吳雨華，劉敬禹

（1.吉林省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，吉林長(zhǎng)春130021；2.燕山大學(xué)里仁學(xué)院，河北秦皇島066004）

環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中兩種便攜式儀器的應(yīng)用

吳雨華1，劉敬禹2

（1.吉林省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，吉林長(zhǎng)春130021；2.燕山大學(xué)里仁學(xué)院，河北秦皇島066004）

在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中，便攜式氣相色譜-質(zhì)譜儀HAPSITE Smart IQ和便攜式氣相色譜儀zNose4200主要用來(lái)監(jiān)測(cè)揮發(fā)性有機(jī)物。在環(huán)境污染事故中二者的應(yīng)用已較成熟、廣泛，二者分別發(fā)揮各自作用，在實(shí)際工作中將二者聯(lián)合應(yīng)用能夠取得更好的效果。HAPSITE可以快速準(zhǔn)確地對(duì)揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行定性，但在定量過(guò)程中每個(gè)樣品的測(cè)定過(guò)程需要數(shù)分鐘，而zNose4200可以在數(shù)秒鐘內(nèi)對(duì)已知揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定量。在HAPSITE準(zhǔn)確定性基礎(chǔ)上，用zNose4200出具定量數(shù)據(jù)，可以有效縮短污染事故發(fā)生時(shí)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的時(shí)間。兩者聯(lián)用技術(shù)，在很大程度上提高了環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力。

應(yīng)急監(jiān)測(cè)；便攜氣相色譜zNose4200；便攜氣相色譜/質(zhì)譜HAPSITE；聯(lián)合應(yīng)用；揮發(fā)性有機(jī)物；環(huán)境污染；環(huán)境監(jiān)測(cè)

近些年，隨著工業(yè)的發(fā)展，有機(jī)物質(zhì)在生產(chǎn)、生活中得到廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致環(huán)境中有機(jī)揮發(fā)物的濃度及泄漏幾率也隨之升高。在頻發(fā)的環(huán)境污染及各種環(huán)境突發(fā)事故中，揮發(fā)性有機(jī)物因進(jìn)入環(huán)境后具有擴(kuò)散快、難控制、危害大、易引發(fā)二次污染等特點(diǎn)，在環(huán)境污染事故中倍受關(guān)注。當(dāng)發(fā)生揮發(fā)性有機(jī)污染事故時(shí)，及時(shí)掌握污染物濃度、有效控制污染物的擴(kuò)散范圍，以及正確評(píng)估和控制其對(duì)環(huán)境及人類的危害，是目前環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境管理急需解決的難題。

在環(huán)境管理中，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、快速性決定了環(huán)境決策的正確性與可行性。目前對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式機(jī)監(jiān)測(cè)的方法已日趨成熟，針對(duì)單一物質(zhì)和混合物質(zhì)的國(guó)標(biāo)監(jiān)測(cè)方法已逐步建立起來(lái)，并日趨完善，可以滿足常規(guī)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的需要。但由于常規(guī)監(jiān)測(cè)必須將采集的樣品送到實(shí)驗(yàn)室，過(guò)程亦較繁瑣，使揮發(fā)性有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)的及時(shí)性受到限制。揮發(fā)性有機(jī)物具有高揮發(fā)性的特點(diǎn)，一旦泄漏，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，大范圍影響居民的生產(chǎn)和生活。因此，在測(cè)定過(guò)程中，需要快速反應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)界定突發(fā)污染事件的危害范圍，這就要求具有實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)能力來(lái)滿足環(huán)境管理的需要。為此，各種快速、準(zhǔn)確應(yīng)急設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。其中，便攜式氣相色譜、質(zhì)譜儀在國(guó)內(nèi)外環(huán)境污染事故中應(yīng)用較多，二者都有較為突出的優(yōu)點(diǎn)，將二者聯(lián)合應(yīng)用在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中取得了更好的效果。

1 HAPSITE與zNose4200的特點(diǎn)

隨著環(huán)境污染事故的發(fā)生，一些環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備的作用凸顯出來(lái)。應(yīng)急設(shè)備在發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)等，已相對(duì)較為成熟[1]。其中對(duì)于毒性強(qiáng)、危害大的有毒有害揮發(fā)性有機(jī)污染物的應(yīng)急測(cè)定主要依賴于便攜GC/MS或GC。

