環(huán)境應急監(jiān)測中兩種便攜式儀器的應用

吳雨華，劉敬禹

（1.吉林省環(huán)境監(jiān)測中心站，吉林長春130021；2.燕山大學里仁學院，河北秦皇島066004）

環(huán)境應急監(jiān)測中兩種便攜式儀器的應用

吳雨華1，劉敬禹2

（1.吉林省環(huán)境監(jiān)測中心站，吉林長春130021；2.燕山大學里仁學院，河北秦皇島066004）

在環(huán)境應急監(jiān)測中，便攜式氣相色譜-質譜儀HAPSITE Smart IQ和便攜式氣相色譜儀zNose4200主要用來監(jiān)測揮發(fā)性有機物。在環(huán)境污染事故中二者的應用已較成熟、廣泛，二者分別發(fā)揮各自作用，在實際工作中將二者聯(lián)合應用能夠取得更好的效果。HAPSITE可以快速準確地對揮發(fā)性化學物質進行定性，但在定量過程中每個樣品的測定過程需要數(shù)分鐘，而zNose4200可以在數(shù)秒鐘內對已知揮發(fā)性物質進行定量。在HAPSITE準確定性基礎上，用zNose4200出具定量數(shù)據(jù)，可以有效縮短污染事故發(fā)生時環(huán)境應急監(jiān)測的時間。兩者聯(lián)用技術，在很大程度上提高了環(huán)境應急監(jiān)測能力。

應急監(jiān)測；便攜氣相色譜zNose4200；便攜氣相色譜/質譜HAPSITE；聯(lián)合應用；揮發(fā)性有機物；環(huán)境污染；環(huán)境監(jiān)測

近些年，隨著工業(yè)的發(fā)展，有機物質在生產、生活中得到廣泛應用，導致環(huán)境中有機揮發(fā)物的濃度及泄漏幾率也隨之升高。在頻發(fā)的環(huán)境污染及各種環(huán)境突發(fā)事故中，揮發(fā)性有機物因進入環(huán)境后具有擴散快、難控制、危害大、易引發(fā)二次污染等特點，在環(huán)境污染事故中倍受關注。當發(fā)生揮發(fā)性有機污染事故時，及時掌握污染物濃度、有效控制污染物的擴散范圍，以及正確評估和控制其對環(huán)境及人類的危害，是目前環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理急需解決的難題。

在環(huán)境管理中，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性、快速性決定了環(huán)境決策的正確性與可行性。目前對揮發(fā)性有機污染物的監(jiān)測，應用實驗室臺式機監(jiān)測的方法已日趨成熟，針對單一物質和混合物質的國標監(jiān)測方法已逐步建立起來，并日趨完善，可以滿足常規(guī)環(huán)境污染監(jiān)測的需要。但由于常規(guī)監(jiān)測必須將采集的樣品送到實驗室，過程亦較繁瑣，使揮發(fā)性有機污染物監(jiān)測的及時性受到限制。揮發(fā)性有機物具有高揮發(fā)性的特點，一旦泄漏，就會在短時間內造成嚴重的環(huán)境污染，大范圍影響居民的生產和生活。因此，在測定過程中，需要快速反應，短時間內界定突發(fā)污染事件的危害范圍，這就要求具有實時性的監(jiān)測能力來滿足環(huán)境管理的需要。為此，各種快速、準確應急設備應運而生。其中，便攜式氣相色譜、質譜儀在國內外環(huán)境污染事故中應用較多，二者都有較為突出的優(yōu)點，將二者聯(lián)合應用在環(huán)境應急監(jiān)測中取得了更好的效果。

1 HAPSITE與zNose4200的特點

隨著環(huán)境污染事故的發(fā)生，一些環(huán)境應急監(jiān)測設備的作用凸顯出來。應急設備在發(fā)達國家，如美國、德國等，已相對較為成熟[1]。其中對于毒性強、危害大的有毒有害揮發(fā)性有機污染物的應急測定主要依賴于便攜GC/MS或GC。

HAPSITE是一種便攜式氣相色譜/質譜分析儀（GC/MS），主要用于揮發(fā)性有機物的現(xiàn)場定性定量檢測。其配有離子井質譜儀，二級分子渦輪泵，并具有柱上升溫程序、NIST譜庫，配有高效濃縮管，可在30～60 s采樣周期內對低濃度揮發(fā)性有機化合物（VOCs）樣品進行快速富集，并以800℃/s的升溫速率對濃縮管內樣品進行熱解析，然后進入色譜柱。可在不超過10min的時間內對樣品進行測試。定量濃度亦可達到ppb至ppt級。測試水、氣和固體樣品無需復雜的前處理，直接采集樣品進行測試。另外，其具有內置的總體定位系統(tǒng)（GPS），使HAPSITE可自動精確記錄取樣位置的經度與緯度以及野外數(shù)據(jù)、時間和日期，以便環(huán)境污染事故發(fā)生時快速作出與生命、健康、安全和環(huán)境有關的關鍵性決定。

