甲苯的气相色谱分析

  DNP柱是中等极性的色谱，在一定的色谱操作条件下可对一些简单的苯系化合物进行完全的分离。

  1.仪器：成都科捷分析仪器公司生产的GC-5890气相色谱仪、气体发生器、实验三制备的色谱柱、FID、微量注射器 、2支1ml通用注射器、5ml容量瓶

  1．配制标准溶液 称一干燥洁净的5ml容量瓶质量，（称准至0.001g），用医用注射器吸取1ml甲苯注入容量瓶内，称重，计算出甲苯质量，再用另一支注射器取0.2ml苯注入容量瓶，再称重，求出瓶中苯的质量（称准至0.001g），摇匀备用。

  2. 配制甲苯试样溶液 另取一干燥洁净的试剂瓶，先称出瓶的质量，然后用注射器吸取1ml甲苯试样，注入瓶中，称出（瓶和甲苯）质量，再求出甲苯试样质量。再用另一支注射器取 0.1ml苯（内标物）注入容量瓶，再称重，求出瓶中苯的质量（称准至0.001g），摇匀备用。

  （2）将载气通入主机气路，检漏，调节载气流速为30ml/min，通载气半个小时将气路中的空气等赶走。

  （3）打开色谱主机电源，在控制面板上对气化室、柱箱进行控温，将温度分别调节为120℃，90℃℃；

  打开空气开关，调节流量为500～600ml/min，设置检测器温度为110℃；待检测器温度恒定至110℃，打开氢气开关，将流量调节至80ml/min左右，点火，点燃后将氢气流量降至20－30ml/min。

  （1）观察仪器谱图基线是否平直，待仪器电路和气路系统达到平衡，基线微升清洗过的微量注射器吸取标准试样0.2－0.4微升进样，分析测定，色谱图走完后记录样品名对应的文件名，打印出色谱图及分析测试结果。重复操作三次。记录分析结果。

  （2）试样的分析 用1微升清洗过的微量注射器吸取甲苯试样溶液0.2－0.4微升进样，分析测定，色谱图走完后记录样品名对应的文件名，打印出色谱图及分析测试结果。按上述方法再进样分析测定两次，记录分析结果。

  （2）关机。先关氢气阀，再关空气阀，降低柱温，关色谱工作站，待柱温降至50℃再停止通载气。

  2. 将打印出的色谱分析结果上将测量的各组分的峰高填入下表。 试剂及其步骤

  3．根据标准溶液分析测定所得到的数据，按下式计算出甲苯的峰高校正因子（以苯为标准物）：

  4．根据甲苯试样溶液分析测定所得到的数据，按下式计算出样品中甲苯的含量（以苯为内标物）：

  式中，ms、m样分别代表内标物苯及样品溶液的质量；f’甲苯（h）为苯做标准物的甲苯的峰高相对质量校正因子。

  1.微量注射器使用前应先用丙酮抽洗5～6次，然后再用所要吸取的试液抽洗5～6次。

  2. 氢气是一种危险气体，使用的过程中一定要按要求操作，而且色谱实验室一定要有良好的通风设备。

  【摘 要】 气相色谱用FID检测器法直接进样法来测定车间空气中苯、甲苯、二甲苯的测定结果，检出限在0.002～0.05μg/mL之间，浓度与峰面积线性关系良 好（r0.996），回收率85.7%～110.2%之间，方法的变异系数在3.1%～9.2%之间，该方法简单易操作，实用性强，其结果均未超过 卫生标准（PC—TWA苯6 mg/m3、甲苯50 mg/m3、二甲苯50 mg/m3 ，PC—STEL苯10 mg/m3、甲苯100 mg/m3、二甲苯100 mg/m3）的要求。

  目前常用苯、甲苯、二甲苯测定的方法是气相色谱法，采样方法简单，采样仪器轻便，测定结果准确，精密度高。气相色谱使用氢火焰离子化检测器(FID)是大 气测定污染的有效手段方法。故我们采用气相色谱法对车间空气中苯、甲苯、二甲苯的测定进行了初步探讨，现将结果报告如下：

