專利名稱：：測定空氣中苯含量的方法
技術領域：
：本發明涉及測定空氣中苯含量的方法，屬于分析化學領域。
背景技術：
：苯是許多工礦企業中常見的有毒物質之一，苯中毒的職業病常有發生。另外，室內裝修后也會殘留一定量的苯，空氣中苯含量超標會誘發多種疾病的產生。因此，準確、快速地測定空氣中的苯含量具有重要意義。目前，各工礦企業和室內空氣中的苯含量檢測主要是通過活性炭管吸附采樣，然后利用溶劑溶解或熱解吸的方式將吸附的苯解吸出來進行氣相色譜測定。但是，這兩種方法各有其優缺陷。溶劑解吸法可靠，設備簡單，應用廣泛，但所使用的溶劑為二硫化碳，二硫化碳需純化，程序煩瑣成本較高，如使用進口試劑則更加昂貴。而且二硫化碳毒性較大，對人體有害，加之在實驗中二硫化碳使用劑量很大，分析剩余的二硫化碳難以回收處理，即使能處理，成本也非常昂貴，如果棄之對環境污染較大，這就在一定程度上限制了其應用。熱解吸法操作簡便，但實際應用中必須采用二次解吸自動進樣才能達到滿意的準確度和重現性，而能夠實現二次解吸自動進樣的熱解吸儀價格非常昂貴，這在一定程度上增加了熱解吸法的成本。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種成本較低的測定空氣中苯含量的方法。本發明測定空氣中苯含量的方法包括如下步驟a、取樣用活性炭吸附體積為Vtl的空氣中的苯；b、解吸將吸附苯后的活性炭倒入體積為V1的頂空試樣瓶中，然后置于頂空熱解吸儀中于330350°C加熱30min以上，收集所得頂空解吸氣；C、色譜分析頂空解吸氣進行色譜分析，測得頂空解吸氣中苯的濃度為C，按如下公式計算空氣中苯的濃度C=cXV1A0式中C-空氣樣品中苯的濃度，單位mg/m3；C-所測得的頂空解吸氣中苯的濃度，單位μg/ml；V1-頂空試樣瓶的體積，單位ml；V0-空氣采樣體積，單位L。其中，上述b步驟所述的頂空試樣瓶置于頂空熱解吸儀中于330350°C加熱3060min即可完全解吸，解吸時間過長會浪費能源；上述b步驟所述的頂空試樣瓶置于頂空熱解吸儀中優選于350°C加熱60min。其中，本發明測定空氣中苯含量的方法中的苯解吸可采用下述頂空熱解吸儀進行該頂空熱解吸儀，包括殼體、溫控電路、加熱管、恒溫塊、恒溫塊溫度傳感器；所述恒溫塊頂部陣列有軸向沿恒溫塊縱向設置的一組樣品腔；所述恒溫塊通過殼體頂面的安裝孔安裝于殼體包圍構成的空腔內，恒溫塊頂部位于殼體空腔外，恒溫塊底部通過隔熱結構固定于殼體上，恒溫塊周邊與安裝孔之間通過隔熱環固定；所述加熱管與溫控電路相連并設置于恒溫塊周邊或底部，所述恒溫塊溫度傳感器與溫控電路相連。溫控電路根據恒溫塊溫度傳感器的信號通過加熱管對恒溫塊加熱，頂空試樣瓶放置于恒溫塊的樣品腔內隨恒溫塊加熱，溫控電路和加熱管保證了解吸溫度的控制。恒溫塊周邊、底部均進行了隔熱處理，有效避免了熱量向殼體傳遞，進而避免了殼體升溫對溫控電路正常使用的影響，從結構上保證了設備對長時間高溫工作的承受，能夠適應熱解吸的處理要求。熱解吸完成后，通過手動取樣器插入頂空試樣瓶頂部，對頂空試樣瓶頂空氣體進行采樣，滿足頂空采樣要求。溫控電路、恒溫塊溫度傳感器所組成的閉環控制裝置，能夠有效保證解吸溫度、解吸時間的控制精度；陣列布置的樣品腔能夠保證批量進行前處理，同時保證各頂空試樣瓶溫度的均勻。