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定義為一種有機物，全稱是“揮發(fā)性有機化合物”。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、活性強等特點。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，“當苯的含量達到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，能實現(xiàn)從zui初層到zui終層的依次吸附?；旌衔絼┑慕馕龇较蚺c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，這樣更易于實現(xiàn)其樣本分析。這種方法在中低碳氫化合物和鹵代烴化合物的測定中得到了廣泛的應(yīng)用。該方法能實現(xiàn)準確、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，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，保證實驗的真實性，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氣產(chǎn)生氫火焰，當有機化合物進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速和風向的影響。在大氣環(huán)境不斷變化的同時，VOC也在遷移轉(zhuǎn)化，此立足點研究起來較困難。

  當前，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)生著化學反應(yīng)，主要參與成分有氣體氧化劑、氮氧化物和碳氫化合物，生成的O3能促進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。