  1.1 实验原理 空气中的苯、甲苯、二甲苯，用无泵采集，经色谱柱分离，氢焰离子化检测器，以保留时间定性，峰高或峰面积定量。

  1.2 仪器与试剂 北分SP—3420型气相色谱仪，FID检测器，二硫化碳（优级纯），苯系物标准液、苯系物标样（中国标准技术开发公司提供）。

  1.3 采样 本次测定是对喷漆车间以5L/min速度采集2 -5L空气样品。

  1.4 测定 根据中华人民共和国国家职业卫生标准GBZ/T160.42—2007工作场所空气中芳香烃类化合物的气相色谱测定方法。

  1.4.1 仪器操作条件 色谱柱2m×4mm，10%PEG600，柱温 80℃；汽化室温度150℃；检测室温度150℃；载气（氮气）流量：40mL/min。

  1.4.3 标准气体配制：用100mL清洁注射器准确抽取100mL氮气作为底气，用微量注射器准确加入1μL苯、甲苯、二甲苯（色谱纯：在20℃，1μL苯 0.8787mg、甲苯0.8669mg、邻二甲苯0.8802mg、间二甲苯0.8642mg、对二甲苯0.8611mg），注入注射器配制标准混合气 体。

  1.4.5 测定校正因子 当仪器的稳定性能差，可用单点校正法求校正因子。在样品测定的同时，分别取零浓度和与样品中含苯、甲苯和二甲苯浓度相接近的标准气体1mL，按操作测量零浓度和标准的色谱峰高(mm)和保留时间，用式计算校正因子。

  2.1 本方法检出限、最低检出浓度、测定范围、相对标准偏差见表1。 表1方法的性能指标：

  3.1 苯系物的各组分检出限在0.002～0.05μg/mL之间，浓度与峰面积线性关系良好（r0.996），回收率85.7%～110.2%之间， 方法的变异系数在3.1%～9.2%之间；而本法具有灵敏度较高、简单易操作快速、准确、干扰小和选择性强等优点。

  3.2 苯系物通常包括苯，甲苯，乙苯，邻、间、对位的二甲苯，异丙苯，苯乙烯八种化合物。苯系物是在工业生产里经常用到的有机物。其中苯具有致癌、致畸、致突变 作用；甲苯具有致突变和致畸作用，对泌尿系统及肌肉骨骼发育有损害；邻二甲苯则有致畸作用，影响肌肉及骨骼的发育，其毒性作用主要体现为血小板和白细胞减 少，髓细胞性贫血及白血病，出现神经衰弱症候群，有四肢麻木和痛觉减退，对新陈代谢产生一定的影响，并对皮肤有损害和致敏作用，长期接触还可出现皮肤粘膜出血倾 向以及月经过多。除苯是已知的致癌物以外，其它七种化合物对人体有不同程度的毒性。单环芳烃一般都是无色易挥发的液体，其蒸气比空气重，有毒，易燃，难溶 于水而易溶于有机溶剂，室内装修后，装修用到的材料中的苯及苯系物（苯、甲苯、邻间对二甲苯）向空气中扩散，汽车内（包括轿车，面包车，中巴，大客等）也存在车 内装饰材料扩散出来的苯及苯系物，有些工作场所（如喷漆车间，化工生产现场等）也存在着苯及苯系物的扩散。苯是严重的致病物质，微量的苯就会威胁人们的身 体健康，喷漆车间大都采用含有苯系物的油漆或稀释剂含有苯，对作业工人有很大危害。因此加强车间空气中苯系物的监测频次，对保护工人的健康安全具有十分重 要的意义。目前评价苯系物的接触程度仍以空气检测为主，

  的危害。本次检测结果来看，虽未超标，这与工作场所有 关，但仍应引起注意，特别是寒冬季节，室内工作设备简陋，布局不合理，苯系物污染较严重，许多工人在没有一点保护条件下非间接接触苯系物，对工人的身体健康 导致非常严重的危害。吸收过量的苯系物引起苯中毒，可苯是严重的致病物质，微量的苯就会威胁人们的身体健康。所以，要加强对车间空气的苯、甲苯和二甲苯的含量 进行测定和控制,保证工人的身体健康，特别是争对工人和工厂管理人中职业病防治意识淡薄的现状加强宣传，增强企业对劳动卫生工作的理解和支持，促使企业改 进工艺技术和卫生保护措施，以保障工人的安全。

