环境检测中挥发性有机物检测方法研究 陈再新 刘金超

发表时间:2021/7/29   来源:《基层建设》2021年第14期   作者:陈再新 刘金超
[导读] 挥发性有机物(VOCs),根据世界卫生组织(WHO)的定义,是指在常温下,沸点在50~260℃之间的各种有机化合物。

        武汉市斯坦德优检测有限公司  湖北省武汉市  430000
        摘要:挥发性有机物(VOCs),根据世界卫生组织(WHO)的定义,是指在常温下,沸点在50~260℃之间的各种有机化合物。在我国,VOCs指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物,或在20℃条件下,蒸汽压大于或者等于10Pa且具有挥发性的全部有机化合物。主要包含非甲烷总烃类物质(烷烃、烯、炔烃、芳香烃等)、含卤素有机物(含氯、溴等)、含氧有机物(酮、醛、醇、脂、醚等)、含氮有机物、含硫有机物,是形成臭氧和PM2.5污染的重要前驱体。近些年来,国家对环境问题越来越重视,通过国家管控,企业对环保的投入加大,以及大众环保意识的加强,PM2.5和臭氧的前体物二氧化硫、氮氧化物等污染物已经得到了较好的控制,但是VOCs排放总量每年仍呈现增长趋势,对环境的影响日益增加。
        关键词:环境检测;挥发性有机物;检测方法


        引言
        2020年6月,为贯彻落实《打赢蓝天保卫战三年行动计划》(国发〔2018〕22号)有关要求,确保完成“十三五”环境空气质量改善目标任务,生态环境部制定了《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》。文件指出,将以石化、化工、工业涂装、包装印刷等为重点领域开展夏季(6—9月)VOCs治理攻坚行动,提升VOCs治理能力,积极开展挥发性有机废气的治理工作,不仅关乎企业员工的身心健康,也是完成国家VOCs总量减排任务的必要环节。根据我国产业分布特点,VOCs主要来源于化工、制药、喷涂、包装印刷等行业。
        1挥发性有机物(VOCs)相关概述
        挥发性有机物(VOCs)是指在常压下,任何沸点低于250℃的有机化合物,或在室温(25℃)下饱和蒸气压超过133.32Pa,以气态分子的形态排放到空气中的所有有机化合物的总称,是形成臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)污染的重要前体物。根据基团主要可分为烷烃、芳香烃类、烯烃类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物等8类;根据沸点又可分为极易挥发性有机物(VVOC)、挥发性有机物(VOC)和半挥发性有机物(SVOC)。大气生态环境的建设事关经济社会高质量发展和美丽中国建设,更时刻影响着人民的切身利益。近年来,蓝天保卫战取得积极进展,环境空气质量持续改善,但我国大气污染形势依然严峻,PM2.5浓度仍处高位,同时臭氧(O3)浓度快速上升,“十三五”以来,全国337个地级及以上城市O3浓度上升20.9%,以O3为首要污染物的超标天数占总超标天数的比例达41.8%。我国大气环境保护面临PM2.5和O3污染双重压力,尤其是在京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原等重点区域及苏皖鲁豫交界地区。挥发性有机物(VOCs)排放还会导致大气氧化性增强,且部分挥发性有机物(VOCs)会产生恶臭。为进一步改善环境空气质量,打好蓝天保卫战,全面加强挥发性有机物(VOCs)治理刻不容缓。
        2环境检测中挥发性有机物检测方法
        2.1质谱法
        (1)气相色谱-质谱法。气相色谱-质谱,简称GC-MS,是将气相色谱仪和质谱仪联用的一种技术。被测物质通过气相色谱仪有效地被分离出来,随后进入质谱仪,通过高能离子流轰击,进入检测器,形成色谱质谱图,与标准物质色谱质谱图对比,进行定性定量分析。气相色谱-质谱法兼具气相色谱法的优点,准确性更高。
        (2)质子转移反应质谱法。质子转移反应质谱,简称PTR-MS,是痕量挥发性有机物在线监测的主要检测方法。被测物质在漂移管内与离子源产生的初始反应离子(通常为H3O+、NH4+等离子)发生质子转移反应,产生的(VOCs)H+离子进入质谱仪检测,进行定性定量分析。质子转移反应质谱法一般情况下无需对样品进行预处理,具有高效、可实时监测、绝对量测量等优点,但对同分异构体的识别能力较差。



