李 鵬
(山東君成環(huán)境檢測(cè)有限公司,山東 臨沂 276000)
我們國(guó)家對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的定義是,可以直接參與到大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物,或者說(shuō)是根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行針對(duì)性指明的有機(jī)化合物。揮發(fā)性有機(jī)物可以分成下列這幾類:非甲烷烴類、含氧有機(jī)物、含氯有機(jī)物、含氮有機(jī)物、含硫有機(jī)物等等。不過(guò)由于我們國(guó)家的揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)剛剛起步,我們監(jiān)測(cè)的揮發(fā)性有機(jī)物主要種類仍然是非甲烷總烴和苯系物,距離全面的揮發(fā)性有機(jī)物分析還有很長(zhǎng)的路要走。
揮發(fā)性有機(jī)物可以直接參與到大氣環(huán)境當(dāng)中的臭氧,以及二次氣溶膠形成活動(dòng)當(dāng)中,是當(dāng)前大氣條件下形成PM2.5以及臭氧的關(guān)鍵性前置物質(zhì),也是直接導(dǎo)致城市出現(xiàn)灰霾和光化學(xué)煙霧的關(guān)鍵因素之一。我們?nèi)粘I畹沫h(huán)境當(dāng)中,揮發(fā)性有機(jī)物的來(lái)源十分廣泛,主要來(lái)自于各類使用含有揮發(fā)性有機(jī)物的工業(yè)源,以及建筑裝修材料和汽車尾氣為代表的生活源。我們國(guó)家已經(jīng)推行了多年的環(huán)境治理,各類硫化物、氮化物以及顆粒污染源已經(jīng)得到了很大程度上的控制。但是揮發(fā)性有機(jī)物的污染卻呈現(xiàn)出了增長(zhǎng)的趨勢(shì),并且這類增長(zhǎng)對(duì)于環(huán)境的污染程度日益加深。揮發(fā)性有機(jī)物具有相當(dāng)大的毒性,會(huì)對(duì)人體會(huì)造成畸變刺激,甚至是會(huì)導(dǎo)致大面積癌癥的爆發(fā),所以對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物的污染進(jìn)行治理已經(jīng)成為我們必須面對(duì)的問(wèn)題,而我國(guó)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行監(jiān)測(cè)正在不斷加大力度[1]。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)自從2010年開(kāi)始就對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)推出了多項(xiàng)指標(biāo)系統(tǒng)。美國(guó)環(huán)保署也針對(duì)性的按照空氣類型進(jìn)行了三類揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)分析。歐美國(guó)家對(duì)于固定污染源的揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)所采用的類似手段就是,大量應(yīng)用在線分析儀或者便攜式分析儀進(jìn)行針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。一般來(lái)說(shuō)采用的監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有GC-MS/FID/PID/ECD在線分析法,在線催化氧化-非分散紅外分析法等等。除此之外還有把廢氣采集到對(duì)應(yīng)的專門容器用具當(dāng)中,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析的常規(guī)分析法[2]。
我們國(guó)家的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷的強(qiáng)化。傳統(tǒng)的分析方法是現(xiàn)場(chǎng)采樣之后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析,但現(xiàn)在已經(jīng)逐步過(guò)渡到現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)法。就當(dāng)前的情況來(lái)說(shuō),固定源的揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)還是以實(shí)驗(yàn)室為主,在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)還處于設(shè)備的研發(fā)改良和不斷普及的初級(jí)階段[3]。