  气 相色谱方法是利用试样中各组份在气相和固定液相间的分配系数不同将混合物分离、测定的仪器分析方法，非常适合于分析含量少的气体和易挥发的液体。当汽化后 的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，因此各组份在色谱柱中的工作速度就不 同，经过一定的柱长后，便彼此分离，按流出顺序离开色谱柱进入检测器，被检测，在记录器上绘制出各组份的色谱峰——流出曲线。在色谱条件一定时，任何一种 物质都有确定的保留参数，如保留时间、保留体积及相对保留值等。因此，在相同的色谱操作条件下，通过比较已知纯样和未知物的保留参数或在固定相上的位置， 即可确定未知物为何中种物质。测量峰高或峰面积，采用外标法、内标法或归一化法，可确定待测组分的质量分数。 典型气相色谱仪由以下五大系统组成，详见本实验附录2。

  1．配制标准溶液：以苯为溶剂，于容量瓶中配制甲苯、乙苯标准溶液，浓度分别为1.0×10-5、5.0×10-6、1.0×10-6和 1.0×10-7 mol/L 。

  2．检查N2 、然后打开所有气源，开启电脑及色谱仪。 H2气源的状态及压力，

  3．用微量注射器准确抽取1.0 μL溶液，注射入进样口。注意别将气泡抽入针筒。在相同的色谱条件下，分别测定苯、 甲苯 、乙苯、各标准溶液及浓度未知样品。

  4．仪器自检完毕，双击Instrument 1 Online图标，化学工作站自动与6890N通讯，此时6890N 显示屏上显示“Loading?”。进入的工作站界面如上图。

  2．在“Method Comments”中输入方法的信息（如：方法的用途等），单击Ok进入下一画面。

  单击 “Inlets”图标，进入进样口设定画面。单击“Apply”上方的下拉式箭头，选中进样口的位置为Back

  在 “Set point” 下方的空白框内输入进样口的温度200℃，进样口的压力15psi，然后点击On下方的所有方框；点击Apply。

  在“Set point”右边的空白框内输入初始温度40℃，点击“On ”左边的方框；Ramp---升温阶次；℃ /min—升温速率；Hold min—在Next ℃保持的时间；也可输入柱子的最大耐高温、平衡时间（如325℃，3min）；点击Apply。

  “Set point”下方的空白框内输入：H2—33ml/min；air—400ml/min；检测器温度（如300℃）；辅助气（如25ml/min）,并选择辅助气体的类型为N2，并选中该参数，如图所示。

  在Lit Offset—点火下限值(2.0PA为缺省值)，若显示信号小于输入值，仪器将自动点火，两次点不着，仪器将发生报警信息，并关闭FID气体。点击Apply。点击OK。

  次做样之前必须给出新名字，否则仪器会将上次的数据覆盖掉。Prefix—在prefix 框中输入前缀，在Counter 框中输入计数器的起始位。

  单击Ok ，等仪器Ready，基线平稳，从Method菜单中选择“Run method”，进样，同时按下仪器键盘上的star按钮,拔出注射器。在相同方法下运行标准样品和未知浓度样品。

  1．从“view”菜单中，单击“data analysis”进入数据分析画面。

  2．从“file”菜单中选择“load signal”选项，选中您的数据文件名，单击ok。

  3．做谱图优化 从“graphics”菜单中选择“signal options”选项，如上图所示，从ranges中选择Auto scale 及合适的显示时间，单击ok或选择 Use Range 调整。反复进行，直到图的比例合适为止。

