浅析空气中挥发性有机物监测技术

2017-04-06

福建质量管理 2017年16期

(重庆市渝北区生态环境监测站重庆 401120)

浅析空气中挥发性有机物监测技术

金永辉

(重庆市渝北区生态环境监测站重庆 401120)

VOCs是空气中挥发性有机物的简称，其对人类健康威胁较大，所以对该物质的分析监测尤为重要，因而也推动了环境监测技术的不断进步和发展。挥发性有机物和半挥发性有机物空气中的有机物污染物的两种形态，无论是哪一种物质都会损害人体生理组织，而且还会粘附在皮肤上，对人体健康有着巨大的危害。所以，加强空气中挥发性有机物的监测对于控制空气污染、保护人体生命健康具有十分重要的意义。本文详细介绍了空气中挥发性有机物的监测技术，期望可以在以后提高有机物的监测质量。

挥发性；有机物；监测技术

引言

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指熔点低于室温、沸点范围在50～260℃之间的挥发性有机物的总称。通常分为包括烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃的非甲烷碳氢化合物(NMHCs)，包括醛、酮、醇、醚等的含氧有机化合物(OVOCs)，卤代烃，含氮化合物，含硫化合物等几大类。VOCs是大气中一类重要的气态污染物，VOCs不仅对人体健康和生态环境等有直接影响，还可以通过参与大气光化学反应生成二次污染物，如臭氧(O3)、过氧乙酰硝酸酯和有机气溶胶等，因此VOCs是O3和PM2.5的重要前体物之一。

挥发性有机物的组成非常复杂，其含量很低，其中一些物质会对人体造成严重危害，甚至遗传，造成雌雄化，严重影响人们的正常生活。因此，加强对VOCs的研究刻不容缓。

一、VOCs概述

(一)VOCs对环境危害以及毒性分析。挥发性有机化合物会产生臭氧，进而对环境造成一定的污染，同时这是大气中主要的气溶胶构成，约占大气颗粒的10% ～ 70%；此外，VOCs也会对大气造成一定的影响，甚至会影响人的能见度，同时造成大气消光的影响超过硫酸盐，严重影响正常人的生活。一般说来，挥发性有机化合物的毒性约占30%，环保局明确规定，有毒空气中的挥发性有机物约占70%左右，会造成神经毒性、血液毒性、肝毒性、生殖遗传和皮肤粘膜刺激。然而，由于挥发性有机物的复杂性，人们很难预防，严重影响人们的健康。因此，我们应该积极加强对它的控制，以保证人们的正常生活。

(二)VOCs排放特征分析。在实际排放过程中，挥发性有机物排放量大，来源多样，识别率低。通过相应的研究和分析，VOCs的存在和来源更为广泛。它对大气环境和人民健康有一定的影响。

二、空气中VOCs的采集方法

如何有效的对有机物进行收集是保证VOCs能够完成监测的基础。目前，常见的VOCs监测方法主要主要有三种：

(一)容器收集法。容器收集法进行采用是比较常用的而且最简单的一种方法，该方法一般应用于浓度较高的污染源的收集。收集容器包括塑料袋、注射器和罐子。塑料袋虽然使用方便，价格便宜，但是在使用的过程中会产生渗透造成样品的污染和损失；玻璃容器采样体积有限而且玻璃容器易碎，针筒内壁常常会吸附一些样品气体，造成样品损失。罐取样技术广泛应用在国内外的采样过程中，其中USEPA所采用的标准方法就是Sum-ma罐取样技术，该方法是利用预先抽真空的罐子进行空气样品的采集，然后富集，最后利用高效气相色谱进行样品的定性以及定量分析。采用这种技术的优点在于可以避免光照或者化学反应的影响，能够保证样品的完整性，且回收率加高，有效的避免了因为污染或者吸附造成的影响。

(二)有动力采样。如果在采集样品的过程中既需要测定 VOCs 的平均浓度，又需要确定 VOCs 的峰值浓度，那么就要采用该方法。传统的方法是利用颗粒态的活性炭吸附采样，但是其灵敏度较低，只能应用在高浓度的VOCs分析。除了活性炭吸附，Tenax吸附剂也是一种比较好的材料，虽然这种吸附剂已经广泛应用在三态中挥发性物质的采集，但是价格比较贵而且吸附容量较低。所以，经过长时间的实践发现活性炭纤维作为吸附剂可以有效完成样品的采集而且吸附容量大，且易解吸。

(三)被动式采样。在环境卫生以及环保监测过程中常用被动采样方法进行样品的采集。该方法适用于室内空气监测，对于室外大范围的空气监测并不适用。由于空气中 VOCs 含量比较集中，所以技术人员在进行对样品的采集时是将吸附剂直接暴露在空气中，利用空气中VOCs的流动性扩散到吸附剂的周围，这样VOCs就会粘附在吸附剂上。该方法虽然可以实现对 VOCs 的监测，但是对外界环境条件要求比较高，如果空气不流通那么就不能完成VOCs的采用工作。同时，湿度、温度以及其他物质的干扰等因素都会影响空气中VOCs的监测。虽然 VOCs 的采集方法有许多种，但是每种方法都有自己的优缺点。容器收集法操作简单但是对浓度要求较高；后两种方法都是利用吸附剂来进行样品的采集，所以对吸附剂要求较高；动力采用方法不适用偏远地区多点采样；虽然被动式采样可以弥补这一点，但是其受到外界因素影响较大，影响了后续的长期使用。

三、空气中VOCs监测方法

(一)气相色谱-质谱法(GC-MS)。气相色谱-质谱法是目前通用的检测VOCs 的方法。利用气相色谱-质谱法可以对未知气体进行定性以及定量的分析。关于定性定量的分析原理和方法，在国外研究的比较早，也取得了突破式进展和不错的成果。对于气相色谱-质谱法检测大多数VOCs而言，检出限在1-10μg/kg。最近几年有研究学者利用这样的检测方法检验某油罐区大气中VOCs的种类以及含量，取得了不错的效果。但是也有不足，比如取样困难，运输管理不完善，储藏方法不当易使样品混合，导致样品交叉污染等。复杂样品的预处理不仅费时，费力，费金钱，还消耗大量的溶剂，且检测项目受到限制。尤其是现阶段的检测还停留在实验室阶段，而实验室检测有明显的滞后性。在分析过程中，挥发性有机物容易与其他气体(如臭氧、氯气、氮的氧化物等)反应，且采样困难，前期处理不易，这样就会直接影响结果的准确性。因此，在实际的检测过程中，要减少这种反应的影响，最大程度的减少误差。

(二)质子转移反应质谱。质子转移反应质谱简称 PTR-MS, 该方法是近几年应用比较广发的技术，因为其具有灵密度高、监测时间短的优点，所以该方法应经在环境监测领域广泛应用。其基本原理就是将各种VOCs电离成单一的离子，这样质谱就可以快速识别，避免了绝对量的标定。但是该方法依然存在着一些问题就是只能通过核质比来区分离子，所以对于同分异构体的有机分子就难以区分。

(三)飞行时间质谱技术。在实际过程中，飞行时间质谱技术主要是基于相同动能但质荷比的离子在恒定条件电场环境下不断运动，在确定距离的情况下，对不同物质结构进行测试的方式，从质子转移反应和紫外光电技术的单光子紫外光电离技术的发展，促进电离技术的快速发展的同时，也促进了监测技术的发展。