在民用建筑工程(Engineering)的检测中，室内环境 |
在民用建筑工程(Engineering)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，在加上仪器较为复杂、影响测量准确性的因素多，实验（experiment)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(zhī shí)，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。太仓环境检测通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。简单地说，了解环境水平，进行环境监测，是开展一切环境工作的前提。
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（experiment)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，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（两数相比所得的值)，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可以提供色谱柱极性的一些信息。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是不一样的。如图1-2分别为SE-
30、SE-54、OV-17、OV-35的色谱图。太仓甲醛检测是指通过特定的方法或仪器，对空气、水、食品、衣物等含有的甲醛做定量检测。
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(phenol)、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（C12）的保留时间逐渐减小。太仓空气检测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。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非常多困难，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(xuanze)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，非常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（oxidation)能力，可以有较高的使用温度，使用寿命(lifetime)较长，同时一柱多用。室内环境检测中，我们选择的是弱极性柱。
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。厚液膜具有比较高的负荷量。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，可减低柱流失延长色谱柱寿命。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(Analyse)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
温度的选择应根据样品的沸程范围，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温度。室内环境检测试验中，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(fixed)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，线速递减更显著。为此，凡程升操作，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。
对色谱柱的选择只是检测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。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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