废气二恶英类监测分析方法

1、 /41文档可自由编辑废气二噁英类监测分析方法2004-4-5国家环境分析测试中心二噁英类(Dioxins)是对由2个或1个氧原子联接2个有氯原子取代的苯环而构成的芳香族有机化合物的统称，包括多氯二苯并-对-二噁英(Polychlorinateddibenzo-p-dioxins,简称PCDDs)和多氯二苯并呋喃(Polychlorinateddibenzofurans,简称PCDFs)。二噁英类不仅可以引起免疫系统损害和生殖障碍，还被认为具有很强的致癌性。二噁英类有210种同类物/异构体，各异构体的毒性与所含氯原子的数量及氯原子在苯环上取代位置有很大关系。含13个氯原子的异构体被认为无明显毒

2、性；含48个氯原子的化合物毒性显著，其中毒性最强的是2,3,7,8-四氯二苯并-对-二噁英(2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin,简称2,3,7,8-TCDD或TCDD)。二噁英类是一类非常稳定的亲油性固体化合物，其熔点较高，分解温度大于7001，极难溶于水，可溶于大部分有机溶剂，所以二噁英类容易在生物体内积累。自然界的微生物降解和水解作用对二噁英类的分子结构影响较小，故难以自然降解。二噁英类最初是在化工产品的副产物中发现的，其中最著名的是美国曾在越南战争中大量使用的被称为橙剂(AgentOrange)的脱叶剂，后来陆续发现了其他来源，如废物焚烧炉、金属冶炼、

3、纸浆加氯漂白过程、燃煤或燃油火力发电厂等的高温过程等，另外森林失火也被认为可能是PCDDs的自然来源之一。由于环境二噁英类主要以混合物形式存在，在对二噁英类的毒性进行评价时，国际上常把不同组分折算成相当于2,3,7,8-TCDD的量来表示，称为毒性当量(ToxicEquivalents,简称TEQ)。样品中某PCDDs或PCDFs的浓度与其毒性当量因子TEF的乘积之和，即为样品中二噁英类的毒性当量TEQ。二噁英类的测定被视为现代有机分析的难点，它要求超微量多组分定量分析，必须具备有效的采样技术、从样品中提取出10-1210-15量级的二噁英类、从粗提取液中分离去除其它有机物、分离出与二噁英类性

4、质接近的其它氯代芳香族有机物、高效分离二噁英类异构体、可靠定性和准确定量技术以及安全防毒实验条件等。分析仪器多采用髙分辨气相色谱/髙分辨质谱联用仪(HRGC/HRMS)。本方法是在欧洲、美国和日本标准方法的基础上，结合我们的实际工作经验制定的。主要用于固定污染源废气中的二噁英类采样、分析，并规定了质量管理措施和目标。1原理分别用滤筒和吸附树脂收集废气中的烟尘和气态二噁英类，用有机溶剂提取样品中的二噁英类，经过多级净化，分离去除大量的干扰物质，最后将二噁英类浓缩在少量的有机溶剂中，用高分辨气相色谱/高分辨质谱联用仪对2,3,7,8-位有氯取代的二噁英类异构体以及四氯八氯取代的PCDDs和PCDF

5、s同系物进行定性和定量分析。方法检出限取决于所使用的分析仪器的灵敏度、样品中的二噁英类浓度以及干扰水平等多种因素。当废气采样量为2m3(标况)时2,3,7,8-TCDD的最低检出限为0.001ng/m3(S/N15)。2仪器2.1采样装置采样管：采样管材料为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，当废气温度高于500C时,应使用带冷却水套的采样管。采样嘴的内径应不小于4mm,精度为0.lmm，弯曲角度应为不大于30度的锐角。采样管内表面应光滑流畅。滤筒：石英或玻璃纤维滤筒，要求对粒径大于0.3m颗粒物的阻留效率超过99.95%(穿透率小于0.05%)。使用之前的处理方法有两种,分别用丙酮和甲苯超声清洗30mi

