環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測分析方法的研究

姚波　管文祥

摘 要：過去的一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但同時(shí)也存在著一系列問題，那就是在大量消耗資源進(jìn)行粗放式經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，損害了環(huán)境，空氣中污染物質(zhì)含量逐漸增多，對人的呼吸系統(tǒng)和身體健康產(chǎn)生了很大的影響。

關(guān)鍵詞：環(huán)境空氣；揮發(fā)性有機(jī)物；監(jiān)測分析方法

中圖分類號：X502 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中，因?yàn)槲廴疚锏呐欧藕推渌廴?，空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的含量危害到了人們的生活健康。導(dǎo)致VOCs含量較高的原因主要有工業(yè)排放、尾氣污染、污水處理不到位或者不處理等行為，這些污染源對環(huán)境空氣質(zhì)量的優(yōu)化造成了阻礙，會造成人體細(xì)胞癌變等癥狀，對環(huán)境和人體的安全都造成了威脅。對VOCs的監(jiān)測方法有很多種，目前被列入監(jiān)測系統(tǒng)的VOCs在美國有56種，在歐洲有30多種。

1 VOCs概述及危害

揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds ，VOCs）是在空氣中存在非常普遍但是危害非常嚴(yán)重的氣體，其沸點(diǎn)在50℃～260℃，室溫下飽和氣壓超過133.32Pa，這種污染氣體的來源主要有化工工業(yè)生產(chǎn)、污水排放、垃圾處理廠廢料、汽車尾氣排放和其他污染行業(yè)的排放，VOCs的成分較為復(fù)雜，許多成分含量非常微小，但是容易導(dǎo)致細(xì)胞病變、出現(xiàn)畸形等情況，對環(huán)境安全和人的健康狀況造成了非常大的威脅。

目前測量VOCs的主流的方法是氣相色譜-質(zhì)譜法（gas chromatography.mass spectrometry，GC-MS），這種技術(shù)一直在VOCs的精確測量中發(fā)揮著作用，但是這種技術(shù)因?yàn)槭芟抻陔娮愚Z擊技術(shù)和色譜的分析問題，存在著一定的局限性，不能實(shí)時(shí)的監(jiān)測和分析，時(shí)效性較差，在對測定樣品進(jìn)行測定前的處理時(shí)，需要消耗大量的溶劑和樣品，在采集時(shí)需要消耗大量的人力物力進(jìn)行采集，在運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸難度較大，樣品可能會發(fā)生損失或者各種成分之間混合導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致監(jiān)測的效果差，這種費(fèi)力的監(jiān)測方法導(dǎo)致了監(jiān)測費(fèi)用的上升，需要在樣品采集、儲存運(yùn)輸和提純分離等過程中花費(fèi)更多的費(fèi)用，在這種形勢之下，發(fā)展新的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)，出現(xiàn)了監(jiān)測方法研究的新的方向。

2 VOCs的采集方法

因?yàn)閂OCs在空氣中的含量較低，因此對樣品的良好的采集技術(shù)是非常重要的，可以保證樣品測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

2.1 容器捕集法

容器捕集法在國外應(yīng)用較為廣泛，主要是使用Summa罐進(jìn)行收集，在取樣時(shí)采用USE-PA技術(shù)，分別使用TO-14和TO-15對非極性和極性物質(zhì)進(jìn)行分析，Summa罐在收集中可以避免吸附物的分解，并且可以同時(shí)對多種物質(zhì)進(jìn)行分析。國外的相關(guān)學(xué)者對采集的有機(jī)物進(jìn)行了測定，發(fā)現(xiàn)使用Summa罐采集到的VOCs氣體純度是更高的。但使用Summa罐也存在著一些問題，使用罐進(jìn)行取樣的前期成本是較大的，對低濃度的有機(jī)物沒有相應(yīng)的測定標(biāo)準(zhǔn)，不能確定準(zhǔn)確的值，儀器檢測方面也存在著問題。除了Summa罐以外還有玻璃容器和聚合袋采集的方法，聚合袋的成本較低，使用并不復(fù)雜，但密封存在問題，可能會導(dǎo)致氣體泄漏和樣品損失，玻璃容器因?yàn)槠渥陨淼奈锢硖匦?，非常容易?dǎo)致破碎，而且便攜性較差，在進(jìn)行野外測樣時(shí)局限性較大。

2.2 吸附法

吸附法使用較為簡單，能適應(yīng)大多數(shù)VOCs收集的情況，是目前應(yīng)用最為廣泛的采集方法，我國就主要使用這種方法進(jìn)行測定，如環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ584—2010和ISO16200—2001兩種。吸附法中主要使用固體的吸附物對氣體進(jìn)行吸附收集，吸附物需要具備容納有機(jī)物量大、吸附速度快、物質(zhì)不容易發(fā)生變化等特性，主要的吸附物有Tenax和活性炭物質(zhì)。