上述頂空熱解吸儀符合氣相色譜樣品前處理要求，滿足了頂空熱解吸氣相色譜法對樣品前處理的要求，有效解決了頂空熱解吸氣相色譜法無對應前處理設備的問題。進一步的，上述的由殼體包圍構成的空腔，其中一端為電路腔，另一端為加熱腔，所述溫控電路設置于電路腔內，所述恒溫塊及其隔熱結構設置于加熱腔內；所述殼體空腔內安裝有設置有過線孔的隔熱板，所述電路腔和加熱腔通過隔熱板分隔；所述加熱腔一側、電路腔一側的殼體分別設置有出風孔、進風孔，所述進風孔、出風孔至少其中之一設置有散熱風扇。進一步的，所述隔熱結構包括隔熱柱、連接板、側板；所述恒溫塊位于連接板上方并通過隔熱柱支撐固定于連接板上，所述連接板通過隔熱柱支撐固定于其下方的殼體上；所述側板沿連接板周向設置于連接板與連接板上方的殼體之間，所述恒溫塊位于由側板、連接板所包圍構成的空腔內；所述側板或連接板上設置有過線通孔。作為一種優選方案，所述加熱管是條形加熱棒并插入安裝于恒溫塊底部對應的孔內，所述恒溫塊截面為矩形。進一步的，所述加熱管數量與樣品腔陣列列數相一致；所述樣品腔陣列每一列對應的恒溫塊底部均設置有一根加熱管，各加熱管位于同一平面且相互平行。作為一種進一步的優選方案，所述樣品腔陣列列數為偶數，所述加熱管數量為列數的一半；所述樣品腔陣列第一列和第二列之間的恒溫塊底部均設置有一根加熱管，并依次每間隔兩列設置有一根加熱管，各加熱管位于同一平面且相互平行。進一步的，所述恒溫塊上設置有采用絕熱材料制成的取樣器支架。通過將取樣器放置在取樣器支架上隨恒溫塊升溫預熱，能夠防止取樣時取樣器與頂空試樣瓶之間溫差所導致的誤差。所述取樣器支架是底部設置有限位臺階、內徑與取樣器直徑相適應的中空筒體，所述筒體底部插入樣品腔內并通過限位臺階固定于恒溫塊頂部。所述恒溫塊頂部設置有采用絕熱材料制成的蓋子，所述蓋子上與任一樣品腔對應位置設置有取樣器支架孔，所述蓋子上與其他樣品腔對應位置設置有一一對應的取樣孔。從而避免取樣時被燙傷。本發明測定空氣中苯含量的方法不需要加入二硫化碳解吸，不僅節約了成本，還避免了環境污染，且苯含量的測定結果準確度高。本發明方法不需要經過二次解吸，可一次解析完全。本發明方法為空氣中苯及其它需要高溫熱解吸的物質的含量測定提供了一種新的選擇，具有廣闊的應用前景。圖1是頂空熱解吸儀的結構示意圖；圖2是頂空熱解吸儀的俯視圖；圖3是頂空試樣瓶的結構示意圖；圖4是苯的標準曲線，圖中標準曲線的<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>圖5是解吸率隨溫度變化的趨勢圖。具體實施例方式本發明測定空氣中苯含量的方法中的苯解吸可采用下述頂空熱解吸儀進行如圖1、圖2所示，該頂空熱解吸儀，包括殼體1、溫控電路21、加熱管22、恒溫塊6、恒溫塊溫度傳感器23；所述恒溫塊6頂部陣列有軸向沿恒溫塊6縱向設置的一組樣品腔61；所述恒溫塊6通過殼體1頂面的安裝孔安裝于殼體1包圍構成的空腔內，恒溫塊6頂部位于殼體1空腔外，恒溫塊6底部通過隔熱結構固定于殼體1上，恒溫塊6周邊與安裝孔之間通過隔熱環62固定；所述加熱管22與溫控電路21相連并設置于恒溫塊6底部，所述恒溫塊溫度傳感器23與溫控電路21相連。溫控電路21根據恒溫塊溫度傳感器23的信號通過加熱管22對恒溫塊6加熱，頂空試樣瓶8放置于恒溫塊6的樣品腔61內隨恒溫塊6加熱，溫控電路21和加熱管22保證了解吸溫度、解吸時間的控制。