6、n，然后真空干燥。石英纤维滤筒可以在马弗炉中加热6001处理6h。处理后的滤筒密封保存。从每批处理的滤筒中抽样进行二噁英类空白试验。滤筒托架用硼硅酸盐玻璃或石英玻璃制成，尺寸要与滤筒相匹配，应便于滤筒的取放，接口处密封良好。冲击瓶：五只0.51L的冲击瓶串联，前两只装入100300mL正己烷洗净水，第三只为空瓶，第四只装100300mL二甘醇，第五只为空瓶(如图2所示)。树脂柱：内径3050mm、长70200mm、容量100150mL的玻璃管。可装填2040g吸附材料。采样泵：在装有滤筒时应能达到1040L/min的流量，可连续运行5h以上，最好具有流量调节功能，在吸气入口处有干燥器。流量计：

7、采用湿式或干式气体流量计，量程1040L/min，精度0.1L/min。应定期对流量计进行校准。在流量计前测量气体温度和压力。2.2样品处理器材通风橱(2索氏提取器：容量5001000mL，配套调温加热器。浓缩器：K-D浓缩器或旋转蒸发器。层析管：内径815mm，长200300mm的玻璃层析管。天平：万分之一分析天平。机械振荡器。布氏漏斗。玻璃分液漏斗：200mL、500mL和1000mL，带有聚四氟乙烯活塞。氮气吹干装置：安装在通风橱内用于样品的最后浓缩。2.3分析仪器髙分辨石英毛细管柱气相色谱/髙分辨质谱联用仪(HRGC/HRMS)。髙分辨石英毛细管柱气相色谱(HRGC)进样器：最髙使用温

8、度2502801，柱上进样或不分流进样方式。色谱柱：内径0.250.32mm，长2560m的石英毛细管色谱柱。要求所使用的色谱柱对所有2,3,7,8-位氯代异构体具有良好的分离效果，并且已经判明它们的流出顺序。载气：髙纯氦气(纯度99.999%)。恒温箱：温度调节范围50350C,允许程序升温。髙分辨质谱联用仪(HRMS)分辨率：大于10000(并能稳定24h以上)离子检测方法：SIM或MID(锁定质量模式)离子化方法：EI离子源温度：250300C离子化电流：0.5lmA电子加速电压：3070eV离子加速电压：510kV3试剂要求所使用的有机溶剂浓缩10000倍不得检出二噁英类。未指明纯度的

9、试剂应达到农残级。在不能确定纯度是否符合要求的情况下，应进行空白试验加以检验。(1)甲醇(2)丙酮甲苯正己烷二甘醇二氯甲烷壬烷或癸烷正己烷洗净水：用上述(4)正己烷充分洗涤过的蒸馏水。25%二氯甲烷-正己烷溶液：(6)二氯甲烷与(4)正己烷以体积比1:3混合。吸附材料：苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物，可使用市售XAD-2树脂或性能更好的吸附材料。使用之前的处理方法，吸附材料用丙酮洗净后，再用甲苯索氏提取16h以上，或者分别用丙酮和甲苯在超声波池中清洗2次，每次30min。以上两种方法任选其一，清洗后的吸附材料在真空干燥器中50C以下加热8h,而后保存在密闭容器中。处理好的吸附材料进行空白试验。无水

10、硫酸钠：分析纯以上，研磨后在380C温度下处理4h,密封保存。氢氧化钾：优级纯。硝酸银：优级纯。盐酸：优级纯。浓硫酸：优级纯。硅胶：色谱柱用硅胶(70230目)，在烧杯中用甲醇洗净，待甲醇挥发后，摊在蒸发皿中，厚度小于10mm，在1301温度下干燥18h，然后放入干燥器冷却30min,装入试剂瓶密封，保存在干燥器中。2%氢氧化钾硅胶：取(16)硅胶98g,加入用(12)氢氧化钾配制的50g/L氢氧化钾溶液40mL，在旋转蒸发器中约50C温度下减压脱水，去除大部分水分后，继续在50C80C减压脱水1h,硅胶变成粉末状。所制成的硅胶粉含有2%(w/w)的氢氧化钾，将其装入试剂瓶密封，保存在干燥器中

