大气中挥发性有机物监测技术与控制现状研究

杜微，王姣，孙亚琴



大气中挥发性有机物监测技术与控制现状研究

杜微，王姣，孙亚琴

（陕西华信检测技术有限公司，陕西 西安 710077）

讲述了挥发性有机物的来源及危害，介绍了常见的挥发性有机物的监测方法以及我国现有的挥发性有机物（VOCs）监测与控制相关的研究现状，阐述了环境空气中VOCs和污染源VOCs排放的监测情况，指出了我国在开展环境空气中的VOCs的监测方面需要解决的一些问题，应尽快建立VOCs监测方法标准体系。

挥发性有机物；环境监测技术；大气污染；VOCs监测

1 挥发性有机物的来源及危害

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 ℃的挥发性有机物的总称。其中包括了烷烃、烯烃、芳香烬一些物质的非甲烷碳氢化合物（NMHCs），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。挥发性有机物主要有两大来源：①人为排放和自然排放。其中，化工生产和汽车的尾气排放又是造成挥发性有机物来源的主要人为因素和自然因素。②苯系物和氯代烬等挥发性有机物，根据相关数据可得知有部分地区空气没挥发性有机物就多达60多种。这些挥发性有机物对人们的身体健康和生态环境都有着很大的损害。

VOCs是造成PM2.5和O3产生的直接因素之一，引起了社会各界的广泛关注，也成为了国内外生态环境领域专家学者研究的重点难点之一。根据环保部公布的中国环境质量状况公报的数据可知，在74个率先实施新标准的城市中，发现影响其环境质量的是以PM2.5为首的污染物，这些城市的超标天数中是因为PM2.5影响的比例达到了62.7%，而以O3为首要的污染物的比例也达24.9%，远远超过了其他影响空气质量的污染物所占的比例。目前，PM2.5和O3已经成为影响我国各城市空气质量的最关键因素。同时，O3也是众多发达国家影响空气质量的首要污染物，就美国EPA公布的2015年美国空气质量现状和趋势显示，2015年全美国各点位O3的8 h平均浓度为67 ppb，有超过10%的站点O3浓度仍然无法达到美国环境空气质量标准要求（75 ppb）。

2 挥发性有机物的监测技术

2.1 气相色谱法

在实际测量过程中，气相色谱法可以精准地测量出空气中挥发有机物的含量。气相色谱法测量主要分两个阶段进行，分别是样品采集阶段和样品的测定阶段。样品采集主要是通过吸附管收集一定数量的空气，吸附剂在实际应用中可以把空气中的挥发性有机物保留下来。样品的监测会提高吸附管的温度，这样有机物会逐渐解吸，进入到气相色谱仪器中，再对气相色谱仪进行监测。

气相色谱法在实际应用中需要较长的时间来完成，具有滞后性。此外，气相色谱法所使用的范围也有一定的局限性，样品采集的过程也相当复杂，且监测的过程中要用到很多化学药品和试剂，需要耗费很大的成本。随着科学技术的不断发展，新的监测技术快速发展并广泛应用，近年来，在线气相色谱法在挥发性有机物监测中的使用越来越多，提高了监测的效率和监测的准确性。

2.2 挥发性有机物在线监测技术

2.2.1 在线气相色谱监测技术

在线气相色谱监测技术不需要利用吸附管来吸附空气、采集监测样本，而是通过环路或浓缩罐让空气在微压力的状态下注入到试管中，从而收集到监测样本在预浓缩管中收集的样本，短期内就能够有效地提升空气温度，大大提高了脱附操作的效率。此外，空气进入到预缩管内可以直接进入到分离柱里，由于分离柱中是含有双色谱的，因此，空气分离的效率能够大幅度提高，且可以根据不同沸点的差异性对气体进行分离处理。

2.2.2 TOFMS技术

TOFMS技术又被称为飞行时间质谱分析法，其主要是利用质子和电荷的不同，控制电场的影响，进而对离子在电场内的运动时间进行统计，分析其统计的结果。TOFMS技术对空气中挥发性有机物的监测可以在短期内完成，甚至整个监测的过程可以控制在几分钟内，且能得到一个准确的监测结果，大大地提高了监测的效益。但TOFMS技术也有其自身的局限性，它会受到干扰离子的影响，进而导致形成的质谱图具有一定的复杂性，增加了监测人员的工作难度。