恒溫塊6周邊、底部與殼體1之間均進行了隔熱處理，有效避免了熱量向殼體1傳遞，進而避免了殼體1升溫對溫控電路21正常使用的影響，從結構上保證了設備對長時間高溫工作的承受，能夠適應熱解吸的處理要求。熱解吸完成后，通過手動取樣器7插入頂空試樣瓶8頂部，對頂空試樣瓶8頂空氣體進行采樣，滿足頂空采樣要求。溫控電路21、恒溫塊溫度傳感器23所組成的閉環控制裝置，能夠有效保證解吸溫度、解吸時間的控制精度；陣列布置的樣品腔61能夠保證批量進行前處理，同時保證各頂空試樣瓶8溫度的均勻。上述頂空熱解吸儀符合氣相色譜樣品前處理要求，滿足了頂空熱解吸氣相色譜法對樣品前處理的要求，有效解決了頂空熱解吸氣相色譜法無對應前處理設備的問題。由于熱解吸需要長時間的高溫加熱，與頂空熱解吸儀配套的頂空試樣瓶8必須滿足在高溫條件下的密封性，以免樣品被污染，類似于粉劑注射劑封裝方式的現有頂空試樣瓶無法在高溫下保證氣密性。最好的，采用現有的耐壓銅套瓶，如圖3所示，包括瓶體81、下蓋82、上蓋83、限位環85、密封硅膠墊84；上蓋83和下蓋82采用螺紋連接，下蓋82通過限位環85卡在瓶體81的瓶沿上，密封硅膠墊84設置在上蓋83與瓶體81之間；限位環85由兩個半圓環構成，在拆卸了上蓋83后，將下蓋82退至瓶體81的瓶頸處，可以將限位環85取出，取出限位環85后進一步的可以將下蓋82取下；上蓋83對應瓶體81瓶口的位置設置有通孔86，取樣時，手動取樣器7的針頭通過通孔86并刺穿硅膠密封墊84后伸入頂空試樣瓶8進行采樣。耐壓銅套瓶，其上蓋83、下蓋82、限位環85可以完全拆卸以方便清潔和重復使用，且上蓋83、下蓋82、限位環85均采用銅材，自重大、傳熱好，通過下蓋82與恒溫塊6的接觸能有效保證頂空試樣瓶8的受熱，尤其是在采用小劑量頂空試樣瓶，頂空試樣瓶8底部無法與樣品腔61底部接觸時，同時銅材的反應性小。頂空試樣瓶8通過下蓋82固定在恒溫塊6上，也能夠保證頂空試樣瓶8的高度恒定，方便取樣。進一步的，為了避免殼體1包圍構成的空腔內空氣受熱并對溫控電路21造成影響，由殼體1包圍構成的空腔，其中一端為電路腔13，另一端為加熱腔14，所述溫控電路2設置于電路腔13內，所述恒溫塊6及其隔熱結構設置于加熱腔14內；所述加熱腔14一側、電路腔13—側的殼體1分別設置有出風孔11、進風孔12，所述出風孔11設置有散熱風扇9。通過將電路、恒溫塊6分開設置，能夠有效避免兩者之間的相互影響。通過在電路腔13一側設置進風孔12、在加熱腔14一側設置出風孔11，同時在出風孔11設置散熱風扇9，從而在殼體1內強制形成氣流方向，冷空氣由進風孔12進入，受熱后由出風孔11排出，進一步保證了溫控電路21的穩定運行。當然散熱風扇9也可以設置在進風孔12；或者同時設置在進風孔12和出風孔11。進一步的，為了隔斷電路腔13和加熱腔14之間的熱傳導，所述殼體1空腔內安裝有設置有過線孔31的隔熱板3，所述電路腔13和加熱腔14通過隔熱板3分隔。過線孔31的設置在保證連接線路安裝的同時也保證了電路腔13和加熱腔14空氣的流通。