11、。22%硫酸硅胶：取(16)硅胶78g,加入(15)浓硫酸22g，充分震荡后变成粉末状。将所制成的硅胶粉装入试剂瓶密封，保存在干燥器中。44%硫酸硅胶：取(16)硅胶56g，加入(15)浓硫酸44g，充分震荡后变成粉末状。将所制成的硅胶粉装入试剂瓶密封，保存在干燥器中。10%硝酸银硅胶：取(16)硅胶90g，加入用(13)硝酸银配制的400g/L硝酸银溶液28mL，在旋转蒸发器中充分脱水(50C)。配制过程中应用棕色遮光板或铝箔遮挡光线。所制成的硅胶含有10%(w/w)的硝酸银，将其装入棕色试剂瓶密封，保存在干燥器中。氧化铝：色谱柱用氧化铝(碱性，活性度I),可以直接使用活性氧化铝。未曾活化的

12、氧化铝可以在烧杯中铺成厚度小于10mm的薄层，在130C温度下烘18h，或者在培养皿中铺成厚度小于5mm的薄层，在5001温度下热处理8h,烘过的氧化铝放在干燥器中冷却30min,贮存在密封的试剂瓶中。活化后的氧化铝应尽快使用。活性炭硅胶：下述二种配制方法，可择一使用。CarbopackC/Celite545(18%,w/w)。混合9.0g的CarbopackC活性碳与41g的Celite545于附聚四氟乙烯内衬螺帽的250mL玻璃瓶中混合均匀，使用前于1301活化6小时，冷却后储于干燥箱内。AX-21/Celite545(8%,w/w)。混合10.7g的AX-21活性碳与124g的Celit

13、e545于附聚四氟乙烯内衬螺帽的250mL玻璃瓶中，充分震荡搅拌，使其完全混合，使用前于1301活化6小时，冷却后储于干燥箱内。配制好的活性炭硅胶以甲苯为溶剂索氏提取48h以上，确认甲苯不变色，若甲苯变色，重复索氏提取。在180(2)以最大离子强度作为100%RRF=cs2厶(2)式中：RRF净化内标的相对响应因子csQ标准溶液中净化内标物质的绝cs对量，pgQ标准溶液中标准物质的绝对s量，pgA标准溶液中标准物质的峰面积sA标准溶液中净化内标物质的峰cs面积用同样的方法求出进样内标和采样内标的相对响应因子RRF和rsRRF。(3)样品测定ss取得校准曲线之后，对处理好的分析样品按下述步骤测定

14、：确认校准曲线：对制作校准曲线所使用的标准溶液进行测定，计算各异构体的RRFcs。与制作校准曲线时得到的RRFcs加以比较，应在35%以内，超过这个范围，应查找原因，重新测定。测定样品：将处理好的分析样品和试剂空白按照程序进行测定，得到二噁英类各监测离子的色谱图。检查灵敏度变化：选择中间浓度的标准溶液，按一定周期(每天至少一次)参加测定，同样求出各异构体对应RRFcs。确认该值与(2)中求出的结果相比，变化不超过35%，否则应查找原因，重新测定。检查保留时间：若保留时间在一天之内变动5%以上，或者相对于内标物质的相对保留时间变动2%以上，则应查找原因，重新测定。（4）色谱峰的检出确认进样内标：

15、分析样品中进样内标的峰面积应为标准溶液中进样内标的峰面积的70%以上。否则应查找原因，重新测定。色谱峰检出：在色谱图上，高度为基线振幅3倍以上的色谱峰视为有效峰。在峰的附近（半高宽的10倍以内）测量噪声，取测量值标准偏差的2倍作为噪声值N。一般经验认为噪声最大值和最小值的差约为噪声值标准偏差的5倍，因此也可以取噪声最大值和最小值之差的2/5作为噪声值N。以噪声中线为基准，到峰顶的髙度为峰髙（信号S）。对信噪比S/N=3以上的色谱峰进行定性和定量。峰面积：对上述中检出的峰进行峰面积计算。6计算6.1定性定性对象包括四氯八氯二噁英类同系物（T4CDDs0CDD和T4CDFs0CDF）及2,3,7,