2.2.3 PTR-MS技术

PTR-MS技术是利用电离和流动漂浮模型对空气内的挥发性有机物进行监测。PTR-MS技术在实际应用中优势是灵敏度高、监测时间较短、监测结果清晰度高，最为关键的就是能够不断简化对监测样本采集、处理的过程，因此，整个监测并不会受到空气内其他物质所造成的干扰。PTR-MS技术能够对汽车尾气进行精准的监测，我国环境领域的空气质量研究专家开始利用PTR-MS技术对空气中挥发性有机物进行系统研究。

3 我国环境空气中VOCs监测情况

近年来，部分地区环保部门、科研机构和高等院校研究显示，不同区域VOCs种类和组成虽然存在一定的差异，但是烷烃、芳香烃、卤代烃、烯烃、炔烃、醛类、酮类在各地是普遍存在的VOCs，而且各类VOCs中对O3产生影响较大的主要是芳香烃和烯烃。其中在上海监测到的VOCs包括丁烷、丙烷、乙烷、苯系物、2-甲基戊烷、1，2-二氯乙烷等，其浓度水平在1.10～8.41ppb之间；在北京监测到的VOCs包括乙炔、乙烷、丙烷、苯系物、乙烯、正/异丁烷、异戊烷等，其浓度水平在1.12～5.25 ppb之间。中国环境监测总站大气监测实验室对环境空气中的VOCs等56种O3前体物，28种卤代烃和15种含氧挥发性有机物进行监测，根据监测结果显示试验点周围环境空气中浓度较高的VOCs主要包括乙烷、正丁烷、丙酮、乙烯、丙烷、甲苯、苯、乙炔、异戊烷、间/对二甲苯等，且试验期间环境空气中部分挥发性有机物浓度在0.82～6.94 ppb之间。

4 我国污染源VOCs排放监测情况

国家环境监测总站对江苏、广东、重庆、浙江、山西等26个地区的化工、通信设备和其他电子设备制造、医药制造、交通运输设备制造、石油加工与炼焦等28个行业进行的VOCs监测数据统计显示，其中，90家企业苯浓度范围介于0.001 5～10.6 mg/m3，有95家企业甲苯浓度范围在0.001～38.5 mg/m3，有73家企业二甲苯浓度范围为0.001 5～55.9 mg/m3，都控制在执行的排放限值下；而164家企业非甲烷总烃浓度范围为0.03～4 390 mg/m3，其中，3家企业浓度超过120 mg/m3的浓度限值，分别为232 mg/m3、811 mg/m3和4 390 mg/m3。在废气排放方面，18家企业苯浓度范围为0.000 25～0.15 mg/m3，20家企业甲苯浓度范围为0.000 25～0.166 mg/m3，12家企业二甲苯浓度范围为0.000 25～0.019 9 mg/m3，35家企业非甲烷总烃浓度范围为0.02～2.86 mg/m3，都控制在执行的排放限值下。

5 结束语

总而言之，我国光化学烟雾污染问题日益突出，目前的研究性监测结果显示各地检出的VOCs主要包括烷烃、芳香烃、卤代烃、烯烃、炔烃、醛类、酮类等，其浓度水平一般低于10 ppb。但是要具体考虑到各地VOCs的污染存在差异性，所以，各地应针对实际情况制订出优先控制VOCs清单并开展例行监测，要具体问题具体分析。国家重点监控污染源的VOCs排放监测结果表明，大部分国控重点污染源其VOCs排放浓度达到了国家相关标准要求。在监测方法标准方面，亟需制订我国环境空气中VOCs以及污染源排放VOCs的在线监测方法标准，同时，配套加快VOCs标准样品研究和VOCs监测质控技术规范研究，不断加强对VOCs监测的质量控制，提高监测效率的同时保证监测的效益，为VOCs污染控制提供有力的技术支撑。

［1］胡冠九.浅谈环境有机污染物监测发展趋势［J］.环境监测管理与技术，2010（03）：18-21.

［2］2015年中国环境状况公报［EB/OL］.http：//www.mep.gov.cn/hjzl/zghjzkgb/lnzghjzkgb/201606/P020160602333160471955.pdf

［3］US EPA.Revision to the Photochemical Assessment Monitoring Stations compound target list［R］.NewYork，2013：1-12.

［4］刀谞，滕恩江，吕怡兵，等.我国环境应急监测技术方法和装备存在的问题及建议［J］.中国环境监测，2013（04）：169-175.

［5］周裕敏，郝郑平，王海林.北京地区城乡结合部大气挥发性有机物污染及来源分析［J］.环境科学，2011，32（12）：3560-3564.

2095－6835（2018）18－0018－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.018

〔编辑：张思楠〕