，2-二氯乙烯
2204
760
291
111
45
60.2
二氯甲烷
1565
522
185
68
26
39.8
B.4吸附采样管的选择
固定源排气中挥发性有机物（VOCs）的采样应选用方法推荐的三种组合吸附采样管。
组合1吸附采样管40℃时不适用于丁烷、戊烷、二氯甲烷、甲醇、乙醇、丙酮、乙腈的采样；组合2吸附采样管不适用于十二烷、硝基苯、苯酚的采样；组合3吸附采样管不适用于苯酚的采样。
对于己知成分的挥发性有机物也可选用其他的适合的吸附管采样。
预监测时可选用组合3吸附采样管采样，用质谱全扫描方式对化合物定性。
正式监测时采用组合1吸附采样管采样和定性定量，并确定低沸点有机物满足最少300ml采气量的采样条件。
附录C
（资料性附录）
标准总离子图
固定污染源废气实际样品取自电子行业。
在热脱附、气相色谱、质谱参考条件下使用100%甲基聚硅氧烷毛细管柱分离24种挥发性有机化合物的参考标准总离子图如下图。
出峰顺序：
1.丙酮acetone；2.异丙醇isopropanol；3.正己烷hexane；4.乙酸乙醋ethylacetate；5.内标物1，2-二氯乙烷-d4；6.苯benzene；7.六甲基二硅氧烷hexamethyldisiloxane；8.3-戊酮3-pentanone；9.正庚烷heptane；10.内标物甲苯-d8；11.甲苯toluene；12.环戊酮cyclopentanone；13.乳酸乙醋ethyllactate；14.乙酸丁醋butylacetate；15.丙二醇单甲醚乙酸醋PGEA；16.乙苯ethylbenzene；17.18.对二甲苯p-xylene和间二甲苯m-xylene；19.2-庚酮2-heptanone；20.苯乙稀styrene；21.邻二甲苯o-xylene；22.苯甲醚anisole；23.4-溴氟苯BFB；24.苯甲benzaldehyde；25.1-癸稀1-decene；26.2-壬酮2-nonanone；27.十二烯1-dodecene。
图C.124种挥发性有机物的参考标准总离子图
附录D
（资料性附录）
其他目标挥发性有机物
D.1TO-15标准混合气体2
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