zNose4200快速氣體分析儀，以其獨具的快速特點在環(huán)境應急事故中發(fā)揮重要作用?？焖贇怏w分析儀zNose4200是一種氣相色譜儀，其軟件具有根據(jù)保留指數(shù)對所測物質定性的作用，且色譜柱為1m長精密小柱，有柱上控溫能力，能快速分離環(huán)境樣品，具有獨特的快速定性、定量特點?？焖贇怏w分析儀zNose4200作為一種有機氣體定性、定量分析儀，可以在10 s內對未知揮發(fā)性及半揮發(fā)性有機物進行定性定量監(jiān)測，并在短時間內提供大量監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時快速氣體分析儀還具有對環(huán)境樣品直接采集、富集、脫附等特點，因此測試水、氣和固體樣品同樣無需復雜的前處理，可以直接采集樣品進行測試。

2 兩種便攜式儀器在環(huán)境應急監(jiān)測中的應用實例

2.1 HAPSITE應用情況

國外有許多氣體分析儀應用于污染事故并成功監(jiān)測的案例，例如，2006年2月，紐約州Rome發(fā)生燃油溢出事故，威脅當?shù)毓盟?。Rome具有約37 000居民和約15 000鄰近水區(qū)的附加用戶，帶有VOCs的燃油溢出，已流進供水系統(tǒng)，必須快速地作出決定。采用常規(guī)的實驗室分析至少需要12 h，而當時用便攜儀器HAPSITE在數(shù)分鐘內取得了準確的結果。依據(jù)可靠信息，官方作出決定，避免了水源停水事故。近些年便攜式氣相色譜質譜儀在國內環(huán)境應急事故中的應用取得了一定成績。在四川地震中利用HAPSITE儀器對地震災區(qū)飲用水源地飲用水體24種揮發(fā)性有機物進行了監(jiān)測，保證了災區(qū)飲用水安全。HAPSITE在四川地震應急監(jiān)測工作后已在全國范圍普遍應用。

2.2 zNose4200便攜式氣相色譜的應用

zNose4200在國內的典型應用案例是在吉化雙苯廠爆炸事故中的應用。2005年11月13日，中石油吉林石化公司雙苯廠發(fā)生爆炸，爆炸事故發(fā)生后，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)苯類污染物流入第二松花江，造成水質污染。松花江流域水體大面積污染事故發(fā)生后，北京瑞多科技發(fā)展有限公司專業(yè)技術人員用zNose4200快速分析儀對污染水體進行監(jiān)測，連續(xù)監(jiān)測了哈爾濱四方臺、公路大橋、木蘭、達連河等斷面苯和硝基苯污染情況。通過zNose4200快速分析儀快速、實時、準確監(jiān)測，為專家組提供了松花江污染物前峰到達高峰出現(xiàn)以及尾部流出的準確可靠數(shù)據(jù)[2]。此外，zNose4200快速分析儀還應用于總石油烴（TPH）的檢測，焚化爐飄塵中的二噁英、呋喃的監(jiān)測，生產過程中有機物污染情況的監(jiān)測，地下水污染情況的監(jiān)測，工廠廢棄物所產生的污染的監(jiān)測，海洋中水污染情況的監(jiān)測等[3～4]。近年來，zNose4200快速氣體分析儀在國內環(huán)境領域中發(fā)揮了很大作用，在污染事故處理中也得到了廣泛的應用。目前，國內一些省環(huán)境監(jiān)測站針對氣體分析儀在環(huán)境事故及日常生活中氣味氣體分析、水及土壤中揮發(fā)性氣體的分析[5～6]方面進行研究，并取得了一定的成果。

3 兩種便攜式儀器的聯(lián)合應用

在實際應用中發(fā)現(xiàn)，將HAPSITE與zNose4200兩者結合起來應用可以提高應急監(jiān)測水準及速度。當發(fā)生環(huán)境污染事故時，一般泄漏、爆炸或偷排等造成的環(huán)境污染影響范圍較大，涉及行政地域復雜，且具體污染物是哪種化學物質并不為監(jiān)測者、管理者所知，污染物濃度又較高。在這種情況下，可以用HAPSITE的survey模式對樣品快速定性，并且， HAPSITE能夠在10min內對化學物質進行定量測定，在一定時間內為環(huán)境管理者提供決策依據(jù)。HAPSITE在環(huán)境應急監(jiān)測中的應用已得到環(huán)境界的認可。但對污染事故來說，因其測試時間相對長，實時性還需近一步提高，以縮短測試時間。

