測定環境空氣中揮發性有機物的方法研究

李鍔彬

摘 要：一直以來，環境空氣中揮發性有機物測定都是國內外高度關注的一個課題。簡要介紹了環境空氣中揮發性有機物的測定方法，以期為相關部門日后的工作提供參考和借鑒。

關鍵詞：空氣；揮發性有機物；測定方法；環境污染

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.118

污染大氣環境的主要物質是空氣中的揮發性有機物（VOCs）。這類有機化合物不但會產生光化學煙霧，還有一定的毒性。此外，VOCs的成分組合比較復雜，會嚴重影響人們的身體健康，致癌率極高。隨著人們生活水平的提高和環保意識的增強，環境空氣中揮發性有機物的測定工作受到了人們的高度重視，成為了國內外非常重要的研究課題之一。

1 測定環境空氣中揮發性有機物的意義

氧烴、烴類、低沸點的多環芳烴類、含鹵烴類等都是VOCs的主要成分，它們一般存在于室內和室外空氣中。這些成分彼此融合會產生具有污染性的有機物，而且還會在空氣中發生光化學反應，產生臭氧，影響環境空氣質量。由實際情況可知，各種化工原料的使用、汽車美容行業、家具行業和印刷行業、汽車尾氣排放等都是VOCs的主要來源。同時，各種芳香劑、化妝品、除臭劑和洗滌劑等被大量應用在家庭生活中。這些東西有一部分會在降解過程中釋放出低分子化合物，另一部分則會直接向空氣中揮發出有機物，最終對空氣造成不同程度的污染。VOCs的組成成分極其復雜，并且具有刺激性和毒性，人在吸入之后容易出現頭暈、嘔吐、乏力和胸悶等癥狀，嚴重時還會引發癌癥。這是影響人們身體健康的主要原因之一。為此，加強對VOCs的監測和控制具有非常重要的現實意義。

2 國內外相關測定現狀、方法和發展趨勢

2.1 國內外相關測定方法探析

當前，我國測定環境空氣中揮發性有機物的方法主要有以下幾種：①《環境空氣苯系物的測定 活性碳吸附/二硫化碳解吸—氣相色譜法》（HJ 584—2010）。這種方法是通過活性碳管采樣后，使用二氧化硫解吸，用GC—FID分析。②《環境空氣苯系物的測定 固體吸附/熱脫附—氣相色譜法》（HJ 583—2010）。這種方法是通過吸附劑采樣后，使用熱脫附儀脫附，用GC—FID分析。③《環境空氣揮發性有機物的測定 吸附管采樣—熱脫附 氣相色譜—質譜法》（HJ 644—2013）。這種方法同樣是使用吸附劑采樣后使用熱脫附儀脫附，用GC—MS分析。④《環境空氣 揮發性有機物的測定 罐采樣 氣相色譜—質譜法》（HJ 759—2015）。這種方法是使用蘇碼罐采樣后，經冷阱預濃縮，再用熱脫附，用GC-MS分析。

在美國，測定環境空氣中VOCs的方法主要包括TO—1、TO—2、TO—14、TO—15和TO—17等幾種。其中，TO—1屬于Tenax吸附管/熱脫附/GC—MS方法。在測定過程中，沸點在80～200 ℃的非極性有機物都是其主要的目標化合物。應用這種方法可以驗證包括苯系物在內的19種VOCs。TO—2屬于碳分子篩/熱脫附/GC—MS法。在測定過程中，沸點在15～120 ℃的非極性、非活性有機物都是其主要的目標化合物。應用這種方法可以驗證包括氯乙烯在內的11種VOCs。TO—14屬于SUMMA罐/凍預濃縮/GC法。在測定過程中，二氟二氯甲烷等42種VOCs都是其主要的目標化合物。TO—15屬于SUMMA罐/冷凍預濃縮/GC—MS法。在測定過程，有97種VOCs都是其主要的目標化合物。TO—17屬于固體吸附/熱脫附/GC—MS法。這種方法需要檢測者根據目標化合物的不同選擇正確的吸附劑來測定。