由于殼體1空腔內有強制的氣流，為了避免強制氣流改變恒溫塊6周邊各位置的散熱條件，保證恒溫塊6各位置的溫度均勻性，所述隔熱結構包括隔熱柱42、連接板41、側板43；所述恒溫塊6位于連接板41上方并通過隔熱柱42支撐固定于連接板41上，所述連接板41通過隔熱柱42支撐固定于其下方的殼體1上；所述側板43沿連接板41周向設置于連接板41與連接板41上方的殼體1之間，所述恒溫塊6位于由側板43、連接板41所包圍構成的空腔內；所述連接板41上設置有過線通孔。當然隔熱結構也可以采用其他的形式。隔熱柱42由螺紋部分套有硅膠套、螺帽部分套有硅膠墊的螺釘構成，當然也可以采用其他形式，如自帶螺紋的四氟柱，根據溫度的不同，硅膠也可以采用陶瓷等其他絕熱材料代替。所述過線通孔也可以設置在側板43上，但設置在連接板41上能夠有效避免殼體1空腔內強制氣流流入。上述的隔熱環62也采用硅膠制成，當然其也可以采用陶瓷等其他絕熱材料制成。上述恒溫塊6可以是任意形狀的，而加熱管22除了設置在其底部以外也可以設置在其周邊。具體的，為了保證各樣品腔61的溫度一致性，所述加熱管22是條形加熱棒并插入安裝于恒溫塊6底部對應的孔內，所述恒溫塊6截面為矩形。加熱管22的設置方式可以是所述加熱管22數量與樣品腔61陣列列數相一致；所述樣品腔61陣列每一列對應的恒溫塊6底部均設置有一根加熱管22，各加熱管22位于同一平面且相互平行。但最好的，所述樣品腔61陣列列數為偶數，所述加熱管22數量為列數的一半；所述樣品腔61陣列第一列和第二列之間的恒溫塊5底部均設置有一根加熱管22，并依次每間隔兩列設置有一根加熱管22，各加熱管22位于同一平面且相互平行。進一步的，所述恒溫塊6上設置有采用絕熱材料制成的取樣器支架。通過將取樣器7放置在取樣器支架上隨恒溫塊6升溫預熱，能夠防止取樣時取樣器7與頂空試樣瓶8之間溫差所導致的誤差。取樣器支架71采用絕熱材料制成，在保證取樣器7保溫的同時能夠避免燙傷，并減少傳熱保證恒溫塊6頂部散熱條件的一致。具體的，絕熱材料上四氟。具體的，所述取樣器支架是底部設置有限位臺階、內徑與取樣器直徑相適應的中空筒體71，所述筒體71底部插入樣品腔61內并通過限位臺階固定于恒溫塊6頂部。取樣器7的頭部穿過筒體71的內孔進入對應樣品腔61進行預熱，筒71內徑與取樣器7直徑相適應，能夠減少傳熱，進而保證恒溫塊6頂部散熱條件的一致。進一步的，為了方便取樣，避免取樣時被燙傷，同時保證恒溫塊6頂部散熱條件的一致，所述恒溫塊9頂部設置有采用絕熱材料制成的蓋子5，所述蓋子5上與任一樣品腔61對應位置設置有取樣器支架孔，所述蓋子5上與其他樣品腔61對應位置設置有一一對應的取樣孔51。具體的，絕熱材料上四氟。上述溫控電路21可以是任意的通用溫度控制電路，具體的選擇可以根據樣品的制備條件和精度要求進行選擇。下面結合實施例對本發明測定空氣中苯含量的方法的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。實施例采用本發明方法測定空氣中苯的含量1、苯的標準曲線繪制取7個25ml熱解吸頂空試樣瓶，各瓶均加入IOOmg活化過的活性炭顆粒，將準確配制濃度為1.75μg/ml的苯標準氣，抽取1ml、2ml、4ml、6ml、8ml、IOml分別注入密閉的已抽去相應體積空氣的頂空試樣瓶中。頂空試樣瓶中苯標準系列的濃度為0、0.07μg/ml、0.14μg/ml,0.28μg/ml,0.42μg/ml,0.56μg/ml、0·7μg/ml。將各頂空試樣瓶置于頂空熱解吸儀的加熱孔中，于350°C解吸lh，得到頂空解吸氣。