大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的監(jiān)測(cè)方法探究

仲曉倩，鄭雯倩，趙夢(mèng)楠

（1.河北省石家莊環(huán)境監(jiān)測(cè)中心；2.石家莊市環(huán)境監(jiān)控中心，石家莊 050000）

環(huán)境保護(hù)問題是目前民眾關(guān)心的焦點(diǎn)問題，也是我國社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的關(guān)鍵問題之一。大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs，是一種具有強(qiáng)烈刺激氣味的化學(xué)物質(zhì)，長期吸入會(huì)有致癌的可能。同時(shí)，這種物質(zhì)在空氣中會(huì)和多種有機(jī)物質(zhì)生成比較復(fù)雜的化合反應(yīng)，從而進(jìn)一步降低空氣質(zhì)量，對(duì)人們的身體健康造成負(fù)面影響。

1 揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs監(jiān)測(cè)方法創(chuàng)新的作用

VOCs（Volatile Organic Compounds）揮發(fā)性有機(jī)物，是指常溫下飽和蒸汽壓大于70 Pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃以下的有機(jī)化合物，或在20℃條件下蒸汽壓大于或者等于10 Pa具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物[1]。21世紀(jì)初，美國將這種化學(xué)物質(zhì)列入到嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量的187種污染物質(zhì)中。2015年，針對(duì)相關(guān)排污企業(yè)，我國制定了與VOCs有關(guān)的具體分析措施。其中，VOCs污染嚴(yán)重的印刷企業(yè)、包裝行業(yè)與石油化工行業(yè)是重點(diǎn)檢查對(duì)象。從實(shí)際生產(chǎn)控制情況來看，對(duì)VOCs進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要有以下幾方面的作用。1.1 改善我國大氣整體質(zhì)量

目前，大氣的污染問題已經(jīng)成為民生關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一，多種現(xiàn)代化的天氣預(yù)報(bào)軟件都會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行比較細(xì)致的播報(bào)，民眾已經(jīng)習(xí)慣根據(jù)空氣質(zhì)量，決定是否出行、是否進(jìn)行戶外鍛煉、出行時(shí)是否戴口罩、戴哪一種級(jí)別的口罩等。市場上也出現(xiàn)了多種類型的污染防治護(hù)膚品、藥品、生活用品等。對(duì)VOCs進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有助于民眾通過現(xiàn)代化的智能移動(dòng)設(shè)備，第一時(shí)間了解空氣中的VOCs濃度變化情況，從而更好地安排自己的生活。

1.2 對(duì)VOCs含量進(jìn)行長線管理

VOCs這種有機(jī)化合物是臭氧生成的重要前體物質(zhì)之一，VOCs可以在紫外線的照射下發(fā)生比較復(fù)雜的化合反應(yīng)，導(dǎo)致對(duì)流層臭氧含量顯著增加，形成城市當(dāng)中的光化學(xué)煙霧，影響民眾的身體健康。同時(shí)，這種物質(zhì)與溫室氣體的形成也有一定關(guān)系，可以與空氣中的氮氧化合物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖現(xiàn)象的加劇。因而，對(duì)VOCs進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有助于城市環(huán)境監(jiān)控部門對(duì)VOCs含量進(jìn)行長線管理，提高整個(gè)空氣管理控制體系的科學(xué)性，更加有效地對(duì)空氣中的污染物進(jìn)行聯(lián)合治理。

2 揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的主要監(jiān)測(cè)方法

富集監(jiān)測(cè)方法，是目前監(jiān)測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的主要離線方法之一，這種方式將有機(jī)化合物進(jìn)行濃縮，提升了采樣過程的整體效率，保障監(jiān)測(cè)人員可以通過吸附管來提取濃縮后的有機(jī)化合物，并通過對(duì)濃度的平均水平進(jìn)行計(jì)算，降低整體監(jiān)測(cè)成本。這種方法的適用性比較強(qiáng)，應(yīng)用范圍比較廣，但是也有一定的局限，只適用于揮發(fā)性比較低的化合物。

質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜監(jiān)測(cè)方法，是目前離線監(jiān)測(cè)的另一種主要方式，它可以采集樣品器具，對(duì)有機(jī)化合物的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜進(jìn)行監(jiān)測(cè)。它通過柱子分離技術(shù)來保障揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs自動(dòng)進(jìn)樣，提高采集的準(zhǔn)確度，保障監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。這種方式是對(duì)傳統(tǒng)離線監(jiān)測(cè)方法的一種優(yōu)化，避免濃縮過程對(duì)監(jiān)測(cè)效率和靈敏度造成負(fù)面影響。

