環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機物監(jiān)測技術(shù)

穆德松

滄州市渤海新區(qū)環(huán)境監(jiān)控中心 河北滄州 061113

1 概述

揮發(fā)性有機物是一類有機化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱，簡稱為VOCs。世界衛(wèi)生組織將TVOC定義為熔點低于室溫而沸點在50-260℃之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱，一般都視為可揮發(fā)性有機化合物，測定VOCs含量時，又做了一個限定，即在通常壓力條件下，沸點或初餾點低于或等于250℃的任何有機化合物。各表述的側(cè)重點有所不同。如美國的定義，突出必須是“參加大氣光化學(xué)反應(yīng)”，四氯乙烷之類不參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機化合物則被定義為“豁免化合物”。而WHO的定義強調(diào)沸點，未考慮該物質(zhì)是否參加大氣光化學(xué)反應(yīng)[1]。由于揮發(fā)性有機物組成復(fù)雜，不同污染源產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物組分差距較大，因此在國內(nèi)，各標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測規(guī)范文件中提出了多個不同概念，例如VOCs-揮發(fā)性有機物、TVOC-總揮發(fā)性有機物、THC-總烴、非甲烷總烴-NMHC等。一般情況下，評價環(huán)境空氣、廢氣污染物時使用揮發(fā)性有機物、非甲烷總烴的概念，評價室內(nèi)環(huán)境時使用總揮發(fā)性有機物的概念。

2 環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機物監(jiān)測技術(shù)

2.1 氣相色譜法

氣相色譜法（GC）以氣體為流動相，利用不同待測組分在色譜柱種滯留能力不同的特點將組分分離技術(shù)，分離后利用不同分析原理的檢測器對組分進行濃度分析。目前，在VOCs在線監(jiān)測中，最常見的分析檢測器是火焰離子法（FID）和光離子化法（PID）。FID是利用氫氣和空氣的火焰作為離子化能源，使火焰燃燒過程中的含碳有機物離子化。在電場作用下，離子電流信號轉(zhuǎn)化為色譜峰波形信號。FID對烷烴類有機物能夠高靈敏檢測，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。PID利用紫外光源的能量將有機物電離成正負離子，在電場作用下在兩電極間產(chǎn)生電流，檢測器將電流信號放大并轉(zhuǎn)換成濃度值。PID裝置體積小，重量輕，可用于氣相色譜的連續(xù)在線監(jiān)測和應(yīng)急監(jiān)測。PID對大多數(shù)有機化合物都有響應(yīng)信號，特別是苯、羰基化合物等，具有高穩(wěn)定性和高靈敏度的優(yōu)點不同組分的修正值不同廠家的傳感器會存在差異，需要特別修正。FID與PID單獨使用只能檢測揮發(fā)性有機物的總量，所以往往需要和色譜（GC）分離單元聯(lián)合使用。GC-FID可滿足對于總揮發(fā)性有機物和各種組分的濃度測量要求，也是目前技術(shù)成熟，應(yīng)用最廣泛的VOCs監(jiān)測方案。

2.2 氣相色譜質(zhì)譜法

對于特定的化合物類型，可以采用氣相色譜-質(zhì)譜法，比如HJ644-2013、TO-17采用吸附管采集環(huán)境空氣樣品，熱脫附解吸經(jīng)氣相色譜分離后，質(zhì)譜檢測器分析鹵代烴、苯系物和氯苯類35種揮發(fā)性有機物，不需要液氮制冷，操作相對簡單，成本低，采樣選擇性強，可以采集大體積樣品，改變吸收劑，可以選擇采集時間不同的組分，樣品保存長。但是吸附管采樣不能同時采集性質(zhì)差異較大的組分，特別是對揮發(fā)性較強的組分比如低碳，C3以下的組分吸附能力很弱，但是據(jù)文獻報道C2化合物乙烷、乙烯和乙炔3組分占總揮發(fā)性有機物的三分之一以上，且乙烯、乙炔的臭氧生成潛勢系數(shù)高，對臭氧生成貢獻大，因此這種方法對環(huán)境空氣VOCs的監(jiān)測比較受限[2]；另外對于高濃度樣品存在穿透的可能，需要串聯(lián)采樣；對于吸附柱則存在中毒的可能。

2.3 在線監(jiān)測

目前，在線監(jiān)測的主要方法是非甲烷烴類的監(jiān)測，一些廠家已經(jīng)開發(fā)出基于色譜法或氣相色譜-質(zhì)譜法的在線監(jiān)測儀器。在線監(jiān)測能夠連續(xù)反映排放狀況，且單位樣品監(jiān)測成本較低，因此廣泛應(yīng)用于廢水、鍋爐煙氣等方面。對于VOCs在線監(jiān)測，國家出臺了非甲烷總烴監(jiān)測儀器的安裝驗收標(biāo)準(zhǔn)，部分省市也出臺了非甲烷總烴監(jiān)測儀器的監(jiān)測方法，可用于開展監(jiān)測活動。對于VOCs子指標(biāo)的在線監(jiān)測方法，應(yīng)努力建立可靠的質(zhì)量控制指標(biāo)，以及驗收比對技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)VOCs的在線監(jiān)測。

2.4 其他監(jiān)測技術(shù)

除了上述利用氣相色譜法、氣相色譜質(zhì)譜法監(jiān)測環(huán)境空氣中的VOCs外，還有其他的一些監(jiān)測方法，如HJ1011-2018利用便攜式傅利葉變換紅外氣體分析儀監(jiān)測，因其對現(xiàn)場監(jiān)測條件的要求不高，適用于環(huán)境空氣中乙烷、乙烯、丙烯、乙炔、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯等揮發(fā)性有機物的監(jiān)測，但是監(jiān)測種類不多，且檢出限較高，目前主要用于應(yīng)急定性和半定量監(jiān)測[3]。其余監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)方法：多組分無法同時測定，多針對某一種或幾種污染物進行采樣分析，比如HJ583-2010，HJ584-2010，只能監(jiān)測幾種常見的苯系物。

3 結(jié)語

綜上所述，我國現(xiàn)有的揮發(fā)性有機物監(jiān)測方法標(biāo)準(zhǔn)體系還不完善，亟需制定我國環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機物及污染源排放揮發(fā)性有機物的在線監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)，同時加快配套質(zhì)控技術(shù)規(guī)范研究，加強揮發(fā)性有機物標(biāo)準(zhǔn)樣品與前處理技術(shù)的研究，以適應(yīng)污染源廢氣高溫高濕等嚴(yán)苛的環(huán)境條件。在線方法是質(zhì)量保證與質(zhì)量控制的有效手段，在保證時效性與便捷性的同時，還須獲得高質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，為揮發(fā)性有機物污染治理提供有力的技術(shù)支撐。