摘要：在我國大力推進(jìn)環(huán)保工作的過程中，需要關(guān)注揮發(fā)性有機(jī)物，其已經(jīng)成為繼PM2.5后，又一嚴(yán)重破壞環(huán)境的污染物，另外揮發(fā)性有機(jī)物中包含有致癌物，不及時處理，將會嚴(yán)重危害居民的人身健康。為了提升揮發(fā)性有機(jī)物檢測工作水平，需要加大對揮發(fā)性有機(jī)物的研究力度，但是由于我國對揮發(fā)性有機(jī)物的研究尚處于初期階段，所以各項工作進(jìn)展還沒有達(dá)到理想效果。結(jié)合目前我國自動監(jiān)測揮發(fā)性有機(jī)物工作現(xiàn)狀，分析各項技術(shù)的優(yōu)勢以及不足，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)工作需要，合理選擇污染物監(jiān)測技術(shù)，提升監(jiān)測工作水平。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)物;自動監(jiān)測;大氣污染物;發(fā)展現(xiàn)狀

中圖分類號：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）12-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.067

Analysis of the status of automatic monitoring technology of atmospheric volatile organic compounds

Wang Haiping

（Shanxi Yuncheng Ecological Environment Monitoring Center，Yuncheng Shanxi 044000，China）

Abstract：In the process of vigorously promoting environmental protection in China， attention needs to be paid to volatile organic compounds， which have become another pollutant that seriously damages the environment after PM2.5.In addition，volatile organic compounds contain carcinogens and are not processed in time.Will seriously endanger the personal health of residents.In order to improve the detection level of volatile organic compounds， it is necessary to intensify the research on volatile organic compounds.However，because the research on volatile organic compounds in my country is still in the early stage，the progress of various work has not yet achieved the desired results.Combined with the current status of my countrys automatic monitoring of volatile organic compounds，the advantages and disadvantages of various technologies are analyzed，and on this basis，according to the needs of the work， the pollutant monitoring technology is reasonably selected to improve the level of monitoring work.

Key words：Volatile organic compounds;Automatic monitoring;Atmospheric pollutants;Development status

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）不但能參與光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生O3等，導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差，造成光化學(xué)煙霧，也能破壞O3層，產(chǎn)生溫室效應(yīng)等從而危害環(huán)境，同時，還具有毒性導(dǎo)致人體中毒，引發(fā)疾病，還能致畸，致癌對人體產(chǎn)生危害。我國2010年6月《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見》，將VOCs列為重點控制的四項大氣污染物之一開始，逐年加大對VOCs的監(jiān)管力度。2017年9月六部委《“十三五”揮發(fā)性污染防治工作方案》到2020年，建立健全已改善環(huán)境空氣質(zhì)量為核心的VOCs污染防治管理體系，實施重點地區(qū)、重點行業(yè)VOCs污染減排，排放總量下降10%以上。生態(tài)環(huán)境部《2019年在地級及以上城市環(huán)境空氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測》鼓勵有條件的城市開展自動監(jiān)測。

目前，揮發(fā)性有機(jī)物已經(jīng)成為城市污染物重點防控對象，但是由于對揮發(fā)性有機(jī)物研究不足、檢測揮發(fā)性有機(jī)物的技術(shù)也并不成熟，我國揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測工作可以分為自動監(jiān)測與手工監(jiān)測，在科技不斷發(fā)展的過程中，社會向智能化自動化方向發(fā)展，采用自動監(jiān)控已成為環(huán)境有害物質(zhì)監(jiān)測的主要方式，其中直接進(jìn)樣-軟電離-質(zhì)譜法、富集-熱脫附-氣相色譜法更是當(dāng)前階段我國監(jiān)測揮發(fā)性有機(jī)物的常用方法，以下針對兩種方法，從工藝程序以及應(yīng)用效果進(jìn)行深入剖析。

1 目前自動監(jiān)測揮發(fā)性有機(jī)物的技術(shù)

1.1 直接進(jìn)樣-軟電離-質(zhì)譜法

使用軟電離的方式將投入系統(tǒng)的樣品進(jìn)行分子離子化，將樣品投入電離源進(jìn)行分解工作，完成質(zhì)量分析測試。

1.1.1 進(jìn)樣系統(tǒng)

進(jìn)行氣體檢測需要掌握影響檢測結(jié)果的外在因素，揮發(fā)性有機(jī)物分子分布方式以及氣流擾動狀態(tài)，都會在一定程度上影響到揮發(fā)性有機(jī)物檢測結(jié)果，考慮到影響揮發(fā)性有機(jī)物自身結(jié)構(gòu)的特異性、影響氣體檢測效果的外在因素，所以在設(shè)計進(jìn)樣系統(tǒng)過程中，應(yīng)該確保氣體樣品進(jìn)入系統(tǒng)后氣流不會紊亂以致影響檢測效果，所以，采用膜進(jìn)樣技術(shù)，濾膜采用二甲基硅氧烷樹脂，揮發(fā)有機(jī)物流經(jīng)膜外表面，在內(nèi)外氣壓的作用下，進(jìn)入膜內(nèi)側(cè)。