用已預熱的注射器分別取Iml頂空解吸氣進樣，進行色譜分析。以保留時間定性，峰面積定量。以濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標作標準曲線，標準曲線如圖4所示。2、樣品中苯含量的測定方法將已采樣的活性炭顆粒倒入25ml潔凈頂空試樣瓶中，密閉，置于頂空熱解吸儀的加熱孔中，于350°C解吸lh，按上述苯的標準曲線繪制的方法分析，保留時間定性，測得峰面積由標準曲線計算得樣品中苯的濃度(μg/ml)。按如下公式計算空氣中苯的濃度C=cX25/V0式中C-空氣樣品中苯的濃度，mg/m3；C-所測得的頂空解吸氣中苯的濃度，μg/ml；25-頂空試樣瓶的體積，ml；V0-空氣采樣體積，L03、解吸溫度與解吸率的關系實驗準確抽取Iml苯標準氣注入密閉的25ml頂空試樣瓶中(瓶中抽去Iml空氣且有IOOmg活性炭)，混勻10s，放置2min后再上下混勻lOmin，放置5min，使加入的苯標準氣完全被活性炭吸收。共制備18份樣本，分別于160°c、200°c、25(rc、27(rc、30(rc、35(rc共6個解吸溫度解吸，每個溫度3份。在各溫度下解吸lh。用經預熱的Iml注射器準確抽取頂空解吸氣lml，進樣分析。每完成一次進樣，立即于室溫下用空氣反復洗滌注射器后，再將注射針筒先插入加熱器中，除去水蒸汽后，再將推筒插入，一起預熱至下一次進樣。計算各溫度下的平均解吸率。每做一個溫度的同時，做一份相同濃度的空瓶加標試驗。本試驗分三天做完，結果如表1和圖5所示。表1不同溫度下解吸率比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注解吸率(％)=活性炭加標峰面積均值+空瓶加標峰面積均值從圖5中的曲線趨勢可明顯看出，在密閉狀態下對活性炭進行加熱，隨著溫度的不斷升高，其解吸率也隨之升高，完全沒有出現頂空平衡的趨勢。溫度越高，從活性炭中釋放出來的待測物就越多。當溫度為330350°C時，解吸率達到100%，即解吸完全。這一結果也證明了苯的解吸是一個解吸過程，而非平衡過程。因此，本試驗選擇330350°C為本發明方法的較佳解吸溫度。4、精密度試驗制備6個裝有IOOmg空白活性炭的密閉頂空試樣瓶，分別注入Iml相同濃度的苯標準氣，待完全吸附后，置于350°C條件下解吸lh，每一瓶均連續進樣3次，三針測得峰面積如表2所示。表2連續3次進樣所得數據比較(精密度試驗)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表2可以看出在最佳實驗條件下，連續三針進樣所得峰面積RSD基本在10%以下。這就更進一步證實了該分析過程是頂空解吸而不是頂空平衡過程。本方法不會因某一次進樣出現差錯而導致樣品測定失敗，降低了對進樣操作技術的要求。5、解吸時間的確定制備18個裝有IOOmg空白活性炭的密閉頂空試樣瓶，分成兩組，三個時間段，一組加入濃度為0.07μg/ml，另一組加入濃度為0.7μg/ml的標準氣，在350°C解吸溫度下，高低濃度各3個，解吸時間為30min、lh、l.5h；測得峰面積如表3所示。