一種快速測定半揮發(fā)性有機(jī)物吸附特性的裝置及測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半揮發(fā)性有機(jī)物物理性質(zhì)檢測領(lǐng)域，特別涉及對半揮發(fā)性有機(jī)物吸附特性的測量裝置，用于測試半揮發(fā)性有機(jī)物與不同吸附材料間的分配系數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]室內(nèi)空氣品質(zhì)顯著影響人們的舒適、健康和工作效率，越來越受到人們的關(guān)注。近年來，大量的半揮發(fā)性有機(jī)物(英文縮寫SVOC，例如增塑劑、阻燃劑、殺蟲劑等)被廣泛用于各類室內(nèi)材料中，并通過散發(fā)等途徑進(jìn)入室內(nèi)環(huán)境。研宄表明，SVOC人體暴露與內(nèi)分泌激素失調(diào)、小兒哮喘、皮膚過敏、男性精子活力下降、出生缺陷等不良健康效應(yīng)存在關(guān)聯(lián)性。由于極低的飽和蒸汽壓，SVOC易被各種表面(如家具、衣服、墻壁等)吸附，并在人體與這些表面接觸時傳遞至皮膚表面，形成人體暴露。因此，發(fā)展一種快速、準(zhǔn)確測量SVOC在不同表面的吸附特性的裝置，能為準(zhǔn)確評估SVOC人體暴露水平提供技術(shù)手段。根據(jù)吸附理論，SVOC的吸附特性可由分配系數(shù)K來表征。分配系數(shù)K指的是吸附達(dá)到平衡時，吸附相SVOC濃度與空氣中氣相SVOC濃度的比值；當(dāng)空氣中SVOC濃度一定時，固體中SVOC的吸附量可由分配系數(shù)K確定。因此，準(zhǔn)確測定SVOC與不同材料的K成為測量SVOC吸附特性的關(guān)鍵。
[0003]現(xiàn)有測量SVOC吸附特性的實驗裝置大多沿用揮發(fā)性有機(jī)物特性測量中的裝置，這類裝置所使用的方法通常是將待測吸附材料放入一個長方體或圓柱體的通風(fēng)艙內(nèi)，通以含恒定濃度SVOC的氣流，在實驗艙內(nèi)營造一個恒定SVOC濃度的環(huán)境，監(jiān)測吸附材料中SVOC吸附量隨時間的變化，并用理論公式對其進(jìn)行非線性擬合，從而確定分配系數(shù)K。由于通風(fēng)艙具有很大的內(nèi)表面積，且SVOC易于被各種表面吸附，因此在將吸附材料放入實驗艙前，需要實驗艙內(nèi)表面與SVOC達(dá)到吸附平衡，否則實驗艙內(nèi)SVOC濃度無法保持恒定，而這個時間通常為幾天甚至更長，增加了測試周期和成本。使用這類裝置只適用吸附性很弱的揮發(fā)性有機(jī)物。此外，使用現(xiàn)有裝置需要測量進(jìn)出小艙的空氣流量及氣相SVOC濃度，增大了實驗的復(fù)雜性；而且通常而言，氣相SVOC濃度很低，測量誤差大，降低了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，在現(xiàn)有裝置中，由于氣流速度通常較小等原因，SVOC的吸附速率一般較小，使得吸附材料中SVOC達(dá)到吸附平衡的時間很長，測試的時間成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有裝置的不足之處，提出一種快速測定半揮發(fā)性有機(jī)物吸附特性的裝置及測定方法。本發(fā)明采用密閉小艙，無需測量氣體流量及氣相SVOC濃度，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，為測量SVOC與不同材料的分配系數(shù)K提供了穩(wěn)定可調(diào)的測試條件；實驗周期大大縮短，且具有較高的準(zhǔn)確性。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種快速測定半揮發(fā)性有機(jī)物吸附特性的裝置，其特征在于，該裝置包括兩個固定板、兩塊散發(fā)源材料、兩個分離圓環(huán)和吸附材料四種部件；結(jié)構(gòu)上下對稱，吸附材料位于中央，吸附材料的上下從內(nèi)到外分別為一個分離圓環(huán)、一塊散發(fā)源和一個固定板，各部件相互緊密相連形成密閉實驗艙；分離圓環(huán)將散發(fā)源和吸附材料隔開，并在圓環(huán)內(nèi)部營造密閉靜止的吸附環(huán)境；散發(fā)源的散發(fā)面積與吸附材料的吸附面積相等，分離圓環(huán)的厚度與內(nèi)徑之比〈0.025，以確保散發(fā)源的散發(fā)面積或吸附材料的吸附面積與分離圓環(huán)內(nèi)壁的表面積之比 >10。
[0007]采用上述裝置的快速測定半揮發(fā)性有機(jī)物吸附特性的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]I)同時組裝數(shù)個完全相同的上述裝置作為測試裝置，裝置組裝好后立刻置于恒溫恒濕環(huán)境中；
[0009]2)經(jīng)過設(shè)定的取樣時間后從恒溫恒濕環(huán)境中取出2?3個測試裝置，再從各測試裝置中取出吸附材料，采用萃取的方法分析吸附材料中SVOC的吸附量，完成一次吸附材料中SVOC的吸附量的取樣，得到該吸附材料中SVOC的吸附量；
