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        以TVOC和NMHC實驗數(shù)據(jù)對比驗證監(jiān)測可靠性

        2020-06-19 08:52:14林漢青
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2020年6期
        關(guān)鍵詞:定義實驗檢測

        林漢青

        (福建省環(huán)安檢測評價有限公司,福建 廈門 361000)

        在環(huán)境影響評價和環(huán)境監(jiān)測的工作中,對于含有以有機物為主的大氣污染源,根據(jù)執(zhí)行標準的不同,我們一般會采用TVOC或NMHC對污染源強進行評價。關(guān)于這2個監(jiān)測因子,業(yè)內(nèi)一直存在各種不同的理解和爭議,最主要的是二者的交集或包含關(guān)系和數(shù)值大小對比的問題。該文著重從檢測原理的角度分析二者關(guān)系,驗證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性,為環(huán)境監(jiān)測和評價工作提供參考。

        1 定義理解

        1.1 TVOC的定義

        TVOC(total volatile organic compounds,總揮發(fā)性有機化合物),美國環(huán)境署(EPA)對它的定義是“除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金屬碳化物、碳酸鹽及酸銨外任何參與大氣光化學反應(yīng)的含碳化合物”。《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》(GB/T 18883—2002)將它定義為“利用TenaxGC或TenaxTA采樣,非極性色譜柱(極性指數(shù)小于10)進行分析,保留時間在正己烷和正十六烷之間的揮發(fā)性有機化合物”。顯然,而國際上傾向于從物化性質(zhì)去定義TVOC,而中國標準側(cè)重于從檢測原理解釋它的范疇。作為混合物,按照其組分的化學結(jié)構(gòu)式,TVOC涉及烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醇類、酮類、醚類、酸類以及石油烴化合物等[1]。

        1.2 NMHC的定義

        NMHC(non-methane hydrocarbon,非甲烷總烴),《大氣污染物綜合排放標準詳解》作出釋義為“指除甲烷以外所有碳氫化合物的總稱,主要包括烷烴、烯烴、芳香烴和含氧烴等組分,實際上是指具有C2~C12的烴類物質(zhì)”。《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》(HJ 38—2017)和《環(huán)境空氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 直接進樣-氣相色譜法》(HJ 604—2017)的定義一致,即“總烴是指在規(guī)定的條件下,在氣相色譜儀的氫火焰離子化檢測器上有響應(yīng)的氣態(tài)有機化合物的總和,非甲烷總烴是指在規(guī)定的條件下,從總烴中扣除甲烷以后其他氣態(tài)有機化合物的總和(除非另有說明,結(jié)果以碳計)”。

        1.3 定義比較結(jié)論

        從文獻資料對TVOC和NMHC的定義對比可以看出,這二者事實上是2個完全不同的概念,它們所描述的范圍在某些情況下類似,但TVOC所包含的物質(zhì)范圍大于NMHC。因此,從理論上講,同一樣品的TVOC的測定值應(yīng)大于NMHC的測定值。

        2 檢測方法

        2.1 TVOC的檢測方法

        現(xiàn)行的檢測方法:《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》(GB/T 18883—2002)、《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》(GB 50325—2010)。方法機理為:將Tenax-TA吸附管富集采樣后通過熱解吸裝置導入氣相色譜儀,經(jīng)FID檢測器分析測定各組分化合物的含量,未知化合物以甲苯計,然后求和得到 TVOC 值[2]。

        2.2 N MH C的檢測方法

        現(xiàn)行的檢測方法:《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》(HJ 38—2017)、《環(huán)境空氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 直接進樣-氣相色譜法》(HJ 604—2017)。方法機理為:用注射器直接進樣至氣相色譜儀,經(jīng)雙柱雙FID檢測器分別測定氣態(tài)有機化合物中總烴和甲烷的總量(以碳計),二者之差,即NMHC。

        2.3 檢測方法比較結(jié)論

        通過NMHC與TVOC的檢測方法的對比可知,二者都是用氣相色譜FID(即氫火焰檢測器)測定,所以物質(zhì)范圍相近。區(qū)別在于,儀器測定NMHC時出一個總峰,而測定TVOC時每個物質(zhì)組分出成獨立的單峰。而且,在采樣方式上,NMHC用玻璃注射器采集時間短,是瞬時樣品,而TVOC則是用連續(xù)泵采樣的方式將待測氣體富集到吸附管,時間較長,是富集樣品。因此,即使監(jiān)測同一點位,由于二者采樣方式和定量算法不同,檢測結(jié)果在計量大小上不具備嚴謹?shù)目蓞⒖夹浴R虼?,我們要進行對比,就必須創(chuàng)造條件盡可能地減少上述差異,例如,環(huán)境大氣一般較穩(wěn)定,按照監(jiān)測規(guī)范,有小時值還有日均值等,可以減少瞬時樣和富集樣的差異,因此二者數(shù)值的大小比較應(yīng)具有趨勢性[3]。

        3 同等氣體濃度下的檢測結(jié)果對比

        做2組實驗,一組配制三苯混合標氣,二組采集環(huán)境空氣,設(shè)置等濃度樣品條件,探尋NMHC和TVOC的檢測結(jié)果之間的關(guān)系。

        3.1 實驗方法

        實驗過程使用的檢測方法見表1。

        表1 實驗方法

        3.2 實驗儀器

        實驗過程使用的主要儀器見表2。

        表2 實驗儀器

        3.3 色譜條件

        實驗過程的色譜條件見表3。

        表3 色譜條件

        3.4 實驗一:等濃度標氣的測定比照

        3.4.1 標準樣品

        該實驗用的標準樣品為廣州市卓正氣體有限公司提供,成分見表4。

        表4 標準氣體組份濃度

        3.4.2 實驗步驟

        按上述儀器及分析條件,調(diào)節(jié)好儀器參數(shù)。

        根據(jù)定義和方法,苯、甲苯、二甲苯應(yīng)同屬于NMHC和TVOC,于是我們配制一系列濃度的標氣,分別在各個濃度點上測定2個因子。將表4的混合標氣用100 mL玻璃注射器依次稀釋為2~500倍共8個濃度點的氣體樣品。從進樣閥導入非甲烷總烴專用復合柱中測定總烴量(由于標氣中不含甲烷,總烴量即NMHC量),用熱解吸儀導入FFAP色譜柱中測定TVOC量。檢測結(jié)果見表5。

