大氣中揮發性有機物檢測技術研究

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不同的國家對于揮發性有機物的定義存在差異,從定義泛指內容看,一般指常壓常溫條件下,固體與液體有機化合物中隨意散發、自由移動的物質分子,簡稱VOCs,既指有機化合物,也特指其物質分子。比如,與大氣學化學反應的碳水化合物、在初餾與或沸點在250攝氏度以下的有機化合物；再如,二氧化碳分子、一氧化碳分子、碳酸鹽類型的分子等。從當前大氣中揮發性有機物的檢測結果看,主要揮發主體以工業生產排放廢煙氣為主,包括汽車尾氣、光化學煙霧、自然界物質分解等。下面以此為出發點對大氣中揮發性有機物檢測技術進行闡述。

1 揮發性有機物檢測的必要性概述

首先,揮發性有機物會對環境造成直接危害,如在大氣環境條件下,經太陽光照射與熱能影響,會使VOCs與N2O、N2O2發生化光反應,從而生成臭氧,降低空氣質量。同時,揮發性有機物會通過光化學煙霧形式與霧霾形式直接造成環境污染,進一步在雨水作用下破壞生態。其次,在人體可吸入顆粒方面,PM2.5中的揮發性有機物含量約占到20%到40%的比重,一部分PM2.5也由揮發性有機物直接轉化生成,加上PM2.5活性強的特點,易附帶有毒有害物質,從而對人體健康產生嚴重危害。第三,溫室效應中的CO2存在于揮發性有機物之中,加上CO在空氣中與水分子之間的結合生成CO2,由此也加劇了溫室效應,并且間接促成了冰雪消融等生態危機。第四,揮發性有機物本身屬于有毒有害物質,致癌、致畸概率相對較大,對人類的健康繁衍也存在一定的威脅。因此,控制氣體中的揮發性有機物十分必要,而對其檢測及其檢測技術的研究十分關鍵。

2 大氣中揮發性有機物檢測技術要點分析

2.1 樣本采集技術分析 目前對大氣中揮發性有機物檢測技術的應用相對較多,采集方法也根據采集目標與采集方案的設計不同而存在差異。下面結合日常工作經驗,對其中的動力采樣法、被動采樣法、窗口采樣法進行分析。

2.1.1 動力采樣法 該方法適用于大氣中揮發性有機物的平均濃度與峰值濃度檢測。在動力采樣法的初級應用中,主要采用顆粒態活性炭對樣本進行吸附式采集,其靈敏度相對較差,因此,多應用于濃度相對較高的揮發性有機物樣本采集。另一方面,應用Tenax吸附劑,可以適應物質的基本狀態,雖然應用廣泛,但是,其價格相對高昂,吸附容量相對有限,因此,在擴展應用方面有一定的范圍限制。目前,業內研究者提出將活性碳纖維吸附劑,經初步實踐效果顯著,可以克服吸附效果差與吸附容量小及解吸難度大的問題。

2.1.2 被動采樣法 對大氣中揮發性有機物檢測過程中,環境監管部門與環衛工作部門,往往會以被動采樣法為主,該方法適用于室內空氣監測采集,在室外環境范圍相對較大的空氣采集中存在一定的技術限定,而且樣本效果并無確切保障。按照現階段的研究成果看,造成被動采樣法應用范圍狹窄的主要原因是大氣中的揮發性有機物具有密集程度高的基本特征,樣本采集過程中,若處于室外環境則會將吸附劑暴露于空氣之中,并根據VOCs的擴散性特征進行吸附收集,此時,空氣流動性會對其采集方法造成直接影響,尤其是在流通條件相對較差的條件下,樣本采集工作不易完成,即使完成樣本采集,也不利于樣本的有效檢測。所以,該方法的應用中需要考慮到溫度、濕度、其他物質影響。

2.1.3 容器采樣法 與前兩種方法相比,容器采樣法相對簡單,適用于高濃度污染源揮發性有機物樣本采集。從采集實踐經驗看,選用的容器多為常見物品,包括塑料袋、玻璃瓶罐、針筒注射器等,只要求其密封性能良好即可。從應用投入看,容器采樣投入成本低、易于操作、采集速度快。但是,從采集效果看,容器采樣易發生滲漏、污染、內壁吸附等現象,會造成樣本損失,同時,對檢測結果造成影響。尤其是使用不干凈的或受到污染的容器,即會造成檢測結果的失準問題。現階段在此基礎上采用了罐取樣技術,比如,比較典型的Sum-ma罐取樣技術就屬于典型的新型容器采樣法,通過預先抽真空處理,再進行空氣樣本采集,避光性相對較好,極易實現樣本的完整采集,該方法的使用證實其回收率相對較高,且能夠預防樣本吸附與污染問題。

2.2 揮發性有機物檢測技術分析

2.2.1 PTR-MS檢測分析 該檢測技術是質子轉移反應質譜技術,優勢特征體現在檢測時的密度高、時間短、靈活性大等方面。目前在環境監測中對該檢測技術的應用相對廣泛,具體檢測中,可以使大氣中收集的揮發性有機物通過電離方法分解成單一離子,然后,利用質譜進行迅速識別。檢測實踐證明該技術可以有效規避絕對量標定問題。

2.2.2 GC-MS檢測分析 該檢測技術屬于常用方法,具體是將所想色譜法與質譜法進行綜合應用,對未知氣體進行定量與定性檢測分析。目前應用該方法對大氣中揮發性有機物檢測的檢出限可達到1ug/kg到10ug/kg。但是,通過對油罐區域上方的揮發性有機物檢測實踐發現,在種類分析與含量分析方面效果較好,然而檢測中的樣本采集相對困難,且存在運輸、儲藏方面的問題,同時,在預處理環節溶劑消耗量大,成本投入相對較高。目前通過應用綜合樣本采集方案,檢測效果已有明顯提升。

3 結束語

總而言之,結合以上分析可以認識到,大氣中揮發性有機物具有較大的危害作用,對人體健康、生態環境均有破壞作用,因此,建議從揮發性有機物的檢測技術應用出發,發展相關產業,在技術路徑上加快對揮發性有機物的回收、轉化、利用,從而降低其危害性。