城市大气中挥发性有机化合物监测技术进展

王文博（包头市环境监测站内蒙古包头市014060）

城市大气中挥发性有机化合物监测技术进展

王文博
（包头市环境监测站内蒙古包头市014060）

经济的快速发展与城市化进程的加快，大气污染日益严重，尤以可挥发有机化合物污染成为最为突出、最紧迫的问题之一。大气中的挥发性有机化合物的存在对居民身心健康、生存环境所带来的危害以及次生危害，降低了城市居民生活幸福度，经济发展的福利受到削弱，如何采取有效措施加强监测技术，提升监测水平，从而为防治挥发性有机化合物污染提供有效数据与技术支持，成为重要的研究课题。

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化工原料的大规模使用，燃料的不完全燃烧等多种因素所产生的大量挥发性有机物，造成大气污染日益严重，对生态环境带来难以估量的破坏，对居民的身心健康带来长久负面影响。同时，挥发性有机化合物通常都会伴随着光化学反应，其产生的二次污染物杀伤力仍不能小觑。如何采用大气环境在线监测、定量遥感监测等多种手段，对大气污染进行有效跟踪，并反馈相关部门及时做好预案，从而降低污染指数，保障居民的正常的生产生活，成为防治大气污染的重要措施。

1 挥发性有机化合物的基本定义以及影响分析

1.1 挥发性有机化合物的定义与分类

挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）主要包括烃类、氮烃、硫烃以及低沸点的多环芳烃，作为一种有机化合物的统称，目前上没有统一的定义。挥发性有机化合物在地球上无处不在，成为二氧化硫、氟利昂等污染物之后受到全世界普遍关注的大气污染物，有研究资料显示，甚至在南极的水面与雪面也发现了挥发性有机化合物的存在。挥发性有机化合物依据不同的化学结构，在大气中的反应活性以及所具有的不同毒性，可以进行以下分类：首先，以不同的化学结构区分，主要包括烷、烯、醇、醚、酸、脂类、炔烃等，大约具有12类物种；其次，以反应活性不同，可以细分为两类：强光化学氧化物与弱光化学氧化物。强光化学氧化物能够迅速参与大气化学过程，而与空气中的氧化剂发生化学反应而消失，寿命期较短，难以大范围传播，主要聚集在污染源的周围。弱光化学氧化物本身不易产生化学反应，其稳定的特性决定了其能够长时间存在；最后，依据毒性不同，可以细分为有毒挥发性有机化合物与无毒挥发性有机化合物，其中有毒挥发性有机化合物多为卤代烃以及苯系物。挥发性有机化合物主要来源可分为人为源以及生物源，人为源所产生于人类活动所产生的不完全燃烧行为以及低沸点物质挥发的散逸行为。

1.2 挥发性有机化合物对人体健康的危害

挥发性有机化合物所具有的低浓度、强活性等特点，具有巨大的危害，若人体长时间在无有效措施保护下与其接触，通过呼吸道将会导致肺、肾、肝、神经系统、消化系统等多功能脏器的病变。同时，挥发性有机化合物中所具有的有毒物质具有高致癌性、致畸胎性，对人体皮肤、中枢神经系统、肾脏等器官所造成的慢性病变，伤害极大。另外，挥发性有机化合物在进入人体之后，会产生挥发性有机化合物的成瘾依赖性，成为导致NBS、SBS的重要原因。挥发性有机化合物所产生的光化学烟雾，对全球变化也带来显著影响，与臭氧的结合反应，降低其浓度，加快臭氧层损耗，阳光紫外线直接进入到地球表面，对人体伤害也极为巨大。

2 大气中的挥发性有机化合物监测技术

2.1 大气中挥发性有机化合物基于GIS的在线监测技术分析

在线监测体系不仅仅针对于空气污染，其包含范围十分广泛，例如地表水监测、近岸海域监测、环境噪声监测、污染源监测等多功能监测，成为环境监测体系的重要组成部分。随着科技的进步与互联网技术应用的成熟，基于GIS技术的在线大气监测系统功能更加多元，实现了监测、统计、分析、管理的多项功能，为挥发性有机化合物污染治理提供了重要的数据支持。例如，针对地区污染监测项目进行确定后，结合本地区实际情况，按照环境空气质量功能区划分，进行挥发性有机化合物污染的监测，科学设置监测站点，提升监测站点的彼此协同度。同时，系统可自动采集数据，采样频率可设置为6次/分，每分钟所测平均值视为瞬时值，在60分钟之内瞬时累加所求得的平均值称之为一次值。另外，系统结合特殊天气，例如雨雪、强风、冰雹等不同天气状况，增加或减少监测频率，从而提升监测的科学性与完整性。基于GIS的大气监测系统，所依据互联网功能、可操作平台等多种手段，增强了系统应用的人性化，提升系统监测的实效性，对挥发性有机化合物污染的监测具有重要意义。