  调用相应谱图积分优化后，从“Calibration”菜单中选择“new calibration table”，建立多级校正表。调出未知样的谱图进行积分优化。

  3）从“report”菜单中选择“print report”，则报告结果将打印到屏幕上，如想输出到打印机上，则单击report 底部的“print”钮。

  实验结束后，退出化学工作站，退出Windows 所有的应用程序，用Shut down 关闭PC。

  在主机键盘上关闭FID气体（H2，Air），同时关闭FID检测器，降温各热

  源（Oven temp，Inlet temp，Det temp），待各处温度降下来后（低于50℃），关GC电源，最后关载气和氢气阀，关闭空气压缩机。

  典型气相色谱仪由以下五大系统组成：气路系统、进样系统、色谱分离系统、温度控制管理系统、检测系统、数据处理及其它辅助部件等构成。

  气相色谱仪具有一个让载气连续运行、管路密闭的气路系统。它的气密性，载气流速的稳定性以及测量流量的准确性，对色谱结果均有很大的影响。

  气相色谱中常用的载气有氢气、氮气、氮气和氧气。它们一般都是由相应的高压钢瓶贮装的压缩气源供给。至于选用何种载气，主要根据选用的检测器和其它一些具体因素。

  净化器是用来提高载气纯度的装置。净化剂主要有活性炭、硅胶和分子筛、105催化剂，它们分别用来除去烃类杂质、水份、氧气。

  由于载气流速是影响色谱分离和定性分析的重要操作参数之一，因此要求载气流速稳定。载气的压力可用压力表来测量，流量用转子流量计指示。

  进样系统包括进样装置和气化室。其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。进样量的大小，进样时间的长短，试样的气化速度等都会影响色谱的分离效率和分析结果的准确性及重现性。

  目前液体样品的进样，一般都用微量注射器，常用的规格有1цL、5цL、10цL和50цL等。

  为了让样品在气化室中瞬间气化而又不分解，因此要求气化室热容量大，无催化效应。为了尽量减小柱前谱峰变宽，气化室的死体积应尽量可能小。

  气相色谱仪的分离系统是色谱柱，它由柱管和装填在其中的固定相等所组成。由于混合物各组份的分离在这里完成，所以它是色谱仪中最重要的部件之一。色谱柱可分为填充柱和毛细管。色谱柱的分离效果除与柱长、 柱径和柱形有关外，还与所选用 的固定相和柱填料的制备技术以 及操作条件等许多因素有关。

  温控系统是用来设定、控制、测量色谱柱炉、气化室、检测室的温度。气相色谱的流动相为气体，样品仅在气态时才能被载气携带通过色谱柱，因此，从进样到检 测结束为止，都必须控温。同时，温度是气相色谱的重要操作条件之一，直接影响色谱柱的选择性、分离效率和检测器的灵敏度及稳定性。

  气相色谱仪中，多采用可控硅温度控制器连续控制柱炉的温度。对于沸点范围很宽的混合物，可多采用程序升温做多元化的分析。所谓程序升温是指，在一定的分析周期 内，炉温连续地随时间有低温向高温线性或非线性地变化，以使沸点不同的组份各在其最佳柱温下流出，从而改善分离效果，缩短分析时间。 气化室的温度应使试样瞬时气化而又不分解，其温度一般比柱温高10－50℃。

  对流出柱的样品组分进行识别和响应。常见的检测器有热导池检测器、氢火焰离子检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器。

  胶黏剂在制鞋、制革，家具、玩具制造，包装，涂料等行业的应用十分普遍，因胶 黏剂中毒引起的职业病案例时有发生。含有胶黏剂的产品中有不少是室内装饰装修用到的材料或家庭必需品，因此胶黏剂是室内空气污染的重要来源之一。不合格的胶黏剂 含有众多有毒有害成分，其中苯、甲苯、二甲苯因其在胶黏剂中的广泛使用而备受关注。

  GB 18583–2008对室内装饰装修用到的材料胶黏剂中苯、甲苯、二甲苯的浓度限值作了明确的规定，该项国家标准要求采用气相色谱外标法对胶黏剂中的苯、甲苯、 二甲苯进行定量测定。外标法操作简单便捷，但胶黏剂成分复杂，粘稠度很高，给准确进样带来较大困难，测定结果的准确性较差。内标法可以弥补进样量不同导致的测 定误差，但内标物易受胶黏剂中复杂成分的干扰。笔者建立了气相色谱内标法对胶黏剂中苯、甲苯、二甲苯的含量进行测定，根据结果得出方法精密度和准确度均优于外 标法。