        表5 標準氣體測定TVOC和NMHC結(jié)果

        標氣濃度等于苯、甲苯及二甲苯濃度的總和,NMHC 的濃度由非甲烷總烴專用復合柱中總烴標準曲線計算得到;TVOC的濃度由FFAP毛細管柱9種典型性揮發(fā)性有機物標準曲線計算得到。

        將不同標氣濃度下NMHC和TVOC的濃度值進行相關(guān)性分析,如圖1所示。

        如圖1所示,三苯的含量配比固定,而每個濃度點的NMHC檢測值總是高于TVOC檢測值,該實驗證明,描述同一濃度混合氣時NMHC的實測值較TVOC實測值大。

        3.5 實驗二:典型無組織氣體檢測結(jié)果對比

        根據(jù)HJ 604—2017和GB/T 18883—2002的定義,無組織氣體的NMHC和TVOC范圍相同。我們對采樣方法稍加改進,將NMHC瞬時樣模擬成較長時段內(nèi)的富集樣,就可以最大程度地使之與TVOC的富集樣品之間具備可比性。

        采樣地址:廈門市湖里區(qū)云創(chuàng)智谷樓頂天臺,南側(cè)設(shè)采樣點1#,北側(cè)設(shè)采樣點2#。

        圖1 TVOC、NMHC濃度值與三苯濃度總和的相關(guān)性

        采樣時段:在1#點和2#點分別于8:30~9:00、9:30~10:00、10:30~11:00這3個時間段進行氣體采集。

        采樣方式:用大氣采樣儀向3升采樣袋以正壓吹入環(huán)境空氣(速率0.1 L/min,持續(xù)30 min),所采的氣樣用以測定NMHC。用另一臺大氣采樣儀連接Tenax-TA吸附管,以負壓抽吸環(huán)境空氣(速率0.3 L/min,持續(xù)30 min),所采的氣樣用以測定TVOC。按這種方式采樣的氣體樣品均為富集樣。

        1#點位測定的第一次樣品記為1#-1,以此類推。

        參照3.1實驗方法進行分析。測定結(jié)果見表6,數(shù)據(jù)相關(guān)性如圖2所示。

        表6 無組織氣體測定TVOC和NMHC結(jié)果

        如圖2所示,對于相同采樣點位和時段的環(huán)境空氣,NMHC的檢測值也比TVOC的檢測值要大。

        圖2 TVOC和NMHC無組織氣體檢測值的相關(guān)性

        4 結(jié)論

        從定義和檢測方法上比較,NMHC和TVOC二者的采樣方式不同,計算參照物不同,定量方法不同,因此從理論上講,相同樣品的2種因子的檢測數(shù)值在計量大小上不具備嚴謹?shù)目杀刃浴9P者通過創(chuàng)造可比條件對TVOC與NMHC進行測定,結(jié)果表明,基于同等樣品條件下的檢測結(jié)果呈現(xiàn)出較明顯的趨勢,即NMHC的測定值大于TVOC的測定值。綜合分析認為,在大多情況下NMHC數(shù)值大于TVOC數(shù)值的主要原因,既不是瞬時樣與富集樣之間的差異,也不是吸附管的吸附效率問題,而是由于計算參照物的不同[4]。NMHC是以碳計,TVOC則是將已知物質(zhì)的含量,加上未知物質(zhì)的含量(以甲苯計),不同物質(zhì)的摩爾質(zhì)量不同必然導致質(zhì)量換算結(jié)果的不同。還有個原因,TVOC定量是以物質(zhì)單峰進行加和的,當個別物質(zhì)含量過低以至于低于方法檢出限時,就會導致測定值偏低,而NMHC以總峰定量時,含量低的單物質(zhì)由于數(shù)目多反而會被檢出,并最終計入測定結(jié)果。當然,我們也有遇到過TVOC測定值大于NMHC測定值的情形,最有可能導致發(fā)生這種情況的原因是:待測污染物濃度波動較大,在NMHC采樣時恰巧在低濃度工況期,而TVOC富集樣采樣時間長受影響較小,從而體現(xiàn)出來的檢測結(jié)果就截然相反了。

        在環(huán)境影響評價工作中對大氣污染源制訂監(jiān)測方案時,建議盡量避免對同一對象同時設(shè)定NMHC和TVOC為監(jiān)測因子,同時嚴格按標準規(guī)范頻次采樣。據(jù)相關(guān)研究,評價因子的選擇宜根據(jù)污染源所屬行業(yè)的普遍特征而確定,如NMHC一般應(yīng)用于油類等多種烴類物質(zhì)的排放[5],而TVOC則多數(shù)應(yīng)用于室內(nèi)空氣和民用建筑。當對于不同監(jiān)測對象因執(zhí)行標準不同而出現(xiàn)兩種監(jiān)測因子時,評價人員也不應(yīng)直接從二者監(jiān)測數(shù)值的大小去對比、評判其間的關(guān)聯(lián),而應(yīng)該根據(jù)同一個檢測因子進行縱向?qū)Ρ仍u價。

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