2.2 VOCs的樣品采集方法和處理

在測定VOCs時，首要任務是采集VOCs樣品。因為空氣中的VOCs含量低、成分組成復雜且容易揮發，所以，要選用正確的采集方式。因為采集方式會直接影響測定結果。一般來說，環境空氣中VOCs的樣品采集方法可以分為直接采樣法和富集（濃縮）采樣法2種。直接采樣法包括注射器采樣、氣袋采樣和蘇碼罐采樣等，它一般適用于被測組分濃度高的目標物；富集采樣法包括溶液吸收法、填充柱阻留法、自然沉積法和靜電沉積法等，它一般適用于被測組分濃度較低的目標物。此外，VOCs樣品的前處理工作是極其關鍵和重要的。經常使用的處理方法是溶劑解析法、熱解析法、低溫預濃縮等幾種。傳統溶劑解析法的優點是：所需儀器比較少，試驗成本比較低，并且樣品可重復分析；缺點是：靈敏性較低，需要手工解析樣品。但是，手工操作和溶劑都會使結果產生一定的誤差，而且溶劑一般都有毒性，會影響試驗人員的身體健康。熱解析法的優點是：具有很高的靈敏度，可以避免溶劑對測量分析結果的干擾；缺點是：試驗成本比較高，且為一次性進樣，樣品不能重復分析。低溫預濃縮法的優點是：靈敏度比較高，樣品采集方便，大多數VOCs能被穩定保存且保存時間比較長；缺點是：所需設備多且比較昂貴，試驗成本高，采集高濃度樣品后洗凈時比較麻煩。

2.3 環境空氣中VOCs的分析方法

環境空氣中VOCs的分析方法是該領域的重點研究對象之一。環境空氣中VOCs分析方法主要包括氣相色譜法（GC）、氣相色譜—質譜法（GC—MS）、高效液相色譜法（HPLC）、膜導入質譜法和熒光分光光度法等。其中，氣相色譜法（GC）和氣相色譜—質譜法（GC—MS）的應用最廣泛。在近20年里，氣相色譜法是發展最快的一種有效分離方法，它具有靈敏度高、選擇性高、效能高和分離迅速等優點。特別是在異構體和多組分混合物中的定性和定量分析中，氣相色譜法更具價值，所以，其應用范圍也越來越廣。質譜檢測器（MS）、電子捕獲檢測器（ECD）、火焰電離檢測器（FPD）、火焰離子化檢測器（FID）等都是氣相色譜分析過程中主要應用的檢測器。

近幾年來，氣質聯機技術越來越完善，它主要是利用質譜法，針對化合物精準的鑒定能力和對混合物的高效分離能力而開發出的一種測定分析方法。與氣相色譜法對比，GC—MS法不僅具有較強的定性能力和高效的分離能力，而且分析范圍廣，還具有比GC更高的靈敏性，同時，在日常應用中，還可以不使用色譜檢測器。為此，GC—MS聯用技術已經成為了檢測衡量物質的主要方法。

2.4 環境空氣中VOCs的在線監測技術

在測量VOCs時，因為GC或GC—MS的測量精確性比較高，所以，它們發揮著非常重要的作用，但同時也存在不足——分析監測具有一定的滯后性。對于比較復雜的樣品來說，在處理過程中，耗時耗力，還需要使用大量的溶劑和樣品。在取樣、運輸、儲存樣品的過程中，也有可能發生損失或導致交樣品被污染。這些因素都會對監測結果造成一定的影響。在現代環境監測工作中，要盡快獲取監測數據結果和相關信息，以便及時采取相應的措施。因此，不斷完善空氣中VOCs的在線監測技術是非常重要的。

近年來，隨著人們對VOCs在線監測方法的進一步研究，提出了質子轉移反應質譜、飛行時間質譜、膜萃取氣相色譜等技術。從目前情況看，已經開發的一些在線監測儀器因為體積大、價格高、后期維護難度大等原因很難被推廣。在眾多VOCs在線監測技術中，調諧激光吸收光譜在線監測技術憑借其優點和巨大的發展潛力被廣泛應用。但是，因為相關技術還未完善，存在一定的局限性，所以，目前還是試驗階段。隨著技術的不斷進步，調諧激光吸收光譜技術的相關技術也會得到完善，并在日后監測工作中發揮更加重要的作用。

3 適合我國的測定方法探究

由我國的實際情況可知，GC和GC—MS是實驗室階段使用率比較高的測定儀器，它能夠測定大多數VOCs。固體吸附/熱脫附/GC或GC—MS方法E26-273，罐采樣/冷凍，預濃縮/GC或GC—MS方法[2s-31]的可行性和推廣度都很高。這兩種方法主要是富集空氣中低濃度的VOCs，使其達到GC或GC—MS能定量檢測的含量范圍后再測定目標化合物。從原理上看，罐采樣/冷凍預濃縮方法在富集效果和采集方便性方面都更勝一籌，但是，其價格高，需要使用液氮。在條件符合要求的地區，可以使用這種方法測定VOCs。

4 結束語

隨著經濟技術和科學技術的發展，VOCs監測技術被廣泛應用。本文簡要闡述了VOCs測定方法，希望能夠為日后的空氣監測工作提供幫助，為環保事業貢獻一份力量。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