  气相色谱仪：Agilent 7890A，配氢火焰离子检胶黏剂在制鞋、制革，家具、玩具制造，包装，涂料等行业的应用十分普遍，因胶黏剂中毒引起的职业病案例时有发生。含有胶黏剂的 产品中有不少是室内装饰装修用到的材料或家庭必需品，因此胶黏剂是室内空气污染的重要来源之一。不合格的胶黏剂含有众多有毒有害成分，其中苯、甲苯、二甲苯因其 在胶黏剂中的广泛使用而非常关注。GB 18583–2008对室内装饰装修用到的材料胶黏剂中苯、甲苯、二甲苯的浓度限值作了明确的规定，该项国家标准要求采用气相色谱外标法对胶黏剂中的苯、甲苯、 二甲苯进行定量测定。外标法操作简单便捷，但胶黏剂成分复杂，粘稠度很高，给准确进样带来较大困难，测定结果的准确性较差。内标法可以弥补进样量不同导致的测 定误差，但内标物易受胶黏剂中复杂成分的干扰。笔者建立了气相色谱内标法对胶黏剂中苯、甲苯、二甲苯的含量进行测定，根据结果得出方法精密度和准确度均优于外 标法。

  气相色谱仪：Agilent 7890A，配氢火焰离子检测器（FID），美国安捷伦科技公司；

  苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯：色谱纯，天津科密欧试剂有限公司； 胶黏剂样品：市售。

  色谱柱：硝基对苯二酸改性的聚乙二醇毛细管色谱柱（60 m×320 μm，1 μm）；柱温：于60℃保持6 min，以5℃／min升至100℃，再以40℃／min升至200℃，保持2 min；检测器温度：280℃；气化室温度：220℃；载气：N2；恒流模式；柱流量：1.2mL／min；氢气流量：40 mL／min；空气流量：400mL／min；尾吹气流量：25 mL／min；进样方式：分流模式，分流比为10∶1；进样体积：1 μL；内标物：丙酸乙酯。

  将适量内标物加入乙酸乙酯中，混匀。取适量含内标物的乙酸乙酯，置于100 mL棕色容量瓶中，分别称取0.1 g（精确至0.000 1 g）苯、甲苯、二甲苯（对、间、邻）5种色谱纯试剂于容量瓶中，准确记录样品质量，用乙酸乙酯定容至标线，配制成各组分质量浓度均为1 mg／mL的混合标准储备液。

  取7支25 mL棕色容量瓶，预先加入适量乙酸乙酯溶剂，然后分别加入0.125，0.50，1.00，2.50，5.00，10.00，15.00 mL混合标准储备液，迅速用乙酸乙酯定容至标线种混合标准工作溶液中各组分的质量浓度分别为 0.005，0.02，0.04，0.10，0.20，0.40，0.60 mg／mL。

  分取混合标准溶液1.5 mL，置于进样瓶中，用密封盖密封后上机测定。各浓度标准溶液分别进样3次，进样1μL，分别测得各组分峰面积（Ai）和内标峰面积（As）。以各组分的 质量浓度（mg／L）为横坐标，各组分峰面积与内标峰面积的比值（Ai／As）为纵坐标，绘制标准曲线次进样的参量均值为准。

  称取0.5 g待测样品于50 mL棕色容量瓶中，精确称量至0.000 1 g，用含内标的乙酸乙酯定容至标线，混匀，制成样品A。进样1μL，测定各组分的峰面积和内标峰面积。

  胶黏剂种类非常之多，成分复杂，乙酸乙酯作溶剂对其具备比较好的溶解性且不干扰目标组分检测。为确保低沸点组分可以有明显效果地分离，选择比乙酸乙酯溶剂沸点稍低 的温度（60℃）为起始温度。目标组分苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯和邻二甲苯的沸点分别为80，110，138，139，144℃，内标物丙酸乙酯的沸 点（99.1℃）正好处于苯系物中间，其色谱峰位置与目标组分相近，且胶黏剂中不含该组分，符合内标物的选择原则。为增强分离效果，选择5℃／min的程 序升温速率，并将柱流量调整为1.2 mL／min，不仅实现了内标物与苯的完全分离，还将对二甲苯和间二甲苯这两种难以完全分离的组分彻底分开，如图1。经试验证实，胶黏剂中存在高沸点组 分，因此，在迅速升温吹扫样品非目标组分的同时，于200℃保持一段时间，将高沸点组分吹出，否则高沸点组分将在随后样品测定的中间位置出峰，直接影响峰 后目标组分的保留时间，并造成目标组分峰拖尾。

