空氣中揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測技術(shù)分析

周丹

【摘 要】空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）對人類健康具有較大的威脅，對其進(jìn)行監(jiān)測具有重要價值，而這也推動了監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展。本文主要對空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了分析探討，以期能夠不斷推動監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，提高揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】揮發(fā)性；有機(jī)物；監(jiān)測技術(shù)

在空氣中的有機(jī)污染很多，而且分為半揮發(fā)性和揮發(fā)性兩種類型，不論是揮發(fā)性還是半揮發(fā)性當(dāng)人體吸入時都會對人體的生理組織造成一定損害，而且容易被人體的皮膚黏膜所吸收，嚴(yán)重威脅人類的健康，因而加強(qiáng)對空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測，對于控制空氣污染，保護(hù)人體健康具有重要價值。

1 空氣中VOCs采集方法

采集空氣中VOCs樣品是測定分析VOCs的第一步。由于空氣中VOCs具有含量低、易揮發(fā)、 成分復(fù)雜等特點(diǎn)，如何將空氣中的VOCs有效收集起來進(jìn)行監(jiān)測，是完成整個VOCs監(jiān)測的基礎(chǔ)。在目前常見的VOCs監(jiān)測當(dāng)中應(yīng)用的樣品采集方法主要有以下三種方法：

1.1 容器收集法

容器收集采樣是最為簡單的一種方法，用注射器、塑料袋、罐等固定容器直接采取空氣中濃度較高的被測組分，該法通常適用于污染物濃度較高的污染源。塑料袋使用方便、價格便宜，但由于滲透造成的樣品污染和損失較大。玻璃容器采樣體積有限、易碎、清洗困難，樣品氣體在針筒內(nèi)壁吸附，會造成樣品損失。罐取樣技術(shù)目前在國外應(yīng)用較多，其中Sum- ma罐取樣技術(shù)為 USEPA 所采用的標(biāo)準(zhǔn)方法。該方法的技術(shù)原理是采用預(yù)先抽真空的 Summa 罐采 集空氣樣品，再以冷凝增濃法使得樣品富集，最后以GC-MS 進(jìn)行定性、定量分析。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可避免采用吸附劑的穿漏、分解及解析，不易受樣品滲透或光照引起的化學(xué)反應(yīng)的影響，能夠保持樣品的完整性，具有良好的回收率。因此，污染和吸附損失造成的影響相應(yīng)減少。

1.2 有動力采樣

有動力采樣分析方法既適用于長期采樣，確定 VOCs的平均濃度； 又適用于短期采樣，確定 VOCs的峰值濃度。它是利用泵抽取一定量的空氣，使其通過吸附管完成采樣過程的，應(yīng)用范圍廣泛。傳統(tǒng)的采樣方法是利用顆粒態(tài)活性炭吸附采樣，但其靈敏度低，只適用于高濃度 VOCs的分析。除了采用活性炭吸附外，也可采用Tenax吸附劑，其廣泛運(yùn)用在氣體、液體和固體中的可揮發(fā)性或半揮發(fā)性物質(zhì)的采集中，但價格昂貴，吸附容量低。因此，以活性炭纖維作為吸附劑的首要有動力采樣方法，通過 ACF 吸附/熱解析 /毛細(xì)管電泳法測定了苯、甲苯、對二甲苯、四氯乙烯及苯乙烯，ACF 是一種高效吸附材料，微孔豐富，吸附容量大，且易解吸。

1.3 被動式采樣

被動采樣技術(shù)最近逐步用于環(huán)境衛(wèi)生和環(huán)保監(jiān)測中。這種方法在室內(nèi)空氣的監(jiān)測當(dāng)中比較多見，對于室外范圍較大的空氣監(jiān)測并不適用，對于室內(nèi)空氣或是個體接觸量檢測來說，由于空氣中所包含的VOCs相對比較集中，在進(jìn)行采樣時，技術(shù)人員將吸附劑通過一定處理直接暴露在空氣當(dāng)中，然后空氣中的VOCs在流動的過程中會被擴(kuò)散到吸附劑的周圍，這樣就會被直接吸附到吸附劑裝置上，以此來獲取空氣中的VOCs樣品，以便進(jìn)行下一步的監(jiān)測工作。從其監(jiān)測的步驟中可以看出，主要利用氣體分子本身擴(kuò)散原理來進(jìn)行采樣，這種采樣方法對于外界的環(huán)境條件要求較高，如果空氣不流通，那么VOCs的分子無法擴(kuò)散到吸附劑周圍，那么也不能完成采樣工作，其他諸如溫濕度、分析物共存等因素都會影響空氣中VOCs的監(jiān)測結(jié)果。

