测定环境空气中挥发性有机物的方法研究

李锷彬

摘 要：一直以来，环境空气中挥发性有机物测定都是国内外高度关注的一个课题。简要介绍了环境空气中挥发性有机物的测定方法，以期为相关部门日后的工作提供参考和借鉴。

关键词：空气；挥发性有机物；测定方法；环境污染

中图分类号：X831 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.118

污染大气环境的主要物质是空气中的挥发性有机物（VOCs）。这类有机化合物不但会产生光化学烟雾，还有一定的毒性。此外，VOCs的成分组合比较复杂，会严重影响人们的身体健康，致癌率极高。随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，环境空气中挥发性有机物的测定工作受到了人们的高度重视，成为了国内外非常重要的研究课题之一。

1 测定环境空气中挥发性有机物的意义

氧烃、烃类、低沸点的多环芳烃类、含卤烃类等都是VOCs的主要成分，它们一般存在于室内和室外空气中。这些成分彼此融合会产生具有污染性的有机物，而且还会在空气中发生光化学反应，产生臭氧，影响环境空气质量。由实际情况可知，各种化工原料的使用、汽车美容行业、家具行业和印刷行业、汽车尾气排放等都是VOCs的主要来源。同时，各种芳香剂、化妆品、除臭剂和洗涤剂等被大量应用在家庭生活中。这些东西有一部分会在降解过程中释放出低分子化合物，另一部分则会直接向空气中挥发出有机物，最终对空气造成不同程度的污染。VOCs的组成成分极其复杂，并且具有刺激性和毒性，人在吸入之后容易出现头晕、呕吐、乏力和胸闷等症状，严重时还会引发癌症。这是影响人们身体健康的主要原因之一。为此，加强对VOCs的监测和控制具有非常重要的现实意义。

2 国内外相关测定现状、方法和发展趋势

2.1 国内外相关测定方法探析

当前，我国测定环境空气中挥发性有机物的方法主要有以下几种：①《环境空气苯系物的测定 活性碳吸附/二硫化碳解吸—气相色谱法》（HJ 584—2010）。这种方法是通过活性碳管采样后，使用二氧化硫解吸，用GC—FID分析。②《环境空气苯系物的测定 固体吸附/热脱附—气相色谱法》（HJ 583—2010）。这种方法是通过吸附剂采样后，使用热脱附仪脱附，用GC—FID分析。③《环境空气挥发性有机物的测定 吸附管采样—热脱附 气相色谱—质谱法》（HJ 644—2013）。这种方法同样是使用吸附剂采样后使用热脱附仪脱附，用GC—MS分析。④《环境空气 挥发性有机物的测定 罐采样 气相色谱—质谱法》（HJ 759—2015）。这种方法是使用苏码罐采样后，经冷阱预浓缩，再用热脱附，用GC-MS分析。

在美国，测定环境空气中VOCs的方法主要包括TO—1、TO—2、TO—14、TO—15和TO—17等几种。其中，TO—1属于Tenax吸附管/热脱附/GC—MS方法。在测定过程中，沸点在80～200 ℃的非极性有机物都是其主要的目标化合物。应用这种方法可以验证包括苯系物在内的19种VOCs。TO—2属于碳分子筛/热脱附/GC—MS法。在测定过程中，沸点在15～120 ℃的非极性、非活性有机物都是其主要的目标化合物。应用这种方法可以验证包括氯乙烯在内的11种VOCs。TO—14属于SUMMA罐/冻预浓缩/GC法。在测定过程中，二氟二氯甲烷等42种VOCs都是其主要的目标化合物。TO—15属于SUMMA罐/冷冻预浓缩/GC—MS法。在测定过程，有97种VOCs都是其主要的目标化合物。TO—17属于固体吸附/热脱附/GC—MS法。这种方法需要检测者根据目标化合物的不同选择正确的吸附剂来测定。