16、8-位氯代异构体（表5）。二噁英类同系物的色谱峰应同时满足下述条件：样品的两监测离子色谱峰面积之比与标准一致，并在理论离子强度比（参见表4）的15%以内（浓度不髙于3倍检出限时为25%）。2,3,7,8-位氯代异构体色谱峰的保留时间应与标准一致(；3s以内)，相对于内标物质的相对保留时间亦与标准一致(0.005以内)。表5二噁英类测定对象的表达氯取代数PCDDsPCDFs同系物异构体同系物异构体四氯TCDDs42,3,7,8TCDD4其它TCDDs4TCDFs42,3,7,8-TCDF4其它TCDFs4五氯PCDDs51,2,3,7,8-PCDD5其它PCDDs5PCDFs5PC

17、DF5PCDF5其它PCDFs5六氯HCDDs6HCDD6HCDD6HCDD6其它HCDDs6HCDFs6HCDF6HCDF6HCDF62,3,4,6,7,8HCDF6其它HCDFs6HCDDs71,2,3,4,6,7,8-H：DD7其它HCDDs7HCDFs7HCDF7HCDF7其它HCDFs7OCDDOCDDOCDFOCDF总PCDDs总PCDFs工(PCDDs+PCDFs)七氯八氯工（四氯八氯）6.2定量采用内标法计算提取液总量中2,3,7,8-位氯代异构体的绝对量Qi：Qi=心白RRFue式中：Q提取液总量中i异构体的量，ngiA色谱图上i异构体的峰面积iA相应净化内标的峰面积csiQ

18、相应净化内标的添加量，ngcsiRRF相应净化内标的相对响应因子cs对于非2,3,7,8-位氯代异构体，采用平均RRF进行定cs量。用下式计算废气样品中的异构体浓度。Ci=式中：C样品中i异构体的浓度，ng/m3(0oc,101.325kPa)iQ提取液总量中i异构体的量,ingV废气采样量，ma(0C,sd101.325kPa)对废气样品进行氧气浓度校正，求出换算浓度。OnxCC二21-Q1(5)式中：C二噁英类换算浓度，ng/m3(0c，101.325kPa)O换算氧气浓度，11%nO废气中氧气实测浓度，%(若废气中氧气浓度超过s20%,则取0=20)sC废气中的二噁英类实测浓度，ng/m

19、3(0oc,i101.325kPa)必须分别对17种2,3,7,8-位氯代异构体精确定量，其余非位氯代异构体按同系物计算总量。6.3回收率净化内标的回收率根据净化内标峰面积与进样内标峰面积的比以及对应的相对响应因子RRFrs计算净化内标的回收率。Rc二坷取时糕5(6)式中：Rc净化内标回收率(%)A净化内标的峰面积csiA相应进样内标的峰面积rsiQ相应进样内标的添加量，ngrsiRRF相应进样内标的相对响应因rs子Q净化内标的添加量，ngcsi采样内标的回收率根据采样内标峰面积与净化内标峰面积的比以及对应的相对响应因子RRFss计算采样内标的回收率。X-為Rs=血R叽幺克(7)式中：Rc采样

20、内标回收率(%)Assi采样内标的峰面积Acsi相应净化内标的峰面积Qcsi相应净化内标的添加量，ngRRFss相应采样内标的相对响应因子Qssi采样内标的添加量，ng确认采样内标的回收率在70%130%范围之内。6.4检出限仪器检出限 /41文档可自由编辑i /41文档可自由编辑在制作校准曲线的系列浓度标准溶液中，选择最低浓度的溶液进行5次以上重复测定，对溶液中二噁英类的2,3,7,8-位氯代异构体进行定量，计算测定值的标准偏差s,取标准偏差的3倍(3s)为仪器检出限。仪器检出限应低于0.05pg(TCDD)，否则要重新对仪器进行检查和调谐。应定期对仪器的检出限进行检验和确认。方法检出限按照

21、实际采样要求准备采样材料、试剂等，但是不进行采样操作。按照本方法进行提取，提取液中添加标准物质，添加量为仪器检出限的3倍；然后完成净化程序和仪器分析。重复测定5次，计算测定值的标准偏差，取标准偏差的3倍为方法检出限。样品检出限要求实际样品检出限CDL至少低于标准限值的1/30。式中：C样品检出限，ng/m3(0C,101.325kPa)DLDl方法检出限，pg最终分析样品的定容体积，L进样量，LVd废气采样量，m3(0C,sd101.325kPa)6.5毒性当量位氯代异构体的实测浓度进一步换算为毒性当量浓度(TEQ),毒性当量浓度为实测浓度与该异构体的毒性当量因子TEF(表6)的乘积。对于低于