各種采樣方法在采集空氣中 VOCs 的過程中都存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)。容器收集方法的操作最為簡單，在操作過程中不會出現(xiàn)富集問題，但對于空氣中的VOCs濃度要求較高，否則容器中所裝的樣品有限，也無法進(jìn)行監(jiān)測操作。而后面兩種監(jiān)測方法中都有利用吸附劑的吸附能力進(jìn)行收集，因而在吸附劑的選擇問題上還是非常謹(jǐn)慎的，而且還可以通過增加吸附劑的方式來增加樣品的濃度，不斷擴(kuò)大這兩種方法的適用范圍。動力采樣方法主要不適用于長期個體暴露監(jiān)測及偏遠(yuǎn)地區(qū)多點(diǎn)采樣； 而被動式采樣雖然可以對這一點(diǎn)進(jìn)行彌補(bǔ)，但起受外界因素影響約束，直接影響了之后的應(yīng)用前景。

2 空氣中VOCs 的檢測方法

2.1 氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）

GC-MS是目前檢測 VOCs的常用方法，可以很好地進(jìn)行未知化合物的定性和定量分析。在這方面，國外的研究較多也較早，也取得了不匪的成績。對絕大多數(shù) VOCs 來說，該方法的檢出限可以達(dá)到1～10μg / kg。近年來，國內(nèi)也有類似研究，有國內(nèi)的研究學(xué)者應(yīng)用這一監(jiān)測方法對某油罐區(qū)大氣中 VOCs，同樣取得了不錯的結(jié)果。但是該方法在取樣、運(yùn)輸與儲存過程中的樣品損失以及成分間的交叉污染會引起檢測結(jié)果的偏差；復(fù)雜樣品的預(yù)處理耗時費(fèi)力、消耗溶劑，增加樣品的檢測費(fèi)用，而且檢測樣品的數(shù)目也受到限制； 電子轟擊電離有時會形成多種離子碎片，質(zhì)譜復(fù)雜、分析難度較大。尤其是實(shí)驗(yàn)室分析具有明顯的滯后性，難以滿足實(shí)時、自動、連續(xù)監(jiān)測的需要。

目前主要的 VOCs 檢測技術(shù)還是色譜技術(shù)，但是該技術(shù)要求有復(fù)雜的采樣和前處理過程，在這些過程中可能發(fā)生一些干擾反應(yīng)并產(chǎn)生各種副產(chǎn)物。在分析過程中，揮發(fā)性有機(jī)物可能會與其它反應(yīng)性氣體（ 如臭氧、水、鹵 素、氮的氧化物等） 發(fā)生反應(yīng)，這些反應(yīng)可能會改變空氣中痕量有機(jī)氣體的含量，并產(chǎn)生其它不存在于空氣中的產(chǎn)物。另外，吸附劑可能和被監(jiān)測的VOCs發(fā)生一定的反應(yīng)，從而將VOCs中和掉或是生成其他的化學(xué)產(chǎn)物，這樣就會直接影響VOCs的監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性，因而要減少這種反應(yīng)影響，一方面是在選擇吸附劑上選擇與VOCs之間反應(yīng)較少的吸附劑，另一方面可以通過加裝預(yù)柱和冷阱捕集器來將VOCs當(dāng)中的其他雜質(zhì)去掉，避免樣品和吸附劑之間發(fā)生反應(yīng)的可能性。

2.2 質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜

質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜（PTR-MS） 在線監(jiān)測法是近年來興起的一種痕量揮發(fā)性有機(jī)物在線檢測技術(shù)，它測量反應(yīng)時間短、靈敏度高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。它將待測大氣直接進(jìn)樣，因而測量速度快；質(zhì)子轉(zhuǎn)移將各種 VOCs 軟電離為單一離子，沒有碎片離子，易于質(zhì)譜識別；絕對量測定不需要標(biāo)定；檢測靈敏度可以達(dá)到20ng /m3。但 PTR-MS仍然存在著問題和局限性，主要是質(zhì)譜掃描，只能通過核質(zhì)比來區(qū)分離子，因而就存在著區(qū)分同分異構(gòu)體有機(jī)分子的困難。

3 結(jié)語

對于VOCs的監(jiān)測技術(shù)主要集中在分析方法上，如何有效減少VOCs在采樣過程中的揮發(fā)，提高樣品提純效率，提高VOCs的檢驗(yàn)分析技術(shù)是監(jiān)測VOCs的關(guān)鍵，也是今后VOCs監(jiān)測技術(shù)研究發(fā)展的重要方向，技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)對這幾方面的研究，以便不斷提升VOCs的監(jiān)測質(zhì)量和水平，在空氣環(huán)境控制中發(fā)揮更大的作用。

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[責(zé)任編輯：張濤]