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        熱解吸-GC/MS分析居室內的揮發(fā)性有機物

        2018-10-19 07:52:50陳潤瑜
        福建輕紡 2018年10期
        關鍵詞:污染

        陳潤瑜

        (福建師范大學附屬中學,福建 福州 350007)

        1 前言

        近年來,隨著人們對生活水平以及生活質量要求的不斷提高,對室內尤其是居室內環(huán)境質量的關注日益提高。目前,居室內環(huán)境研究的關注點之一為室內空氣污染,而揮發(fā)性有機化合物更是室內空氣污染研究的熱點。世界衛(wèi)生組織(WHO,1989)對揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的定義:熔點低于室溫、沸點范圍在50~260℃之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱。揮發(fā)性有機化合物包括脂肪烴、鹵代烴、芳香烴、醇、醛、酮、羧酸、酯、醚、萜烯化合物和四氫呋喃等,VOCs大多具有致癌、致畸和致突變毒性,在非工業(yè)性室內環(huán)境中,可檢到50~130種揮發(fā)性有機化合物,它們都以微量或痕量水平出現(xiàn)[1]。

        楊丹鳳[2]等就室內空氣中揮發(fā)性有機物的污染現(xiàn)狀、污染來源和種類、VOCs的毒性和毒作用機理、VOCs的生物監(jiān)測以及VOCs的凈化消除措施進行綜述。另外,司馬冰[3]等對深圳室內空氣中揮發(fā)性有機物污染進行初探,在19家行政、企事業(yè)單位和8戶居民住宅中檢測到34項揮發(fā)性有機物,其中甲醛的檢出率達100%,其次是甲苯、二甲苯、苯、乙苯和苯乙烯。

        在分析大量資料的基礎上,王菲鳳[5]認為應該系統(tǒng)地開展室內環(huán)境空氣VOCs污染現(xiàn)狀調查、影響因素分析、污染時空分布規(guī)律及污染控制技術等方面研究工作,并重點探求VOCs各污染物之間的相互影響及在環(huán)境中的遷移、轉化規(guī)律。李曉燕[6]等首次系統(tǒng)分析了江西省室內空氣總揮發(fā)性有機物污染現(xiàn)狀,調查結果為室內環(huán)境管理提供了基礎資料和科學依據(jù)。但是大量研究只是將室內揮發(fā)性有機物的來源籠統(tǒng)地歸于建筑裝修材料、日?;瘜W用品和人類自身代謝等,并沒有確切地將VOCs與室內用品聯(lián)系起來。

        本文就室內空氣中VOCs的檢測結果與所記錄的日常用品使用情況聯(lián)系起來,從而確定VOCs的室內來源并提出相關建議。

        2 樣本采集與分析方法

        2.1 樣本采集

        2.1.1 樣本選取

        樣本選取以2種類型為主:⑴一般家庭居室;⑵學生宿舍。

        一般家庭居室為目前在使用的臥室,樣本采集時間集中于晝間;集體宿舍以中學生宿舍為主??偟臉颖静杉瘮?shù)量為33個,其中一般家庭居室25個樣本,學生宿舍8個樣本。

        2.1.2 樣品采集

        被采集室內空氣樣品的居室在樣品采集前封閉2 h,后使用KC-6D大氣采樣器(青島嶗山電子儀器總廠),以0.2 L/min的流量連續(xù)采集6 h,采集后樣品使用聚乙烯帽封管保存。

        2.2 分析方法

        2.2.1 主要儀器設備

        CDS8000濃縮儀:美國,CDS analytical Inc.DSQ質譜儀:美國,Thermo Electron Corporation TRACE GC ULTRA氣相色譜儀:美國,Thermo Electron Corporation

        色譜柱:THERMO TR-35MS 30m×0.25mm ID×0.25μm film

        采樣管:TENAX,美國,CDS analytical Inc.

        2.2.2 測試條件

        熱解析條件:180 ℃下解析2 min;傳輸線溫度:250 ℃。

        氣相色譜條件:進樣口溫度250 ℃;柱溫為程序升溫,初溫40 ℃,保持5 min后以5 ℃/min升至150 ℃,保持5 min,再以10 ℃/min升至180 ℃,保持5 min。采用不分流進樣,載氣為氦氣,柱流量為1.0 mL/min。氣相色譜-質譜傳輸線溫度:250 ℃。

        質譜條件:采用全譜掃描,質量掃描范圍50~650 m/z,離子盒溫度200 ℃,電子能量70 eV,電離方式EI。

        3 結果與分析

        3.1 VOCs的組成分析

        利用熱解吸-氣相色譜/質譜法對各空氣樣本成分進行分析,檢出的VOCs列于表1。

        表1 GC/MS定性分析結果

        分析結果表明從居室內空氣中共檢出VOCs共70

        種,其中芳香烴、醇、酯、烷烴、環(huán)烷烴、烯烴這六種類型的有機物種類占全部檢出的VOCs的68.6%。

        續(xù)表1

        圖1 VOCs類型和種類分布

        從分析結果來看,居室內VOCs中芳香烴種類最多,占總的20%,與司馬冰[3]對深圳室內空氣中VOCs的研究認為室內空氣中VOCs以是甲苯、二甲苯、苯、乙苯和苯乙烯等芳香烴為主的觀點基本一致。

