个体接触环境空气中苯的监测方法的研究
个体接触环境空气中苯的监测方法的研究
个体接触环境空气中苯的监测方法的研究
中华劳动卫生职业病杂志 1999年第4期第17卷 监测与检验技术
作者：徐东群 崔九思 王斌 李宝成 韩克勤 宋瑞金
单位：100021 北京，中国预防医学科学院环境卫生监测所
美国及西欧等国从80年代开始，研究环境空气中苯的污染和非职业暴露人群的个体接触量［1，2］。我国在这方面的研究起步较晚，原因是缺乏适用于低浓度苯的个体采样器。我们以活性炭纤维(ACF)为吸附材料，建立了被动式个体采样器采样/二次热解吸/毛细管气相色谱法测定苯的方法。
一、材料与方法
(一)仪器与试剂
HP5890 Series Ⅱ气相色谱仪(USA)、Tekmar 6000热解吸浓缩进样装置(USA)、30 m3暴露腔、主动式不锈钢采样管、被动式个体采样器、活性炭纤维毡(南通永通炭纤维有限公司)、苯(色谱纯)。
(二)实验方法
1.被动式个体采样器的安装:被动式个体采样器的基本结构见图1，外径47 mm，高8 mm，重量为10 g左右。前盖有19个进气孔，挡风层是直径43 mm的200目不锈钢纱，吸收层是直径42 mm的ACF。
①:底座;②:托板;③:ACF吸收层;④:压环;⑤:不锈钢纱(200目)
⑥:不锈钢纱(60～80目);⑦:硅橡胶密封圈;⑧:前盖图1 被动式个体采样器的结构
在清洁环境中，迅速用镊子取出1片活化(高纯氮保护下600℃，8小时)过的ACF片(0.15 g)，装入被动式个体采样器后，立即放入聚丙烯铝箔袋中，热压封口，放在干燥器中室温保存。
2.采样和样品的保存:从密封袋中取出采样器，挂在待测地点或佩带在个人身上呼吸带处，记录采样开始时间及温度、湿度、风速和气压。暴露一定时间后，将采样器再放入原袋中热压密封，记录采样结束时间。样品送回实验室分析，若当天不能分析，可放在干燥器中室温保存。
3.样品的测定:用镊子取出ACF片，快速、全量转移至主动式不锈钢采样管中，采用热解吸/毛细管GC法测定。
4.样品分析条件:样品解吸温度250 ℃，解吸时间10 min，样品气流量20 ml/min。冷阱制冷温度-165 ℃，二次热解吸预加热温度30 ℃，解吸温度240℃，解吸时间4 min，解吸气流量2 ml/min。柱头冷聚焦制冷温度-150℃，注射温度225 ℃，注射时间为1 min。传输线、六通阀和湿度控制系统温度均为200℃。
GC条件：HP-5毛细管色谱柱，30 m×0.32 mm ID，膜厚0.25 μm；载气(N2)流量2 ml/min，氢气流量30 ml/min，空气流量300 ml/min，辅助气(N2)流量30 ml/min；柱温选择程序升温，初始柱温40 ℃，保持5 min，升温速率8℃/min，最终柱温200 ℃，保持20 min。进样口温度200 ℃，检测器温度260℃。
在上述条件下ACF对苯的解吸效率为99.7%。
5.标准曲线的绘制:从标准气发生装置出口，分别取0.5、1.0、3.0、5.0、10.0、30.0、50.0 ml苯标准气，定量转移至主动式ACF采样管中，按样品分析相同条件进行测定。以苯的含量为横坐标，色谱峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。
二、结果与讨论
(一)采样速率的测定
在暴露腔中发生浓度为0.5～5.0倍于居住区大气卫生标准的苯蒸气，风速为10～260 cm/s、相对湿度为30%～80%、温度为10～30 ℃、采样时间为2～24小时条件下，被动式个体采样器暴露的同时，用主动式ACF采样管同步采样，测定苯的采样速率。苯的平均采样速率为25.7 ml/min，相对标准差为7.4%，95%的置信区间为21.9～29.6 ml/min。
(二)被动式个体采样器的稳定性
