杜微，王姣，孫亞琴

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大氣中揮發(fā)性有機物監(jiān)測技術與控制現(xiàn)狀研究

杜微，王姣，孫亞琴

（陜西華信檢測技術有限公司，陜西 西安 710077）

講述了揮發(fā)性有機物的來源及危害，介紹了常見的揮發(fā)性有機物的監(jiān)測方法以及我國現(xiàn)有的揮發(fā)性有機物（VOCs）監(jiān)測與控制相關的研究現(xiàn)狀，闡述了環(huán)境空氣中VOCs和污染源VOCs排放的監(jiān)測情況，指出了我國在開展環(huán)境空氣中的VOCs的監(jiān)測方面需要解決的一些問題，應盡快建立VOCs監(jiān)測方法標準體系。

揮發(fā)性有機物；環(huán)境監(jiān)測技術；大氣污染；VOCs監(jiān)測

1 揮發(fā)性有機物的來源及危害

揮發(fā)性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指熔點低于室溫、沸點范圍在50～260 ℃的揮發(fā)性有機物的總稱。其中包括了烷烴、烯烴、芳香燼一些物質(zhì)的非甲烷碳氫化合物（NMHCs），醛、酮、醇、醚等的含氧有機化合物（OVOCs），鹵代烴、含氮化合物、含硫化合物等幾大類。揮發(fā)性有機物主要有兩大來源：①人為排放和自然排放。其中，化工生產(chǎn)和汽車的尾氣排放又是造成揮發(fā)性有機物來源的主要人為因素和自然因素。②苯系物和氯代燼等揮發(fā)性有機物，根據(jù)相關數(shù)據(jù)可得知有部分地區(qū)空氣沒揮發(fā)性有機物就多達60多種。這些揮發(fā)性有機物對人們的身體健康和生態(tài)環(huán)境都有著很大的損害。

VOCs是造成PM2.5和O3產(chǎn)生的直接因素之一，引起了社會各界的廣泛關注，也成為了國內(nèi)外生態(tài)環(huán)境領域?qū)＜覍W者研究的重點難點之一。根據(jù)環(huán)保部公布的中國環(huán)境質(zhì)量狀況公報的數(shù)據(jù)可知，在74個率先實施新標準的城市中，發(fā)現(xiàn)影響其環(huán)境質(zhì)量的是以PM2.5為首的污染物，這些城市的超標天數(shù)中是因為PM2.5影響的比例達到了62.7%，而以O3為首要的污染物的比例也達24.9%，遠遠超過了其他影響空氣質(zhì)量的污染物所占的比例。目前，PM2.5和O3已經(jīng)成為影響我國各城市空氣質(zhì)量的最關鍵因素。同時，O3也是眾多發(fā)達國家影響空氣質(zhì)量的首要污染物，就美國EPA公布的2015年美國空氣質(zhì)量現(xiàn)狀和趨勢顯示，2015年全美國各點位O3的8 h平均濃度為67 ppb，有超過10%的站點O3濃度仍然無法達到美國環(huán)境空氣質(zhì)量標準要求（75 ppb）。

2 揮發(fā)性有機物的監(jiān)測技術

2.1 氣相色譜法

在實際測量過程中，氣相色譜法可以精準地測量出空氣中揮發(fā)有機物的含量。氣相色譜法測量主要分兩個階段進行，分別是樣品采集階段和樣品的測定階段。樣品采集主要是通過吸附管收集一定數(shù)量的空氣，吸附劑在實際應用中可以把空氣中的揮發(fā)性有機物保留下來。樣品的監(jiān)測會提高吸附管的溫度，這樣有機物會逐漸解吸，進入到氣相色譜儀器中，再對氣相色譜儀進行監(jiān)測。

氣相色譜法在實際應用中需要較長的時間來完成，具有滯后性。此外，氣相色譜法所使用的范圍也有一定的局限性，樣品采集的過程也相當復雜，且監(jiān)測的過程中要用到很多化學藥品和試劑，需要耗費很大的成本。隨著科學技術的不斷發(fā)展，新的監(jiān)測技術快速發(fā)展并廣泛應用，近年來，在線氣相色譜法在揮發(fā)性有機物監(jiān)測中的使用越來越多，提高了監(jiān)測的效率和監(jiān)測的準確性。

2.2 揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測技術

2.2.1 在線氣相色譜監(jiān)測技術

在線氣相色譜監(jiān)測技術不需要利用吸附管來吸附空氣、采集監(jiān)測樣本，而是通過環(huán)路或濃縮罐讓空氣在微壓力的狀態(tài)下注入到試管中，從而收集到監(jiān)測樣本在預濃縮管中收集的樣本，短期內(nèi)就能夠有效地提升空氣溫度，大大提高了脫附操作的效率。此外，空氣進入到預縮管內(nèi)可以直接進入到分離柱里，由于分離柱中是含有雙色譜的，因此，空氣分離的效率能夠大幅度提高，且可以根據(jù)不同沸點的差異性對氣體進行分離處理。

