VOCs气质联用走航监测技术应用于环境监察的展望

文_谭德绍 新丰县环境监测站

挥发性有机物（VOCs）是指常温下沸点达50℃至260℃的各种有机化合物，大多VOCs都有令人不适的难闻气味，且具有毒性、刺激性和致癌等危害。VOCs对人体的危害主要有两个方面：其一为其有害成分直接影响人体健康；其二VOCs是形成细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）污染的重要前体物，从而间接影响人体健康。相关数据显示，2012年以来，全国VOCs排放总量在持续上升，对大气环境的影响日益突出，VOCs的监测手段越来越重要。

1 VOCs气质联用走航监测技术原理

VOCs气质联用走航监测是一种利用移动监测车，搭载VOCs气质联用便携式监测设备和H2S、NH3等常规因子分析仪，进行移动监测的新技术手段。利用走航监测，首先对环境大气中VOCs以及异味污染源进行快速检测，掌握VOCs与异味污染全貌，进一步锁定重点污染源；然后可针对该污染源现场取证，开展定性定量分析，现场监察执法。

1.1 技术原理

VOCs气质联用走航监测车上搭载的便携式GC-MS分析仪可以分成两大部分，即GC和MS，通俗地说GC是把混合物分离成单一物质，而MS则是对着单一物质进行检测。

气相色谱的流动相为惰性气体，气-固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。这样各组分得以在色谱柱中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。

质谱分析法是通过对被测样品离子的质核比的测定来进行分析的一种方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质核比(m/Z)分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。

气质联用的有效结合既充分利用色谱的分离能力，又发挥了质谱的定性专长，优势互补，结合谱库检索，可以得到较满意的分离机鉴定结果。气相色谱分离样品的各个组分，起样品制备的作用，接口把气相色谱流出的各个组分送入质谱仪进行检测，质谱仪对接口引入的各个组分进行分析，成为气相色谱的检测器。计算机系统控制色谱仪、接口、质谱仪，进行数据采集和处理。

1.2 技术特点

VOCs气质联用走航监测系统具有单质谱分析与气相色谱-质谱联用分析（GC-MS）共两种应用模式。使用单质谱分析模式时，样品不通过色谱，直接进入质谱检测器进行检测，以达到快速筛查的目的。使用GC-MS分析模式时，通过色谱柱对样品进行分析，最终利用质谱对分离后的物质进行检测，实现准确的定性和定量分析。

分析仪可以采用毛细管直接进样，这样可避免样品吸附造成的测量结果不准确。对色谱柱进行特别定制，以便更适用于VOCs的现场质谱分析，利用脉冲式内离子源技术，让样品离子化和共振激发都发生在质量分析器内，显著提高检出灵敏度。采用硅烷化质量分析器，有效降低现场的基质干扰，再设计定量环并联方案，完成自动更换的无缝分析，增加反吹功能，便可避免现场大浓度VOCs分析后的系统内部残留。

2 应用于环境监察的展望

2018年4月，广东省环境保护厅联合多个部门出台了《广东省挥发性有机物（VOCs）整治与减排工作方案（2018-2020年）》，要求全面加强VOCs污染防治，强化重点地区、重点行业、重点企业污染物减排，促进环境空气质量持续改善，要求地方环境监测和监察部门必须对涉VOCs排放的园区和企业重点加强监管，VOCs监测成为VOCs污染防治工作的基础。

然而环保部门针对工业园区VOCs的污染很难快速找准污染源，往往只能是采用传统的“手工采样、仪器分析、数据解析”的方法进行取证，不但时效性低，周期长，耗费大量人力物力，且指向性较差，造成环保部门的日常监管力度不够。因此，像VOCs气质联用走航监测这种能够实现现场快速锁定污染源并加强监管能力的监测技术，就显得尤为适合和必要。

VOCs气质联用走航监测系统具备气质联用和单质谱快速分析共两种模式， VOCs样品可以通过气质联用模式进行监测，也可以通过单质谱模式直接进样检测。单质谱模式分析速度快，可达到秒级响应，监测数据可以用于快速筛选；GC-MS联用模式，能准确定性定量分析，符合国内和国际标准，数据准确可靠，待我国相关标准颁布实施后，监测数据便可以直接出具监测报告，用于现场执法；另外，走航系统可监测因子种类丰富，采用NIST标准谱图库（收录30万种物质的标准谱图），可对各类VOCs进行准确定性定量分析（包括烷烃类、烯烃类、苯系物、卤代烃类、酮类物质、酯类物质、醇类物质以及醚类物质等），监测因子覆盖PAMS 57种，TO15 65种；续航能力强，可做到不接电源续航时间12h以上。

基于以上特点，VOCs气质联用走航监测可同时用于“走航监测—快速筛查”“在线监测—连续分析”“执法监测—定性定量”共3种类型的应用方案，特别是在现场既能够快速了解区域污染物分布情况，认定纠纷区域污染责任，针对性地对问题区域、问题企业进行准确的监测，同时现场出具的监测数据，便可用于环境监察执法，从而为实施VOCs污染防控精细化管理提供有力的技术支撑，大大加强环境监察的监管能力。

3 实例分析

以某县为例，走航监测车对某工业园区内开展走航监测，在某化工厂西南角发现VOCs异常高点，使用质谱定性主要VOCs污染物为甲苯、乙酸乙酯和丙酮，其中甲苯含量为67.34μg/m3，占比22%，乙酸乙酯含量为122.6μg/m3，占比39%，丙酮含量为36.01μg/m3，占比12%。该企业主要生产各种涂料，异常点位监测到物种与此类行业排放物吻合。

该化工厂点位主要污染因子定性定量分析如表1所示，该化工厂点位污染因子图示如图1所示。

表1 某化工厂点位主要污染因子定性定量分析表

图1 某化工厂点位污染因子

为实现精确地污染物溯源，走航车进入该化工厂内部进行走航确认，发现厂内确实存在同样的污染物质，且厂内的浓度明显高于厂外。随后使用执法监测模式对其固定污染源采得的样品进行分析，确定其主要VOCs排放物质为甲苯、乙酸乙酯和丙酮等，排放物质与厂界监测到的污染物质相同，污染源得到确认。

4 结语

综上所述，利用VOCs气质联用走航监测技术，可避免传统的监测方法时效性低、周期长且指向性较差的尴尬局面。走航监测可对环境大气中VOCs以及异味污染源进行快速检测，掌握VOCs与异味污染全貌，进一步锁定重点污染源，然后针对该污染源现场取证，开展定性定量分析。用于现场监察执法，快速、有效地开展精准执法和整治行动，为环保部门提升大气污染防治工作的科学化和精细化水平。