空气中挥发性有机物监测技术分析

周丹

【摘 要】空气中的挥发性有机物（VOCs）对人类健康具有较大的威胁，对其进行监测具有重要价值，而这也推动了监测技术的不断发展。本文主要对空气中挥发性有机物的监测技术进行了分析探讨，以期能够不断推动监测技术的发展，提高挥发性有机物的监测质量。

【关键词】挥发性；有机物；监测技术

在空气中的有机污染很多，而且分为半挥发性和挥发性两种类型，不论是挥发性还是半挥发性当人体吸入时都会对人体的生理组织造成一定损害，而且容易被人体的皮肤黏膜所吸收，严重威胁人类的健康，因而加强对空气中挥发性有机物的监测，对于控制空气污染，保护人体健康具有重要价值。

1 空气中VOCs采集方法

采集空气中VOCs样品是测定分析VOCs的第一步。由于空气中VOCs具有含量低、易挥发、 成分复杂等特点，如何将空气中的VOCs有效收集起来进行监测，是完成整个VOCs监测的基础。在目前常见的VOCs监测当中应用的样品采集方法主要有以下三种方法：

1.1 容器收集法

容器收集采样是最为简单的一种方法，用注射器、塑料袋、罐等固定容器直接采取空气中浓度较高的被测组分，该法通常适用于污染物浓度较高的污染源。塑料袋使用方便、价格便宜，但由于渗透造成的样品污染和损失较大。玻璃容器采样体积有限、易碎、清洗困难，样品气体在针筒内壁吸附，会造成样品损失。罐取样技术目前在国外应用较多，其中Sum- ma罐取样技术为 USEPA 所采用的标准方法。该方法的技术原理是采用预先抽真空的 Summa 罐采 集空气样品，再以冷凝增浓法使得样品富集，最后以GC-MS 进行定性、定量分析。这种技术的优点在于可避免采用吸附剂的穿漏、分解及解析，不易受样品渗透或光照引起的化学反应的影响，能够保持样品的完整性，具有良好的回收率。因此，污染和吸附损失造成的影响相应减少。

1.2 有动力采样

有动力采样分析方法既适用于长期采样，确定 VOCs的平均浓度； 又适用于短期采样，确定 VOCs的峰值浓度。它是利用泵抽取一定量的空气，使其通过吸附管完成采样过程的，应用范围广泛。传统的采样方法是利用颗粒态活性炭吸附采样，但其灵敏度低，只适用于高浓度 VOCs的分析。除了采用活性炭吸附外，也可采用Tenax吸附剂，其广泛运用在气体、液体和固体中的可挥发性或半挥发性物质的采集中，但价格昂贵，吸附容量低。因此，以活性炭纤维作为吸附剂的首要有动力采样方法，通过 ACF 吸附/热解析 /毛细管电泳法测定了苯、甲苯、对二甲苯、四氯乙烯及苯乙烯，ACF 是一种高效吸附材料，微孔丰富，吸附容量大，且易解吸。

1.3 被动式采样

被动采样技术最近逐步用于环境卫生和环保监测中。这种方法在室内空气的监测当中比较多见，对于室外范围较大的空气监测并不适用，对于室内空气或是个体接触量检测来说，由于空气中所包含的VOCs相对比较集中，在进行采样时，技术人员将吸附剂通过一定处理直接暴露在空气当中，然后空气中的VOCs在流动的过程中会被扩散到吸附剂的周围，这样就会被直接吸附到吸附剂装置上，以此来获取空气中的VOCs样品，以便进行下一步的监测工作。从其监测的步骤中可以看出，主要利用气体分子本身扩散原理来进行采样，这种采样方法对于外界的环境条件要求较高，如果空气不流通，那么VOCs的分子无法扩散到吸附剂周围，那么也不能完成采样工作，其他诸如温湿度、分析物共存等因素都会影响空气中VOCs的监测结果。

各种采样方法在采集空气中 VOCs 的过程中都存在一定的优缺点。容器收集方法的操作最为简单，在操作过程中不会出现富集问题，但对于空气中的VOCs浓度要求较高，否则容器中所装的样品有限，也无法进行监测操作。而后面两种监测方法中都有利用吸附剂的吸附能力进行收集，因而在吸附剂的选择问题上还是非常谨慎的，而且还可以通过增加吸附剂的方式来增加样品的浓度，不断扩大这两种方法的适用范围。动力采样方法主要不适用于长期个体暴露监测及偏远地区多点采样； 而被动式采样虽然可以对这一点进行弥补，但起受外界因素影响约束，直接影响了之后的应用前景。

2 空气中VOCs 的检测方法

2.1 气相色谱-质谱法（GC-MS）

GC-MS是目前检测 VOCs的常用方法，可以很好地进行未知化合物的定性和定量分析。在这方面，国外的研究较多也较早，也取得了不匪的成绩。对绝大多数 VOCs 来说，该方法的检出限可以达到1～10μg / kg。近年来，国内也有类似研究，有国内的研究学者应用这一监测方法对某油罐区大气中 VOCs，同样取得了不错的结果。但是该方法在取样、运输与储存过程中的样品损失以及成分间的交叉污染会引起检测结果的偏差；复杂样品的预处理耗时费力、消耗溶剂，增加样品的检测费用，而且检测样品的数目也受到限制； 电子轰击电离有时会形成多种离子碎片，质谱复杂、分析难度较大。尤其是实验室分析具有明显的滞后性，难以满足实时、自动、连续监测的需要。

目前主要的 VOCs 检测技术还是色谱技术，但是该技术要求有复杂的采样和前处理过程，在这些过程中可能发生一些干扰反应并产生各种副产物。在分析过程中，挥发性有机物可能会与其它反应性气体（ 如臭氧、水、卤 素、氮的氧化物等） 发生反应，这些反应可能会改变空气中痕量有机气体的含量，并产生其它不存在于空气中的产物。另外，吸附剂可能和被监测的VOCs发生一定的反应，从而将VOCs中和掉或是生成其他的化学产物，这样就会直接影响VOCs的监测结果准确性，因而要减少这种反应影响，一方面是在选择吸附剂上选择与VOCs之间反应较少的吸附剂，另一方面可以通过加装预柱和冷阱捕集器来将VOCs当中的其他杂质去掉，避免样品和吸附剂之间发生反应的可能性。

2.2 质子转移反应质谱

质子转移反应质谱（PTR-MS） 在线监测法是近年来兴起的一种痕量挥发性有机物在线检测技术，它测量反应时间短、灵敏度高，已经广泛应用在环境监测领域。它将待测大气直接进样，因而测量速度快；质子转移将各种 VOCs 软电离为单一离子，没有碎片离子，易于质谱识别；绝对量测定不需要标定；检测灵敏度可以达到20ng /m3。但 PTR-MS仍然存在着问题和局限性，主要是质谱扫描，只能通过核质比来区分离子，因而就存在着区分同分异构体有机分子的困难。

3 结语

对于VOCs的监测技术主要集中在分析方法上，如何有效减少VOCs在采样过程中的挥发，提高样品提纯效率，提高VOCs的检验分析技术是监测VOCs的关键，也是今后VOCs监测技术研究发展的重要方向，技术人员应该加强对这几方面的研究，以便不断提升VOCs的监测质量和水平，在空气环境控制中发挥更大的作用。

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[责任编辑：张涛]