城市大氣中揮發(fā)性有機化合物監(jiān)測技術(shù)進展

王文博（包頭市環(huán)境監(jiān)測站內(nèi)蒙古包頭市014060）

城市大氣中揮發(fā)性有機化合物監(jiān)測技術(shù)進展

王文博
（包頭市環(huán)境監(jiān)測站內(nèi)蒙古包頭市014060）

經(jīng)濟的快速發(fā)展與城市化進程的加快，大氣污染日益嚴重，尤以可揮發(fā)有機化合物污染成為最為突出、最緊迫的問題之一。大氣中的揮發(fā)性有機化合物的存在對居民身心健康、生存環(huán)境所帶來的危害以及次生危害，降低了城市居民生活幸福度，經(jīng)濟發(fā)展的福利受到削弱，如何采取有效措施加強監(jiān)測技術(shù)，提升監(jiān)測水平，從而為防治揮發(fā)性有機化合物污染提供有效數(shù)據(jù)與技術(shù)支持，成為重要的研究課題。

城市大氣；揮發(fā)性有機化合物；監(jiān)測；技術(shù)

化工原料的大規(guī)模使用，燃料的不完全燃燒等多種因素所產(chǎn)生的大量揮發(fā)性有機物，造成大氣污染日益嚴重，對生態(tài)環(huán)境帶來難以估量的破壞，對居民的身心健康帶來長久負面影響。同時，揮發(fā)性有機化合物通常都會伴隨著光化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)生的二次污染物殺傷力仍不能小覷。如何采用大氣環(huán)境在線監(jiān)測、定量遙感監(jiān)測等多種手段，對大氣污染進行有效跟蹤，并反饋相關(guān)部門及時做好預(yù)案，從而降低污染指數(shù)，保障居民的正常的生產(chǎn)生活，成為防治大氣污染的重要措施。

1 揮發(fā)性有機化合物的基本定義以及影響分析

1.1 揮發(fā)性有機化合物的定義與分類

揮發(fā)性有機化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）主要包括烴類、氮烴、硫烴以及低沸點的多環(huán)芳烴，作為一種有機化合物的統(tǒng)稱，目前上沒有統(tǒng)一的定義。揮發(fā)性有機化合物在地球上無處不在，成為二氧化硫、氟利昂等污染物之后受到全世界普遍關(guān)注的大氣污染物，有研究資料顯示，甚至在南極的水面與雪面也發(fā)現(xiàn)了揮發(fā)性有機化合物的存在。揮發(fā)性有機化合物依據(jù)不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在大氣中的反應(yīng)活性以及所具有的不同毒性，可以進行以下分類：首先，以不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)分，主要包括烷、烯、醇、醚、酸、脂類、炔烴等，大約具有12類物種；其次，以反應(yīng)活性不同，可以細分為兩類：強光化學(xué)氧化物與弱光化學(xué)氧化物。強光化學(xué)氧化物能夠迅速參與大氣化學(xué)過程，而與空氣中的氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而消失，壽命期較短，難以大范圍傳播，主要聚集在污染源的周圍。弱光化學(xué)氧化物本身不易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，其穩(wěn)定的特性決定了其能夠長時間存在；最后，依據(jù)毒性不同，可以細分為有毒揮發(fā)性有機化合物與無毒揮發(fā)性有機化合物，其中有毒揮發(fā)性有機化合物多為鹵代烴以及苯系物。揮發(fā)性有機化合物主要來源可分為人為源以及生物源，人為源所產(chǎn)生于人類活動所產(chǎn)生的不完全燃燒行為以及低沸點物質(zhì)揮發(fā)的散逸行為。