HAPSITE是一種便攜式氣相色譜/質(zhì)譜分析儀（GC/MS），主要用于揮發(fā)性有機(jī)物的現(xiàn)場(chǎng)定性定量檢測(cè)。其配有離子井質(zhì)譜儀，二級(jí)分子渦輪泵，并具有柱上升溫程序、NIST譜庫(kù)，配有高效濃縮管，可在30～60 s采樣周期內(nèi)對(duì)低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）樣品進(jìn)行快速富集，并以800℃/s的升溫速率對(duì)濃縮管內(nèi)樣品進(jìn)行熱解析，然后進(jìn)入色譜柱?？稍诓怀^(guò)10min的時(shí)間內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。定量濃度亦可達(dá)到ppb至ppt級(jí)。測(cè)試水、氣和固體樣品無(wú)需復(fù)雜的前處理，直接采集樣品進(jìn)行測(cè)試。另外，其具有內(nèi)置的總體定位系統(tǒng)（GPS），使HAPSITE可自動(dòng)精確記錄取樣位置的經(jīng)度與緯度以及野外數(shù)據(jù)、時(shí)間和日期，以便環(huán)境污染事故發(fā)生時(shí)快速作出與生命、健康、安全和環(huán)境有關(guān)的關(guān)鍵性決定。

zNose4200快速氣體分析儀，以其獨(dú)具的快速特點(diǎn)在環(huán)境應(yīng)急事故中發(fā)揮重要作用?？焖贇怏w分析儀zNose4200是一種氣相色譜儀，其軟件具有根據(jù)保留指數(shù)對(duì)所測(cè)物質(zhì)定性的作用，且色譜柱為1m長(zhǎng)精密小柱，有柱上控溫能力，能快速分離環(huán)境樣品，具有獨(dú)特的快速定性、定量特點(diǎn)?？焖贇怏w分析儀zNose4200作為一種有機(jī)氣體定性、定量分析儀，可以在10 s內(nèi)對(duì)未知揮發(fā)性及半揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行定性定量監(jiān)測(cè)，并在短時(shí)間內(nèi)提供大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)快速氣體分析儀還具有對(duì)環(huán)境樣品直接采集、富集、脫附等特點(diǎn)，因此測(cè)試水、氣和固體樣品同樣無(wú)需復(fù)雜的前處理，可以直接采集樣品進(jìn)行測(cè)試。

2 兩種便攜式儀器在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例

2.1 HAPSITE應(yīng)用情況

國(guó)外有許多氣體分析儀應(yīng)用于污染事故并成功監(jiān)測(cè)的案例，例如，2006年2月，紐約州Rome發(fā)生燃油溢出事故，威脅當(dāng)?shù)毓盟?。Rome具有約37 000居民和約15 000鄰近水區(qū)的附加用戶，帶有VOCs的燃油溢出，已流進(jìn)供水系統(tǒng)，必須快速地作出決定。采用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室分析至少需要12 h，而當(dāng)時(shí)用便攜儀器HAPSITE在數(shù)分鐘內(nèi)取得了準(zhǔn)確的結(jié)果。依據(jù)可靠信息，官方作出決定，避免了水源停水事故。近些年便攜式氣相色譜質(zhì)譜儀在國(guó)內(nèi)環(huán)境應(yīng)急事故中的應(yīng)用取得了一定成績(jī)。在四川地震中利用HAPSITE儀器對(duì)地震災(zāi)區(qū)飲用水源地飲用水體24種揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，保證了災(zāi)區(qū)飲用水安全。HAPSITE在四川地震應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作后已在全國(guó)范圍普遍應(yīng)用。

2.2 zNose4200便攜式氣相色譜的應(yīng)用

zNose4200在國(guó)內(nèi)的典型應(yīng)用案例是在吉化雙苯廠爆炸事故中的應(yīng)用。2005年11月13日，中石油吉林石化公司雙苯廠發(fā)生爆炸，爆炸事故發(fā)生后，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)苯類污染物流入第二松花江，造成水質(zhì)污染。松花江流域水體大面積污染事故發(fā)生后，北京瑞多科技發(fā)展有限公司專業(yè)技術(shù)人員用zNose4200快速分析儀對(duì)污染水體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，連續(xù)監(jiān)測(cè)了哈爾濱四方臺(tái)、公路大橋、木蘭、達(dá)連河等斷面苯和硝基苯污染情況。通過(guò)zNose4200快速分析儀快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，為專家組提供了松花江污染物前峰到達(dá)高峰出現(xiàn)以及尾部流出的準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)[2]。此外，zNose4200快速分析儀還應(yīng)用于總石油烴（TPH）的檢測(cè)，焚化爐飄塵中的二噁英、呋喃的監(jiān)測(cè)，生產(chǎn)過(guò)程中有機(jī)物污染情況的監(jiān)測(cè)，地下水污染情況的監(jiān)測(cè)，工廠廢棄物所產(chǎn)生的污染的監(jiān)測(cè)，海洋中水污染情況的監(jiān)測(cè)等[3～4]。近年來(lái)，zNose4200快速氣體分析儀在國(guó)內(nèi)環(huán)境領(lǐng)域中發(fā)揮了很大作用，在污染事故處理中也得到了廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)一些省環(huán)境監(jiān)測(cè)站針對(duì)氣體分析儀在環(huán)境事故及日常生活中氣味氣體分析、水及土壤中揮發(fā)性氣體的分析[5～6]方面進(jìn)行研究，并取得了一定的成果。