Tenax是國際上常用的吸附物，這種物質(zhì)對于空氣幾乎不會產(chǎn)生污染，收集過程較為環(huán)保，物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在溫度較高時(shí)不會發(fā)生變化和降解，Tenax-GC能夠采集80℃～200℃的物質(zhì)，Tenax-TA是技術(shù)進(jìn)步發(fā)展的產(chǎn)物，可以用來采集280℃的物質(zhì)，這種吸附物在經(jīng)過很多研究人員的測試后，對很多苯類物質(zhì)有較強(qiáng)的吸附能力，采集效果較好。

活性炭在是吸附法最常用和應(yīng)用最為廣泛的物質(zhì)，對非極性物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力，吸附能力強(qiáng)主要是因?yàn)楸砻娴奈⑿涂纵^多，與ACF表面直接接觸。國內(nèi)的相關(guān)專家學(xué)者以活性炭纖維作為原材料，建立了切實(shí)有效的VOCs測定方法。

但是在實(shí)際的監(jiān)測分析工作中，有機(jī)物的沸點(diǎn)相差較大，單一的吸附物無法滿足需求，因此混合吸附物被使用，混合吸附物可以根據(jù)有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)、沸點(diǎn)等特性對物質(zhì)進(jìn)行吸附，吸附的物質(zhì)種類較大，在使用完成后可以進(jìn)行回收，對于多種揮發(fā)物混合的空氣采集效果尤為顯著。

2.3 固相微萃取法

這種方法是一種比較新的采集方法，由于能夠?qū)崿F(xiàn)采集、濃縮一體化操作，所以相對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，在生產(chǎn)效率上有明顯的提升與進(jìn)步，而且能夠節(jié)約人力在檢測工作上的應(yīng)用，讓測定工作準(zhǔn)確、快速的發(fā)展目標(biāo)得到初步的實(shí)現(xiàn)。這種測量設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要由萃取探頭與手柄兩個(gè)部分組成，探頭用于測量中空氣樣本的手機(jī)，只需將其直接暴露在待檢測的空氣之中就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測定樣本的收集，在自動(dòng)采集工作完成之后還需要手動(dòng)將探頭收入設(shè)備內(nèi)部。由于探頭在設(shè)計(jì)上采用了PDNS為涂層，所以在對揮發(fā)性有機(jī)物的收集與親和上有明顯的提升。在后續(xù)的設(shè)備改進(jìn)工作中，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大以及測量針對性的進(jìn)一步細(xì)化，探頭設(shè)計(jì)在涂層上有更多的選擇。

3 VOCs的監(jiān)測分析方法

3.1 GC與GC-MS

GC具有速度快、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)ξ镔|(zhì)進(jìn)行定量的分析，GC-MS還可以對沒有進(jìn)行分離的色譜峰進(jìn)行分析，其結(jié)果的準(zhǔn)確度較高，得出數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，可以省略掉其他色譜檢測器的工作。在工作性能上，該種監(jiān)測方法可以同時(shí)檢測到未進(jìn)行分離的色譜峰，所以能夠滿足更多的測量工作要求，成為痕量物質(zhì)測量中最為常用的測量方法。隨著該項(xiàng)測量技術(shù)自身的應(yīng)用與改進(jìn)，其最低測量濃度逐步降低，目前可達(dá)0.2mg/m3～0.6mg/m3，而且在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上也得出了其最佳取樣條件，處于最佳該工作狀態(tài)的設(shè)備測定精確率不僅能使時(shí)鐘保持在穩(wěn)定狀態(tài)，還能得到進(jìn)一步的提升。

3.2 HPLC測定方法分析

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，其與社會各行各業(yè)的聯(lián)系也日益密切，在環(huán)境空氣測量領(lǐng)域也漸漸取得了長足的發(fā)展。HPLC測定技術(shù)就是自動(dòng)化控制技術(shù)與環(huán)境有機(jī)物測定技術(shù)聯(lián)合發(fā)展的成果，這種測定技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)測定工作的自動(dòng)化與高效能運(yùn)作。其對試樣的要求也更為簡便，揮發(fā)性已經(jīng)不能成為制約其測定工作開展的關(guān)鍵因素。在測定部分，其采用紫外檢驗(yàn)、熒光檢驗(yàn)等多種方法進(jìn)行，讓測定工作的工作范圍有了很大的擴(kuò)大，其最低測定限度也達(dá)到5ng～300ng。

3.3 其他測定方法

對于環(huán)境中有機(jī)物的測定是我們掌握空氣污染狀況的關(guān)鍵手段，更是我們了解環(huán)境、保護(hù)環(huán)境的開始，所以我們的測定技術(shù)需要不斷地進(jìn)行發(fā)展與改善。

結(jié)語

空氣中的有機(jī)物一旦超出正常范圍就會對我們的生活造成嚴(yán)重的危害，所以對于環(huán)境空氣的凈化與保護(hù)工作必須受到充分的重視。對測定技術(shù)進(jìn)行研究與分析將會幫助我們走好未來的空氣凈化之路。

參考文獻(xiàn)

[1]杜振輝，翟雅瓊，李金義.空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的光譜學(xué)在線監(jiān)測技術(shù)[J].光譜學(xué)與光譜分析，2009，29（12）：3199-3203.