大氣中揮發性有機物監測技術與控制現狀研究

杜微，王姣，孫亞琴

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大氣中揮發性有機物監測技術與控制現狀研究

杜微，王姣，孫亞琴

（陜西華信檢測技術有限公司，陜西 西安 710077）

講述了揮發性有機物的來源及危害，介紹了常見的揮發性有機物的監測方法以及我國現有的揮發性有機物（VOCs）監測與控制相關的研究現狀，闡述了環境空氣中VOCs和污染源VOCs排放的監測情況，指出了我國在開展環境空氣中的VOCs的監測方面需要解決的一些問題，應盡快建立VOCs監測方法標準體系。

揮發性有機物；環境監測技術；大氣污染；VOCs監測

1 揮發性有機物的來源及危害

揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指熔點低于室溫、沸點范圍在50～260 ℃的揮發性有機物的總稱。其中包括了烷烴、烯烴、芳香燼一些物質的非甲烷碳氫化合物（NMHCs），醛、酮、醇、醚等的含氧有機化合物（OVOCs），鹵代烴、含氮化合物、含硫化合物等幾大類。揮發性有機物主要有兩大來源：①人為排放和自然排放。其中，化工生產和汽車的尾氣排放又是造成揮發性有機物來源的主要人為因素和自然因素。②苯系物和氯代燼等揮發性有機物，根據相關數據可得知有部分地區空氣沒揮發性有機物就多達60多種。這些揮發性有機物對人們的身體健康和生態環境都有著很大的損害。

VOCs是造成PM2.5和O3產生的直接因素之一，引起了社會各界的廣泛關注，也成為了國內外生態環境領域專家學者研究的重點難點之一。根據環保部公布的中國環境質量狀況公報的數據可知，在74個率先實施新標準的城市中，發現影響其環境質量的是以PM2.5為首的污染物，這些城市的超標天數中是因為PM2.5影響的比例達到了62.7%，而以O3為首要的污染物的比例也達24.9%，遠遠超過了其他影響空氣質量的污染物所占的比例。目前，PM2.5和O3已經成為影響我國各城市空氣質量的最關鍵因素。同時，O3也是眾多發達國家影響空氣質量的首要污染物，就美國EPA公布的2015年美國空氣質量現狀和趨勢顯示，2015年全美國各點位O3的8 h平均濃度為67 ppb，有超過10%的站點O3濃度仍然無法達到美國環境空氣質量標準要求（75 ppb）。

2 揮發性有機物的監測技術

2.1 氣相色譜法

在實際測量過程中，氣相色譜法可以精準地測量出空氣中揮發有機物的含量。氣相色譜法測量主要分兩個階段進行，分別是樣品采集階段和樣品的測定階段。樣品采集主要是通過吸附管收集一定數量的空氣，吸附劑在實際應用中可以把空氣中的揮發性有機物保留下來。樣品的監測會提高吸附管的溫度，這樣有機物會逐漸解吸，進入到氣相色譜儀器中，再對氣相色譜儀進行監測。

氣相色譜法在實際應用中需要較長的時間來完成，具有滯后性。此外，氣相色譜法所使用的范圍也有一定的局限性，樣品采集的過程也相當復雜，且監測的過程中要用到很多化學藥品和試劑，需要耗費很大的成本。隨著科學技術的不斷發展，新的監測技術快速發展并廣泛應用，近年來，在線氣相色譜法在揮發性有機物監測中的使用越來越多，提高了監測的效率和監測的準確性。

2.2 揮發性有機物在線監測技術

2.2.1 在線氣相色譜監測技術

在線氣相色譜監測技術不需要利用吸附管來吸附空氣、采集監測樣本，而是通過環路或濃縮罐讓空氣在微壓力的狀態下注入到試管中，從而收集到監測樣本在預濃縮管中收集的樣本，短期內就能夠有效地提升空氣溫度，大大提高了脫附操作的效率。此外，空氣進入到預縮管內可以直接進入到分離柱里，由于分離柱中是含有雙色譜的，因此，空氣分離的效率能夠大幅度提高，且可以根據不同沸點的差異性對氣體進行分離處理。

2.2.2 TOFMS技術

TOFMS技術又被稱為飛行時間質譜分析法，其主要是利用質子和電荷的不同，控制電場的影響，進而對離子在電場內的運動時間進行統計，分析其統計的結果。TOFMS技術對空氣中揮發性有機物的監測可以在短期內完成，甚至整個監測的過程可以控制在幾分鐘內，且能得到一個準確的監測結果，大大地提高了監測的效益。但TOFMS技術也有其自身的局限性，它會受到干擾離子的影響，進而導致形成的質譜圖具有一定的復雜性，增加了監測人員的工作難度。