  气相色谱内标法和外标法的区别大多数表现在进样体积的准确性方面。假定进样量每次都精准一致，二者应不存在精密度和准确度的差异。对于高黏度的胶黏剂样品，为尽可能减少进样量误差，笔者从以下3个方面对进样条件进行了优化：

  （1）实验前更换微量进样针、进样口隔垫，防止进样针推杆变形，隔垫密封性失效对测定样品造成影响。

  （2）采用仪器自动进样模式，排除手动进样误差；选择适宜的样品清洗速率、抽取速率和进样速率，防止样品抽取过快，进样针内存有气泡导致实际进样体积偏小。

  （3）选择适宜的气化室温度，防止高沸点组分在进样口凝结残留；清洗气化室玻璃衬管，并更换衬管中部的石英棉，有利于吸附气化室内的不气化组分。

  采用内标标准曲线法，不必测定样品各组分相对校正因子，只要同批次样品使用同一浓度的内标溶剂，内标物不必准确定量，可与外标法一样操作简单便捷。在 1.2色谱条件下，对5～600 mg／L的苯、甲苯、二甲苯的标准溶液进行仔细的检测，得到线可知，内标法的线性相关系数可甲苯的气相色谱分析达0.999 99，外标法的线以上，两种方法的标准曲线均能够完全满足标准要求，内标法因为能排除进样量误差的影响，线性相关性相对外标法更好 一些。

  取样品A，用气相色谱内标法平行测定9次，测定结果见表2。由表2可知，苯、甲苯、3种二甲苯测定结果的相对标准偏差在0.06%～0.30%之 间。同时用外标法测定，测定结果的相对标准偏差为1.43%～2.20%。测定数据表明内标法测量精密度明显高于外标法。外标法测量精密度较低主要是进样 量重复性偏差造成的。加标回收试验按照如下办法来进行： （1）于25 mL棕色容量瓶中准确加入混合标准储备液1.0 mL，以乙酸乙酯溶剂（无目标组分）定容混匀后作为1#样品；

  （2）于25 mL棕色容量瓶中准确加入混合标准储备液3.0 mL，以各组分本底值为100 mg／L的乙酸乙酯溶液定容，混匀后作为2#样品；（3）于25 mL

  量瓶中准确加入混合标准储备液5.0 mL，以各组分本底值为400 mg／L的乙酸乙酯溶液定容，混匀后作为3#样品。上述3个样品分别进样6次，回收试验结果见表3。由表3可知，各目标组分平均回收率在 98.93%～100.98%之间，总趋势为苯＜甲苯＜对二甲苯＜间二甲苯＜邻二甲苯，即目标组分的沸点越低，回收率越低。在气相色谱分析实际操作中，低 沸点组分的损失是不可避免的。同时做外标法的回收试验，回收率在94.65%～96.97%之间，表明内标法显著优于外标法。

  在试剂空白色谱鉴定无干扰、试剂纯度合格、仪器稳定性很高和人员操作规范的前提下，标准曲线的线性相关性、回收率和精密度的大小可以反映出不同方法在

  析测试过程中的差异。针对胶黏剂中苯系物的测定，试剂中的杂质干扰和胶黏剂中的组分干扰成为测定方法选择的最不确定环节。如果试验验证试剂空白和胶黏剂 样品不存在干扰内标物的组分，则应优先选择内标法，这样做才能够获得更准确的测定结果。特别是测定能力验证样品时，更应首选内标法。当溶剂空白或样品中存在干 扰内标物的组分时，如果通过优化色谱条件能够排除内标干扰物，选择内标法亦可，否则优先选择外标法以避免内标物扰造成工作曲线失效；尽管外标法无法消 除进样量差异造成的误差，但是通过进样条件的优化，能够将样品偏差控制在合理范围内。

  气相色谱内标法测定胶黏剂中的苯系物，标准曲线的线性相关性良好，回收率和精密度较高，且不受样品进样量的影响。在试剂空白和样品组分对内标物不干扰的情况下，应优先选择内标法。