环境应急监测中两种便携式仪器的应用

吴雨华，刘敬禹

（1.吉林省环境监测中心站，吉林长春130021；2.燕山大学里仁学院，河北秦皇岛066004）

环境应急监测中两种便携式仪器的应用

吴雨华1，刘敬禹2

（1.吉林省环境监测中心站，吉林长春130021；2.燕山大学里仁学院，河北秦皇岛066004）

在环境应急监测中，便携式气相色谱-质谱仪HAPSITE Smart IQ和便携式气相色谱仪zNose4200主要用来监测挥发性有机物。在环境污染事故中二者的应用已较成熟、广泛，二者分别发挥各自作用，在实际工作中将二者联合应用能够取得更好的效果。HAPSITE可以快速准确地对挥发性化学物质进行定性，但在定量过程中每个样品的测定过程需要数分钟，而zNose4200可以在数秒钟内对已知挥发性物质进行定量。在HAPSITE准确定性基础上，用zNose4200出具定量数据，可以有效缩短污染事故发生时环境应急监测的时间。两者联用技术，在很大程度上提高了环境应急监测能力。

应急监测；便携气相色谱zNose4200；便携气相色谱/质谱HAPSITE；联合应用；挥发性有机物；环境污染；环境监测

近些年，随着工业的发展，有机物质在生产、生活中得到广泛应用，导致环境中有机挥发物的浓度及泄漏几率也随之升高。在频发的环境污染及各种环境突发事故中，挥发性有机物因进入环境后具有扩散快、难控制、危害大、易引发二次污染等特点，在环境污染事故中倍受关注。当发生挥发性有机污染事故时，及时掌握污染物浓度、有效控制污染物的扩散范围，以及正确评估和控制其对环境及人类的危害，是目前环境监测和环境管理急需解决的难题。

在环境管理中，环境监测数据的准确性、快速性决定了环境决策的正确性与可行性。目前对挥发性有机污染物的监测，应用实验室台式机监测的方法已日趋成熟，针对单一物质和混合物质的国标监测方法已逐步建立起来，并日趋完善，可以满足常规环境污染监测的需要。但由于常规监测必须将采集的样品送到实验室，过程亦较繁琐，使挥发性有机污染物监测的及时性受到限制。挥发性有机物具有高挥发性的特点，一旦泄漏，就会在短时间内造成严重的环境污染，大范围影响居民的生产和生活。因此，在测定过程中，需要快速反应，短时间内界定突发污染事件的危害范围，这就要求具有实时性的监测能力来满足环境管理的需要。为此，各种快速、准确应急设备应运而生。其中，便携式气相色谱、质谱仪在国内外环境污染事故中应用较多，二者都有较为突出的优点，将二者联合应用在环境应急监测中取得了更好的效果。

1 HAPSITE与zNose4200的特点

随着环境污染事故的发生，一些环境应急监测设备的作用凸显出来。应急设备在发达国家，如美国、德国等，已相对较为成熟[1]。其中对于毒性强、危害大的有毒有害挥发性有机污染物的应急测定主要依赖于便携GC/MS或GC。

HAPSITE是一种便携式气相色谱/质谱分析仪（GC/MS），主要用于挥发性有机物的现场定性定量检测。其配有离子井质谱仪，二级分子涡轮泵，并具有柱上升温程序、NIST谱库，配有高效浓缩管，可在30～60 s采样周期内对低浓度挥发性有机化合物（VOCs）样品进行快速富集，并以800℃/s的升温速率对浓缩管内样品进行热解析，然后进入色谱柱。可在不超过10min的时间内对样品进行测试。定量浓度亦可达到ppb至ppt级。测试水、气和固体样品无需复杂的前处理，直接采集样品进行测试。另外，其具有内置的总体定位系统（GPS），使HAPSITE可自动精确记录取样位置的经度与纬度以及野外数据、时间和日期，以便环境污染事故发生时快速作出与生命、健康、安全和环境有关的关键性决定。