2.2.3 PTR-MS技術

PTR-MS技術是利用電離和流動漂浮模型對空氣內的揮發性有機物進行監測。PTR-MS技術在實際應用中優勢是靈敏度高、監測時間較短、監測結果清晰度高，最為關鍵的就是能夠不斷簡化對監測樣本采集、處理的過程，因此，整個監測并不會受到空氣內其他物質所造成的干擾。PTR-MS技術能夠對汽車尾氣進行精準的監測，我國環境領域的空氣質量研究專家開始利用PTR-MS技術對空氣中揮發性有機物進行系統研究。

3 我國環境空氣中VOCs監測情況

近年來，部分地區環保部門、科研機構和高等院校研究顯示，不同區域VOCs種類和組成雖然存在一定的差異，但是烷烴、芳香烴、鹵代烴、烯烴、炔烴、醛類、酮類在各地是普遍存在的VOCs，而且各類VOCs中對O3產生影響較大的主要是芳香烴和烯烴。其中在上海監測到的VOCs包括丁烷、丙烷、乙烷、苯系物、2-甲基戊烷、1，2-二氯乙烷等，其濃度水平在1.10～8.41ppb之間；在北京監測到的VOCs包括乙炔、乙烷、丙烷、苯系物、乙烯、正/異丁烷、異戊烷等，其濃度水平在1.12～5.25 ppb之間。中國環境監測總站大氣監測實驗室對環境空氣中的VOCs等56種O3前體物，28種鹵代烴和15種含氧揮發性有機物進行監測，根據監測結果顯示試驗點周圍環境空氣中濃度較高的VOCs主要包括乙烷、正丁烷、丙酮、乙烯、丙烷、甲苯、苯、乙炔、異戊烷、間/對二甲苯等，且試驗期間環境空氣中部分揮發性有機物濃度在0.82～6.94 ppb之間。

4 我國污染源VOCs排放監測情況

國家環境監測總站對江蘇、廣東、重慶、浙江、山西等26個地區的化工、通信設備和其他電子設備制造、醫藥制造、交通運輸設備制造、石油加工與煉焦等28個行業進行的VOCs監測數據統計顯示，其中，90家企業苯濃度范圍介于0.001 5～10.6 mg/m3，有95家企業甲苯濃度范圍在0.001～38.5 mg/m3，有73家企業二甲苯濃度范圍為0.001 5～55.9 mg/m3，都控制在執行的排放限值下；而164家企業非甲烷總烴濃度范圍為0.03～4 390 mg/m3，其中，3家企業濃度超過120 mg/m3的濃度限值，分別為232 mg/m3、811 mg/m3和4 390 mg/m3。在廢氣排放方面，18家企業苯濃度范圍為0.000 25～0.15 mg/m3，20家企業甲苯濃度范圍為0.000 25～0.166 mg/m3，12家企業二甲苯濃度范圍為0.000 25～0.019 9 mg/m3，35家企業非甲烷總烴濃度范圍為0.02～2.86 mg/m3，都控制在執行的排放限值下。

5 結束語

總而言之，我國光化學煙霧污染問題日益突出，目前的研究性監測結果顯示各地檢出的VOCs主要包括烷烴、芳香烴、鹵代烴、烯烴、炔烴、醛類、酮類等，其濃度水平一般低于10 ppb。但是要具體考慮到各地VOCs的污染存在差異性，所以，各地應針對實際情況制訂出優先控制VOCs清單并開展例行監測，要具體問題具體分析。國家重點監控污染源的VOCs排放監測結果表明，大部分國控重點污染源其VOCs排放濃度達到了國家相關標準要求。在監測方法標準方面，亟需制訂我國環境空氣中VOCs以及污染源排放VOCs的在線監測方法標準，同時，配套加快VOCs標準樣品研究和VOCs監測質控技術規范研究，不斷加強對VOCs監測的質量控制，提高監測效率的同時保證監測的效益，為VOCs污染控制提供有力的技術支撐。

［1］胡冠九.淺談環境有機污染物監測發展趨勢［J］.環境監測管理與技術，2010（03）：18-21.

［2］2015年中國環境狀況公報［EB/OL］.http：//www.mep.gov.cn/hjzl/zghjzkgb/lnzghjzkgb/201606/P020160602333160471955.pdf

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2095－6835（2018）18－0018－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.018

〔編輯：張思楠〕