        (3)飞行时间质谱法。飞行时间质谱,简称TOF-MS。使用电离技术将被测物质电离,产生的离子通过电场加速后,通过漂移管飞向离子接收器,通过分析离子到达接收器时间,定性被测物质。其具有快速检测、高分辨率、高灵敏度等优点,但若出现干扰离子,难以分辨被测物质。
        2.2光谱法
        (1)傅里叶变换红外光谱法。傅里叶变换红外光谱,简称FTIR。由光源发射红外光束,通过迈克尔逊干涉仪,照射气体组分,得到光谱信息,依据傅里叶变换,进行定性和定量分析。FTIR技术具有测量速度快、分辨率高、可动态分析多种污染物等优点,目前正逐步应用于走航观测,但仪器价格昂贵,且对使用者的操作技能要求较高。
        (2)差分吸收光谱法。差分吸收光谱,简称DOAS,由仪器制造光源,发射准直光束通过被测气体至角反射镜,由角反射镜使光束反射回仪器,利用各中气体分子对光源的吸收差异,分析返回光束的光谱强度和结构,测定被测气体组分。DOAS技术具有测量速度快,分辨力高、可远程监测等优点,且无需采样和样品预处理,但仅适用于对紫外线至可见光波段有吸收特性的气体,可测定的VOCs组分较少。
        (3)调谐二极管激光吸收光谱法。调谐二极管激光吸收光谱,简称TDLAS,根据气体分子在红外波段的吸收特效,通过控制输出的激光频率,检测光谱吸收的谐波,测定被测气体组分。TDLAS技术具有灵敏度高、选择性好等特点,但激光调谐范围小,可测定的VOCs组分较少,只限于检测CH4、氨、甲醇、乙醇、甲醛等低分子量物质。
        2.3HPLC分析法
        高效液相色谱分析又称为HPLC分析法,其分析流程是将储液瓶中的溶剂通过泵吸入到色谱系统中,经过输出过程,在通过流量和压力测量后,进入进样器中。样品经过进样器注入到色谱柱中,分离后再进入检测器。检测的信号会通过数据处理设备的处理后,形成色谱图。废弃的液体进入到废液瓶中。HPLC主要改变的是流动的相极性,从而促使样品在最佳的状态下实现分离。HPLC方法在逐步优化中又结合了现代自动控制技术,不仅提高了自动化测量水平,而且高效完成了检测样品的要求和任务,促使挥发性有机物的检测结果更加准确。
        2.4气相色谱法
        气相色谱,简称GC,是20世纪50年代的一项重大发明。主要利用物质的沸点、极性等物理性质上的差异,通过程序变换色谱柱的温度,依据在不同时段内吸附解吸不同种类的物质,有效地分离气体样品中的组分,经检测器形成色谱图,与标准物质的色谱图作比较,进行定量分析,得出最终结果。气相色谱具有分离效率高、选择性好、灵敏度高、分析速度快等特点。
        结语
        综上所述,现代化社会发展趋势下,国民经济爆发式增长,人们生活质量得以提高,使得人们对空气污染问题关注度明显提高。严格意义上来说,空气污染防治工作是全人类面临的共同课题,不仅威胁着社会环境的可持续化发展,更对国民生活质量以及人类身体健康造成了不同程度的威胁。鉴于此,如何解决空气中挥发性有机物,改善我国现状是环境工作面临的重要命题。一方面,应加强挥发性有机物监测工作,依托多元化监测方式,全面把握挥发性有机物来源及严重性,另一方面提高防治措施,以此促进我国环保事业可持续化发展。
        参考文献:
        [1]李科,张盈盈,张媛.气相色谱技术在环境分析中的应用和发展[J].石化技术,2016,23(05):56-57.
        [2]孟雪,沈正生.质子转移反应质谱仪及其应用研究进展[J].计量技术,2019(11):34-37.
        [3]王海平.大气挥发性有机物自动监测技术现状分析[J].环境与发展,2020,32(12):137-138.

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