zNose4200快速气体分析仪，以其独具的快速特点在环境应急事故中发挥重要作用。快速气体分析仪zNose4200是一种气相色谱仪，其软件具有根据保留指数对所测物质定性的作用，且色谱柱为1m长精密小柱，有柱上控温能力，能快速分离环境样品，具有独特的快速定性、定量特点。快速气体分析仪zNose4200作为一种有机气体定性、定量分析仪，可以在10 s内对未知挥发性及半挥发性有机物进行定性定量监测，并在短时间内提供大量监测数据。同时快速气体分析仪还具有对环境样品直接采集、富集、脱附等特点，因此测试水、气和固体样品同样无需复杂的前处理，可以直接采集样品进行测试。

2 两种便携式仪器在环境应急监测中的应用实例

2.1 HAPSITE应用情况

国外有许多气体分析仪应用于污染事故并成功监测的案例，例如，2006年2月，纽约州Rome发生燃油溢出事故，威胁当地公用水源。Rome具有约37 000居民和约15 000邻近水区的附加用户，带有VOCs的燃油溢出，已流进供水系统，必须快速地作出决定。采用常规的实验室分析至少需要12 h，而当时用便携仪器HAPSITE在数分钟内取得了准确的结果。依据可靠信息，官方作出决定，避免了水源停水事故。近些年便携式气相色谱质谱仪在国内环境应急事故中的应用取得了一定成绩。在四川地震中利用HAPSITE仪器对地震灾区饮用水源地饮用水体24种挥发性有机物进行了监测，保证了灾区饮用水安全。HAPSITE在四川地震应急监测工作后已在全国范围普遍应用。

2.2 zNose4200便携式气相色谱的应用

zNose4200在国内的典型应用案例是在吉化双苯厂爆炸事故中的应用。2005年11月13日，中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸，爆炸事故发生后，监测发现苯类污染物流入第二松花江，造成水质污染。松花江流域水体大面积污染事故发生后，北京瑞多科技发展有限公司专业技术人员用zNose4200快速分析仪对污染水体进行监测，连续监测了哈尔滨四方台、公路大桥、木兰、达连河等断面苯和硝基苯污染情况。通过zNose4200快速分析仪快速、实时、准确监测，为专家组提供了松花江污染物前峰到达高峰出现以及尾部流出的准确可靠数据[2]。此外，zNose4200快速分析仪还应用于总石油烃（TPH）的检测，焚化炉飘尘中的二噁英、呋喃的监测，生产过程中有机物污染情况的监测，地下水污染情况的监测，工厂废弃物所产生的污染的监测，海洋中水污染情况的监测等[3～4]。近年来，zNose4200快速气体分析仪在国内环境领域中发挥了很大作用，在污染事故处理中也得到了广泛的应用。目前，国内一些省环境监测站针对气体分析仪在环境事故及日常生活中气味气体分析、水及土壤中挥发性气体的分析[5～6]方面进行研究，并取得了一定的成果。

3 两种便携式仪器的联合应用

在实际应用中发现，将HAPSITE与zNose4200两者结合起来应用可以提高应急监测水准及速度。当发生环境污染事故时，一般泄漏、爆炸或偷排等造成的环境污染影响范围较大，涉及行政地域复杂，且具体污染物是哪种化学物质并不为监测者、管理者所知，污染物浓度又较高。在这种情况下，可以用HAPSITE的survey模式对样品快速定性，并且， HAPSITE能够在10min内对化学物质进行定量测定，在一定时间内为环境管理者提供决策依据。HAPSITE在环境应急监测中的应用已得到环境界的认可。但对污染事故来说，因其测试时间相对长，实时性还需近一步提高，以缩短测试时间。