2.2 VOCs的样品采集方法和处理

在测定VOCs时，首要任务是采集VOCs样品。因为空气中的VOCs含量低、成分组成复杂且容易挥发，所以，要选用正确的采集方式。因为采集方式会直接影响测定结果。一般来说，环境空气中VOCs的样品采集方法可以分为直接采样法和富集（浓缩）采样法2种。直接采样法包括注射器采样、气袋采样和苏码罐采样等，它一般适用于被测组分浓度高的目标物；富集采样法包括溶液吸收法、填充柱阻留法、自然沉积法和静电沉积法等，它一般适用于被测组分浓度较低的目标物。此外，VOCs样品的前处理工作是极其关键和重要的。经常使用的处理方法是溶剂解析法、热解析法、低温预浓缩等几种。传统溶剂解析法的优点是：所需仪器比较少，试验成本比较低，并且样品可重复分析；缺点是：灵敏性较低，需要手工解析样品。但是，手工操作和溶剂都会使结果产生一定的误差，而且溶剂一般都有毒性，会影响试验人员的身体健康。热解析法的优点是：具有很高的灵敏度，可以避免溶剂对测量分析结果的干扰；缺点是：试验成本比较高，且为一次性进样，样品不能重复分析。低温预浓缩法的优点是：灵敏度比较高，样品采集方便，大多数VOCs能被稳定保存且保存时间比较长；缺点是：所需设备多且比较昂贵，试验成本高，采集高浓度样品后洗净时比较麻烦。

2.3 环境空气中VOCs的分析方法

环境空气中VOCs的分析方法是该领域的重点研究对象之一。环境空气中VOCs分析方法主要包括气相色谱法（GC）、气相色谱—质谱法（GC—MS）、高效液相色谱法（HPLC）、膜导入质谱法和荧光分光光度法等。其中，气相色谱法（GC）和气相色谱—质谱法（GC—MS）的应用最广泛。在近20年里，气相色谱法是发展最快的一种有效分离方法，它具有灵敏度高、选择性高、效能高和分离迅速等优点。特别是在异构体和多组分混合物中的定性和定量分析中，气相色谱法更具价值，所以，其应用范围也越来越广。质谱检测器（MS）、电子捕获检测器（ECD）、火焰电离检测器（FPD）、火焰离子化检测器（FID）等都是气相色谱分析过程中主要应用的检测器。

近几年来，气质联机技术越来越完善，它主要是利用质谱法，针对化合物精准的鉴定能力和对混合物的高效分离能力而开发出的一种测定分析方法。与气相色谱法对比，GC—MS法不仅具有较强的定性能力和高效的分离能力，而且分析范围广，还具有比GC更高的灵敏性，同时，在日常应用中，还可以不使用色谱检测器。为此，GC—MS联用技术已经成为了检测衡量物质的主要方法。

2.4 环境空气中VOCs的在线监测技术

在测量VOCs时，因为GC或GC—MS的测量精确性比较高，所以，它们发挥着非常重要的作用，但同时也存在不足——分析监测具有一定的滞后性。对于比较复杂的样品来说，在处理过程中，耗时耗力，还需要使用大量的溶剂和样品。在取样、运输、储存样品的过程中，也有可能发生损失或导致交样品被污染。这些因素都会对监测结果造成一定的影响。在现代环境监测工作中，要尽快获取监测数据结果和相关信息，以便及时采取相应的措施。因此，不断完善空气中VOCs的在线监测技术是非常重要的。

近年来，随着人们对VOCs在线监测方法的进一步研究，提出了质子转移反应质谱、飞行时间质谱、膜萃取气相色谱等技术。从目前情况看，已经开发的一些在线监测仪器因为体积大、价格高、后期维护难度大等原因很难被推广。在众多VOCs在线监测技术中，调谐激光吸收光谱在线监测技术凭借其优点和巨大的发展潜力被广泛应用。但是，因为相关技术还未完善，存在一定的局限性，所以，目前还是试验阶段。随着技术的不断进步，调谐激光吸收光谱技术的相关技术也会得到完善，并在日后监测工作中发挥更加重要的作用。

3 适合我国的测定方法探究

由我国的实际情况可知，GC和GC—MS是实验室阶段使用率比较高的测定仪器，它能够测定大多数VOCs。固体吸附/热脱附/GC或GC—MS方法E26-273，罐采样/冷冻，预浓缩/GC或GC—MS方法[2s-31]的可行性和推广度都很高。这两种方法主要是富集空气中低浓度的VOCs，使其达到GC或GC—MS能定量检测的含量范围后再测定目标化合物。从原理上看，罐采样/冷冻预浓缩方法在富集效果和采集方便性方面都更胜一筹，但是，其价格高，需要使用液氮。在条件符合要求的地区，可以使用这种方法测定VOCs。

4 结束语

随着经济技术和科学技术的发展，VOCs监测技术被广泛应用。本文简要阐述了VOCs测定方法，希望能够为日后的空气监测工作提供帮助，为环保事业贡献一份力量。

参考文献

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[3]李辰，梁冰，师彦平，等.室内空气中挥发性有机化合物污染及检测方法[J].分析测试技术与仪器，2014，13（01）：335-337.

〔编辑：白洁〕