大氣環(huán)境中VOC的檢測與遷移轉(zhuǎn)化

隨著生活水平的不斷提高，人類的生存環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，人們對大氣環(huán)境的要求也越來越高。近年來，大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，尤其是VOC、SO2和NOX等污染物的監(jiān)測受到了廣泛的關(guān)注。這與人類的生存密切相關(guān)。

1 VOC概述

   世界衛(wèi)生組織將VOC定義為一種有機(jī)物，全稱是“揮發(fā)性有機(jī)化合物”。按照結(jié)構(gòu)種類劃分，VOC分為烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他化合物8種。大氣中存在的VOC有600多種，具有濃度低、活性強(qiáng)等特點(diǎn)。人們的身體健康及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定性極易受到VOC的影響。美國環(huán)保局發(fā)布的報告指出，“當(dāng)苯的含量達(dá)到0.3 μg/L時，百萬接觸者患白血病的人數(shù)為4～8，并且患病人數(shù)隨著苯含量的增大而急劇上升。”總的來說，VOC對人體的影響主要表現(xiàn)在誘發(fā)急/慢性疾病、構(gòu)成依賴性、導(dǎo)致NBS和SBS等幾方面。

  對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在以下3個方面：

  ①毒性大，引發(fā)癌變；

  ②在大氣環(huán)境中轉(zhuǎn)化成光學(xué)煙霧，阻礙萬物生長；

  ③部分成分會造成臭氧空洞。

2 VOC監(jiān)測

  在氣相色譜法中加入熱解析這一步驟，就構(gòu)成了我國常用的VOC監(jiān)測方法。該方法的運(yùn)用不僅便于開發(fā)出方便攜帶的便攜式氣相色譜儀，還可實(shí)現(xiàn)VOC現(xiàn)場監(jiān)測，解決了樣品監(jiān)測成本高等問題。一般情況下，VOC監(jiān)測方法的具體實(shí)施步驟是：樣品采集→樣品預(yù)處理→儀器分析。

2.1 樣品采集

要采集VOC樣品，首先要掌握VOC成分復(fù)雜、易揮發(fā)和含量低等特性，正確的采樣方法對獲得準(zhǔn)確、可靠的測量結(jié)果非常重要。在采集樣品時，通常采用吸附采樣法和全量空氣采樣法。

2.1.1 吸附采樣法

  吸附采樣法使用固體吸附劑對樣品進(jìn)行吸附。對吸附劑的選取要考慮所吸附的化合物的性質(zhì)，有針對性地進(jìn)行吸附。吸附劑的共性是吸附容量大，且吸附過程中自身的特性穩(wěn)定。這有助于樣品采集效率的提高。

對于VOC吸附劑的選取還要考慮其特性。VOC吸附劑分為聚合物式和碳吸附式兩種。聚合物式吸附劑常選用Tenax 系列，而碳吸附式吸附劑種類較多，有多孔碳、石墨碳和活性炭等。吸附劑的選取決定著樣品采集結(jié)果。選取吸附劑時，通常要遵循以下幾個基本原則：①在吸附過程中，吸附劑要有穩(wěn)定的物理特性和化學(xué)特性；②盡量使吸附操作簡便；③在吸附劑吸附化合物時，對H2O、SO2的吸附力越弱越好，而對靶化合物的吸附力則越強(qiáng)越好；④吸附劑的容量要大；⑤盡量不改變吸附物的原有體積。

  如今，在吸附劑市場中，單一功能的吸附劑往往難以滿足要求，而混合吸附劑的市場需求越來越大，能實(shí)現(xiàn)從zui初層到zui終層的依次吸附。混合吸附劑的解析方向與單一吸附劑相反。在吸附時，如果按順序?qū)⒚恳粋€極性的化合物依次吸附在吸附劑上，則更容易實(shí)現(xiàn)解析。

