空氣中揮發性有機物監測技術分析

周丹

【摘 要】空氣中的揮發性有機物（VOCs）對人類健康具有較大的威脅，對其進行監測具有重要價值，而這也推動了監測技術的不斷發展。本文主要對空氣中揮發性有機物的監測技術進行了分析探討，以期能夠不斷推動監測技術的發展，提高揮發性有機物的監測質量。

【關鍵詞】揮發性；有機物；監測技術

在空氣中的有機污染很多，而且分為半揮發性和揮發性兩種類型，不論是揮發性還是半揮發性當人體吸入時都會對人體的生理組織造成一定損害，而且容易被人體的皮膚黏膜所吸收，嚴重威脅人類的健康，因而加強對空氣中揮發性有機物的監測，對于控制空氣污染，保護人體健康具有重要價值。

1 空氣中VOCs采集方法

采集空氣中VOCs樣品是測定分析VOCs的第一步。由于空氣中VOCs具有含量低、易揮發、 成分復雜等特點，如何將空氣中的VOCs有效收集起來進行監測，是完成整個VOCs監測的基礎。在目前常見的VOCs監測當中應用的樣品采集方法主要有以下三種方法：

1.1 容器收集法

容器收集采樣是最為簡單的一種方法，用注射器、塑料袋、罐等固定容器直接采取空氣中濃度較高的被測組分，該法通常適用于污染物濃度較高的污染源。塑料袋使用方便、價格便宜，但由于滲透造成的樣品污染和損失較大。玻璃容器采樣體積有限、易碎、清洗困難，樣品氣體在針筒內壁吸附，會造成樣品損失。罐取樣技術目前在國外應用較多，其中Sum- ma罐取樣技術為 USEPA 所采用的標準方法。該方法的技術原理是采用預先抽真空的 Summa 罐采 集空氣樣品，再以冷凝增濃法使得樣品富集，最后以GC-MS 進行定性、定量分析。這種技術的優點在于可避免采用吸附劑的穿漏、分解及解析，不易受樣品滲透或光照引起的化學反應的影響，能夠保持樣品的完整性，具有良好的回收率。因此，污染和吸附損失造成的影響相應減少。

1.2 有動力采樣

有動力采樣分析方法既適用于長期采樣，確定 VOCs的平均濃度； 又適用于短期采樣，確定 VOCs的峰值濃度。它是利用泵抽取一定量的空氣，使其通過吸附管完成采樣過程的，應用范圍廣泛。傳統的采樣方法是利用顆粒態活性炭吸附采樣，但其靈敏度低，只適用于高濃度 VOCs的分析。除了采用活性炭吸附外，也可采用Tenax吸附劑，其廣泛運用在氣體、液體和固體中的可揮發性或半揮發性物質的采集中，但價格昂貴，吸附容量低。因此，以活性炭纖維作為吸附劑的首要有動力采樣方法，通過 ACF 吸附/熱解析 /毛細管電泳法測定了苯、甲苯、對二甲苯、四氯乙烯及苯乙烯，ACF 是一種高效吸附材料，微孔豐富，吸附容量大，且易解吸。

1.3 被動式采樣

被動采樣技術最近逐步用于環境衛生和環保監測中。這種方法在室內空氣的監測當中比較多見，對于室外范圍較大的空氣監測并不適用，對于室內空氣或是個體接觸量檢測來說，由于空氣中所包含的VOCs相對比較集中，在進行采樣時，技術人員將吸附劑通過一定處理直接暴露在空氣當中，然后空氣中的VOCs在流動的過程中會被擴散到吸附劑的周圍，這樣就會被直接吸附到吸附劑裝置上，以此來獲取空氣中的VOCs樣品，以便進行下一步的監測工作。從其監測的步驟中可以看出，主要利用氣體分子本身擴散原理來進行采樣，這種采樣方法對于外界的環境條件要求較高，如果空氣不流通，那么VOCs的分子無法擴散到吸附劑周圍，那么也不能完成采樣工作，其他諸如溫濕度、分析物共存等因素都會影響空氣中VOCs的監測結果。