1.1.2 電離源

電離源在氣體樣品檢測過程中，可以獲得準(zhǔn)分子離子，這是色譜分離法不具備的優(yōu)勢，但是在氣體樣品流經(jīng)電離源過程中，應(yīng)該控制其中碎片離子的數(shù)量，一旦碎片離子過多，會影響到氣體進(jìn)入系統(tǒng)的下一個環(huán)節(jié)，導(dǎo)致氣體質(zhì)量檢測的速度變緩，還可能會影響到試驗結(jié)果的精準(zhǔn)度。為保證檢測工作得出的結(jié)果與實際情況相符，所以在電離源環(huán)節(jié)中，使用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)或是真空紫外單光子完成離子化。真空紫外單光子利用單光子能量，從而可以在離子源中被電離出來，完成電離源軟電離作業(yè)。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)對大氣進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測，能夠盡快完成大氣成分檢測，并根據(jù)掌握的元素，構(gòu)建質(zhì)譜圖，完成氣體監(jiān)測工作。

1.1.3 質(zhì)量分析器

揮發(fā)性有機(jī)物成分眾多，進(jìn)行定性定量分析存在較大的難度，以往進(jìn)行定性定量分析采用色譜分離的方式，容易受到氣流波動的干擾，致使檢測得出的結(jié)果難以反映真實情況，基于色譜分離方法存在較大的弊端，所以目前進(jìn)行氣體檢測工作時，常使用質(zhì)量分析器，降低監(jiān)測工藝對樣品進(jìn)入測量系統(tǒng)的苛求，并能在氣體流動的過程中，防止檢測工作受到揮發(fā)性有機(jī)物以及氣流擾動的干擾。質(zhì)量分析器對氣體中各組成元素進(jìn)行定性分析，能否快速完成混合物成分鑒定，直接影響到檢測工作效果，自動監(jiān)測揮發(fā)性有機(jī)物，應(yīng)用飛行時間質(zhì)譜，進(jìn)一步提升監(jiān)測工作速率，質(zhì)量分析器引入飛行時間質(zhì)譜，還具備分辨率高的特征。

1.1.4 性能指標(biāo)

氣體樣品進(jìn)入進(jìn)樣系統(tǒng)，通過電離源，經(jīng)過質(zhì)量分析器，在飛行時間質(zhì)譜作用下具備分析迅速，一般對氣體樣品分析在1min內(nèi)便能完成氣體分析工作，對烯烴類、烷烴類、本烴類物質(zhì)進(jìn)行組分作業(yè)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)譜曲線的線性系統(tǒng)基本都在0.99以上，只有二十烷除外，這與其體積過大有一定的關(guān)系。

1.2 富集-熱脫附-氣相色譜法

1.2.1 富集

進(jìn)行大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測，需要掌握揮發(fā)性有機(jī)物空間濃度、組分情況，從目前收集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大氣中揮發(fā)性有機(jī)物組分在10-2 ～102ug/m3，在此基礎(chǔ)上對大氣揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行監(jiān)測，組分富集，根據(jù)工作需要還需要適當(dāng)?shù)暮Y選樣品。富集工作需要完成樣品氣體定性定量采集，儲存與富集在容器中，并對揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行固定處置，氣體樣品采集工作結(jié)束后，需要加熱容器使富集的揮發(fā)性有機(jī)物隨惰性氣體一并載入氣相色譜柱內(nèi)，進(jìn)行檢測。目前，我國常采用固體吸附劑富集以及超低溫富集兩種方法。

超低溫富集采用電制冷的方式處理空管氣體，將管內(nèi)的溫度降至-120℃以下，氣體中揮發(fā)性有機(jī)物流經(jīng)空管后，便會受到低溫的影響，從而冷凝在空管的管壁上，雖然分析組分多，但是并不會出現(xiàn)固體吸附劑失效等問題，因此方法使用的時間較長。固體吸附劑富集大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物會使用固體吸附劑進(jìn)行低溫處理，但是低溫的下界值在-45℃以下。固體富集保持了吸附劑的選擇能力，并且空氣中的水分對其干擾影響力小，為此不會因為空氣水蒸氣影響到氣體檢測結(jié)果。

1.2.2 熱脫附

揮發(fā)性有機(jī)物檢測借助富集的方式進(jìn)行，對氣體樣品容器進(jìn)行加熱，使氣體在高溫下發(fā)生汽化，將揮發(fā)性有機(jī)氣體與惰性氣體分隔開，使氣體經(jīng)過富集區(qū)，在熱脫附作用下，可以提升氣體回收效果，通過自動化作業(yè)，優(yōu)化工作效果。目前熱脫附常采用氣體加熱脫附、電加熱脫附這兩種方式。

