环境空气中挥发性有机物监测技术

欧伟强

广东建研环境监测股份有限公司，广东省广州市 510520

摘要：伴随着经济的发展，带来了一系列的环境问题，使得空气污染物的含量也随之增加，尤其是空气污染物中的挥发性有机物，这在一定程度上也威胁着人们的身体健康。本文基于挥发性有机物的采集方法及分析检测方法，进而提出了在进行挥发性有机物检测过程中应当注意的事项，以加强对其的控制力度。

关键词：环境空气；挥发性有机物；监测

引言

挥发性有机物（VOCs）不但能参与光化学反应，产生O₃等，导致空气质量变差，造成光化学烟雾，也能破坏O₃层，产生温室效应等从而危害环境，同时，还具有毒性导致人体中毒，引发疾病，还能致畸，致癌对人体产生危害。我国2010年6月《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》，将VOCs列为重点控制的四项大气污染物之一开始，逐年加大对VOCs的监管力度。2017年9月六部委《“十三五”挥发性污染防治工作方案》到2020年，建立健全已改善环境空气质量为核心的VOCs污染防治管理体系，实施重点地区、重点行业VOCs污染减排，排放总量下降10%以上。生态环境部《2019年在地级及以上城市环境空气挥发性有机物监测》鼓励有条件的城市开展自动监测。

1挥发性有机物的来源及危害

随着我国经济的稳步、健康发展,城市化进程以及工业化进程也在不断加速,环境空气中挥发性有机物污染问题也日益突出,得到广泛重视。挥发性有机物(VOCs)成分复杂,涉及非甲烷烃类(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等)、含氧有机物(醛、酮、醇、醚等)以及含氯、含氮、含硫有机物等。VOCs主要来自工业源和生活源。根据《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》(公告2013年第31号),工业源主要含石油炼制与石油化工、煤炭加工与转化等含非甲烷总烃原料的生产行业,油类(燃油、溶剂等)储存、运输和销售过程,涂料、油墨、胶粘剂、农药等以非甲烷总烃为原料的生产行业,涂装、印刷、粘合、工业清洗等含非甲烷总烃产品的使用过程;生活源主要含建筑装饰装修、餐饮服务和服装干洗。VOCs的危害主要有3个方面:(1)VOCs中部分物质有毒有害,当环境中的VOCs浓度达到一定程度时,短期内人会感到头疼、恶心、呕吐、乏力等,严重情况下还会出现抽搐、昏迷,同时会伤害到人的肝、肾、大脑以及神经系统,对记忆力造成下降等严重后果;(2)VOCs中一些物种具有较强的光化学反应活性,是造成臭氧污染的重要前体物;(3)VOCs参与光化学反应的产物是细颗粒物中的重要组分,也是导致灰霾天气的重要前体物。

2环境空气中挥发性有机物监测技术

2.1吸附管采样－热脱附/气相色谱－质谱法

对于特定的化合物类型，可以采用吸附管采样－热脱附/气相色谱－质谱法，比如HJ644－2013、TO－17采用吸附管采集环境空气样品，热脱附解吸经气相色谱分离后，质谱检测器分析卤代烃、苯系物和氯苯类35种挥发性有机物，不需要液氮制冷，操作相对简单，成本低，采样选择性强，可以采集大体积样品，改变吸收剂，可以选择采集时间不同的组分，样品保存长。但是吸附管采样不能同时采集性质差异较大的组分，特别是对挥发性较强的组分比如低碳，C3以下的组分吸附能力很弱，但是据文献报道C2化合物乙烷、乙烯和乙炔3组分占总挥发性有机物的三分之一以上，且乙烯、乙炔的臭氧生成潜势系数高，对臭氧生成贡献大，因此这种方法对环境空气VOCs的监测比较受限；另外对于高浓度样品存在穿透的可能，需要串联采样；对于吸附柱则存在中毒的可能。

2.2气相色谱中质谱法

气相谱法中质谱法主要是用于对未知气体进行定性及定量分析和处理，它主要对样本所含成分、种类及含量进行检测和分析，进而获取有效的样本数据，但是选用这种检测方法在采样及运输过程中会有一定的难度。除此之外，在对样本进行预处理时，尤其是成分较为复杂的样本，在消耗大量人力、物力的同时，还会消耗大量溶剂，并且在进行检测时，其还具有滞后性。在采用气相色谱中质谱法进行样本检测时，一定要尽可能地避免影响最终数据的影响因素，进而提高检测数据的准确性，提高检测质量。