2.2 挥发性有机化合物的卫星遥感监测技术

卫星遥感监测技术作为大气环境在线监测体系的重要补充，也是大气监测立体化监测的重要组成部分。利用卫星遥感监测技术大大提升了城市大气的监测能力与水平，与多种监测技术相结合，由地面到大气形成了全方位监测体系，从而使得挥发性有机化合物的监测数据更加权威、全面，对具有针对性的大气污染防治具有重要意义。目前遥感监测可以细分为卫星遥感监测以及地基遥感监测。卫星遥感监测通过自上而下的监测手段，可分析挥发性有机化合物的主要成分，进一步识别污染来源，例如燃煤散烧、交通扬尘以及城市建设中的混凝土搅拌站等。地基遥感监测是自下而上的监测手段，对污染垂直分布进行监测，所应用到的仪器十分广泛，常见的包括温湿廓线仪、激光雷达、太阳辐射仪、浊度计、云高仪、能见度仪等。在2013年我国大范围雾霾天气中，就监测出大量含氮有机颗粒物，作为“洛杉矶上世纪光化学烟雾的主要成分之一”，地球卫星遥感技术所能发挥出的巨大实效性正在凸显。但是，仍需要注意的是，遥感卫星空气质量监测仍然存在很多不足，虽然对于大气污染的算法精度在不断提升，但对于大气有害气体以及颗粒物浓度的监测精度仍有待进一步提升，大气污染的危害性难以加以定量描述，使其在医学、卫生健康等方面的应用与推广就受到一定程度上的限制。因此，仍需要进一步完善相关技术。

2.3 挥发性有机化合物的污染源实验室监测技术

城市空气中的有机物蒸气压较大，具有很多的挥发性，以气相状态存在于空气中，或者存在与微粒表面。对于大范围的监测技术而言，在定性与定量上存在污染源来源复杂、监测精度等多种问题，采用实验室污染源监测技术作为一个有效补充，能够切实增强大气挥发性有机化合物的立体监测力量。在实际的操作过程中，通过全空气采样法、溶剂吸附法、低温捕集法等常用、有效的采样方法，能够获取挥发性有机化合物污染的第一手准确资料。同时，做好样品的预处理，常用的方法有固体萃取法、低温预缩-热解吸法、预空法、溶剂解吸法等多种手段。在实际的操作过程中，结合各项方法的优缺点灵活运用。而在挥发性有机化合物的监测分析方法中，通过采用气相色谱法、液相色谱法、荧光光度法、毛细管电泳法等新型技术手段，对挥发性有机化合物进行有效的监测分析。例如，在气相色谱法的研究分析汇总，其具有分辨率高、分析速度快、进样量少的多重优势，从而使其具有了大规模推广的现实意义。

2.4 质子转移反应质谱PTR-MS与飞行时间质谱TOF-MS结合应用

PTR-MS作为一种痕量挥发性有机物的在线监测技术，所具有的高灵敏度、时间短、在线采样无需浓缩等优势，能把待测大气直接进样，将各种VOCs软电离为单一离子，没有碎片离子，从而有利于质谱识别，灵敏度可以达到几十ng。结合TOF-MS技术，充分利用动能相同而质荷比不同的离子在恒定电场中运动，具有质量范围宽、灵敏度较高、分辨率高、响应速度极快等优点。同时，两种仪器易加工和小型化，在线监测能力高，其他的诸如选择性离子流管质谱(SIFT-MS)技术，有效对挥发性有机物质(VOCs)进行即时识别和定量分析。

结语

挥发性有机化合物尚无在定义上作出明确规定，但对其研究由来已久，结合国内国外的多项资料，挥发性有机化合物从不同的化学结构，在大气中的反应活性以及所具有的不同毒性进行有效的分类，对其监测具有重要的意义，也是实现全天候、立体化监测的必要前提。同时，可挥发有机化合物的污染源较为广泛，人类不合理的活动是其重要因素，工业的盲目扩张、汽车尾气的大量排放等多重因素都成为污染的重要来源。采用基于GIS技术的在线监测系统，结合卫星遥感技术以及实验室污染源分析方式，形成全方位的大气污染监测体系，提升监测的精度与实效性，从而为挥发性有机化合物污染的控制提供有效的数据与技术支持。参考文献

杨焕明；空气中挥发性有机物在线监测技术研究进展[J]；环境保护；《绿色环保建材》，2016(2)