22、样品检出限的测定结果计算毒性当量时以零计。实测浓度单位以ng/m3表示，毒性当量浓度单位以ngTEQ/m3表示。在没有特别注明的情况下，均指标准状况(0；C,101.325kPa)下的浓度。表6二噁英类的毒性当量因子(TEF)异构体TEF2,3,7,8-TCDD41PCDDs1,2,3,7,8-PCDD511,2,3,4,7,8HCDD60.11,2,3,6,7,8HCDD60.11,2,3,7,8,9HCDD60.11,2,3,4,6,7,8HCDD70.01OCDD0.0001其它PCDDs02,3,7,8TCDF40.11,2,3,7,8-PCDF50.052,3,4,7,

23、8-PCDF50.51,2,3,4,7,8HCDF60.11,2,3,6,7,8HCDF60.1PCDFs1,2,3,7,8,9HCDF60.12,3,4,6,7,8HCDF60.11,2,3,4,6,7,8HCDF70.011,2,3,4,7,8,9HCDF70.01OCDF0.0001其它PCDFs07说明二噁英类分析是在极低浓度水平上进行的，因此对分析质量的管理（质量控制和质量保证）是至关重要的环节。使用本方法的实验室必须具备合乎要求的样品采集和分析能力、标样和空白操作能力以及数据评价和质量控制能力，所有分析结果应符合本方法所规定的质量保证参数。7.1实验室注意事项本方法不能应用于废气样

24、品之外的其他基质的样品。应进行空白试验以证明系统未受污染。所有分析样品必须添加内标物质，内标分析结果应符合回收率要求。有条件时应与已经建立操作标准和质量控制措施的其他实验室进行二噁英类对比分析。实验室应定期校准仪器，确保仪器处于正常状态。发生任何分析事故都应提供分析评价和处理报告，并重新对实验室的分析能力进行确认。7.2数据可靠性保证内标回收率采样内标回收率：若使用了采样内标，则必须对采样内标的回收率进行确认。若采样内标的回收率超出70%130%的范围，应查找原因，并重新采样。净化内标回收率：必须始终对净化内标的回收率进行确认。若净化内标的回收率超出40%130%的范围，则应查找原因，重新进行

25、提取和净化操作。检出限确认应对仪器检出限、方法检出限和样品检出限进行检验和确认。仪器检出限：经常对仪器进行检查和调谐，确认仪器检出限低于规定值(0.05pgTCDD)。当改变测量条件时，要检验和确认仪器检出限。方法检出限：通过对加标空白的重复测定求出方法检出限。应定期确认方法检出限，特别是当样品制备或测试条件改变时，必须检验和确认方法检出限。应当注意，不同的实验条件或操作人员可能得到不同的方法检出限。样品检出限：用方法检出限推算样品检出限，确保样品检出限低于评价对象标准限值的1/30。对每一个样品都要计算样品检出限。样品测定时的检出限确认：在分析实际样品时，若有未检出的位氯代异构体，则应对该次

26、测定进行检出限检验和确认。在位氯代异构体色谱峰附近的基线上求出噪声N的大小，在标准溶液的色谱图上找一个相当于3倍噪声(3N)髙度的峰，求出峰面积，对照校准曲线求出对应的测定值，该值应小于或等于方法检出限。若大于方法检出限，应查找原因，重新进行样品制备或分析操作。空白试验本方法规定了三种空白试验：操作空白、试剂空白、方法空白。操作空白用来检查样品制备过程的污染程度；试剂空白检验分析仪器的污染情况；方法空白是对采样、制样到分析测定全过程的污染检验。空白值高可以降低分析灵敏度，减少测定值的可信度，因此，应保证空白值越低（最接近于零的数值）越好。有条件的话，样品制备应尽可能地在洁净空间内操作。操作空白

