測(cè)定環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的方法研究

李鍔彬

摘 要：一直以來，環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物測(cè)定都是國(guó)內(nèi)外高度關(guān)注的一個(gè)課題。簡(jiǎn)要介紹了環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定方法，以期為相關(guān)部門日后的工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：空氣；揮發(fā)性有機(jī)物；測(cè)定方法；環(huán)境污染

中圖分類號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.118

污染大氣環(huán)境的主要物質(zhì)是空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）。這類有機(jī)化合物不但會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，還有一定的毒性。此外，VOCs的成分組合比較復(fù)雜，會(huì)嚴(yán)重影響人們的身體健康，致癌率極高。隨著人們生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定工作受到了人們的高度重視，成為了國(guó)內(nèi)外非常重要的研究課題之一。

1 測(cè)定環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的意義

氧烴、烴類、低沸點(diǎn)的多環(huán)芳烴類、含鹵烴類等都是VOCs的主要成分，它們一般存在于室內(nèi)和室外空氣中。這些成分彼此融合會(huì)產(chǎn)生具有污染性的有機(jī)物，而且還會(huì)在空氣中發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生臭氧，影響環(huán)境空氣質(zhì)量。由實(shí)際情況可知，各種化工原料的使用、汽車美容行業(yè)、家具行業(yè)和印刷行業(yè)、汽車尾氣排放等都是VOCs的主要來源。同時(shí)，各種芳香劑、化妝品、除臭劑和洗滌劑等被大量應(yīng)用在家庭生活中。這些東西有一部分會(huì)在降解過程中釋放出低分子化合物，另一部分則會(huì)直接向空氣中揮發(fā)出有機(jī)物，最終對(duì)空氣造成不同程度的污染。VOCs的組成成分極其復(fù)雜，并且具有刺激性和毒性，人在吸入之后容易出現(xiàn)頭暈、嘔吐、乏力和胸悶等癥狀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)癌癥。這是影響人們身體健康的主要原因之一。為此，加強(qiáng)對(duì)VOCs的監(jiān)測(cè)和控制具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)測(cè)定現(xiàn)狀、方法和發(fā)展趨勢(shì)

2.1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)測(cè)定方法探析

當(dāng)前，我國(guó)測(cè)定環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的方法主要有以下幾種：①《環(huán)境空氣苯系物的測(cè)定 活性碳吸附/二硫化碳解吸—?dú)庀嗌V法》（HJ 584—2010）。這種方法是通過活性碳管采樣后，使用二氧化硫解吸，用GC—FID分析。②《環(huán)境空氣苯系物的測(cè)定 固體吸附/熱脫附—?dú)庀嗌V法》（HJ 583—2010）。這種方法是通過吸附劑采樣后，使用熱脫附儀脫附，用GC—FID分析。③《環(huán)境空氣揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定 吸附管采樣—熱脫附 氣相色譜—質(zhì)譜法》（HJ 644—2013）。這種方法同樣是使用吸附劑采樣后使用熱脫附儀脫附，用GC—MS分析。④《環(huán)境空氣 揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定 罐采樣 氣相色譜—質(zhì)譜法》（HJ 759—2015）。這種方法是使用蘇碼罐采樣后，經(jīng)冷阱預(yù)濃縮，再用熱脫附，用GC-MS分析。

在美國(guó)，測(cè)定環(huán)境空氣中VOCs的方法主要包括TO—1、TO—2、TO—14、TO—15和TO—17等幾種。其中，TO—1屬于Tenax吸附管/熱脫附/GC—MS方法。在測(cè)定過程中，沸點(diǎn)在80～200 ℃的非極性有機(jī)物都是其主要的目標(biāo)化合物。應(yīng)用這種方法可以驗(yàn)證包括苯系物在內(nèi)的19種VOCs。TO—2屬于碳分子篩/熱脫附/GC—MS法。在測(cè)定過程中，沸點(diǎn)在15～120 ℃的非極性、非活性有機(jī)物都是其主要的目標(biāo)化合物。應(yīng)用這種方法可以驗(yàn)證包括氯乙烯在內(nèi)的11種VOCs。TO—14屬于SUMMA罐/凍預(yù)濃縮/GC法。在測(cè)定過程中，二氟二氯甲烷等42種VOCs都是其主要的目標(biāo)化合物。TO—15屬于SUMMA罐/冷凍預(yù)濃縮/GC—MS法。在測(cè)定過程，有97種VOCs都是其主要的目標(biāo)化合物。TO—17屬于固體吸附/熱脫附/GC—MS法。這種方法需要檢測(cè)者根據(jù)目標(biāo)化合物的不同選擇正確的吸附劑來測(cè)定。