[0010]3)重復(fù)步驟2);以此類推，重復(fù)步驟2)完成5?6次取樣過程，得到各次取樣吸附材料中SVOC的吸附量；
[0011]4)對步驟2)和3)測得的不同時間吸附材料中SVOC的吸附量進(jìn)行初步分析，得到吸附材料在不同吸附時間對應(yīng)的吸附量；
[0012]5)用理論公式對吸附材料在不同吸附時間對應(yīng)的吸附量進(jìn)行非線性擬合，得到分配系數(shù)K。
[0013]本裝置組裝完后，被置于恒溫恒濕環(huán)境中，保證整個測試過程的溫濕度一致。本裝置可以使SVOC在不受外界氣流條件干擾的情況下由散發(fā)源表面自由擴(kuò)散至吸附材料表面，繼而吸附到材料表面。經(jīng)過設(shè)定的一段時間后，打開裝置，取出吸附材料，分析吸附材料中SVOC的吸附量。通過測量不同吸附時間對應(yīng)的吸附量，并用理論公式對其進(jìn)行非線性擬合，可以確定分配系數(shù)K。分配系數(shù)K即反應(yīng)了吸附材料對SVOC的吸附特性，K值越大，材料的吸附能力越大；K值越小，材料的吸附能力就越小。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，I)采用密閉實驗小艙，無需測量氣相SVOC濃度，可減低實驗系統(tǒng)的復(fù)雜性，且可避免測量氣相濃度所引入的誤差；2)分離圓環(huán)的厚度與SVOC的吸附速率成反比，選擇較小的厚度可以加快SVOC的吸附速率，縮短測試周期；3)分離圓環(huán)半徑大、厚度小，使內(nèi)壁的SVOC吸附量可以被忽略；4)不必達(dá)到吸附平衡，只需用吸附前期的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合即可(但需SVOC的吸附速率呈明顯減緩趨勢)，可大大縮短測試周期；5)結(jié)構(gòu)簡單小巧，可多次重復(fù)利用。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的一種快速測定半揮發(fā)性有機(jī)物吸附特性的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]本發(fā)明提出的測定半揮發(fā)性有機(jī)物吸附特性的裝置實施例結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。整個裝置為扁平狀圓柱體。該裝置包括吸附材料1，位于整個裝置的中央，可以為各類吸附材料制成的均勻圓形平板(直徑1cm)，如單層衣服、玻璃、混凝土、紙張等；分離圓環(huán)2，共兩個，直徑大而厚度小(外徑10cm，內(nèi)徑8cm，厚度2mm)，由不含SVOC的硬質(zhì)材料制成，分別置于吸附材料的上下兩側(cè)?’散發(fā)源3 (被切成直徑1cm的圓形)，可為含不同SVOC的各類室內(nèi)材料，如含增塑劑的乙烯基地板、墻紙等，共兩塊，各置于分離圓環(huán)的另一側(cè)，SVOC由散發(fā)源表面通過自由擴(kuò)散至吸附材料表面；固定板4 (直徑1cm)，共兩塊，由水平度較高的材料制成(例如不銹鋼、玻璃纖維等)，兩片散發(fā)源材料的外側(cè)各放置一塊固定板，在固定板外側(cè)施加壓力，使裝置的各部分緊密相連，并使分離圓環(huán)內(nèi)部的空腔形成相對封閉的空腔，阻隔外界氣流對空腔中空氣的影響。
[0018]采用本發(fā)明裝置的測定方法為采用被動吸附方式，SVOC從散發(fā)源表面散發(fā)后，在分離圓環(huán)2內(nèi)部的空氣中自由擴(kuò)散，最終擴(kuò)散至吸附材料表面，吸附于吸附材料I中。當(dāng)分離圓環(huán)2的內(nèi)壁SVOC吸附量可忽略時，SVOC在分離圓環(huán)內(nèi)部空腔的濃度分布可視為一維線性分布，據(jù)此可建立傳質(zhì)模型并推導(dǎo)出理論公式，用此理論公式對測試結(jié)果進(jìn)行非線性擬合，即得到分配系數(shù)K的值。K值的大小直接反應(yīng)了吸附材料對SVOC的吸附性能，K值越大，吸附能力越強(qiáng)；K值越小，則吸附能力越弱。
[0019]本發(fā)明的測定方法包括以下步驟:
[0020]I)同時組裝數(shù)個完全相同的上述裝置作為測試裝置(測試裝置的數(shù)量滿足完成整個測定方法所需要的數(shù)量即可，通常為15?20個)，裝置組裝好后立刻置于恒溫恒濕環(huán)境中；
[0021]2)經(jīng)過設(shè)定的取樣時間(通常為I天，也可根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整)后從恒溫恒濕環(huán)境中取出2?3個測試裝置，再從各測試裝置中取出吸附材料，采用萃取的方法分析吸附材料中SVOC的吸附量，完成一次吸附材料中SVOC的吸附量的取樣(此過程稱為取樣過程，取2?3個裝置是為了提供平行樣品，以驗證測試方法的穩(wěn)定性)；萃取的具體操作為:
[0022]2.1)若吸附材料為衣服、紙張等可折疊材料，直接將吸附材料放入索氏提取器中；若吸附材料為混凝土等可粉碎材料，可將其粉碎后用不含SVOC的紗布包裹再放入索氏提取器中；若吸附材料為不