27、：准备一份与实际采样相同的采样材料，按照操作规程进行样品制备和仪器分析，为操作空白。操作空白试验的目的是为了建立一个不受污染干扰的分析环境。如果样品前处理过程中的污染能够得到充分地控制，就不必每次实验都进行操作空白试验。但在下列情况下，必须进行操作空白试验：a）样品制备过程有重大变化时。如使用新的试剂或仪器（器具），或者修理过的仪器再次使用等情况。b）在测定可能发生污染的样品时（如高浓度样品的操作）。试剂空白：任何样品的仪器分析都应该同时分析待测样品溶液所使用的溶剂作为试剂空白。所有试剂空白测试结果应低于方法检出限。方法空白：方法空白试验的目的是检查从准备采样到样品分析全过程中存在的污染情况。

28、方法空白试验的频度约为采样总数的10%，方法空白低于操作空白时，污染可忽略不计。若方法空白值较高，但是样品测定值远大于方法空白值，则可以从样品实测值中扣除方法空白值。而如果方法空白值接近甚至大于样品实测值，则被认为是分析失误或操作异常，应查找污染原因，消除污染后重新分析。如果整个操作过程能较好地避免污染，已经取得的方法空白值均较低，则不必每次分析都进行方法空白试验。平行样平行样试验频度取样品总数的10%左右。对于17种2,3,7,8-位氯代异构体，平行实验结果取平均值，平行样测定值应在平均值的30%以内。标准物质要使用确保可靠溯源的标准物质。标准溶液应当装在密封的玻璃容器中，以防止由于溶液蒸发

29、引起的浓度变化。标准溶液应当贮存在避光、制冷等控制条件之下。7.3操作要求(1)采样采样时应注意下列事项：采样器材的准备和保存：采样装置和材料(过滤材料、吸附材料等)应当在使用之前充分洗净，应使用空白试验值为零的装置。吸附材料应贮存在密闭、干燥容器中以避免污染。采样器的安装和使用：安装工具和采样器部件应冲洗干净以减少引起污染的可能性。固定好所有组件，检查仪器气密性。废气采样时冲击瓶必须保持在61以下。过滤和吸附单元应避光使用。气体流量计：应保证气体流量计达到方法的精确度要求，并且定期校准。样品的代表性：采集的样品要有代表性。废气采样应当避开采样对象的不稳定工作阶段，即至少在工作条件稳定0.5h

30、后开始采样。如果采样过程中出现故障或其他变化，则应详细记录故障或变化情况以及采取的措施和效果。操作人员应在记录上签名。样品的贮存和运输：采集到的样品应被贮存在密闭容器内以防泄露或被周围环境所污染。样品运输或贮存时应避光，应尽快处理和分析。(2)样品制备样品制备过程中应注意以下事项：样品的提取：液相样品应严格掌握萃取条件，固体样品在索氏提取之前应得到充分干燥。样品中的水分会严重降低索氏提取效率。硫酸处理-硅胶柱净化或多层硅胶柱净化：应确认淋洗后的样品溶液着色不明显。如果净化柱的填充材料类型或活性有改变或者选用了不同类型的溶剂或用量，则必须用标准样品进行淋洗试验，以确定最佳实验条件，保证样品中的二

31、噁英类异构体不会发生个别损失。氧化铝柱净化：氧化铝的极性可能因生产批次以及开启封口后的贮存时间和贮存条件的不同而有很大变化。在氧化铝活性较低时，T4CDD和1,3,6,8-T4CDF可能过早地被淋洗到第一组分，而OCDD和OCDF则可能保留在淋洗柱中，而部分PCBs被淋洗到样品组分中。因此，一定要进行淋洗试验，以确定最佳实验条件。定性和定量仪器分析以及二噁英类定性和定量时应注意以下事项：仪器调试：仪器应当被调整到能够准确、可靠地测定样品的工作状态。通过考察仪器响应的线性、稳定性、可能存在的干扰及其程度、消除或减小干扰的方法等来确保分析的可靠性。气相色谱：确保响应的稳定性以及色谱峰有效分离。保留时间的变动通常是由于分离柱的性能退化引起的，如果分析目标化合物不能与其他化合物充分分离，可以尝试把色谱柱的一端或两端截掉1030cm；如果问题仍没有解决，则要更换新的色谱柱。