實(shí)驗(yàn)室手工監(jiān)測(cè)的意思是,采樣后馬上回到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行分析,也就是指現(xiàn)場(chǎng)使用采樣管進(jìn)行樣品收集采樣之后,立刻在規(guī)定時(shí)間和限定條件下送回實(shí)驗(yàn)室,然后按照相應(yīng)的分析方法用氣象色譜儀-質(zhì)譜儀等設(shè)備,對(duì)所進(jìn)行收集采樣的標(biāo)本進(jìn)行分析。一般來(lái)說(shuō)共有兩種采樣的方法[4]。
第一種是固相吸附管采樣法。這種方法使用了特定吸附劑組成的吸附管,直接對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行采集。這種方法使用的方法很廣泛,可以測(cè)量固定時(shí)間段內(nèi)的污染物平均濃度,并且吸附管本身的體積很小,可以長(zhǎng)距離的運(yùn)輸和保存,并且可以定向選擇某一類或者幾類有機(jī)物進(jìn)行針對(duì)性收集,重復(fù)使用性也很高。但是這個(gè)方法最大的缺點(diǎn)就是對(duì)于揮發(fā)性很強(qiáng)的化合物進(jìn)行收集的時(shí)候無(wú)法達(dá)到理想效果,同時(shí)采樣的時(shí)候必須要考慮到污染物本身的濃度進(jìn)行合適采樣體積,而因此需要采取的措施相對(duì)較多,流程十分復(fù)雜。同時(shí)對(duì)于個(gè)別高濃度的污染物進(jìn)行采集的時(shí)候必須要進(jìn)行前處理,流程繁瑣,不便于快速出結(jié)果[5]。
第二種方法就是特定容器采樣法。這種方法就是用當(dāng)前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的容器,比如說(shuō)聚合物薄膜氣袋或者是鈍化處理后的不銹鋼管等等進(jìn)行直接采集,對(duì)于收集到的揮發(fā)性有機(jī)物收集到一定體積之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析。這種方法的特點(diǎn)是成本低,采樣體積大并且可以重復(fù)使用,但是對(duì)于容器進(jìn)行清潔的時(shí)候費(fèi)時(shí)費(fèi)力,有機(jī)物容易滲透到容器內(nèi)部造成樣品損失。即使是使用不易滲透的蘇瑪罐以避免以上問(wèn)題,也會(huì)在清潔容器的時(shí)候遇到麻煩,成本較高,不適合大批量檢測(cè)。
以上兩種采集樣品進(jìn)行檢測(cè)的方法主要也可以分為兩種:氣相色譜法和氣相色譜質(zhì)譜法。這兩種方式現(xiàn)在已經(jīng)十分成熟,數(shù)據(jù)誤差率低。礙于篇幅所限,這里不再重復(fù)[6]。
隨著固定源的揮發(fā)性有機(jī)物現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展和成熟,目前相關(guān)的技術(shù)發(fā)展也得到了長(zhǎng)足的提升?,F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)已經(jīng)可以對(duì)連續(xù)排放的固定污染源揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),這樣不但回避了樣品采集和保存等多方面的漏洞,同時(shí)也避免了檢測(cè)流程繁瑣所造成的數(shù)據(jù)誤差情況?,F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器包括以下幾種。
(1)氣相色譜類的在線監(jiān)測(cè)儀器。這類設(shè)備的分析原理和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的氣象色譜分析原理類似,檢測(cè)人員可以直接根據(jù)揮發(fā)性有機(jī)物的種類進(jìn)行針對(duì)性地檢測(cè),比如FID或者是PID等等。在當(dāng)前檢測(cè)環(huán)境當(dāng)中,應(yīng)用相對(duì)較多的是帶有FID檢測(cè)器的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)儀,這類檢測(cè)儀可以直接用來(lái)監(jiān)測(cè)固定源廢氣當(dāng)中的特征性有機(jī)物。另外還有一種帶有質(zhì)譜檢測(cè)儀的GC-MS類在線監(jiān)測(cè)儀,其監(jiān)測(cè)范圍更加廣泛,定量準(zhǔn)確率更高,但是其價(jià)格也是同類檢測(cè)儀當(dāng)中最貴的,因此出于成本考慮,這種檢測(cè)儀并沒(méi)有被全面鋪展開(kāi)。
