大氣中揮發性有機物與非甲烷總烴的定量比較

李明芳

摘 要：在日常的監測和監管中，常用非甲烷總烴作為監測因子來評價揮發性有機物，而文獻中對非甲總烴與揮發性有機物的定量關系的研究相對較少，該文首先給出了揮發性有機物與非甲烷總烴的定義，發現二者與檢測方法密切相關，由于揮發性有機物的種類較復雜，各行業之間的排放化合物種類多，差別大，對于只含有碳氫元素的烴類化合物可以用非甲烷總烴作為監測因子來評價揮發性有機物，而非甲烷總烴分析方法對大多數含氧化合物測定值都要比實際值低，因此實際采用非甲烷總烴指標作為揮發性有機物總量控制時，應掌握其類型、種類，當揮發性有機物主要為含氧化合物等時，應對測定值進行一定的修正。

關鍵詞：非甲烷總烴；揮發性有機物；定量關系

中圖分類號：X511 文獻標志碼：A

0 引言

隨著我國城市化進程的加快，大氣中揮發性有機物（VOCs）的污染問題也日益突出，在我國長三角、珠三角、京津冀等地區高濃度的VOCs已經成為空氣污染問題的重要環境影響因子之一，對公眾健康和生態環境帶來了巨大危害，對區域環境空氣質量造成了重大影響。而另一反面，由于VOCs種類較多，測量過程較為復雜，測量成本高等，較難普及對VOCs總和的測試，在日常的監測和監管中，常用非甲烷總烴作為監測因子來評價VOCs，而文獻中對非甲總烴與揮發性有機物的定量關系的研究相對較少，該文將結合已有的研究，對環境空氣中，揮發性有機物與非甲烷總烴的定量關系做詳細的論述。

1 非甲烷總烴與揮發性有機物的定義

非甲烷總烴按照《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》（HJ38—2017）、《環境空氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》（HJ604—2017）對于總烴與非甲烷總烴的定義均是在標準規定的測定條件下，在氣相色譜儀的氫火焰離子化檢測器（FID）上有響應的氣態有機化合物的總和，從總烴中扣除甲烷以后其他氣態有機化合物的總和即為非甲烷總烴。

揮發性有機物定義相對較復雜，根據世界衛生組織（WTO，1989）對揮發性有機物的定義為：熔點低于室溫而沸點在50 ℃～260 ℃的揮發性有機化合物的總稱，美國聯邦環保署EPA將VOCs定義為： 室內常溫常壓下即可揮發的有機化合物，在我國的《合成革與人造革工業污染物排放標準》（GB21902—2008）中揮發性有機化合物是指常壓下沸點低于250 ℃，或者能夠以氣態分子的形態排放到空氣中的所有有機化合物（不包括甲烷），在《石油煉制工業污染物排放標準》（GB31570—2015）中揮發性有機物是指參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據規定的方法測量或核算確定的有機化合物。

2 氫火焰離子化檢測器對不同類型揮發性有機物的響應

從定義可以看出，VOCs與非甲烷總烴化合物都是指在常溫下易揮發性的有機物，但是二者都與檢測方法密切相關，其中非甲烷總烴定義中給出了是在FID檢測器上有響應的氣態有機化合物，而VOCs一般是指在規定的監測方法下測量或核算確定的有機化合物。從FID離子化機理中可知，有機化合物的碳原子在氫火焰形成CHO+是FID產生信號的主要原因，因此單位質量中有機化合物含碳原子數目的多少是決定該有機化合物響應值大小的主要原因，同時不同組成，不同結構的化合物也會影響有機化合物中碳原子形成CHO+的效率，即在有機化合物含碳數相同的條件下，它們的響應值也可能不同，象范國梁等在對FID檢測器校正因子的理論計算中發現，對與烴類化合物包括烷烴、烯烴、芳香烴等即對只與碳氫元素相連的碳原子其相對離子化效率為100 %，也就是幾乎所有的碳原子在FID檢測器上都會有響應，而對于一些羥基、羰基、羧基、酯類化合物而言，其相對離子化效率要小于100 %，當碳氧以單鍵相連時，仍有部分碳可形成CHO+，當是碳氧雙鍵相連時，碳原子幾乎不能形成CHO+，其結果就是FID檢測器對含氧類揮發性有機物的響應要比烴類化合物的小，且其響應值大小按照烴類化合物>羥基化合物>羥基化合物>羰基化合物>羧基化合物>酯類合物。他們的理論計算結果被趙秀穎等的實驗所證實。趙秀穎等比較了印刷行業中在采樣點位相同的條件下，分別測量總揮發性有機物與非甲烷總烴，結果發現非甲烷總烴的測量數值要小于總揮發性有機物的測量數值，他們認為這主要是由于揮發性有機物的種類、兩者計算時所選的參比物不同以及檢測器的靈敏度等不同造成的，在印刷行業中其化合物的種類主要是含氧類化合物，這類化合物在氫火焰離子化檢測器（FID）的響應值比較低。

另外非甲烷總烴進行計算時按照標準方法是以碳為參比物進行計算濃度，雖然對于烴類化合物，FID的響應值與化合物中含有碳-氫鍵的個數成正比，但對非烴類化合物，其響應機理比較復雜，由于所含官能團的不同而不同，基本上是只與碳氫元素相連的碳原子能轉化成甲烷，而與雜原子相連的碳原子則有可能轉化成在FID檢測器上沒有響應的一氧化碳等，這也可能造成以非甲烷總烴作為評價因子來評價大氣中揮發性有機物的污染程度時，使其結果偏低。余益軍等通過比較化工園區空氣中非甲烷總烴與揮發性有機物的定量關系，提出了空氣中非甲烷總烴與揮發性有機物的定量關系可以通過有效碳質量濃度建立，即非甲烷總烴有效碳質量濃度與揮發性有機物有效碳質量濃度之和相等。

3 揮發性有機物的檢測方法

在一些行業標準與地方標準中，對VOCs給出的檢測方法是氣相色譜質譜法，利用氣相色譜質譜法可以更好地對VOCs進行定性定量檢測，象《環境空氣 揮發性有機物的測定 罐采樣/氣相色譜-質譜法》（HJ759—2015）等，雖然氣相色譜質譜法可以確定VOCs的種類，特征污染物等，但是目前可以準確定性定量的化合物只有100多種，對于VOCs的很多化合物還不能很好地定性、定量，因此在日常監測、監管過程中研究污染物排放的VOCs的特征污染物時，有必要對VOCs的總量進行一個測試，象非甲烷總烴的測定。

4 結論

通過以上討論可以看出，非甲烷總烴總量的大小主要取決于有機化合物在FID檢測器上響應值的大小，因此在實際工作中，當采用非甲烷總烴指標作為VOCs 監測因子時，應掌握VOC的類型，當VOC主要為含氧化合物時，應對測定值進行一定地修正，同時要積極開發新的檢測方法，以期對揮發性有機物進行更好地掌握與控制。

參考文獻

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