大气挥发性有机物自动监测技术现状分析

摘要：在我国大力推进环保工作的过程中，需要关注挥发性有机物，其已经成为继PM2.5后，又一严重破坏环境的污染物，另外挥发性有机物中包含有致癌物，不及时处理，将会严重危害居民的人身健康。为了提升挥发性有机物检测工作水平，需要加大对挥发性有机物的研究力度，但是由于我国对挥发性有机物的研究尚处于初期阶段，所以各项工作进展还没有达到理想效果。结合目前我国自动监测挥发性有机物工作现状，分析各项技术的优势以及不足，并在此基础上根据工作需要，合理选择污染物监测技术，提升监测工作水平。

关键词：挥发性有机物;自动监测;大气污染物;发展现状

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）12-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.067

Analysis of the status of automatic monitoring technology of atmospheric volatile organic compounds

Wang Haiping

（Shanxi Yuncheng Ecological Environment Monitoring Center，Yuncheng Shanxi 044000，China）

Abstract：In the process of vigorously promoting environmental protection in China， attention needs to be paid to volatile organic compounds， which have become another pollutant that seriously damages the environment after PM2.5.In addition，volatile organic compounds contain carcinogens and are not processed in time.Will seriously endanger the personal health of residents.In order to improve the detection level of volatile organic compounds， it is necessary to intensify the research on volatile organic compounds.However，because the research on volatile organic compounds in my country is still in the early stage，the progress of various work has not yet achieved the desired results.Combined with the current status of my countrys automatic monitoring of volatile organic compounds，the advantages and disadvantages of various technologies are analyzed，and on this basis，according to the needs of the work， the pollutant monitoring technology is reasonably selected to improve the level of monitoring work.

Key words：Volatile organic compounds;Automatic monitoring;Atmospheric pollutants;Development status

揮发性有机物（VOCs）不但能参与光化学反应，产生O3等，导致空气质量变差，造成光化学烟雾，也能破坏O3层，产生温室效应等从而危害环境，同时，还具有毒性导致人体中毒，引发疾病，还能致畸，致癌对人体产生危害。我国2010年6月《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》，将VOCs列为重点控制的四项大气污染物之一开始，逐年加大对VOCs的监管力度。2017年9月六部委《“十三五”挥发性污染防治工作方案》到2020年，建立健全已改善环境空气质量为核心的VOCs污染防治管理体系，实施重点地区、重点行业VOCs污染减排，排放总量下降10%以上。生态环境部《2019年在地级及以上城市环境空气挥发性有机物监测》鼓励有条件的城市开展自动监测。

目前，挥发性有机物已经成为城市污染物重点防控对象，但是由于对挥发性有机物研究不足、检测挥发性有机物的技术也并不成熟，我国挥发性有机物监测工作可以分为自动监测与手工监测，在科技不断发展的过程中，社会向智能化自动化方向发展，采用自动监控已成为环境有害物质监测的主要方式，其中直接进样-软电离-质谱法、富集-热脱附-气相色谱法更是当前阶段我国监测挥发性有机物的常用方法，以下针对两种方法，从工艺程序以及应用效果进行深入剖析。

1 目前自动监测挥发性有机物的技术

1.1 直接进样-软电离-质谱法

使用软电离的方式将投入系统的样品进行分子离子化，将样品投入电离源进行分解工作，完成质量分析测试。

1.1.1 进样系统

进行气体检测需要掌握影响检测结果的外在因素，挥发性有机物分子分布方式以及气流扰动状态，都会在一定程度上影响到挥发性有机物检测结果，考虑到影响挥发性有机物自身结构的特异性、影响气体检测效果的外在因素，所以在设计进样系统过程中，应该确保气体样品进入系统后气流不会紊乱以致影响检测效果，所以，采用膜进样技术，滤膜采用二甲基硅氧烷树脂，挥发有机物流经膜外表面，在内外气压的作用下，进入膜内侧。

1.1.2 电离源

电离源在气体样品检测过程中，可以获得准分子离子，这是色谱分离法不具备的优势，但是在气体样品流经电离源过程中，应该控制其中碎片离子的数量，一旦碎片离子过多，会影响到气体进入系统的下一个环节，导致气体质量检测的速度变缓，还可能会影响到试验结果的精准度。为保证检测工作得出的结果与实际情况相符，所以在电离源环节中，使用质子转移反应或是真空紫外单光子完成离子化。真空紫外单光子利用单光子能量，从而可以在离子源中被电离出来，完成电离源软电离作业。质子转移反应对大气进行质量监测，能够尽快完成大气成分检测，并根据掌握的元素，构建质谱图，完成气体监测工作。

1.1.3 质量分析器

挥发性有机物成分众多，进行定性定量分析存在较大的难度，以往进行定性定量分析采用色谱分离的方式，容易受到气流波动的干扰，致使检测得出的结果难以反映真实情况，基于色谱分离方法存在较大的弊端，所以目前进行气体检测工作时，常使用质量分析器，降低监测工艺对样品进入测量系统的苛求，并能在气体流动的过程中，防止检测工作受到挥发性有机物以及气流扰动的干扰。质量分析器对气体中各组成元素进行定性分析，能否快速完成混合物成分鉴定，直接影响到检测工作效果，自动监测挥发性有机物，应用飞行时间质谱，进一步提升监测工作速率，质量分析器引入飞行时间质谱，还具备分辨率高的特征。