近些年环境应急监测实例中发现zNose4200可以在几秒钟内对挥发性有机物进行定性定量测定，具有较高的实时性。但zNose4200是一种气相色谱仪，以正构烷烃为校准液，根据保留指数对所测物质进行定性，但保留指数定性的可能性与准确程度与日常所建谱库中物质种类多少及仪器所处条件状态等有很大的相关性。因此，zNose4200在现场应急中对挥发性有机物的定性方面有一定的局限性。

环境应急监测需要的就是快速性与准确性，所以应充分发挥两者各自的优势，即将HAPSITE定性快速性、准确性与zNose4200测定物质的实时性相结合，互相补充，用HAPSITE快速定性的同时，用zNose4200对所测物质进行定量，可在短时间提供大量数据。所测得数据，可以用来推测污染物扩散趋势，快速预测事故影响范围。将两者的数据相结合，既可以提升定性的速度，又可提高定量的准确性。

4 结语

通过分析HAPSITE与zNose4200两种设备的基本原理，以及在环境污染事故的应急监测应用中显现的优缺点，总结了两种应急监测设备在实际应用中的效果。由于两种设备在监测特点上有一定的互补性，能够满足在环境应急监测中更快、更准确地提供应急监测数据以适应环境应急监测的需求。因此，充分发挥两种仪器的优点，将两者相结合应用，不仅可以在环境应急监测方面提供准确和快速的数据，而且可以在环境应急预案的关建环节及环境决策上发挥重要作用。

[1]A.L.MAKAS，M.L.TROSHKOY.Field Gas Chromatography-Mass Spectrometry for Fast Analysis[J].Chromatogr.B，2004，800:55-61.

[2]匿名.zNose4200在松花江污染事故应急监测的应用[EB/OL].（2006-10-17）[2012-07-08].http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100859/down_31573.htm.

[3]GARY W.WATSON EDWARD J.Staples and Shekar Viswanathan.Performance Evalwtion of a Susface Acoustic Wave Analyzer to Measure VOCs in Air and Water[J].Environmental 2003，22（3）:215-225.

[4]WATSON，G.W.，EJ.STAPLES.SAW Resonators as Vapor Sensors.Proceedings of IEEE Ultrasonics Symposium[J].IEEE，90 CH2938-9，New York，NY，1990，99:311-314.

[5]蒋海威，褚春莹，张婷婷，等.便携式GC-MS在环境应急监测中的应用[J]. 现代仪器，2011，2（17）:63-65.

[6]傅彦斌，林达.便携式色谱质谱联用仪在水质应急监测中的运用[J]. 现代仪器，2009（2）:56-57.

Application of Two Portable Instruments in Environmental Emergency Monitoring

Wu Yuhua1，Liu Jingyu2
（1.Jilin Provincial Environmental Monitoring Centre， Changchun Jilin 130011， China；2.Liren College of Yanshan University， Qinhuangdao Hebei066004， China）

HAPSITE Smart IQ and portable zNOSE4200 are typically used to measure the volatile organic compounds （VOCs） .In recent years,both devices are widely used in environmental emergency.It was found that the combination of HAPSITE and zNOSE4200 is more efficient and robust in contrast to individual one in environmental monitoring.HAPSITE can quickly and accurately determine the species of VOCs.While it needs several minutes to quantify one sample.Differently,zNOSE4200 can quantify the known organic compounds in several seconds.In practice,the HAPSITE can be used to define the organic species.Afterwards,the concentration of organic compounds can be quantified by using zNOSE4200.Such combination will significantly reduce the detection time of VOCs.Specially，it is very important in environmental emergency.This approach will greatly improve our capacity of dealing with the environmental emergency.

emergency monitoring； portable gas chromatograph zNOSE4200； portable gas chromatograph/mass spectrometer HAPSITE； combination technique； VOCs； environmental pollution；environmental monitoring

X85

A

1008-813X（2012）05-0065-03

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.05.019

2012-07-25

吴雨华（1975-），女，黑龙江海伦人，毕业于吉林大学环境与资源学院环境科学专业，硕士，工程师，主要从事环境监测工作。