固定污染源废气挥发性有机物监测分析技术要素探索

李 鹏

（山东君成环境检测有限公司，山东 临沂 276000）

我们国家对于挥发性有机物（VOCs）的定义是，可以直接参与到大气光化学反应的有机化合物，或者说是根据相关规定进行针对性指明的有机化合物。挥发性有机物可以分成下列这几类：非甲烷烃类、含氧有机物、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等等。不过由于我们国家的挥发性有机物监测刚刚起步，我们监测的挥发性有机物主要种类仍然是非甲烷总烃和苯系物，距离全面的挥发性有机物分析还有很长的路要走。

1 挥发性有机物污染对大气环境的影响以及监测意义

挥发性有机物可以直接参与到大气环境当中的臭氧，以及二次气溶胶形成活动当中，是当前大气条件下形成PM2.5以及臭氧的关键性前置物质，也是直接导致城市出现灰霾和光化学烟雾的关键因素之一。我们日常生活的环境当中，挥发性有机物的来源十分广泛，主要来自于各类使用含有挥发性有机物的工业源，以及建筑装修材料和汽车尾气为代表的生活源。我们国家已经推行了多年的环境治理，各类硫化物、氮化物以及颗粒污染源已经得到了很大程度上的控制。但是挥发性有机物的污染却呈现出了增长的趋势，并且这类增长对于环境的污染程度日益加深。挥发性有机物具有相当大的毒性，会对人体会造成畸变刺激，甚至是会导致大面积癌症的爆发，所以对于挥发性有机物的污染进行治理已经成为我们必须面对的问题，而我国对挥发性有机物进行监测正在不断加大力度[1]。

2 国外针对固定污染源挥发性有机物的监测技术分析

国际标准化组织（ISO）自从2010年开始就对挥发性有机物的监测标准推出了多项指标系统。美国环保署也针对性的按照空气类型进行了三类挥发性有机物的监测分析。欧美国家对于固定污染源的挥发性有机物监测所采用的类似手段就是，大量应用在线分析仪或者便携式分析仪进行针对性的现场检测。一般来说采用的监测技术主要有GC-MS/FID/PID/ECD在线分析法，在线催化氧化-非分散红外分析法等等。除此之外还有把废气采集到对应的专门容器用具当中，进行实验室分析的常规分析法[2]。

3 国内的固定污染源挥发性有机物监测技术

我们国家的挥发性有机物检测标准也在不断的强化。传统的分析方法是现场采样之后带回实验室进行分析，但现在已经逐步过渡到现场在线监测法。就当前的情况来说，固定源的挥发性有机物监测还是以实验室为主，在线自动监测还处于设备的研发改良和不断普及的初级阶段[3]。

3.1 现场采样回实验室手工监测

实验室手工监测的意思是，采样后马上回到实验室内进行分析，也就是指现场使用采样管进行样品收集采样之后，立刻在规定时间和限定条件下送回实验室，然后按照相应的分析方法用气象色谱仪-质谱仪等设备，对所进行收集采样的标本进行分析。一般来说共有两种采样的方法[4]。

第一种是固相吸附管采样法。这种方法使用了特定吸附剂组成的吸附管，直接对挥发性有机物进行采集。这种方法使用的方法很广泛，可以测量固定时间段内的污染物平均浓度，并且吸附管本身的体积很小，可以长距离的运输和保存，并且可以定向选择某一类或者几类有机物进行针对性收集，重复使用性也很高。但是这个方法最大的缺点就是对于挥发性很强的化合物进行收集的时候无法达到理想效果，同时采样的时候必须要考虑到污染物本身的浓度进行合适采样体积，而因此需要采取的措施相对较多，流程十分复杂。同时对于个别高浓度的污染物进行采集的时候必须要进行前处理，流程繁琐，不便于快速出结果[5]。

第二种方法就是特定容器采样法。这种方法就是用当前国家标准中规定的容器，比如说聚合物薄膜气袋或者是钝化处理后的不锈钢管等等进行直接采集，对于收集到的挥发性有机物收集到一定体积之后进行实验室分析。这种方法的特点是成本低，采样体积大并且可以重复使用，但是对于容器进行清洁的时候费时费力，有机物容易渗透到容器内部造成样品损失。即使是使用不易渗透的苏玛罐以避免以上问题，也会在清洁容器的时候遇到麻烦，成本较高，不适合大批量检测。