1.2 揮發(fā)性有機化合物對人體健康的危害

揮發(fā)性有機化合物所具有的低濃度、強活性等特點，具有巨大的危害，若人體長時間在無有效措施保護下與其接觸，通過呼吸道將會導(dǎo)致肺、腎、肝、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等多功能臟器的病變。同時，揮發(fā)性有機化合物中所具有的有毒物質(zhì)具有高致癌性、致畸胎性，對人體皮膚、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟等器官所造成的慢性病變，傷害極大。另外，揮發(fā)性有機化合物在進入人體之后，會產(chǎn)生揮發(fā)性有機化合物的成癮依賴性，成為導(dǎo)致NBS、SBS的重要原因。揮發(fā)性有機化合物所產(chǎn)生的光化學(xué)煙霧，對全球變化也帶來顯著影響，與臭氧的結(jié)合反應(yīng)，降低其濃度，加快臭氧層損耗，陽光紫外線直接進入到地球表面，對人體傷害也極為巨大。

2 大氣中的揮發(fā)性有機化合物監(jiān)測技術(shù)

2.1 大氣中揮發(fā)性有機化合物基于GIS的在線監(jiān)測技術(shù)分析

在線監(jiān)測體系不僅僅針對于空氣污染，其包含范圍十分廣泛，例如地表水監(jiān)測、近岸海域監(jiān)測、環(huán)境噪聲監(jiān)測、污染源監(jiān)測等多功能監(jiān)測，成為環(huán)境監(jiān)測體系的重要組成部分。隨著科技的進步與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的成熟，基于GIS技術(shù)的在線大氣監(jiān)測系統(tǒng)功能更加多元，實現(xiàn)了監(jiān)測、統(tǒng)計、分析、管理的多項功能，為揮發(fā)性有機化合物污染治理提供了重要的數(shù)據(jù)支持。例如，針對地區(qū)污染監(jiān)測項目進行確定后，結(jié)合本地區(qū)實際情況，按照環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分，進行揮發(fā)性有機化合物污染的監(jiān)測，科學(xué)設(shè)置監(jiān)測站點，提升監(jiān)測站點的彼此協(xié)同度。同時，系統(tǒng)可自動采集數(shù)據(jù)，采樣頻率可設(shè)置為6次/分，每分鐘所測平均值視為瞬時值，在60分鐘之內(nèi)瞬時累加所求得的平均值稱之為一次值。另外，系統(tǒng)結(jié)合特殊天氣，例如雨雪、強風(fēng)、冰雹等不同天氣狀況，增加或減少監(jiān)測頻率，從而提升監(jiān)測的科學(xué)性與完整性。基于GIS的大氣監(jiān)測系統(tǒng)，所依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)功能、可操作平臺等多種手段，增強了系統(tǒng)應(yīng)用的人性化，提升系統(tǒng)監(jiān)測的實效性，對揮發(fā)性有機化合物污染的監(jiān)測具有重要意義。

2.2 揮發(fā)性有機化合物的衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)

衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)作為大氣環(huán)境在線監(jiān)測體系的重要補充，也是大氣監(jiān)測立體化監(jiān)測的重要組成部分。利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)大大提升了城市大氣的監(jiān)測能力與水平，與多種監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，由地面到大氣形成了全方位監(jiān)測體系，從而使得揮發(fā)性有機化合物的監(jiān)測數(shù)據(jù)更加權(quán)威、全面，對具有針對性的大氣污染防治具有重要意義。目前遙感監(jiān)測可以細分為衛(wèi)星遙感監(jiān)測以及地基遙感監(jiān)測。衛(wèi)星遙感監(jiān)測通過自上而下的監(jiān)測手段，可分析揮發(fā)性有機化合物的主要成分，進一步識別污染來源，例如燃煤散燒、交通揚塵以及城市建設(shè)中的混凝土攪拌站等。地基遙感監(jiān)測是自下而上的監(jiān)測手段，對污染垂直分布進行監(jiān)測，所應(yīng)用到的儀器十分廣泛，常見的包括溫濕廓線儀、激光雷達、太陽輻射儀、濁度計、云高儀、能見度儀等。在2013年我國大范圍霧霾天氣中，就監(jiān)測出大量含氮有機顆粒物，作為“洛杉磯上世紀光化學(xué)煙霧的主要成分之一”，地球衛(wèi)星遙感技術(shù)所能發(fā)揮出的巨大實效性正在凸顯。但是，仍需要注意的是，遙感衛(wèi)星空氣質(zhì)量監(jiān)測仍然存在很多不足，雖然對于大氣污染的算法精度在不斷提升，但對于大氣有害氣體以及顆粒物濃度的監(jiān)測精度仍有待進一步提升，大氣污染的危害性難以加以定量描述，使其在醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生健康等方面的應(yīng)用與推廣就受到一定程度上的限制。因此，仍需要進一步完善相關(guān)技術(shù)。