2.1.2 全量空氣采樣法

  在采集現(xiàn)場直接采集氣體，處理時先濃縮樣本氣體，提高其密度和濃度，這樣更易于實(shí)現(xiàn)其樣本分析。這種方法在中低碳?xì)浠衔锖望u代烴化合物的測定中得到了廣泛的應(yīng)用。該方法能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高質(zhì)量的重現(xiàn)分析，降低因采樣體積和采樣效率帶來的不確定性。

采用全量空氣采樣法主要涉及灌裝聚合物袋、玻璃器皿和不銹鋼罐。對比這三者的優(yōu)、缺點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，聚合物袋價格低廉，操作簡單，但如果用后處理不當(dāng)，易造成環(huán)境污染；玻璃器皿體積不大，使用時注意輕拿輕放；不銹鋼罐不易受到陽光透射，可降低氣體樣本受影響的程度，保證實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，并且能重復(fù)利用。

2.2 PID FID原理VOC分析儀

   TVA2020C便攜式VOCs分析儀采用FID檢測器，檢測器使用氫氣和助燃?xì)猱a(chǎn)生氫火焰，當(dāng)有機(jī)化合物進(jìn)入到燃燒火焰時會被離子化。離子化產(chǎn)生的自由電子束通過探測器中的極化電極被直接送到檢測電路中。檢測電路將此電子束作為電流來處理，電流大小取決與探測器中有機(jī)揮發(fā)物的含量，通過測量電流，可計算出VOCs的濃度。

  PID傳感器由紫外燈光源和離子室等主要部門構(gòu)成，在離子室有正負(fù)電極，形成電場，紫外燈產(chǎn)生高能紫外光。氣體分子RH流入測量池（離子室后），吸收紫外光，當(dāng)紫外光的能力（HV）大于氣體分子的電離電位，氣體分子就會被電離產(chǎn)生負(fù)電子和正離子，這些電離的微粒在電極間形成電流，該電流與氣體濃度線性相關(guān)，經(jīng)檢測器處理后，輸出氣體濃度信號。

  蘇州申貝儀器有限公司生產(chǎn)的便攜式PID檢測儀和固定在線PID的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于：環(huán)境空氣監(jiān)測、泄露監(jiān)測（LDAR）、水中和土壤中VOCs分析、排放煙道監(jiān)測、應(yīng)急監(jiān)測、垃圾填埋......

2.3 樣品預(yù)處理

  樣品的預(yù)處理至關(guān)重要。傳統(tǒng)的預(yù)處理方法主要是蒸餾和提取，操作起來麻煩，并且需要額外添加試劑。zui經(jīng)典的預(yù)處理方法當(dāng)屬溶劑萃取法，但是通常溶劑具有毒性，應(yīng)注意安全操作。目前，經(jīng)過改善的預(yù)處理方法越來越多，有液上空間法、固相萃取法、臨界流體萃取法等。這些改進(jìn)方法是近年來迅速發(fā)展起來的，是、zui有效的氣體樣品預(yù)處理方法。

3 VOC的遷移轉(zhuǎn)化

  大氣污染物的濃度易受排放源數(shù)量、分布情況及周圍地形、地貌、氣象的影響，因此，大氣環(huán)境在不斷變化，比如污染物的濃度極易受風(fēng)速和風(fēng)向的影響。在大氣環(huán)境不斷變化的同時，VOC也在遷移轉(zhuǎn)化，此立足點(diǎn)研究起來較困難。

  當(dāng)前，對于VOC遷移轉(zhuǎn)化的研究主要是從大氣轉(zhuǎn)化物的zui終性質(zhì)入手，通過反推得出轉(zhuǎn)化的規(guī)律和自然環(huán)境條件。后者模擬起來困難較大。大氣環(huán)境中各種化合物在不斷地發(fā)生著化學(xué)反應(yīng)，主要參與成分有氣體氧化劑、氮氧化物和碳?xì)浠衔?，生成的O3能促進(jìn)VOC的遷移轉(zhuǎn)化。我國關(guān)于VOC遷移轉(zhuǎn)化的研究仍處于初級階段，需要科研工作者共同努力。