3 兩種便攜式儀器的聯(lián)合應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，將HAPSITE與zNose4200兩者結(jié)合起來(lái)應(yīng)用可以提高應(yīng)急監(jiān)測(cè)水準(zhǔn)及速度。當(dāng)發(fā)生環(huán)境污染事故時(shí)，一般泄漏、爆炸或偷排等造成的環(huán)境污染影響范圍較大，涉及行政地域復(fù)雜，且具體污染物是哪種化學(xué)物質(zhì)并不為監(jiān)測(cè)者、管理者所知，污染物濃度又較高。在這種情況下，可以用HAPSITE的survey模式對(duì)樣品快速定性，并且， HAPSITE能夠在10min內(nèi)對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行定量測(cè)定，在一定時(shí)間內(nèi)為環(huán)境管理者提供決策依據(jù)。HAPSITE在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用已得到環(huán)境界的認(rèn)可。但對(duì)污染事故來(lái)說(shuō)，因其測(cè)試時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性還需近一步提高，以縮短測(cè)試時(shí)間。

近些年環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)實(shí)例中發(fā)現(xiàn)zNose4200可以在幾秒鐘內(nèi)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行定性定量測(cè)定，具有較高的實(shí)時(shí)性。但zNose4200是一種氣相色譜儀，以正構(gòu)烷烴為校準(zhǔn)液，根據(jù)保留指數(shù)對(duì)所測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性，但保留指數(shù)定性的可能性與準(zhǔn)確程度與日常所建譜庫(kù)中物質(zhì)種類多少及儀器所處條件狀態(tài)等有很大的相關(guān)性。因此，zNose4200在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急中對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的定性方面有一定的局限性。

環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)需要的就是快速性與準(zhǔn)確性，所以應(yīng)充分發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢(shì)，即將HAPSITE定性快速性、準(zhǔn)確性與zNose4200測(cè)定物質(zhì)的實(shí)時(shí)性相結(jié)合，互相補(bǔ)充，用HAPSITE快速定性的同時(shí)，用zNose4200對(duì)所測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定量，可在短時(shí)間提供大量數(shù)據(jù)。所測(cè)得數(shù)據(jù)，可以用來(lái)推測(cè)污染物擴(kuò)散趨勢(shì)，快速預(yù)測(cè)事故影響范圍。將兩者的數(shù)據(jù)相結(jié)合，既可以提升定性的速度，又可提高定量的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析HAPSITE與zNose4200兩種設(shè)備的基本原理，以及在環(huán)境污染事故的應(yīng)急監(jiān)測(cè)應(yīng)用中顯現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了兩種應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的效果。由于兩種設(shè)備在監(jiān)測(cè)特點(diǎn)上有一定的互補(bǔ)性，能夠滿足在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中更快、更準(zhǔn)確地提供應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以適應(yīng)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的需求。因此，充分發(fā)揮兩種儀器的優(yōu)點(diǎn)，將兩者相結(jié)合應(yīng)用，不僅可以在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)方面提供準(zhǔn)確和快速的數(shù)據(jù)，而且可以在環(huán)境應(yīng)急預(yù)案的關(guān)建環(huán)節(jié)及環(huán)境決策上發(fā)揮重要作用。

[1]A.L.MAKAS，M.L.TROSHKOY.Field Gas Chromatography-Mass Spectrometry for Fast Analysis[J].Chromatogr.B，2004，800:55-61.

[2]匿名.zNose4200在松花江污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)的應(yīng)用[EB/OL].（2006-10-17）[2012-07-08].http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100859/down_31573.htm.

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Application of Two Portable Instruments in Environmental Emergency Monitoring

Wu Yuhua1，Liu Jingyu2
（1.Jilin Provincial Environmental Monitoring Centre， Changchun Jilin 130011， China；2.Liren College of Yanshan University， Qinhuangdao Hebei066004， China）

HAPSITE Smart IQ and portable zNOSE4200 are typically used to measure the volatile organic compounds （VOCs） .In recent years,both devices are widely used in environmental emergency.It was found that the combination of HAPSITE and zNOSE4200 is more efficient and robust in contrast to individual one in environmental monitoring.HAPSITE can quickly and accurately determine the species of VOCs.While it needs several minutes to quantify one sample.Differently,zNOSE4200 can quantify the known organic compounds in several seconds.In practice,the HAPSITE can be used to define the organic species.Afterwards,the concentration of organic compounds can be quantified by using zNOSE4200.Such combination will significantly reduce the detection time of VOCs.Specially，it is very important in environmental emergency.This approach will greatly improve our capacity of dealing with the environmental emergency.

emergency monitoring； portable gas chromatograph zNOSE4200； portable gas chromatograph/mass spectrometer HAPSITE； combination technique； VOCs； environmental pollution；environmental monitoring

X85

A

1008-813X（2012）05-0065-03

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.05.019

2012-07-25

吳雨華（1975-），女，黑龍江海倫人，畢業(yè)于吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)，碩士，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。