2.2.2 TOFMS技術

TOFMS技術又被稱為飛行時間質(zhì)譜分析法，其主要是利用質(zhì)子和電荷的不同，控制電場的影響，進而對離子在電場內(nèi)的運動時間進行統(tǒng)計，分析其統(tǒng)計的結(jié)果。TOFMS技術對空氣中揮發(fā)性有機物的監(jiān)測可以在短期內(nèi)完成，甚至整個監(jiān)測的過程可以控制在幾分鐘內(nèi)，且能得到一個準確的監(jiān)測結(jié)果，大大地提高了監(jiān)測的效益。但TOFMS技術也有其自身的局限性，它會受到干擾離子的影響，進而導致形成的質(zhì)譜圖具有一定的復雜性，增加了監(jiān)測人員的工作難度。

2.2.3 PTR-MS技術

PTR-MS技術是利用電離和流動漂浮模型對空氣內(nèi)的揮發(fā)性有機物進行監(jiān)測。PTR-MS技術在實際應用中優(yōu)勢是靈敏度高、監(jiān)測時間較短、監(jiān)測結(jié)果清晰度高，最為關鍵的就是能夠不斷簡化對監(jiān)測樣本采集、處理的過程，因此，整個監(jiān)測并不會受到空氣內(nèi)其他物質(zhì)所造成的干擾。PTR-MS技術能夠?qū)ζ囄矚膺M行精準的監(jiān)測，我國環(huán)境領域的空氣質(zhì)量研究專家開始利用PTR-MS技術對空氣中揮發(fā)性有機物進行系統(tǒng)研究。

3 我國環(huán)境空氣中VOCs監(jiān)測情況

近年來，部分地區(qū)環(huán)保部門、科研機構(gòu)和高等院校研究顯示，不同區(qū)域VOCs種類和組成雖然存在一定的差異，但是烷烴、芳香烴、鹵代烴、烯烴、炔烴、醛類、酮類在各地是普遍存在的VOCs，而且各類VOCs中對O3產(chǎn)生影響較大的主要是芳香烴和烯烴。其中在上海監(jiān)測到的VOCs包括丁烷、丙烷、乙烷、苯系物、2-甲基戊烷、1，2-二氯乙烷等，其濃度水平在1.10～8.41ppb之間；在北京監(jiān)測到的VOCs包括乙炔、乙烷、丙烷、苯系物、乙烯、正/異丁烷、異戊烷等，其濃度水平在1.12～5.25 ppb之間。中國環(huán)境監(jiān)測總站大氣監(jiān)測實驗室對環(huán)境空氣中的VOCs等56種O3前體物，28種鹵代烴和15種含氧揮發(fā)性有機物進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示試驗點周圍環(huán)境空氣中濃度較高的VOCs主要包括乙烷、正丁烷、丙酮、乙烯、丙烷、甲苯、苯、乙炔、異戊烷、間/對二甲苯等，且試驗期間環(huán)境空氣中部分揮發(fā)性有機物濃度在0.82～6.94 ppb之間。

4 我國污染源VOCs排放監(jiān)測情況

國家環(huán)境監(jiān)測總站對江蘇、廣東、重慶、浙江、山西等26個地區(qū)的化工、通信設備和其他電子設備制造、醫(yī)藥制造、交通運輸設備制造、石油加工與煉焦等28個行業(yè)進行的VOCs監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，其中，90家企業(yè)苯濃度范圍介于0.001 5～10.6 mg/m3，有95家企業(yè)甲苯濃度范圍在0.001～38.5 mg/m3，有73家企業(yè)二甲苯濃度范圍為0.001 5～55.9 mg/m3，都控制在執(zhí)行的排放限值下；而164家企業(yè)非甲烷總烴濃度范圍為0.03～4 390 mg/m3，其中，3家企業(yè)濃度超過120 mg/m3的濃度限值，分別為232 mg/m3、811 mg/m3和4 390 mg/m3。在廢氣排放方面，18家企業(yè)苯濃度范圍為0.000 25～0.15 mg/m3，20家企業(yè)甲苯濃度范圍為0.000 25～0.166 mg/m3，12家企業(yè)二甲苯濃度范圍為0.000 25～0.019 9 mg/m3，35家企業(yè)非甲烷總烴濃度范圍為0.02～2.86 mg/m3，都控制在執(zhí)行的排放限值下。

5 結(jié)束語

總而言之，我國光化學煙霧污染問題日益突出，目前的研究性監(jiān)測結(jié)果顯示各地檢出的VOCs主要包括烷烴、芳香烴、鹵代烴、烯烴、炔烴、醛類、酮類等，其濃度水平一般低于10 ppb。但是要具體考慮到各地VOCs的污染存在差異性，所以，各地應針對實際情況制訂出優(yōu)先控制VOCs清單并開展例行監(jiān)測，要具體問題具體分析。國家重點監(jiān)控污染源的VOCs排放監(jiān)測結(jié)果表明，大部分國控重點污染源其VOCs排放濃度達到了國家相關標準要求。在監(jiān)測方法標準方面，亟需制訂我國環(huán)境空氣中VOCs以及污染源排放VOCs的在線監(jiān)測方法標準，同時，配套加快VOCs標準樣品研究和VOCs監(jiān)測質(zhì)控技術規(guī)范研究，不斷加強對VOCs監(jiān)測的質(zhì)量控制，提高監(jiān)測效率的同時保證監(jiān)測的效益，為VOCs污染控制提供有力的技術支撐。

［1］胡冠九.淺談環(huán)境有機污染物監(jiān)測發(fā)展趨勢［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術，2010（03）：18-21.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.018

〔編輯：張思楠〕