膜萃取氣相色譜監(jiān)測(cè)技術(shù)是主要的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)之一。這種技術(shù)采用膜分離技術(shù)，將揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的纖維膜進(jìn)行穿刺，提高監(jiān)測(cè)試劑與揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的結(jié)合程度，并通過對(duì)結(jié)合物的吸收與壓縮來分析揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的濃度[2]。這種監(jiān)測(cè)方法可以避免乳狀液的生成，降低整個(gè)監(jiān)測(cè)技術(shù)的溶劑消耗，防止不同氣體混合影響監(jiān)測(cè)結(jié)果。

除此之外，飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)、傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及激光光譜技術(shù)也快速發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs監(jiān)測(cè)技術(shù)的綜合發(fā)展與應(yīng)用，有助于監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度的提升。

3 揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的應(yīng)用效果優(yōu)化

對(duì)VOCs進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有助于城市環(huán)境保護(hù)部門從源頭上控制VOCs這種揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs質(zhì)的產(chǎn)生量，并減少與VOCs相關(guān)的多種化和物質(zhì)的形成，對(duì)VOCs的衍生物質(zhì)進(jìn)行更加細(xì)致科學(xué)的組分分析，提高監(jiān)控質(zhì)量，制定精確的污染排放政策，提升城市環(huán)境治理的科學(xué)性與有效性。

目前，關(guān)于VOCs這種揮發(fā)性有機(jī)化合物，我國還沒有建立專門的監(jiān)測(cè)管理制度。但是，進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的VOCs監(jiān)測(cè)，可以為國家提供更加詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，促進(jìn)國家環(huán)境保護(hù)與空氣質(zhì)量控制政策的完善與優(yōu)化。隨著工業(yè)化與城市化的迅速推進(jìn)，要建立與之配套的環(huán)境保護(hù)措施，提升整個(gè)環(huán)境質(zhì)量控制的有效性，為城市環(huán)境保護(hù)單位空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)指標(biāo)優(yōu)化打下扎實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.1 拓展有機(jī)化合物VOCs監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用空間

提高監(jiān)測(cè)的綜合效益，減少監(jiān)測(cè)過程中的樣品損失，拓展監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用空間，是目前揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要發(fā)展方向。因而，技術(shù)人員要不斷提升監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用效果。

3.1.1 增強(qiáng)研發(fā)創(chuàng)新采樣和預(yù)處理的有效性

要對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行整體升級(jí)，提高離線監(jiān)測(cè)的成熟度，綜合運(yùn)用多種離線監(jiān)測(cè)方法，并加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)方法的配套研究，提高整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中設(shè)備的靈敏性與靈活性，保障技術(shù)人員可以根據(jù)當(dāng)前設(shè)備的具體使用情況，對(duì)整個(gè)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的濃度進(jìn)行優(yōu)化監(jiān)測(cè)[3]。

3.1.2 要加強(qiáng)對(duì)有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)的技術(shù)管理

相關(guān)管理部門要加強(qiáng)立法與監(jiān)督管理，出臺(tái)相關(guān)計(jì)劃和技術(shù)檢驗(yàn)規(guī)范。要加強(qiáng)與專業(yè)的檢驗(yàn)部門與監(jiān)測(cè)學(xué)院的聯(lián)系，提升整體監(jiān)測(cè)技術(shù)的一致性，避免監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展良莠不齊，對(duì)整個(gè)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的監(jiān)測(cè)效果造成負(fù)面影響。

3.1.3 大力研發(fā)有機(jī)化合物VOCs監(jiān)測(cè)技術(shù)

各個(gè)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)要選取有一定研究實(shí)力與監(jiān)測(cè)實(shí)力的相關(guān)企業(yè)和科研院校，進(jìn)行產(chǎn)—學(xué)—研一體化聯(lián)合建設(shè)，保障有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)技術(shù)的在線研發(fā)。同時(shí)，要加強(qiáng)與國際組織的溝通與交流，促進(jìn)國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范的出臺(tái)，保障揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs檢驗(yàn)技術(shù)可以運(yùn)用到更廣泛的技術(shù)領(lǐng)域。

3.2 完善監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)有機(jī)化合物VOCs的監(jiān)測(cè)，至今已經(jīng)有30年的歷史，美國早在20世紀(jì)90年代，就分別提出了有機(jī)化合物的非極性和極性監(jiān)測(cè)方法。我國對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的研究起步比較晚，截至2017年，我國在有機(jī)化合物監(jiān)測(cè)方面運(yùn)用比較成熟的監(jiān)測(cè)方法主要有吸附管采樣法、蘇瑪灌采樣法、氣袋采樣法。它們都是基于質(zhì)譜監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過分析氣相色譜和濃度，促進(jìn)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的熱脫附順利進(jìn)行。

