环境空气中挥发性有机物监测技术

穆德松

沧州市渤海新区环境监控中心 河北沧州 061113

1 概述

挥发性有机物是一类有机化学物质的统称，简称为VOCs。世界卫生组织将TVOC定义为熔点低于室温而沸点在50-260℃之间的挥发性有机化合物的总称，一般都视为可挥发性有机化合物，测定VOCs含量时，又做了一个限定，即在通常压力条件下，沸点或初馏点低于或等于250℃的任何有机化合物。各表述的侧重点有所不同。如美国的定义，突出必须是“参加大气光化学反应”，四氯乙烷之类不参加大气光化学反应的有机化合物则被定义为“豁免化合物”。而WHO的定义强调沸点，未考虑该物质是否参加大气光化学反应[1]。由于挥发性有机物组成复杂，不同污染源产生的挥发性有机物组分差距较大，因此在国内，各标准、监测规范文件中提出了多个不同概念，例如VOCs-挥发性有机物、TVOC-总挥发性有机物、THC-总烃、非甲烷总烃-NMHC等。一般情况下，评价环境空气、废气污染物时使用挥发性有机物、非甲烷总烃的概念，评价室内环境时使用总挥发性有机物的概念。

2 环境空气中挥发性有机物监测技术

2.1 气相色谱法

气相色谱法（GC）以气体为流动相，利用不同待测组分在色谱柱种滞留能力不同的特点将组分分离技术，分离后利用不同分析原理的检测器对组分进行浓度分析。目前，在VOCs在线监测中，最常见的分析检测器是火焰离子法（FID）和光离子化法（PID）。FID是利用氢气和空气的火焰作为离子化能源，使火焰燃烧过程中的含碳有机物离子化。在电场作用下，离子电流信号转化为色谱峰波形信号。FID对烷烃类有机物能够高灵敏检测，具有结构简单、稳定性好、响应速度快等优点。PID利用紫外光源的能量将有机物电离成正负离子，在电场作用下在两电极间产生电流，检测器将电流信号放大并转换成浓度值。PID装置体积小，重量轻，可用于气相色谱的连续在线监测和应急监测。PID对大多数有机化合物都有响应信号，特别是苯、羰基化合物等，具有高稳定性和高灵敏度的优点不同组分的修正值不同厂家的传感器会存在差异，需要特别修正。FID与PID单独使用只能检测挥发性有机物的总量，所以往往需要和色谱（GC）分离单元联合使用。GC-FID可满足对于总挥发性有机物和各种组分的浓度测量要求，也是目前技术成熟，应用最广泛的VOCs监测方案。

2.2 气相色谱质谱法

对于特定的化合物类型，可以采用气相色谱-质谱法，比如HJ644-2013、TO-17采用吸附管采集环境空气样品，热脱附解吸经气相色谱分离后，质谱检测器分析卤代烃、苯系物和氯苯类35种挥发性有机物，不需要液氮制冷，操作相对简单，成本低，采样选择性强，可以采集大体积样品，改变吸收剂，可以选择采集时间不同的组分，样品保存长。但是吸附管采样不能同时采集性质差异较大的组分，特别是对挥发性较强的组分比如低碳，C3以下的组分吸附能力很弱，但是据文献报道C2化合物乙烷、乙烯和乙炔3组分占总挥发性有机物的三分之一以上，且乙烯、乙炔的臭氧生成潜势系数高，对臭氧生成贡献大，因此这种方法对环境空气VOCs的监测比较受限[2]；另外对于高浓度样品存在穿透的可能，需要串联采样；对于吸附柱则存在中毒的可能。

2.3 在线监测

目前，在线监测的主要方法是非甲烷烃类的监测，一些厂家已经开发出基于色谱法或气相色谱-质谱法的在线监测仪器。在线监测能够连续反映排放状况，且单位样品监测成本较低，因此广泛应用于废水、锅炉烟气等方面。对于VOCs在线监测，国家出台了非甲烷总烃监测仪器的安装验收标准，部分省市也出台了非甲烷总烃监测仪器的监测方法，可用于开展监测活动。对于VOCs子指标的在线监测方法，应努力建立可靠的质量控制指标，以及验收比对技术规范，实现VOCs的在线监测。

2.4 其他监测技术

除了上述利用气相色谱法、气相色谱质谱法监测环境空气中的VOCs外，还有其他的一些监测方法，如HJ1011-2018利用便携式傅利叶变换红外气体分析仪监测，因其对现场监测条件的要求不高，适用于环境空气中乙烷、乙烯、丙烯、乙炔、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯等挥发性有机物的监测，但是监测种类不多，且检出限较高，目前主要用于应急定性和半定量监测[3]。其余监测标准方法：多组分无法同时测定，多针对某一种或几种污染物进行采样分析，比如HJ583-2010，HJ584-2010，只能监测几种常见的苯系物。

3 结语

综上所述，我国现有的挥发性有机物监测方法标准体系还不完善，亟需制定我国环境空气中挥发性有机物及污染源排放挥发性有机物的在线监测分析方法标准，同时加快配套质控技术规范研究，加强挥发性有机物标准样品与前处理技术的研究，以适应污染源废气高温高湿等严苛的环境条件。在线方法是质量保证与质量控制的有效手段，在保证时效性与便捷性的同时，还须获得高质量监测数据，为挥发性有机物污染治理提供有力的技术支撑。