1.1.4 性能指标

气体样品进入进样系统，通过电离源，经过质量分析器，在飞行时间质谱作用下具备分析迅速，一般对气体样品分析在1min内便能完成气体分析工作，对烯烃类、烷烃类、本烃类物质进行组分作业，发现质谱曲线的线性系统基本都在0.99以上，只有二十烷除外，这与其体积过大有一定的关系。

1.2 富集-热脱附-气相色谱法

1.2.1 富集

进行大气挥发性有机物监测，需要掌握挥发性有机物空间浓度、组分情况，从目前收集的数据发现，大气中挥发性有机物组分在10-2 ～102ug/m3，在此基础上对大气挥发性有机物进行监测，组分富集，根据工作需要还需要适当的筛选样品。富集工作需要完成样品气体定性定量采集，储存与富集在容器中，并对挥发性有机物进行固定处置，气体样品采集工作结束后，需要加热容器使富集的挥发性有机物随惰性气体一并载入气相色谱柱内，进行检测。目前，我国常采用固体吸附剂富集以及超低温富集两种方法。

超低温富集采用电制冷的方式处理空管气体，将管内的温度降至-120℃以下，气体中挥发性有机物流经空管后，便会受到低温的影响，从而冷凝在空管的管壁上，虽然分析组分多，但是并不会出现固体吸附剂失效等问题，因此方法使用的时间较长。固体吸附剂富集大气中的挥发性有机物会使用固体吸附剂进行低温处理，但是低温的下界值在-45℃以下。固体富集保持了吸附剂的选择能力，并且空气中的水分对其干扰影响力小，为此不会因为空气水蒸气影响到气体检测结果。

1.2.2 热脱附

挥发性有机物检测借助富集的方式进行，对气体样品容器进行加热，使气体在高温下发生汽化，将挥发性有机气体与惰性气体分隔开，使气体经过富集区，在热脱附作用下，可以提升气体回收效果，通过自动化作业，优化工作效果。目前热脱附常采用气体加热脱附、电加热脱附这两种方式。

1.2.3 脱水方式

富集方法的应用需要借助物理方法，在低温下，改变气体的存在形式，利用物理方式去除空气样品中的水分，防止检测结果受到水蒸气的干扰，无法反映真实情况。在众多热脱附方法中，以低温空管除水技术应用最多、范围最广，将空管温度降至0℃以下，从而使流经气体中的水分在低温作用下，发生形态转变，在管壁结冰，管内温度越低脱水效果越好。

1.2.4 气相色谱法

采用两个色谱柱的手段分析大气中的挥发性有机物，进行气体组成成分辨析的过程中，双柱分离、检测器都是非常重要的工作内容，采用并联或是串联的方式进行富集-热脱附，同时应用FID以及MS检测器，这两种设备对气体中烯烃类物质非常敏感，提升气体检测水平。

1.2.5 性能指标

通过富集-热脱附的方式，拓宽技术应用范围，增加采样体积，对大气挥发性有机物进行试验，对挥发性有机物的检测能力优异，进行挥发性有机物分析工作的成本不高，并且操作难度不大。但是其分析气体成分所用的时间较长，这方面问题还需要加大研究力度，争取尽早突破技术障碍。

2 比较挥发性有机物自动监测工艺

直接进样-软电离-质谱法应用于挥发性有机物检测工作时，不会受到空气中氧气等成分的干擾，当样品进入电离源后，便可以进行分解工作，分解速度非常快，在1min内便可以完成单个样品分析作业，形成质谱图，掌握空气成分。但是使用直接进样-软电离-质谱法无法掌握乙烷等低分子物质，监测空气质量会受到水蒸气等杂质的影响，使电离分析结果与真实情况相差甚远，从而影响到后期工作。

富集-热脱附-气相色谱法可以实现较大体积的富集，完成多组监测，提升工作效率，还可以降低方法检出的难度，使监测工作通过样品富集气相色谱分析，掌握气体组成成分，使结果与真实情况相符，应用富集-热脱附-气相色谱法进行监测工作，还可以完成大体积富集，并具备抗干扰、降低方法检出限，选择能力优异的特质，但是样品分析需要较长的时间，另外，数据及时性不佳，有机物组分的过程中，无法快速回收，还容易在检测过程中，受到水蒸气等杂质的干扰，工艺使用的吸附剂的使用寿命有限，容易遭受空白干扰，降低检测结果的准确性。

3 结语

直接进样-软电离-质谱法、富集-热脱附-气相色谱法都是我国当前监测有机挥发物质常用的手段，两者在工作中各有优缺点，直接进样-软电离-质谱法分析样品的速度非常快，并且活跃于污染排查、应急监测以及巡航式检测中，但是其在自动监测方面的效果并不好，这与我国研究机构在这方面的工作投入力度不足与发展时间短有直接关系。另外，直接进样-软电离-质谱法还需要在后期增加种类组分数量，提升工艺水平，确保分析得出的结果可以反映实际情况。富集-热脱附-气相色谱法虽然目前也有很多缺点，但是通过综合分析，其在实践应用方面效果优于直接进样-软电离-质谱法，检测挥发性有机物的过程中，常使用PID、FID检测器，因为检测设备质量没有达到工作标准，从而便会在一定程度上影响到工艺技术检测结果的精准度，所以，未来一段时间必须改良监测技术使用的设备，应用MS检测，这样可以提升分析结果的准确性，为工作人员进行环境管理工作提供有价值的参考数据。

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收稿日期：2020-09-27

作者简介：王海平（1984-），男，汉族，本科学历，工程师，研究方向为环境监测。