表3不同時間下解吸情況的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表3可知高低兩個濃度的樣品在350°C解吸0.5h、l.OhU.5h后所得的峰面積變化不大，即解吸半小時后活性炭中苯的解吸基本完全，隨著時間的延長，結果不會產生較大變化。由圖2可看出，樣品在350°C解吸Ih的解吸率足以滿足要求，因此，本試驗選擇Ih為最佳解吸時間。5、本發明方法與傳統熱解吸-氣相色譜法的比較試驗本試驗分別用高、低濃度的模擬樣品管和標準物質GBW(E)080237與傳統熱解吸-氣相色譜法進行比較。模擬樣品管測定方法準確取兩個濃度的標準氣分別注入有IOOmg活性炭顆粒的密閉頂空試樣瓶內，吸附足夠時間后，將活性炭粒裝入采樣玻璃管內，密封。管中吸附的苯標準含量分別為10μg和17.5μg。將制作的模擬樣品分別用兩種方法進行測定，同時測定相應量的苯標準，用三次測定峰面積均值計算兩種方法解吸率。結果見表4、5所示。表4頂空熱解吸-氣相色譜法和傳統熱解吸_氣相色譜法的比較(模擬樣品)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5頂空熱解吸_氣相色譜法和傳統熱解吸_氣相色譜法的比較(標準物質)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表4、表5可知無論是模擬樣品還是標準物質，用低濃度和高濃度樣品進行測定，本發明方法的解吸率均優于傳統熱解吸。權利要求測定空氣中苯含量的方法，其特征在于包括如下步驟a、取樣用活性炭吸附體積為V0的空氣中的苯；b、解吸將吸附苯后的活性炭倒入體積為V1的頂空試樣瓶中，然后置于頂空熱解吸儀中于330～350℃加熱30min以上，收集所得頂空解吸氣；c、色譜分析頂空解吸氣進行色譜分析，測得頂空解吸氣中苯的濃度為c，按如下公式計算空氣中苯的濃度C＝c×V1/V0式中C-空氣樣品中苯的濃度，單位mg/m3；c-所測得的頂空解吸氣中苯的濃度，單位μg/ml；V1-頂空試樣瓶的體積，單位ml；V0-空氣采樣體積，單位L。2.根據權利要求1所述的測定空氣中苯含量的方法，其特征在于b步驟所述的頂空試樣瓶置于頂空熱解吸儀中于330350°C加熱3060min。3.根據權利要求2所述的測定空氣中苯含量的方法，其特征在于b步驟所述的頂空試樣瓶置于頂空熱解吸儀中于350°C加熱60min。全文摘要本發明涉及測定空氣中苯含量的方法，屬于分析化學領域。本發明所解決的技術問題是提供了一種成本較低的測定空氣中苯含量的方法。本發明測定空氣中苯含量的方法包括如下步驟a、取樣用活性炭吸附體積為V0的空氣中的苯；b、解吸將吸附苯后的活性炭倒入體積為V1的頂空試樣瓶中，然后置于頂空熱解吸儀中于330～350℃加熱30min以上，收集所得頂空解吸氣；c、色譜分析頂空解吸氣進行色譜分析，測得頂空解吸氣中苯的濃度為c，按如下公式計算空氣中苯的濃度C＝c×V1/V0，式中C-空氣樣品中苯的濃度，單位mg/m3；c-所測得的頂空解吸氣中苯的濃度，單位μg/ml；V1-頂空試樣瓶的體積，單位ml；V0-空氣采樣體積，單位L。文檔編號G01N30/06GK101806784SQ201010158929公開日2010年8月18日申請日期2010年4月29日優先權日2010年4月29日發明者劉益民,吳德彬,張欽龍,李明川,楊曉媛,楊曉松,梁嫻,王凱,翟莉,邢剛,黃中夯申請人:成都市疾病預防控制中心