2.3 揮發(fā)性有機化合物的污染源實驗室監(jiān)測技術(shù)

城市空氣中的有機物蒸氣壓較大，具有很多的揮發(fā)性，以氣相狀態(tài)存在于空氣中，或者存在與微粒表面。對于大范圍的監(jiān)測技術(shù)而言，在定性與定量上存在污染源來源復(fù)雜、監(jiān)測精度等多種問題，采用實驗室污染源監(jiān)測技術(shù)作為一個有效補充，能夠切實增強大氣揮發(fā)性有機化合物的立體監(jiān)測力量。在實際的操作過程中，通過全空氣采樣法、溶劑吸附法、低溫捕集法等常用、有效的采樣方法，能夠獲取揮發(fā)性有機化合物污染的第一手準確資料。同時，做好樣品的預(yù)處理，常用的方法有固體萃取法、低溫預(yù)縮-熱解吸法、預(yù)空法、溶劑解吸法等多種手段。在實際的操作過程中，結(jié)合各項方法的優(yōu)缺點靈活運用。而在揮發(fā)性有機化合物的監(jiān)測分析方法中，通過采用氣相色譜法、液相色譜法、熒光光度法、毛細管電泳法等新型技術(shù)手段，對揮發(fā)性有機化合物進行有效的監(jiān)測分析。例如，在氣相色譜法的研究分析匯總，其具有分辨率高、分析速度快、進樣量少的多重優(yōu)勢，從而使其具有了大規(guī)模推廣的現(xiàn)實意義。

2.4 質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜PTR-MS與飛行時間質(zhì)譜TOF-MS結(jié)合應(yīng)用

PTR-MS作為一種痕量揮發(fā)性有機物的在線監(jiān)測技術(shù)，所具有的高靈敏度、時間短、在線采樣無需濃縮等優(yōu)勢，能把待測大氣直接進樣，將各種VOCs軟電離為單一離子，沒有碎片離子，從而有利于質(zhì)譜識別，靈敏度可以達到幾十ng。結(jié)合TOF-MS技術(shù)，充分利用動能相同而質(zhì)荷比不同的離子在恒定電場中運動，具有質(zhì)量范圍寬、靈敏度較高、分辨率高、響應(yīng)速度極快等優(yōu)點。同時，兩種儀器易加工和小型化，在線監(jiān)測能力高，其他的諸如選擇性離子流管質(zhì)譜(SIFT-MS)技術(shù)，有效對揮發(fā)性有機物質(zhì)(VOCs)進行即時識別和定量分析。

結(jié)語

揮發(fā)性有機化合物尚無在定義上作出明確規(guī)定，但對其研究由來已久，結(jié)合國內(nèi)國外的多項資料，揮發(fā)性有機化合物從不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在大氣中的反應(yīng)活性以及所具有的不同毒性進行有效的分類，對其監(jiān)測具有重要的意義，也是實現(xiàn)全天候、立體化監(jiān)測的必要前提。同時，可揮發(fā)有機化合物的污染源較為廣泛，人類不合理的活動是其重要因素，工業(yè)的盲目擴張、汽車尾氣的大量排放等多重因素都成為污染的重要來源。采用基于GIS技術(shù)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合衛(wèi)星遙感技術(shù)以及實驗室污染源分析方式，形成全方位的大氣污染監(jiān)測體系，提升監(jiān)測的精度與實效性，從而為揮發(fā)性有機化合物污染的控制提供有效的數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。參考文獻

楊煥明；空氣中揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測技術(shù)研究進展[J]；環(huán)境保護；《綠色環(huán)保建材》，2016(2)