環境空氣中揮發性有機物監測技術

穆德松

滄州市渤海新區環境監控中心 河北滄州 061113

1 概述

揮發性有機物是一類有機化學物質的統稱，簡稱為VOCs。世界衛生組織將TVOC定義為熔點低于室溫而沸點在50-260℃之間的揮發性有機化合物的總稱，一般都視為可揮發性有機化合物，測定VOCs含量時，又做了一個限定，即在通常壓力條件下，沸點或初餾點低于或等于250℃的任何有機化合物。各表述的側重點有所不同。如美國的定義，突出必須是“參加大氣光化學反應”，四氯乙烷之類不參加大氣光化學反應的有機化合物則被定義為“豁免化合物”。而WHO的定義強調沸點，未考慮該物質是否參加大氣光化學反應[1]。由于揮發性有機物組成復雜，不同污染源產生的揮發性有機物組分差距較大，因此在國內，各標準、監測規范文件中提出了多個不同概念，例如VOCs-揮發性有機物、TVOC-總揮發性有機物、THC-總烴、非甲烷總烴-NMHC等。一般情況下，評價環境空氣、廢氣污染物時使用揮發性有機物、非甲烷總烴的概念，評價室內環境時使用總揮發性有機物的概念。

2 環境空氣中揮發性有機物監測技術

2.1 氣相色譜法

氣相色譜法（GC）以氣體為流動相，利用不同待測組分在色譜柱種滯留能力不同的特點將組分分離技術，分離后利用不同分析原理的檢測器對組分進行濃度分析。目前，在VOCs在線監測中，最常見的分析檢測器是火焰離子法（FID）和光離子化法（PID）。FID是利用氫氣和空氣的火焰作為離子化能源，使火焰燃燒過程中的含碳有機物離子化。在電場作用下，離子電流信號轉化為色譜峰波形信號。FID對烷烴類有機物能夠高靈敏檢測，具有結構簡單、穩定性好、響應速度快等優點。PID利用紫外光源的能量將有機物電離成正負離子，在電場作用下在兩電極間產生電流，檢測器將電流信號放大并轉換成濃度值。PID裝置體積小，重量輕，可用于氣相色譜的連續在線監測和應急監測。PID對大多數有機化合物都有響應信號，特別是苯、羰基化合物等，具有高穩定性和高靈敏度的優點不同組分的修正值不同廠家的傳感器會存在差異，需要特別修正。FID與PID單獨使用只能檢測揮發性有機物的總量，所以往往需要和色譜（GC）分離單元聯合使用。GC-FID可滿足對于總揮發性有機物和各種組分的濃度測量要求，也是目前技術成熟，應用最廣泛的VOCs監測方案。

2.2 氣相色譜質譜法

對于特定的化合物類型，可以采用氣相色譜-質譜法，比如HJ644-2013、TO-17采用吸附管采集環境空氣樣品，熱脫附解吸經氣相色譜分離后，質譜檢測器分析鹵代烴、苯系物和氯苯類35種揮發性有機物，不需要液氮制冷，操作相對簡單，成本低，采樣選擇性強，可以采集大體積樣品，改變吸收劑，可以選擇采集時間不同的組分，樣品保存長。但是吸附管采樣不能同時采集性質差異較大的組分，特別是對揮發性較強的組分比如低碳，C3以下的組分吸附能力很弱，但是據文獻報道C2化合物乙烷、乙烯和乙炔3組分占總揮發性有機物的三分之一以上，且乙烯、乙炔的臭氧生成潛勢系數高，對臭氧生成貢獻大，因此這種方法對環境空氣VOCs的監測比較受限[2]；另外對于高濃度樣品存在穿透的可能，需要串聯采樣；對于吸附柱則存在中毒的可能。

2.3 在線監測

目前，在線監測的主要方法是非甲烷烴類的監測，一些廠家已經開發出基于色譜法或氣相色譜-質譜法的在線監測儀器。在線監測能夠連續反映排放狀況，且單位樣品監測成本較低，因此廣泛應用于廢水、鍋爐煙氣等方面。對于VOCs在線監測，國家出臺了非甲烷總烴監測儀器的安裝驗收標準，部分省市也出臺了非甲烷總烴監測儀器的監測方法，可用于開展監測活動。對于VOCs子指標的在線監測方法，應努力建立可靠的質量控制指標，以及驗收比對技術規范，實現VOCs的在線監測。

2.4 其他監測技術

除了上述利用氣相色譜法、氣相色譜質譜法監測環境空氣中的VOCs外，還有其他的一些監測方法，如HJ1011-2018利用便攜式傅利葉變換紅外氣體分析儀監測，因其對現場監測條件的要求不高，適用于環境空氣中乙烷、乙烯、丙烯、乙炔、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯等揮發性有機物的監測，但是監測種類不多，且檢出限較高，目前主要用于應急定性和半定量監測[3]。其余監測標準方法：多組分無法同時測定，多針對某一種或幾種污染物進行采樣分析，比如HJ583-2010，HJ584-2010，只能監測幾種常見的苯系物。

3 結語

綜上所述，我國現有的揮發性有機物監測方法標準體系還不完善，亟需制定我國環境空氣中揮發性有機物及污染源排放揮發性有機物的在線監測分析方法標準，同時加快配套質控技術規范研究，加強揮發性有機物標準樣品與前處理技術的研究，以適應污染源廢氣高溫高濕等嚴苛的環境條件。在線方法是質量保證與質量控制的有效手段，在保證時效性與便捷性的同時，還須獲得高質量監測數據，為揮發性有機物污染治理提供有力的技術支撐。