2.2 VOCs的樣品采集方法和處理

在測(cè)定VOCs時(shí)，首要任務(wù)是采集VOCs樣品。因?yàn)榭諝庵械腣OCs含量低、成分組成復(fù)雜且容易揮發(fā)，所以，要選用正確的采集方式。因?yàn)椴杉绞綍?huì)直接影響測(cè)定結(jié)果。一般來說，環(huán)境空氣中VOCs的樣品采集方法可以分為直接采樣法和富集（濃縮）采樣法2種。直接采樣法包括注射器采樣、氣袋采樣和蘇碼罐采樣等，它一般適用于被測(cè)組分濃度高的目標(biāo)物；富集采樣法包括溶液吸收法、填充柱阻留法、自然沉積法和靜電沉積法等，它一般適用于被測(cè)組分濃度較低的目標(biāo)物。此外，VOCs樣品的前處理工作是極其關(guān)鍵和重要的。經(jīng)常使用的處理方法是溶劑解析法、熱解析法、低溫預(yù)濃縮等幾種。傳統(tǒng)溶劑解析法的優(yōu)點(diǎn)是：所需儀器比較少，試驗(yàn)成本比較低，并且樣品可重復(fù)分析；缺點(diǎn)是：靈敏性較低，需要手工解析樣品。但是，手工操作和溶劑都會(huì)使結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差，而且溶劑一般都有毒性，會(huì)影響試驗(yàn)人員的身體健康。熱解析法的優(yōu)點(diǎn)是：具有很高的靈敏度，可以避免溶劑對(duì)測(cè)量分析結(jié)果的干擾；缺點(diǎn)是：試驗(yàn)成本比較高，且為一次性進(jìn)樣，樣品不能重復(fù)分析。低溫預(yù)濃縮法的優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度比較高，樣品采集方便，大多數(shù)VOCs能被穩(wěn)定保存且保存時(shí)間比較長(zhǎng)；缺點(diǎn)是：所需設(shè)備多且比較昂貴，試驗(yàn)成本高，采集高濃度樣品后洗凈時(shí)比較麻煩。

2.3 環(huán)境空氣中VOCs的分析方法

環(huán)境空氣中VOCs的分析方法是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象之一。環(huán)境空氣中VOCs分析方法主要包括氣相色譜法（GC）、氣相色譜—質(zhì)譜法（GC—MS）、高效液相色譜法（HPLC）、膜導(dǎo)入質(zhì)譜法和熒光分光光度法等。其中，氣相色譜法（GC）和氣相色譜—質(zhì)譜法（GC—MS）的應(yīng)用最廣泛。在近20年里，氣相色譜法是發(fā)展最快的一種有效分離方法，它具有靈敏度高、選擇性高、效能高和分離迅速等優(yōu)點(diǎn)。特別是在異構(gòu)體和多組分混合物中的定性和定量分析中，氣相色譜法更具價(jià)值，所以，其應(yīng)用范圍也越來越廣。質(zhì)譜檢測(cè)器（MS）、電子捕獲檢測(cè)器（ECD）、火焰電離檢測(cè)器（FPD）、火焰離子化檢測(cè)器（FID）等都是氣相色譜分析過程中主要應(yīng)用的檢測(cè)器。

近幾年來，氣質(zhì)聯(lián)機(jī)技術(shù)越來越完善，它主要是利用質(zhì)譜法，針對(duì)化合物精準(zhǔn)的鑒定能力和對(duì)混合物的高效分離能力而開發(fā)出的一種測(cè)定分析方法。與氣相色譜法對(duì)比，GC—MS法不僅具有較強(qiáng)的定性能力和高效的分離能力，而且分析范圍廣，還具有比GC更高的靈敏性，同時(shí)，在日常應(yīng)用中，還可以不使用色譜檢測(cè)器。為此，GC—MS聯(lián)用技術(shù)已經(jīng)成為了檢測(cè)衡量物質(zhì)的主要方法。

2.4 環(huán)境空氣中VOCs的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

在測(cè)量VOCs時(shí)，因?yàn)镚C或GC—MS的測(cè)量精確性比較高，所以，它們發(fā)揮著非常重要的作用，但同時(shí)也存在不足——分析監(jiān)測(cè)具有一定的滯后性。對(duì)于比較復(fù)雜的樣品來說，在處理過程中，耗時(shí)耗力，還需要使用大量的溶劑和樣品。在取樣、運(yùn)輸、儲(chǔ)存樣品的過程中，也有可能發(fā)生損失或?qū)е陆粯悠繁晃廴?。這些因素都會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果造成一定的影響。在現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，要盡快獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果和相關(guān)信息，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施。因此，不斷完善空氣中VOCs的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是非常重要的。

近年來，隨著人們對(duì)VOCs在線監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步研究，提出了質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜、膜萃取氣相色譜等技術(shù)。從目前情況看，已經(jīng)開發(fā)的一些在線監(jiān)測(cè)儀器因?yàn)轶w積大、價(jià)格高、后期維護(hù)難度大等原因很難被推廣。在眾多VOCs在線監(jiān)測(cè)技術(shù)中，調(diào)諧激光吸收光譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)憑借其優(yōu)點(diǎn)和巨大的發(fā)展?jié)摿Ρ粡V泛應(yīng)用。但是，因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)還未完善，存在一定的局限性，所以，目前還是試驗(yàn)階段。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)的相關(guān)技術(shù)也會(huì)得到完善，并在日后監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮更加重要的作用。

3 適合我國(guó)的測(cè)定方法探究

由我國(guó)的實(shí)際情況可知，GC和GC—MS是實(shí)驗(yàn)室階段使用率比較高的測(cè)定儀器，它能夠測(cè)定大多數(shù)VOCs。固體吸附/熱脫附/GC或GC—MS方法E26-273，罐采樣/冷凍，預(yù)濃縮/GC或GC—MS方法[2s-31]的可行性和推廣度都很高。這兩種方法主要是富集空氣中低濃度的VOCs，使其達(dá)到GC或GC—MS能定量檢測(cè)的含量范圍后再測(cè)定目標(biāo)化合物。從原理上看，罐采樣/冷凍預(yù)濃縮方法在富集效果和采集方便性方面都更勝一籌，但是，其價(jià)格高，需要使用液氮。在條件符合要求的地區(qū)，可以使用這種方法測(cè)定VOCs。

4 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，VOCs監(jiān)測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要闡述了VOCs測(cè)定方法，希望能夠?yàn)槿蘸蟮目諝獗O(jiān)測(cè)工作提供幫助，為環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

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〔編輯：白潔〕