探討室內空氣中VOCs的采樣及檢測方法

梁偉耀

（廣東 佛山 528000）

隨著城市化進程的加快，世界的空氣質量普遍受到了嚴重威脅。整個大氣污染物質體系中，除了煙塵、粉塵、霧、總懸浮顆粒（TSP）等顆粒性污染物外，氣態污染物占重要部分，占全世界每年排入大氣污染物質的75%以上，其中有機污染物占多數，這些帶有異味（臭或香）的氣態污染物會嚴重干擾居民的日常生活，惡化人們的生存環境，而且還會對人體健康和生態環境造成危害。揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指沸點在50～260 ℃之間、室溫下飽和蒸汽壓超過133.322 kPa的易揮發性有機化合物。其主要成分為烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴類及硫烴類、低沸點的多環芳烴類等，是室內外空氣中普遍存在且組成復雜的一類有機污染物。由于VOCs的成分復雜，表現出的毒性、刺激性、致癌作用及特殊氣味能導致人體呈現出種種不適反應，并對人體健康造成較大的影響。

1 空氣中VOCs的采樣方法

空氣中VOCs的采樣主要分主動采樣和被動采樣。在實際工作中，多采用被動采樣，主要有容器捕集法、固體吸附劑法、SPME法。

1.1 容器捕集法

容器捕集法是將內壁經硅烷化處理的不銹鋼罐內部抽成真空后，用減壓或加壓的方式采樣。采集的試樣需再用固體吸附劑吸附（如Tenax）或低溫富集處理，然后導入GC－MS測定。該方法操作繁瑣，富集倍數小，容器對VOCs有吸附，但優點是一份試樣可用作多次分析。Kelly曾用此法研究了有毒VOCs在采樣容器中的穩定性，并對不同的化合物在容器中的穩定性做了總結。EPA曾建立了一個數學模型來預測痕量VOCs在采樣容器中的穩定性。

1.2 固體吸附劑采樣法

用固體吸附劑捕獲空氣中 VOCs也是通常采用的方法之一。吸附劑選擇的一般原則為：①具有較大的比表面積，即具有較大的安全采樣體積；②具有較好的疏水性能，對水的吸附能力低；③容易脫附，分析的物質在吸附劑上不發生化學反應，即只是物理吸附。常見的固體吸附劑采樣法有：Tenax富集采樣法、活性炭吸附溶劑洗脫法、活性炭纖維采樣法和混合吸附劑采樣等方法，在此就不一一敘述。

1.3 固相微萃取法（SPME）

SPME是一項較新的采樣方法，該法操作簡單方便、無需有機溶劑，集采樣、萃取、濃縮和進樣于一體。SPME裝置由萃取頭和手柄兩部分組成。該法的關鍵在于萃取頭，其上1 cm長的融熔石英纖維表面涂有聚合物。常見的萃取頭以聚二甲基硅氧烷（PDMS）為涂層，它對于吸附非極性化合物有非常好的選擇性。以聚丙烯酸酯（PA）為涂層的萃取頭適用于采集極性化合物，主要用于分析有機氯、酚類等。涂層的厚度影響化合物的采集，100μmPDMS 適用于低沸點、易揮發的非極性化合物，7μmPDMS適用于中等揮發、高沸點的非極性化合物，因此對某一種或一類化合物應選用一個合適的萃取頭。采樣時利用手柄將萃取頭推出，使其直接暴露于室內空氣中進行采樣，無需動力；采樣結束后，收回萃取頭即可。分析時，將該裝置直接插入GC進樣口，推出萃取頭，吸附在萃取頭上的有機物就會在進樣口進行熱解吸，隨載氣進入毛細管柱進行測定。由于解吸時沒有溶劑注入，且分析物很快被解吸送入GC柱，所用的毛細管柱可以很短很細，這可加快分析速度，提高檢出限。目前，SPME已廣泛用于環境樣品的分析。

2 揮發性有機污染物分析方法

通常用于分析VOCs的方法有比色管檢測法、氣相色譜法（GC）、高效液相色譜法（HPLC）、氣質聯用（GC－MS）、熒光分光光度法、膜導入質譜法等。其中最常用的是氣相色譜法和氣質聯用。

2.1 比色管檢測法

比色管檢測法是一種簡單實用的檢測技術，由一個充滿顯色物質的玻璃管和一個抽氣采樣泵構成。在檢測時，將玻璃管兩頭折斷，通過采樣泵將室內空氣抽入檢測管，吸入的氣體和顯色物質反應，氣體濃度與顯色長度成正比，從而可以直觀地得到氣體的大致濃度。此方法數據代表性差，目前的檢測范圍不足以覆蓋全部的TVOCs成分。