2.3富集

进行大气挥发性有机物监测，需要掌握挥发性有机物空间浓度、组分情况，从目前收集的数据发现，大气中挥发性有机物组分在10^-2-10² ug/m³，在此基础上对大气挥发性有机物进行监测，组分富集，根据工作需要还需要适当的筛选样品。富集工作需要完成样品气体定性定量采集，储存与富集在容器中，并对挥发性有机物进行固定处置，气体样品采集工作结束后，需要加热容器使富集的挥发性有机物随惰性气体一并载入气相色谱柱内，进行检测。目前，我国常采用固体吸附剂富集以及超低温富集两种方法。超低温富集采用电制冷的方式处理空管气体，将管内的温度降至-120℃以下，气体中挥发性有机物流经空管后，便会受到低温的影响，从而冷凝在空管的管壁上，虽然分析组分多，但是并不会出现固体吸附剂失效等问题，因此方法使用的时间较长。固体吸附剂富集大气中的挥发性有机物会使用固体吸附剂进行低温处理，但是低温的下界值在-45℃以下。固体富集保持了吸附剂的选择能力，并且空气中的水分对其干扰影响力小，为此不会因为空气水蒸气影响到气体检测结果。

2.4监测VOCs

在监测大气环境中的VOCs时，可以采取臭氧污染成因诊断分析与评价、严重程度及效应分析、源头识别与评价等一系列活动来明确VOCs评价与分析所需的关键信息，这些都是对大气环境中污染问题进行评价与分析的重要依据。比如，在对某一工业园区内的大气环境中的VOCs进行监测时，可以通过对园区厂界的VOCs浓度进行分析，结合VOCs排放的相关规律与状况等，为监管该区域的VOCs提供可靠的数据支持。在实际监测VOCs的过程中，可以灵活选择光谱技术、质谱技术、传感器技术、色谱技术等多种监测技术，确保可以有效提高VOCs监测的质量。

2.5VOCs销毁技术

该种防治技术主要是对那些没有回收价值的VOCs进行处理，常见以下几种方法：①基于催化剂的燃烧销毁技术。该技术借助催化剂，在低温条件下对VOCs进行氧化分解并获取纯净的气体。该种销毁技术适用于高温或者可燃的VOCs处理中，具有安全系数高、操作简便、消耗能量低等优势。要想保证含有VOCs的待处理气体中不包含对掺杂时催化剂反应产生影响的杂质，就必须要提前处理待处理的气体，这是这种销毁技术的劣势。比如，如果废气中含有比较多的硫化物，那么就不适合应用该种销毁技术进行处理[3]。②基于高温的焚烧技术。该种焚烧技术主要适用于处理那些具有复杂成分的VOCs气体，可以直接利用焚烧炉进行焚烧，或者借助蓄热式或对流转换式的焚烧炉对废气进行处理。③生物氧化技术。主要是借助微生物的新陈代谢作用来分解与使用VOCs，将它们最终转变成对大气无害的水和二氧化碳。该种技术主要适用于对某些特定种类的VOCs进行降解，对于那些对生物菌具有较高生存要求的操作，则不适合应用该种处理技术。

结语

采用有效的方法监测环境空气中的挥发性有机物具有十分重要的现实意义。通过以上讨论可以看出，目前监测环境空气中挥发性有机物的方法较多，在实际的操作过程中，应根据需要选择合适的监测挥发性有机物的方法，从而提高数据的准确性，对控分析挥发性有机物的来源和控制其总量提供技术支持。

参考文献

[1]杨栋.长治市主城区环境空气臭氧污染较重时期VOCs污染特征分析[J].山西化工,2020,40(02):120-122+128.

[2] 付星,赵菊芳.空气中挥发性有机物监测技术探讨[J].环境与发展,2019,31(05):169-170.

[3] 吕康乐,付宁,宋俊密,常璐,王文路.空气中挥发性有机物环境监测研究进展[J].甘肃科技,2012,28(06):42-45+6.