        分析結果中,醇和酯類占居室空氣中VOCs種類的24.3%,尤其是醇類占到了14.3%;醇類在居室空氣中VOCs所占種類僅次于芳香烴。

        分析結果中(表1),有9種是屬于EPA重點控制空氣中190種有害污染物名單中物質、有18種屬于我國優(yōu)先登記的有毒化學品名單中的物質,其中鄰苯二胺、乙苯、1,2-二氯乙烷、甲苯、3-甲基-2-苯基吡啶、環(huán)己烷、己烷、乙酸乙酯、苯甲酸甲酯、萘等10種有害VOCs的檢出率較高,這10種物質的理化性質及危害性列于表2。

        表2 毒性大和檢出率高的VOCs理化性質及危害性

        圖2 檢出的VOCs的代表性TIC譜圖

        圖2列出了部分毒性較大、檢出率較高的VOCs物質的代表性總離子流色譜圖(TIC)。

        3.2 居室內VOCs來源分析

        在進行居室內空氣樣品采集過程中,對居室的裝修、室內布置及常用品進行了同步調查,調查結果表明大量的VOCs與居室的裝修情況及常用品存在聯(lián)系,參見表3。

        從采樣同期開展的室內物品調查結果來看:

        ⑴ 分析結果表明,在室內存放一些常用藥品,會在室內空氣中引入菠菜甾醇、地塞米松、環(huán)巴比妥、甘菊環(huán)等物質。

        ⑵ 居室內VOCs中酯類的比例較高,占總數(shù)的10%。酯類化合物常用于配合香料、香精、化妝品和藥品等,居室空氣明顯受這些揮發(fā)性有機物的排放源的影響,這里的特征性VOCs是乙酸乙酯、苯甲酸甲酯。此外,檸檬烯、蒎烯、月桂烯、芳樟醇、異欖香素等物質是家庭常用的帶揮發(fā)性油的花露水、香水、精油的重要組分,尤其是芳樟醇幾乎出現(xiàn)在各種化妝品、精油的成分中。

        ⑶ 家具也是居室內VOCs的重要來源,調查結果顯示,使用松木、樟木家具的居室中檢出了a-蒎烯、檸檬烯、月桂烯,這與資料所顯示的松木家具主要揮發(fā)性成分[8]相一致。

        ⑷ 著漆家具、裝修材料的使用是居室空氣檢出乙苯、甲苯、己烷、環(huán)己烷等有毒性的揮發(fā)性有機物的重要原因,尤其甲苯、己烷作為著漆家具、裝修材料中的常用溶劑,在居室內VOCs的檢出率很高,其中己烷在33個樣品中的檢出率甚至達到63.6%。

        ⑸ 萘及其衍生物是家用防蟲劑的主要成分,家庭常用的衛(wèi)生球有不少種類即是萘及其衍生物的產品,這類對人體威脅很大的物質也是居室內VOCs檢出率較高的成分。

        表3 檢出化合物與居室內物品的聯(lián)系

        ⑹ 鄰苯二胺、1,2-二氯乙烷和咔唑在實際調查當中未發(fā)現(xiàn)含有相關成分的物品,但鄰苯二胺是染料、染發(fā)劑的重要成分,1,2-二氯乙烷是殺蟲劑中常用溶劑,咔唑存在于染料、殺蟲劑,這會通過各種途徑偶然侵入居室。

        3.3 減少居室內VOCs種類的建議

        VOCs具有強揮發(fā)性與強親脂性,它對健康的危害主要表現(xiàn)于呼吸系統(tǒng)和神經系統(tǒng),而且以眼睛和呼吸道刺激最為多見,但由于VOCs的種類繁多,關于它的健康危害各報道不盡相同。流行病學調查結果顯示,VOCs的健康危害主要表現(xiàn)為:異臭,眼癢、眼干,咽喉干燥,流鼻涕、打噴嚏,頭痛、頭暈、疲倦、失眠、兒童哮喘、支氣管炎等[9]。因為VOCs具有危害性,所以要對室內環(huán)境VOCs采取一些防治措施:

        (1) 對于尚未裝修完成的房屋,在經濟允許的條件下應選擇符合國家標準的、高質量的健康環(huán)保建筑材料和裝飾材料,裝修時應盡量減少人工合成板等。

        (2) 對于已經入住的居室,最有效的方式就是通風換氣,在室外空氣好時開窗通風,有利于室內有害氣體散發(fā)和排出。

        (3) 盡量減少室內日常用品進入居室:不用衛(wèi)生球和空氣清新劑;對于化妝品、香水和香精,盡量少用或將其放在浴室;用蚊帳代替蚊香液和噴霧型殺蟲劑。

        (4)在選購日常用品時,要購買質量好、包裝完整的產品。

        4 結論

        采用熱解吸-氣質聯(lián)用法測定了福州市區(qū)住宅和學生宿舍樣品33個,通過對該空氣樣品的定性分析,共檢出揮發(fā)性有機物70種,包括芳香烴、醇、酯、烷烴、環(huán)烷烴、烯烴和其它化合物,其中,芳香烴為20%,醇為14%,酯為10%,烷烴和環(huán)烷烴比例均為9%,烯烴占7%,其它化合物則為31%,通過實驗和資料分析,發(fā)現(xiàn)居室內使用的日常用品是室內揮發(fā)性有機物的主要來源,尤其是使用各種建筑裝飾材料、藥品、化妝品、香水、染發(fā)劑、殺蟲劑、除臭劑、泡沫制品等。由于人們長時間留于室內,大量日常用品的不斷進入,室內產生的各種化學污染已成為一個突出的健康問題,因此為了保護人類自己的健康,減少室內污染,應該采取有效對策,如通風換氣,不使用衛(wèi)生球、空氣清新劑、化妝品和香水等。

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