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環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)分析方法的研究

2018-10-31 10:31姚波管文祥
關(guān)鍵詞:揮發(fā)性有機(jī)物環(huán)境空氣

姚波 管文祥

摘 要:過(guò)去的一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,但同時(shí)也存在著一系列問(wèn)題,那就是在大量消耗資源進(jìn)行粗放式經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中,損害了環(huán)境,空氣中污染物質(zhì)含量逐漸增多,對(duì)人的呼吸系統(tǒng)和身體健康產(chǎn)生了很大的影響。

關(guān)鍵詞:環(huán)境空氣;揮發(fā)性有機(jī)物;監(jiān)測(cè)分析方法

中圖分類號(hào):X502 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

0 前言

在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中,因?yàn)槲廴疚锏呐欧藕推渌廴?,空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的含量危害到了人們的生活健康。導(dǎo)致VOCs含量較高的原因主要有工業(yè)排放、尾氣污染、污水處理不到位或者不處理等行為,這些污染源對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的優(yōu)化造成了阻礙,會(huì)造成人體細(xì)胞癌變等癥狀,對(duì)環(huán)境和人體的安全都造成了威脅。對(duì)VOCs的監(jiān)測(cè)方法有很多種,目前被列入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的VOCs在美國(guó)有56種,在歐洲有30多種。

1 VOCs概述及危害

揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds ,VOCs)是在空氣中存在非常普遍但是危害非常嚴(yán)重的氣體,其沸點(diǎn)在50℃~260℃,室溫下飽和氣壓超過(guò)133.32Pa,這種污染氣體的來(lái)源主要有化工工業(yè)生產(chǎn)、污水排放、垃圾處理廠廢料、汽車尾氣排放和其他污染行業(yè)的排放,VOCs的成分較為復(fù)雜,許多成分含量非常微小,但是容易導(dǎo)致細(xì)胞病變、出現(xiàn)畸形等情況,對(duì)環(huán)境安全和人的健康狀況造成了非常大的威脅。

目前測(cè)量VOCs的主流的方法是氣相色譜-質(zhì)譜法(gas chromatography.mass spectrometry,GC-MS),這種技術(shù)一直在VOCs的精確測(cè)量中發(fā)揮著作用,但是這種技術(shù)因?yàn)槭芟抻陔娮愚Z擊技術(shù)和色譜的分析問(wèn)題,存在著一定的局限性,不能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和分析,時(shí)效性較差,在對(duì)測(cè)定樣品進(jìn)行測(cè)定前的處理時(shí),需要消耗大量的溶劑和樣品,在采集時(shí)需要消耗大量的人力物力進(jìn)行采集,在運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸難度較大,樣品可能會(huì)發(fā)生損失或者各種成分之間混合導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)誤差,導(dǎo)致監(jiān)測(cè)的效果差,這種費(fèi)力的監(jiān)測(cè)方法導(dǎo)致了監(jiān)測(cè)費(fèi)用的上升,需要在樣品采集、儲(chǔ)存運(yùn)輸和提純分離等過(guò)程中花費(fèi)更多的費(fèi)用,在這種形勢(shì)之下,發(fā)展新的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù),出現(xiàn)了監(jiān)測(cè)方法研究的新的方向。

2 VOCs的采集方法

因?yàn)閂OCs在空氣中的含量較低,因此對(duì)樣品的良好的采集技術(shù)是非常重要的,可以保證樣品測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

2.1 容器捕集法

容器捕集法在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛,主要是使用Summa罐進(jìn)行收集,在取樣時(shí)采用USE-PA技術(shù),分別使用TO-14和TO-15對(duì)非極性和極性物質(zhì)進(jìn)行分析,Summa罐在收集中可以避免吸附物的分解,并且可以同時(shí)對(duì)多種物質(zhì)進(jìn)行分析。國(guó)外的相關(guān)學(xué)者對(duì)采集的有機(jī)物進(jìn)行了測(cè)定,發(fā)現(xiàn)使用Summa罐采集到的VOCs氣體純度是更高的。但使用Summa罐也存在著一些問(wèn)題,使用罐進(jìn)行取樣的前期成本是較大的,對(duì)低濃度的有機(jī)物沒(méi)有相應(yīng)的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn),不能確定準(zhǔn)確的值,儀器檢測(cè)方面也存在著問(wèn)題。除了Summa罐以外還有玻璃容器和聚合袋采集的方法,聚合袋的成本較低,使用并不復(fù)雜,但密封存在問(wèn)題,可能會(huì)導(dǎo)致氣體泄漏和樣品損失,玻璃容器因?yàn)槠渥陨淼奈锢硖匦裕浅H菀讓?dǎo)致破碎,而且便攜性較差,在進(jìn)行野外測(cè)樣時(shí)局限性較大。

2.2 吸附法

吸附法使用較為簡(jiǎn)單,能適應(yīng)大多數(shù)VOCs收集的情況,是目前應(yīng)用最為廣泛的采集方法,我國(guó)就主要使用這種方法進(jìn)行測(cè)定,如環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ584—2010和ISO16200—2001兩種。吸附法中主要使用固體的吸附物對(duì)氣體進(jìn)行吸附收集,吸附物需要具備容納有機(jī)物量大、吸附速度快、物質(zhì)不容易發(fā)生變化等特性,主要的吸附物有Tenax和活性炭物質(zhì)。

