城市大氣中揮發性有機化合物監測技術進展

王文博（包頭市環境監測站內蒙古包頭市014060）

城市大氣中揮發性有機化合物監測技術進展

王文博
（包頭市環境監測站內蒙古包頭市014060）

經濟的快速發展與城市化進程的加快，大氣污染日益嚴重，尤以可揮發有機化合物污染成為最為突出、最緊迫的問題之一。大氣中的揮發性有機化合物的存在對居民身心健康、生存環境所帶來的危害以及次生危害，降低了城市居民生活幸福度，經濟發展的福利受到削弱，如何采取有效措施加強監測技術，提升監測水平，從而為防治揮發性有機化合物污染提供有效數據與技術支持，成為重要的研究課題。

城市大氣；揮發性有機化合物；監測；技術

化工原料的大規模使用，燃料的不完全燃燒等多種因素所產生的大量揮發性有機物，造成大氣污染日益嚴重，對生態環境帶來難以估量的破壞，對居民的身心健康帶來長久負面影響。同時，揮發性有機化合物通常都會伴隨著光化學反應，其產生的二次污染物殺傷力仍不能小覷。如何采用大氣環境在線監測、定量遙感監測等多種手段，對大氣污染進行有效跟蹤，并反饋相關部門及時做好預案，從而降低污染指數，保障居民的正常的生產生活，成為防治大氣污染的重要措施。

1 揮發性有機化合物的基本定義以及影響分析

1.1 揮發性有機化合物的定義與分類

揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）主要包括烴類、氮烴、硫烴以及低沸點的多環芳烴，作為一種有機化合物的統稱，目前上沒有統一的定義。揮發性有機化合物在地球上無處不在，成為二氧化硫、氟利昂等污染物之后受到全世界普遍關注的大氣污染物，有研究資料顯示，甚至在南極的水面與雪面也發現了揮發性有機化合物的存在。揮發性有機化合物依據不同的化學結構，在大氣中的反應活性以及所具有的不同毒性，可以進行以下分類：首先，以不同的化學結構區分，主要包括烷、烯、醇、醚、酸、脂類、炔烴等，大約具有12類物種；其次，以反應活性不同，可以細分為兩類：強光化學氧化物與弱光化學氧化物。強光化學氧化物能夠迅速參與大氣化學過程，而與空氣中的氧化劑發生化學反應而消失，壽命期較短，難以大范圍傳播，主要聚集在污染源的周圍。弱光化學氧化物本身不易產生化學反應，其穩定的特性決定了其能夠長時間存在；最后，依據毒性不同，可以細分為有毒揮發性有機化合物與無毒揮發性有機化合物，其中有毒揮發性有機化合物多為鹵代烴以及苯系物。揮發性有機化合物主要來源可分為人為源以及生物源，人為源所產生于人類活動所產生的不完全燃燒行為以及低沸點物質揮發的散逸行為。

1.2 揮發性有機化合物對人體健康的危害

揮發性有機化合物所具有的低濃度、強活性等特點，具有巨大的危害，若人體長時間在無有效措施保護下與其接觸，通過呼吸道將會導致肺、腎、肝、神經系統、消化系統等多功能臟器的病變。同時，揮發性有機化合物中所具有的有毒物質具有高致癌性、致畸胎性，對人體皮膚、中樞神經系統、腎臟等器官所造成的慢性病變，傷害極大。另外，揮發性有機化合物在進入人體之后，會產生揮發性有機化合物的成癮依賴性，成為導致NBS、SBS的重要原因。揮發性有機化合物所產生的光化學煙霧，對全球變化也帶來顯著影響，與臭氧的結合反應，降低其濃度，加快臭氧層損耗，陽光紫外線直接進入到地球表面，對人體傷害也極為巨大。

2 大氣中的揮發性有機化合物監測技術

2.1 大氣中揮發性有機化合物基于GIS的在線監測技術分析

在線監測體系不僅僅針對于空氣污染，其包含范圍十分廣泛，例如地表水監測、近岸海域監測、環境噪聲監測、污染源監測等多功能監測，成為環境監測體系的重要組成部分。隨著科技的進步與互聯網技術應用的成熟，基于GIS技術的在線大氣監測系統功能更加多元，實現了監測、統計、分析、管理的多項功能，為揮發性有機化合物污染治理提供了重要的數據支持。例如，針對地區污染監測項目進行確定后，結合本地區實際情況，按照環境空氣質量功能區劃分，進行揮發性有機化合物污染的監測，科學設置監測站點，提升監測站點的彼此協同度。同時，系統可自動采集數據，采樣頻率可設置為6次/分，每分鐘所測平均值視為瞬時值，在60分鐘之內瞬時累加所求得的平均值稱之為一次值。另外，系統結合特殊天氣，例如雨雪、強風、冰雹等不同天氣狀況，增加或減少監測頻率，從而提升監測的科學性與完整性。基于GIS的大氣監測系統，所依據互聯網功能、可操作平臺等多種手段，增強了系統應用的人性化，提升系統監測的實效性，對揮發性有機化合物污染的監測具有重要意義。