各種采樣方法在采集空氣中 VOCs 的過程中都存在一定的優缺點。容器收集方法的操作最為簡單，在操作過程中不會出現富集問題，但對于空氣中的VOCs濃度要求較高，否則容器中所裝的樣品有限，也無法進行監測操作。而后面兩種監測方法中都有利用吸附劑的吸附能力進行收集，因而在吸附劑的選擇問題上還是非常謹慎的，而且還可以通過增加吸附劑的方式來增加樣品的濃度，不斷擴大這兩種方法的適用范圍。動力采樣方法主要不適用于長期個體暴露監測及偏遠地區多點采樣； 而被動式采樣雖然可以對這一點進行彌補，但起受外界因素影響約束，直接影響了之后的應用前景。

2 空氣中VOCs 的檢測方法

2.1 氣相色譜-質譜法（GC-MS）

GC-MS是目前檢測 VOCs的常用方法，可以很好地進行未知化合物的定性和定量分析。在這方面，國外的研究較多也較早，也取得了不匪的成績。對絕大多數 VOCs 來說，該方法的檢出限可以達到1～10μg / kg。近年來，國內也有類似研究，有國內的研究學者應用這一監測方法對某油罐區大氣中 VOCs，同樣取得了不錯的結果。但是該方法在取樣、運輸與儲存過程中的樣品損失以及成分間的交叉污染會引起檢測結果的偏差；復雜樣品的預處理耗時費力、消耗溶劑，增加樣品的檢測費用，而且檢測樣品的數目也受到限制； 電子轟擊電離有時會形成多種離子碎片，質譜復雜、分析難度較大。尤其是實驗室分析具有明顯的滯后性，難以滿足實時、自動、連續監測的需要。

目前主要的 VOCs 檢測技術還是色譜技術，但是該技術要求有復雜的采樣和前處理過程，在這些過程中可能發生一些干擾反應并產生各種副產物。在分析過程中，揮發性有機物可能會與其它反應性氣體（ 如臭氧、水、鹵 素、氮的氧化物等） 發生反應，這些反應可能會改變空氣中痕量有機氣體的含量，并產生其它不存在于空氣中的產物。另外，吸附劑可能和被監測的VOCs發生一定的反應，從而將VOCs中和掉或是生成其他的化學產物，這樣就會直接影響VOCs的監測結果準確性，因而要減少這種反應影響，一方面是在選擇吸附劑上選擇與VOCs之間反應較少的吸附劑，另一方面可以通過加裝預柱和冷阱捕集器來將VOCs當中的其他雜質去掉，避免樣品和吸附劑之間發生反應的可能性。

2.2 質子轉移反應質譜

質子轉移反應質譜（PTR-MS） 在線監測法是近年來興起的一種痕量揮發性有機物在線檢測技術，它測量反應時間短、靈敏度高，已經廣泛應用在環境監測領域。它將待測大氣直接進樣，因而測量速度快；質子轉移將各種 VOCs 軟電離為單一離子，沒有碎片離子，易于質譜識別；絕對量測定不需要標定；檢測靈敏度可以達到20ng /m3。但 PTR-MS仍然存在著問題和局限性，主要是質譜掃描，只能通過核質比來區分離子，因而就存在著區分同分異構體有機分子的困難。

3 結語

對于VOCs的監測技術主要集中在分析方法上，如何有效減少VOCs在采樣過程中的揮發，提高樣品提純效率，提高VOCs的檢驗分析技術是監測VOCs的關鍵，也是今后VOCs監測技術研究發展的重要方向，技術人員應該加強對這幾方面的研究，以便不斷提升VOCs的監測質量和水平，在空氣環境控制中發揮更大的作用。

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[責任編輯：張濤]