黄建飞，张华静，古 佩，郭红霞，方 羽，雷武琴

(荆门市环境保护监测站，湖北 荆门 448000)

1 引言

环境空气样品采集和分析中，时常会用到样品采集管和连接管，因各场合对管路的耐高低温、耐磨、耐老化、耐腐蚀、耐高压、耐氧化及弹性等性能有着不同的要求而选择不同材质的管路。目前商品化的管路主要有PU管、PE管、PVC管、PP管、PA管、硅胶管、乳胶管、PTFE管等不同类型。其材质、特点及用途见表1。

表1 不同类型采样管路的材质、特点及用途

目前，实验室采样及分析中常用的管路有PTFE管(特氟龙管)、PA管(尼龙管)、PU管、硅胶管等，不同材质的管路会对不同的气体物质产生吸附，而哪些材质管路会对哪些物质有多大程度的吸附，以及这些易吸附物质达到饱和吸附的时间是多少，目前相关研究并不多见。便携式傅里叶变换红外分析仪是一种用来分析环境气体浓度的仪器，主要用于突发环境事件的应急监测[1～3]，其分析速度快，可以同时分析多种气体组分的浓度，生态环境部制定了用它来分析环境空气中部分有机物和无机物的标准方法[4，5]。本文用便携式傅里叶变换红外仪分别接PTFE管(特氟龙管)、PA管(尼龙管)、PU管、硅胶管采集和分析标准气体样品来测定各材质管路对标准气体的吸附情况。

2 实验部分

2.1 仪器、管路及试剂

GASMET FTIR Dx-4045便携式傅里叶变换红外仪(芬兰)；氟化氢、氯化氢、一氧化碳、二氧化硫 、氧化亚氮、一氧化氮、氨气、甲烷、乙烷、乙炔、丙烷、丙烯、苯、甲苯、乙苯、苯乙烯标准气体。PTFE管(特氟龙管)、PA管(尼龙管)、PU管、硅胶管，长度1 m，内径4 mm。转子流量计。

2.2 仪器条件

干涉仪分辨率7.72 cm；扫描速度10次/s；取样时间5 s/次；波长范围594～4238 cm；气样室温度25 ℃；干涉图高度2.90 v；检测器MCTP-V2；气体出口流量1.0 mL/min。

2.3 实验方法

2.3.1 管路采集标准气体回收率的测定

分别将不同标准气体通过短铜管接到仪器进样口，测出稳定后的气体浓度作为气体直接进样的原始浓度，再将不同材质的1 m长管路分别接到减压阀和仪器进样口之间，测出稳定后的气体浓度作为管路吸附后的气体浓度，计算出回收率。

2.3.2 管路吸附时间和吸附量的测定

选取吸附效果明显的管路，针对吸附明显的气体组分进行吸附量与吸附时间的测定。将标准气体通过短铜管接到仪器进样口，测出稳定后的气体浓度作为气体直接进样的原始浓度，经氮气吹扫后，再将标准气体通过该管路接到仪器进口，测出其稳定浓度，达到90%稳定浓度所需的时间作为该管路的吸附时间。稳定浓度相对于原始浓度的减少量作为该管路的吸附量。

3 结果与结论

3.1 回收率的测定

经过测定，长度为1 m，内径4 mm的不同材质管路分析标准气体的回收率结果见表2。

表2 不同材质管路分析标准气体回收率 ×10-6

将上述分析项目根据有机化合物和无机化合物进行分类，其测定结果分别见图1～2。

图1 不同采样管采集有机气体

图2 不同采样管采集无机气体

由上述图表可看出，PU管、PA管、PTFE管采集烃类和芳香烃类有机化合物时回收率良好，均在96.4%～104.4%之间，而硅胶管在采集烃类化合物时回收率较好，而在采集芳香烃类的甲苯、乙苯和苯乙烯时，回收率分别为87.8%，60.0%和54.7%，回收率不理想。PU管、PA管、硅胶管和PTFE管在采集一氧化碳、氧化亚氮、一氧化氮、二氧化硫、氯化氢和氨气时回收率良好，在95.3%～106.9%之间。 在采集氟化氢时，仅有PTFE管回收率为103.0%，PU管、PA管(尼龙管)、硅胶管采集回收率分别为84.4%，7.1%和58.9%，回收率不理想，其中PA管(尼龙管)因加有玻璃纤维作为改性剂，会与氟化氢发生反应，所以回收率极低。

3.2 吸附时间及吸附量的测定

硅胶管极性较强，对多种极性物质都具有较强吸附，现选择0.5 m，1 m和2 m的硅胶管分别采集乙苯、苯乙烯和氟化氢，其测定结果见图3～ 5。

图3 不同长度硅胶管采集乙苯

图4 不同长度硅胶管采集苯乙烯

由图3～5可看出，随着硅胶管长度的增加，达到稳定浓度的时间增加而稳定浓度值降低，以气体浓度达到稳定后的最后六组数据平均值作为稳定浓度，到达90%稳定浓度的时间作为吸附时间，稳定浓度相对于直接进样原始浓度的减少量作为吸附量，其相应结果见表3及图6～7。

图5 不同长度硅胶管采集氟化氢

由上述图表可以看出，随着硅胶采样管长度的增加，其对乙苯、苯乙烯和氟化氢的吸附时间和吸附量均明显增加。当用系统洁净的便携式傅里叶红外气体分析仪直接采集乙苯、苯乙烯时，50 s左右即达到浓度稳定，而直接采集氟化氢时，1200 s左右才能达到浓度稳定，这说明便携式傅里叶红外气体分析仪内部气路系统和样品池对氟化氢有较强吸附，同样的情况在采集氯化氢时也会出现。

表3 不同长度硅胶管采集气体样品的吸附时间与吸附量

图6 不同长度硅胶管吸附量的变化

图7 不同长度硅胶管吸附时间的变化

4 结论

(1)不同材质的采样管路会对气体样品的采集和分析带来干扰，硅胶管会对极性的有机化合物和无机酸产生吸附，PA管(尼龙管)中添加的玻璃纤维改性剂会与氟化氢反应使得浓度显著降低，PU管和PTFE管(特氟龙管)对气体的吸附较小，其中PTFE管(特氟龙管)为最优选择。因此在选择采气管、串联管、标气连接管等情况时均应选择PTFE管(特氟龙管)。因PTFE材质较硬，工作中必须用弹性较强的硅胶管转接时，也应尽量减少转接管的长度。

(2)便携式傅里叶红外气体仪的内部气路系统和吸收池对氟化氢和氯化氢有较强吸附，在有此类污染源的环境中采集样品时，应最少采集20 min以上才能获得比较准确的结果。同时，在采集较高浓度的氟化氢和氯化氢样品后，必须对气路用氮气吹扫30 min以上才能关机，否则样品池可能被氟化氢和氯化氢侵蚀而损坏。