近些年環(huán)境應急監(jiān)測實例中發(fā)現(xiàn)zNose4200可以在幾秒鐘內對揮發(fā)性有機物進行定性定量測定，具有較高的實時性。但zNose4200是一種氣相色譜儀，以正構烷烴為校準液，根據(jù)保留指數(shù)對所測物質進行定性，但保留指數(shù)定性的可能性與準確程度與日常所建譜庫中物質種類多少及儀器所處條件狀態(tài)等有很大的相關性。因此，zNose4200在現(xiàn)場應急中對揮發(fā)性有機物的定性方面有一定的局限性。

環(huán)境應急監(jiān)測需要的就是快速性與準確性，所以應充分發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢，即將HAPSITE定性快速性、準確性與zNose4200測定物質的實時性相結合，互相補充，用HAPSITE快速定性的同時，用zNose4200對所測物質進行定量，可在短時間提供大量數(shù)據(jù)。所測得數(shù)據(jù)，可以用來推測污染物擴散趨勢，快速預測事故影響范圍。將兩者的數(shù)據(jù)相結合，既可以提升定性的速度，又可提高定量的準確性。

4 結語

通過分析HAPSITE與zNose4200兩種設備的基本原理，以及在環(huán)境污染事故的應急監(jiān)測應用中顯現(xiàn)的優(yōu)缺點，總結了兩種應急監(jiān)測設備在實際應用中的效果。由于兩種設備在監(jiān)測特點上有一定的互補性，能夠滿足在環(huán)境應急監(jiān)測中更快、更準確地提供應急監(jiān)測數(shù)據(jù)以適應環(huán)境應急監(jiān)測的需求。因此，充分發(fā)揮兩種儀器的優(yōu)點，將兩者相結合應用，不僅可以在環(huán)境應急監(jiān)測方面提供準確和快速的數(shù)據(jù)，而且可以在環(huán)境應急預案的關建環(huán)節(jié)及環(huán)境決策上發(fā)揮重要作用。

[1]A.L.MAKAS，M.L.TROSHKOY.Field Gas Chromatography-Mass Spectrometry for Fast Analysis[J].Chromatogr.B，2004，800:55-61.

[2]匿名.zNose4200在松花江污染事故應急監(jiān)測的應用[EB/OL].（2006-10-17）[2012-07-08].http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100859/down_31573.htm.

[3]GARY W.WATSON EDWARD J.Staples and Shekar Viswanathan.Performance Evalwtion of a Susface Acoustic Wave Analyzer to Measure VOCs in Air and Water[J].Environmental 2003，22（3）:215-225.

[4]WATSON，G.W.，EJ.STAPLES.SAW Resonators as Vapor Sensors.Proceedings of IEEE Ultrasonics Symposium[J].IEEE，90 CH2938-9，New York，NY，1990，99:311-314.

[5]蔣海威，褚春瑩，張婷婷，等.便攜式GC-MS在環(huán)境應急監(jiān)測中的應用[J]. 現(xiàn)代儀器，2011，2（17）:63-65.

[6]傅彥斌，林達.便攜式色譜質譜聯(lián)用儀在水質應急監(jiān)測中的運用[J]. 現(xiàn)代儀器，2009（2）:56-57.

Application of Two Portable Instruments in Environmental Emergency Monitoring

Wu Yuhua1，Liu Jingyu2
（1.Jilin Provincial Environmental Monitoring Centre， Changchun Jilin 130011， China；2.Liren College of Yanshan University， Qinhuangdao Hebei066004， China）

HAPSITE Smart IQ and portable zNOSE4200 are typically used to measure the volatile organic compounds （VOCs） .In recent years,both devices are widely used in environmental emergency.It was found that the combination of HAPSITE and zNOSE4200 is more efficient and robust in contrast to individual one in environmental monitoring.HAPSITE can quickly and accurately determine the species of VOCs.While it needs several minutes to quantify one sample.Differently,zNOSE4200 can quantify the known organic compounds in several seconds.In practice,the HAPSITE can be used to define the organic species.Afterwards,the concentration of organic compounds can be quantified by using zNOSE4200.Such combination will significantly reduce the detection time of VOCs.Specially，it is very important in environmental emergency.This approach will greatly improve our capacity of dealing with the environmental emergency.

emergency monitoring； portable gas chromatograph zNOSE4200； portable gas chromatograph/mass spectrometer HAPSITE； combination technique； VOCs； environmental pollution；environmental monitoring

X85

A

1008-813X（2012）05-0065-03

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.05.019

2012-07-25

吳雨華（1975-），女，黑龍江海倫人，畢業(yè)于吉林大學環(huán)境與資源學院環(huán)境科學專業(yè)，碩士，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。