在清洁环境中，将安装好的采样器立即放入聚丙烯铝箔袋中密封保存。当天测定空白值，然后隔一段时间，再测定空白值，观察空白值的稳定时间。相同条件下采集的同一批样品，密封保存于聚丙烯铝箔袋中，分别于当天和以后的若干天，测定样品中苯的浓度，以观察样品的稳定时间,结果显示空白和样品的稳定时间均为40天。
(三)环境因素对采样速率的影响
1.风速的影响:分别在静态和10～260 cm/s的范围内，测定了风速对被动式个体采样器的影响，结果见图2。静态苯的采样速率为14.9 ml/min。风速在10～260 cm/s的范围内，苯的采样速率在K±2s范围内，K是平均采样速率。
风速(cm/s)
图2 风速对采样速率的影响
2.相对湿度的影响:水蒸气与苯在ACF上存在竞争吸附，当相对湿度(RH)较大时，可使采样容量明显下降。在RH为30%～80%的条件下，测定了相对湿度对采样速率的影响(图3)。从图中可以看出，相对湿度为80%时，采样速率已明显降低,因此，ACF不适用于高湿度条件下的采样。
相对湿度(%)
图3 相对湿度对采样速率的影响
3.温度的影响:在10～30 ℃下，温度对采样速率无显著影响。
(四)采样容量和最大/最小采样时间
在苯浓度为1.6 mg/m3、RH=80%、风速大于20 cm/s的条件下，测定被动式采样器响应浓度与时间的关系曲线(图4)。从图中可以看出，曲线起始部分由于平衡未能达到，测定值较低。从开始暴露到平衡实现之前这一段时间称为采样器的最小采样时间。本采样器的最小采样时间为2小时。曲线最后部分由于超过了采样器的负载量，测定值下降。把开始下降所对应的负载量称为采样器的容量，本采样器的采样容量为31.2μg，最大采样时间根据现场浓度而定，浓度高时可以缩短采样时间，浓度低时可以延长采样时间，使采样量不超过推荐的采样容量。
时间(h)
图4 被动式采样器响应浓度与时间的关系
(五)反向扩散的损失
在暴露腔中发生2倍于居住区大气卫生标准的苯蒸气，RH=80%，将被动式采样器分成两组同时采样，10小时后，取出1/2为第1组，立即分析。1=0.320 mg/m3，S21=0.000 4 mg/m3(n=8)。余下的1/2为第2组，继续在RH=80%、无苯的环境中暴露10小时后分析。2=0.310 mg/m3，S22=0.000 8 mg/m3(n=8)。t计算=0.803＜t表=2.15，苯的两组浓度平均值差异无显著性，不存在反向扩散损失。
(六)精密度和准确度
被动式采样器的精密度用平均相对标准差表示，准确度按美国NIOSH推荐的以总不确定度(relative overall uncertainty，ROU)表示。在方法规定的环境条件下，被动式个体采样器与主动式ACF采样管同时采样，进行现场验证，苯的平均相对标准差为5.7%，总不确定度为±12.4%，在±25%以内，符合美国NIOSH规定的要求。
本课题受国家自然科学基金资助()
参考文献
[1] Wallace LA,Pellizzari ED,Hartwell TD,et e TEAM study:personal exposures to toxic substances in air,drinking water,and breath of400 residents of New Jersey,North Carolina,and North viron res,1987,43:.
[2] Krause C,Mailahn W,Nagel R,et currence of volatile organic compounds in the air of 500 homes in the Federal Republic of :Proceedings of the 4th International Conference on Indoor Air Quality and rlin:Institute for Soil,Water,and Air Hygiene,1987,1:.