2.2 氣相色譜法

氣相色譜具有高效能、高選擇性、高靈敏度、速度快和應用范圍廣等特點，尤其對異構體和多組分有機混合物的定性、定量分析更能發揮作用。使用氣相色譜——氫火焰離子化檢測器（FID）對有機污染物進行定性和定量測定是比較成熟的方法之一。

FID是利用氫氣/空氣火焰的熱能和化學能作電離源，使有機物電離，產生微電流而響應的檢測器。它是一種破壞性的質量型檢測器，其響應值取決于單位時間進入檢測器的組分量，其峰高隨著載氣流速的增加而增大，峰面積基本不變。FID對氣體流速、壓力和溫度變化不敏感，它對H2O、O2、N2、CO和CO2等無響應，對幾乎所有的有機化合物均有響應，特別是對烴類靈敏度高，且響應與碳原子數成正比，檢測限達10～12 g/s。

2.3 色質聯用法（GC－MS）

色質聯用法可以測定TVOCs中各種組分的種類和濃度，分析結果準確可靠。缺點是采樣和分析過程復雜，分析時間長，測量成本高。

質譜檢測器（MSD）可對未知化合物進行定性鑒定，還可用于痕量組分的定量分析。MSD由離子源、質量分析器和離子檢測器組成。離子源將待測組分電離成離子，并使這些離子加速和聚焦成離子束。質譜檢測器將不同質荷比的離子分離，經質量分析器分離之后的離子進入離子檢測器，將正負離子流轉變成電信號輸出，MSD的輸出為電壓——質荷比——時間三維圖譜。MSD的定性采用全掃描質譜圖，分子離子峰可確定待測組分的分子量，各碎片離子是該分子的一些組成部分。可采用計算機檢索定性，也可通過圖譜解析定性。MSD定量的基礎是待測組分的峰強與其含量成正比。與氣相色譜法相比，GC－MS法除具有高效分離能力和準確的定性鑒定能力外，還能夠檢測尚未分離的色譜峰，且其靈敏度更高，數據更可靠，在一般應用中可省去其他色譜檢測器。因此，GC－MS聯用技術已逐步成為檢測痕量物質的重要手段。

3 室內空氣VOCs 快速檢測實例

下面以一居民小區中某居室的VOCs污染監測為例，介紹室內空氣中VOCs現場快速檢測的具體實施。

3.1 測試目的

該居室裝修完成時間一個月，裝修程度較高，本次測試將了解室內空氣中 VOCs的濃度及其變化情況，從而為該居室TVOCs 污染評價提供基礎數據。

3.2 測試方法

測試采用PGM－7240VOCs檢測儀現場快速測定法。

3.3 監測實施的步驟

（1）測試點布置。對測試房間（臥室）采用隨機布點的方法布置測試點，房間面積20 m2測試點1個，測試點應離墻壁1 m以上，高度為呼吸帶高度。

（2）儀器參數設置。開始測定前，對儀器工作參數進行設置：預熱時間2 min；開啟自動采集數據功能；數據采集時間間隔30 s。

（3）測定。將儀器固定放置在選好的測試點，開啟儀器，記錄時間，10 min后，停止測定，同時記錄溫度16 ℃，相對濕度20%，大氣壓力102.3 kPa。

（4）測定結果。讀取儀器數據，取10 min測定的平均值為測定結果。經計算，該居室VOCs測定結果為1 260 ppb（此濃度為表觀濃度）。

（5）數據分析。參考國家標準方法與VOCs儀器法測定結果的比值R在1.5～3.5之間，說明該居室TVOCs的實際濃度應為1 890～4 410 μg/m3，與標準限值600 μg/m3比較，可以肯定該居室VOCs濃度超標。

4 結束語

綜上所述，由于劣質的建筑材料和裝修材料流入市場且室內裝修采用了過多的合成材料、涂料引起的VOC超標問題必須引起我們的關注。應盡快指定室內建材VOC的檢測標準和技術規范，堅決杜絕生產和使用VOC超標的劣質材料，不用或少用合成材料或涂料。同時在空調設計中應增大室外新風的流量，降低室內VOC的濃度。

1 田厚軍、楊 廣.揮發性有機化合物（VOCs）采樣方法的研究進展[J].華東昆蟲學報，2008（02）

2 邱建華、吳彩斌.揮發性有機物（VOCs）對室內環境的影響研究[J].閩西職業技術學院學報，2009（01）