從監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀來看，《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》（HJ644-2013）主要應(yīng)用吸附管采樣原理，對(duì)整個(gè)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs進(jìn)行熱脫附試驗(yàn)，通過對(duì)氣相色譜的質(zhì)譜檢驗(yàn)，優(yōu)化分析整個(gè)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的濃度。該標(biāo)準(zhǔn)適用的監(jiān)測(cè)種類有35種，采樣體積為2 L?！董h(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》（HJ759-2015）主要對(duì)-160～-150℃的揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs進(jìn)行熱脫附處理，這種監(jiān)測(cè)方法的可測(cè)種類大大拓展，已經(jīng)達(dá)到了67種，采樣體積為400 mL，監(jiān)測(cè)精度也大大提升。

3.3 監(jiān)測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用

技術(shù)人員在進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs采樣時(shí)要充分掌握揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的成分，并了解其成分的復(fù)雜性、物理特性的易揮發(fā)、空氣含量的濃度低等特點(diǎn)，采用正確的采樣方法，提升整個(gè)采樣過程的可靠性與準(zhǔn)確性。

3.3.1 合理使用吸附采樣法

技術(shù)人員可以利用吸附采樣法，對(duì)整個(gè)空氣環(huán)境中的低濃度VOCs進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用固體吸附劑技術(shù)對(duì)濃度較低的VOCs進(jìn)行吸附。這種吸附劑的選取，主要考慮空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs濃度和吸附化合物的性質(zhì)。其間，技術(shù)人員要合理計(jì)算吸附容量，保障整個(gè)吸附過程的化學(xué)穩(wěn)定性。

3.3.2 科學(xué)選擇吸附劑

技術(shù)人員在選擇吸附劑時(shí)要綜合考慮相關(guān)因素，尤其是在選擇VOCs吸附劑的碳吸附式聚合物時(shí)，要對(duì)目前市場上的綜合技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化對(duì)比。目前，我國主流的吸附劑為Tenax系列，這一系列的吸附劑主要包含多孔碳、石墨碳和活性炭等，吸附能力比較強(qiáng)，吸附的揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs范圍比較廣，吸附的成功率比較高[4]。

3.3.3 把握吸附過程控制要點(diǎn)

在吸附過程的控制中，技術(shù)人員要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：從整個(gè)吸附過程的物理穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性的角度，考慮吸附劑的整體性能；按照目前的吸附材料流程，適當(dāng)簡化操作規(guī)范，堅(jiān)持具體情況具體分析的原則，對(duì)整個(gè)采樣過程進(jìn)行優(yōu)化管理；要根據(jù)目前的揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs濃度，計(jì)算吸附劑量，保障吸附劑容量的體積盡量大；技術(shù)人員要遵循吸附物的原有體積盡量不變的原則，對(duì)整個(gè)吸附過程進(jìn)行優(yōu)化控制。

3.3.4 綜合運(yùn)用多種吸附劑

要綜合運(yùn)用多種吸附劑，避免單一的吸附劑應(yīng)用，影響整個(gè)吸附過程的優(yōu)化管理。要充分考慮到揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的揮發(fā)性，根據(jù)EPA相關(guān)吸附管理標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs進(jìn)行富集濃縮，保障吸附過程中的層級(jí)管理效果穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)最初層到最終層的逐層吸附。

3.3.5 合理使用全量空氣采樣法

技術(shù)人員可以利用全量空氣采樣法，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs進(jìn)行采集，保障整個(gè)采集過程中的濃度和密度，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的優(yōu)化分析。這種優(yōu)化方法重現(xiàn)程度比較高，可以提升整個(gè)分析的優(yōu)化控制效果，技術(shù)人員可以利用低碳?xì)浠衔锖望u代氫化合物，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的測(cè)定進(jìn)行優(yōu)化。

3.3.6 準(zhǔn)備好采樣設(shè)備

技術(shù)人員在采樣過程中要準(zhǔn)備不銹鋼采樣罐、聚合物、大玻璃容器等相關(guān)設(shè)備。整體來看，這種采樣方式價(jià)格低廉，操作簡單，同時(shí)可以有較好的避光效果，重復(fù)利用率高，樣品的分解程度低。但是，這種方法清洗過程比較復(fù)雜，一些活性化合物質(zhì)容易在采樣的過程中發(fā)生損耗與衰減。技術(shù)人員還要從這幾個(gè)方面入手，對(duì)整個(gè)采樣過程進(jìn)行優(yōu)化。

4 結(jié)論

監(jiān)測(cè)技術(shù)人員要利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)辦法，提高整個(gè)監(jiān)測(cè)活動(dòng)的實(shí)施性，避免揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs在監(jiān)測(cè)的過程中發(fā)生分解。研究揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的監(jiān)測(cè)方法，有利于技術(shù)人員從發(fā)展的角度看待目前環(huán)境保護(hù)監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)步。因而，人們要加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的理論研究，推進(jìn)監(jiān)測(cè)效果的不斷優(yōu)化。