2.2 揮發性有機化合物的衛星遙感監測技術

衛星遙感監測技術作為大氣環境在線監測體系的重要補充，也是大氣監測立體化監測的重要組成部分。利用衛星遙感監測技術大大提升了城市大氣的監測能力與水平，與多種監測技術相結合，由地面到大氣形成了全方位監測體系，從而使得揮發性有機化合物的監測數據更加權威、全面，對具有針對性的大氣污染防治具有重要意義。目前遙感監測可以細分為衛星遙感監測以及地基遙感監測。衛星遙感監測通過自上而下的監測手段，可分析揮發性有機化合物的主要成分，進一步識別污染來源，例如燃煤散燒、交通揚塵以及城市建設中的混凝土攪拌站等。地基遙感監測是自下而上的監測手段，對污染垂直分布進行監測，所應用到的儀器十分廣泛，常見的包括溫濕廓線儀、激光雷達、太陽輻射儀、濁度計、云高儀、能見度儀等。在2013年我國大范圍霧霾天氣中，就監測出大量含氮有機顆粒物，作為“洛杉磯上世紀光化學煙霧的主要成分之一”，地球衛星遙感技術所能發揮出的巨大實效性正在凸顯。但是，仍需要注意的是，遙感衛星空氣質量監測仍然存在很多不足，雖然對于大氣污染的算法精度在不斷提升，但對于大氣有害氣體以及顆粒物濃度的監測精度仍有待進一步提升，大氣污染的危害性難以加以定量描述，使其在醫學、衛生健康等方面的應用與推廣就受到一定程度上的限制。因此，仍需要進一步完善相關技術。

2.3 揮發性有機化合物的污染源實驗室監測技術

城市空氣中的有機物蒸氣壓較大，具有很多的揮發性，以氣相狀態存在于空氣中，或者存在與微粒表面。對于大范圍的監測技術而言，在定性與定量上存在污染源來源復雜、監測精度等多種問題，采用實驗室污染源監測技術作為一個有效補充，能夠切實增強大氣揮發性有機化合物的立體監測力量。在實際的操作過程中，通過全空氣采樣法、溶劑吸附法、低溫捕集法等常用、有效的采樣方法，能夠獲取揮發性有機化合物污染的第一手準確資料。同時，做好樣品的預處理，常用的方法有固體萃取法、低溫預縮-熱解吸法、預空法、溶劑解吸法等多種手段。在實際的操作過程中，結合各項方法的優缺點靈活運用。而在揮發性有機化合物的監測分析方法中，通過采用氣相色譜法、液相色譜法、熒光光度法、毛細管電泳法等新型技術手段，對揮發性有機化合物進行有效的監測分析。例如，在氣相色譜法的研究分析匯總，其具有分辨率高、分析速度快、進樣量少的多重優勢，從而使其具有了大規模推廣的現實意義。

2.4 質子轉移反應質譜PTR-MS與飛行時間質譜TOF-MS結合應用

PTR-MS作為一種痕量揮發性有機物的在線監測技術，所具有的高靈敏度、時間短、在線采樣無需濃縮等優勢，能把待測大氣直接進樣，將各種VOCs軟電離為單一離子，沒有碎片離子，從而有利于質譜識別，靈敏度可以達到幾十ng。結合TOF-MS技術，充分利用動能相同而質荷比不同的離子在恒定電場中運動，具有質量范圍寬、靈敏度較高、分辨率高、響應速度極快等優點。同時，兩種儀器易加工和小型化，在線監測能力高，其他的諸如選擇性離子流管質譜(SIFT-MS)技術，有效對揮發性有機物質(VOCs)進行即時識別和定量分析。

結語

揮發性有機化合物尚無在定義上作出明確規定，但對其研究由來已久，結合國內國外的多項資料，揮發性有機化合物從不同的化學結構，在大氣中的反應活性以及所具有的不同毒性進行有效的分類，對其監測具有重要的意義，也是實現全天候、立體化監測的必要前提。同時，可揮發有機化合物的污染源較為廣泛，人類不合理的活動是其重要因素，工業的盲目擴張、汽車尾氣的大量排放等多重因素都成為污染的重要來源。采用基于GIS技術的在線監測系統，結合衛星遙感技術以及實驗室污染源分析方式，形成全方位的大氣污染監測體系，提升監測的精度與實效性，從而為揮發性有機化合物污染的控制提供有效的數據與技術支持。參考文獻

楊煥明；空氣中揮發性有機物在線監測技術研究進展[J]；環境保護；《綠色環保建材》，2016(2)