以上两种采集样品进行检测的方法主要也可以分为两种：气相色谱法和气相色谱质谱法。这两种方式现在已经十分成熟，数据误差率低。碍于篇幅所限，这里不再重复[6]。

3.2 固定污染源挥发性有机物现场在线监测仪器

随着固定源的挥发性有机物现场监测技术不断发展和成熟，目前相关的技术发展也得到了长足的提升。现场检测已经可以对连续排放的固定污染源挥发性有机物进行实时监测，这样不但回避了样品采集和保存等多方面的漏洞，同时也避免了检测流程繁琐所造成的数据误差情况。现阶段国内的挥发性有机物在线自动监测仪器包括以下几种。

（1）气相色谱类的在线监测仪器。这类设备的分析原理和实验室内部的气象色谱分析原理类似，检测人员可以直接根据挥发性有机物的种类进行针对性地检测，比如FID或者是PID等等。在当前检测环境当中，应用相对较多的是带有FID检测器的挥发性有机物检测仪，这类检测仪可以直接用来监测固定源废气当中的特征性有机物。另外还有一种带有质谱检测仪的GC-MS类在线监测仪，其监测范围更加广泛，定量准确率更高，但是其价格也是同类检测仪当中最贵的，因此出于成本考虑，这种检测仪并没有被全面铺展开。

（2）挥发性有机物在线报警监控仪。这类监控仪内置PID传感器，无法进行某种污染物的浓度的特定计量，但是可以对废气当中的挥发性有机物总量进行监测，在不区分具体种类的挥发性有机物总量超标之后进行及时报警。这类仪器的成本相对前面一种更低，运行速度更快，可以进行快速响应下的应急监测，对于只需要明确是否超标、不需要详细数据的应急监测来说是很好的选择。

（3）傅里叶变换-红外光谱类别的检测仪。这类检测仪相对于上述几种检测仪器来说，可以检查的挥发性有机物数量更多，反应灵敏，出数据的速度更快，非常适合现场进行快速应急抽测使用。但是这类仪器的最大缺点就是灵敏度远不如气相色谱法相关仪器，同时配件的维护成本比上述设备的成本更高，所以目前应用较少。

（4）质子转移反应——飞行时间质谱类仪器（PTR-TOFMS）。这类设备主要是把质子转移反应器和飞行时间质谱进行了合并，是当前进行挥发性有机物监测仪器里面最顶级的一个类别。这种仪器可以直接进行在线化学分析，直接对固定源挥发性有机物进行针对性监测。但是由于其造价十分高昂，因此更多的是出现在实验室而不是一线监测部门。

（5）便携式检测仪器。这类分析仪器的应用环境是应急监测以及污染源追踪检测，或者是相关执法部门进行随机抽查检测等等。环保部门选择这种检测仪器更加方便快捷，可以及时获取相关数据，以及当场获取执法相关的数据。但是这种仪器的最大缺点是对于数据精度处理不足，更加详细的检测报告必须要结合其他手段才可以获得。因此只能用于大概估计数值范围，对现场数据有粗略了解使用。

4 结论

在当前的情况下挥发性有机物（VOCs）是导致我们国家大部分城市的雾霾以及光化学烟雾的关键因素之一。挥发性有机物是PM2.5以及臭氧形成的关键前置物质，并且近些年来挥发性有机物的污染呈现出日益严峻的形势，对我们国家的大气环境影响也日益突出。因此，改善环境空气质量的首要任务就是改善挥发性有机物的排放情况。我们可以预见，在面对挥发性有机物的排放监测问题的时候，综合利用手工监测+在线监测的技术才是最好的方案。我们要善于利用线上线下的监测手段，准确发挥出监测数据以其各自的特点，保证数据本身的代表性和完整性，这样才能为固定源挥发性有机物的监管工作提供最为有力的数据支持和辅助。