(2)揮發(fā)性有機(jī)物在線報(bào)警監(jiān)控儀。這類監(jiān)控儀內(nèi)置PID傳感器,無(wú)法進(jìn)行某種污染物的濃度的特定計(jì)量,但是可以對(duì)廢氣當(dāng)中的揮發(fā)性有機(jī)物總量進(jìn)行監(jiān)測(cè),在不區(qū)分具體種類的揮發(fā)性有機(jī)物總量超標(biāo)之后進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。這類儀器的成本相對(duì)前面一種更低,運(yùn)行速度更快,可以進(jìn)行快速響應(yīng)下的應(yīng)急監(jiān)測(cè),對(duì)于只需要明確是否超標(biāo)、不需要詳細(xì)數(shù)據(jù)的應(yīng)急監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)是很好的選擇。
(3)傅里葉變換-紅外光譜類別的檢測(cè)儀。這類檢測(cè)儀相對(duì)于上述幾種檢測(cè)儀器來(lái)說(shuō),可以檢查的揮發(fā)性有機(jī)物數(shù)量更多,反應(yīng)靈敏,出數(shù)據(jù)的速度更快,非常適合現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速應(yīng)急抽測(cè)使用。但是這類儀器的最大缺點(diǎn)就是靈敏度遠(yuǎn)不如氣相色譜法相關(guān)儀器,同時(shí)配件的維護(hù)成本比上述設(shè)備的成本更高,所以目前應(yīng)用較少。
(4)質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)——飛行時(shí)間質(zhì)譜類儀器(PTR-TOFMS)。這類設(shè)備主要是把質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)器和飛行時(shí)間質(zhì)譜進(jìn)行了合并,是當(dāng)前進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)儀器里面最頂級(jí)的一個(gè)類別。這種儀器可以直接進(jìn)行在線化學(xué)分析,直接對(duì)固定源揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)測(cè)。但是由于其造價(jià)十分高昂,因此更多的是出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室而不是一線監(jiān)測(cè)部門。
(5)便攜式檢測(cè)儀器。這類分析儀器的應(yīng)用環(huán)境是應(yīng)急監(jiān)測(cè)以及污染源追蹤檢測(cè),或者是相關(guān)執(zhí)法部門進(jìn)行隨機(jī)抽查檢測(cè)等等。環(huán)保部門選擇這種檢測(cè)儀器更加方便快捷,可以及時(shí)獲取相關(guān)數(shù)據(jù),以及當(dāng)場(chǎng)獲取執(zhí)法相關(guān)的數(shù)據(jù)。但是這種儀器的最大缺點(diǎn)是對(duì)于數(shù)據(jù)精度處理不足,更加詳細(xì)的檢測(cè)報(bào)告必須要結(jié)合其他手段才可以獲得。因此只能用于大概估計(jì)數(shù)值范圍,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)有粗略了解使用。
在當(dāng)前的情況下?lián)]發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是導(dǎo)致我們國(guó)家大部分城市的霧霾以及光化學(xué)煙霧的關(guān)鍵因素之一。揮發(fā)性有機(jī)物是PM2.5以及臭氧形成的關(guān)鍵前置物質(zhì),并且近些年來(lái)?yè)]發(fā)性有機(jī)物的污染呈現(xiàn)出日益嚴(yán)峻的形勢(shì),對(duì)我們國(guó)家的大氣環(huán)境影響也日益突出。因此,改善環(huán)境空氣質(zhì)量的首要任務(wù)就是改善揮發(fā)性有機(jī)物的排放情況。我們可以預(yù)見(jiàn),在面對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的排放監(jiān)測(cè)問(wèn)題的時(shí)候,綜合利用手工監(jiān)測(cè)+在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)才是最好的方案。我們要善于利用線上線下的監(jiān)測(cè)手段,準(zhǔn)確發(fā)揮出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以其各自的特點(diǎn),保證數(shù)據(jù)本身的代表性和完整性,這樣才能為固定源揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)管工作提供最為有力的數(shù)據(jù)支持和輔助。