Tenax是國(guó)際上常用的吸附物,這種物質(zhì)對(duì)于空氣幾乎不會(huì)產(chǎn)生污染,收集過(guò)程較為環(huán)保,物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,在溫度較高時(shí)不會(huì)發(fā)生變化和降解,Tenax-GC能夠采集80℃~200℃的物質(zhì),Tenax-TA是技術(shù)進(jìn)步發(fā)展的產(chǎn)物,可以用來(lái)采集280℃的物質(zhì),這種吸附物在經(jīng)過(guò)很多研究人員的測(cè)試后,對(duì)很多苯類物質(zhì)有較強(qiáng)的吸附能力,采集效果較好。

活性炭在是吸附法最常用和應(yīng)用最為廣泛的物質(zhì),對(duì)非極性物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力,吸附能力強(qiáng)主要是因?yàn)楸砻娴奈⑿涂纵^多,與ACF表面直接接觸。國(guó)內(nèi)的相關(guān)專家學(xué)者以活性炭纖維作為原材料,建立了切實(shí)有效的VOCs測(cè)定方法。

但是在實(shí)際的監(jiān)測(cè)分析工作中,有機(jī)物的沸點(diǎn)相差較大,單一的吸附物無(wú)法滿足需求,因此混合吸附物被使用,混合吸附物可以根據(jù)有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)、沸點(diǎn)等特性對(duì)物質(zhì)進(jìn)行吸附,吸附的物質(zhì)種類較大,在使用完成后可以進(jìn)行回收,對(duì)于多種揮發(fā)物混合的空氣采集效果尤為顯著。

2.3 固相微萃取法

這種方法是一種比較新的采集方法,由于能夠?qū)崿F(xiàn)采集、濃縮一體化操作,所以相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)而言,在生產(chǎn)效率上有明顯的提升與進(jìn)步,而且能夠節(jié)約人力在檢測(cè)工作上的應(yīng)用,讓測(cè)定工作準(zhǔn)確、快速的發(fā)展目標(biāo)得到初步的實(shí)現(xiàn)。這種測(cè)量設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要由萃取探頭與手柄兩個(gè)部分組成,探頭用于測(cè)量中空氣樣本的手機(jī),只需將其直接暴露在待檢測(cè)的空氣之中就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)定樣本的收集,在自動(dòng)采集工作完成之后還需要手動(dòng)將探頭收入設(shè)備內(nèi)部。由于探頭在設(shè)計(jì)上采用了PDNS為涂層,所以在對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的收集與親和上有明顯的提升。在后續(xù)的設(shè)備改進(jìn)工作中,為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大以及測(cè)量針對(duì)性的進(jìn)一步細(xì)化,探頭設(shè)計(jì)在涂層上有更多的選擇。

3 VOCs的監(jiān)測(cè)分析方法

3.1 GC與GC-MS

GC具有速度快、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)ξ镔|(zhì)進(jìn)行定量的分析,GC-MS還可以對(duì)沒(méi)有進(jìn)行分離的色譜峰進(jìn)行分析,其結(jié)果的準(zhǔn)確度較高,得出數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確,可以省略掉其他色譜檢測(cè)器的工作。在工作性能上,該種監(jiān)測(cè)方法可以同時(shí)檢測(cè)到未進(jìn)行分離的色譜峰,所以能夠滿足更多的測(cè)量工作要求,成為痕量物質(zhì)測(cè)量中最為常用的測(cè)量方法。隨著該項(xiàng)測(cè)量技術(shù)自身的應(yīng)用與改進(jìn),其最低測(cè)量濃度逐步降低,目前可達(dá)0.2mg/m3~0.6mg/m3,而且在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上也得出了其最佳取樣條件,處于最佳該工作狀態(tài)的設(shè)備測(cè)定精確率不僅能使時(shí)鐘保持在穩(wěn)定狀態(tài),還能得到進(jìn)一步的提升。

3.2 HPLC測(cè)定方法分析

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,其與社會(huì)各行各業(yè)的聯(lián)系也日益密切,在環(huán)境空氣測(cè)量領(lǐng)域也漸漸取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。HPLC測(cè)定技術(shù)就是自動(dòng)化控制技術(shù)與環(huán)境有機(jī)物測(cè)定技術(shù)聯(lián)合發(fā)展的成果,這種測(cè)定技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)定工作的自動(dòng)化與高效能運(yùn)作。其對(duì)試樣的要求也更為簡(jiǎn)便,揮發(fā)性已經(jīng)不能成為制約其測(cè)定工作開(kāi)展的關(guān)鍵因素。在測(cè)定部分,其采用紫外檢驗(yàn)、熒光檢驗(yàn)等多種方法進(jìn)行,讓測(cè)定工作的工作范圍有了很大的擴(kuò)大,其最低測(cè)定限度也達(dá)到5ng~300ng。

3.3 其他測(cè)定方法

對(duì)于環(huán)境中有機(jī)物的測(cè)定是我們掌握空氣污染狀況的關(guān)鍵手段,更是我們了解環(huán)境、保護(hù)環(huán)境的開(kāi)始,所以我們的測(cè)定技術(shù)需要不斷地進(jìn)行發(fā)展與改善。

結(jié)語(yǔ)

空氣中的有機(jī)物一旦超出正常范圍就會(huì)對(duì)我們的生活造成嚴(yán)重的危害,所以對(duì)于環(huán)境空氣的凈化與保護(hù)工作必須受到充分的重視。對(duì)測(cè)定技術(shù)進(jìn)行研究與分析將會(huì)幫助我們走好未來(lái)的空氣凈化之路。

參考文獻(xiàn)

[1]杜振輝,翟雅瓊,李金義.空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的光譜學(xué)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].光譜學(xué)與光譜分析,2009,29(12):3199-3203.

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