1.2.3 脫水方式

富集方法的應(yīng)用需要借助物理方法，在低溫下，改變氣體的存在形式，利用物理方式去除空氣樣品中的水分，防止檢測結(jié)果受到水蒸氣的干擾，無法反映真實情況。在眾多熱脫附方法中，以低溫空管除水技術(shù)應(yīng)用最多、范圍最廣，將空管溫度降至0℃以下，從而使流經(jīng)氣體中的水分在低溫作用下，發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)變，在管壁結(jié)冰，管內(nèi)溫度越低脫水效果越好。

1.2.4 氣相色譜法

采用兩個色譜柱的手段分析大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，進(jìn)行氣體組成成分辨析的過程中，雙柱分離、檢測器都是非常重要的工作內(nèi)容，采用并聯(lián)或是串聯(lián)的方式進(jìn)行富集-熱脫附，同時應(yīng)用FID以及MS檢測器，這兩種設(shè)備對氣體中烯烴類物質(zhì)非常敏感，提升氣體檢測水平。

1.2.5 性能指標(biāo)

通過富集-熱脫附的方式，拓寬技術(shù)應(yīng)用范圍，增加采樣體積，對大氣揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行試驗，對揮發(fā)性有機(jī)物的檢測能力優(yōu)異，進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物分析工作的成本不高，并且操作難度不大。但是其分析氣體成分所用的時間較長，這方面問題還需要加大研究力度，爭取盡早突破技術(shù)障礙。

2 比較揮發(fā)性有機(jī)物自動監(jiān)測工藝

直接進(jìn)樣-軟電離-質(zhì)譜法應(yīng)用于揮發(fā)性有機(jī)物檢測工作時，不會受到空氣中氧氣等成分的干擾，當(dāng)樣品進(jìn)入電離源后，便可以進(jìn)行分解工作，分解速度非?？欤?min內(nèi)便可以完成單個樣品分析作業(yè)，形成質(zhì)譜圖，掌握空氣成分。但是使用直接進(jìn)樣-軟電離-質(zhì)譜法無法掌握乙烷等低分子物質(zhì)，監(jiān)測空氣質(zhì)量會受到水蒸氣等雜質(zhì)的影響，使電離分析結(jié)果與真實情況相差甚遠(yuǎn)，從而影響到后期工作。

富集-熱脫附-氣相色譜法可以實現(xiàn)較大體積的富集，完成多組監(jiān)測，提升工作效率，還可以降低方法檢出的難度，使監(jiān)測工作通過樣品富集氣相色譜分析，掌握氣體組成成分，使結(jié)果與真實情況相符，應(yīng)用富集-熱脫附-氣相色譜法進(jìn)行監(jiān)測工作，還可以完成大體積富集，并具備抗干擾、降低方法檢出限，選擇能力優(yōu)異的特質(zhì)，但是樣品分析需要較長的時間，另外，數(shù)據(jù)及時性不佳，有機(jī)物組分的過程中，無法快速回收，還容易在檢測過程中，受到水蒸氣等雜質(zhì)的干擾，工藝使用的吸附劑的使用壽命有限，容易遭受空白干擾，降低檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

直接進(jìn)樣-軟電離-質(zhì)譜法、富集-熱脫附-氣相色譜法都是我國當(dāng)前監(jiān)測有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)常用的手段，兩者在工作中各有優(yōu)缺點，直接進(jìn)樣-軟電離-質(zhì)譜法分析樣品的速度非?？?，并且活躍于污染排查、應(yīng)急監(jiān)測以及巡航式檢測中，但是其在自動監(jiān)測方面的效果并不好，這與我國研究機(jī)構(gòu)在這方面的工作投入力度不足與發(fā)展時間短有直接關(guān)系。另外，直接進(jìn)樣-軟電離-質(zhì)譜法還需要在后期增加種類組分?jǐn)?shù)量，提升工藝水平，確保分析得出的結(jié)果可以反映實際情況。富集-熱脫附-氣相色譜法雖然目前也有很多缺點，但是通過綜合分析，其在實踐應(yīng)用方面效果優(yōu)于直接進(jìn)樣-軟電離-質(zhì)譜法，檢測揮發(fā)性有機(jī)物的過程中，常使用PID、FID檢測器，因為檢測設(shè)備質(zhì)量沒有達(dá)到工作標(biāo)準(zhǔn)，從而便會在一定程度上影響到工藝技術(shù)檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度，所以，未來一段時間必須改良監(jiān)測技術(shù)使用的設(shè)備，應(yīng)用MS檢測，這樣可以提升分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，為工作人員進(jìn)行環(huán)境管理工作提供有價值的參考數(shù)據(jù)。

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收稿日期：2020-09-27

作者簡介：王海平（1984-），男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測。