環境檢測中揮發性有機物檢測方法的合理運用

（江蘇省鎮江環境監測中心，江蘇 鎮江 212000）

大氣環境中的VOCs成分非常復雜，同時含量通常很低。因此，想要得到精確的成分類別與質量檢測結果，人們必須使用高精密的儀器與方法，獲得具備較高參考價值的數據。隨著時代的進步與技術的不斷革新，檢測技術越來越先進，但是依然需要改進，因此專業技術人員要持續開展研發工作。

1 環境檢測中揮發性有機物概述

環境中的揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，簡稱VOCs）屬于大氣環境中的常見污染物，一般指沸點在50～260℃、室內平均溫度狀況下飽和蒸氣壓超過133.322 Pa的易揮發化合物，有毒，可致癌，可產生光化學煙霧。VOCs不僅會讓室內外空氣質量下降，當濃度達到一定程度時，還會對人體健康產生威脅。

VOCs通常由烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類、多環芳烴類物質組成，在室內外大氣中普遍存在，構成較為復雜。其主要來自各種化工原料與木材、煙草等有機物的不完全燃燒，同時汽車尾氣、植物自然排放物也有烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類物質。隨著時代的發展與進步，建筑物結構可能會發生較大的變化，導致新型材料、保溫材料以及室內材料被大范圍推廣使用。另外，很多生活用品（如化妝品、衛生間除臭劑、殺蟲劑）都含有大量的深加工提取物，揮發性較強，使用期間可能揮發出很多有機化合物，這些物質在降解過程中會釋放出低分子化合物，給大氣造成嚴重污染[1]。需要注意的是，由于源頭物質的差異，VOCs的成分構成存在差異，其可能會表現出不同的毒性、刺激性、致癌作用。

2 環境檢測中揮發性有機物檢測方法

2.1 環境檢測中VOCs的樣品采集

空氣中VOCs樣品采集是對其進行成分鑒定的基礎環節。VOCs在大氣環境中的含量較低，易揮發，成分復雜，因此人們要根據實際情況，合理選擇采樣方法，保證后續測定步驟高效落實并獲得可靠的數據。

2.1.1 采樣方法

VOCs采樣方法分為三種，即直接采樣、有動力采樣、被動式采樣。直接采樣法包括聚合物袋法、玻璃容器法、不銹鋼采樣罐補集法等。聚合物袋法的優勢是成本較低，效果較好，使用方便[2]。缺點是滲透可能會造成明顯的樣品污染，同時會損失較多的樣品成分。玻璃容器采樣方法有體積限制，由于盛放樣品的容器采用玻璃材質，所以存放與運輸過程中需要特別防護，容易出現破碎情況，清洗時要傾注大量心力，較為復雜。同時，樣品保存在針筒內，可能會附著在內壁上，導致樣品出現嚴重的劑量損失。不銹鋼采樣罐補集法是美國EPA常用的標準方法，安裝上微孔過濾采樣頭后，需要將氣罐閥門打開，30 s后將閥門關閉，此時罐內壓力會接近大氣壓，這時需要進行加壓采樣，其間使用額外的泵提供正壓。定時采樣時，要先安裝流速控制閥，然后將罐閥打開，科學控制流量采樣，這種方法一般會用在非極性物的成分分析上，可以防止使用吸附劑時出現嚴重的穿透、分解、解析。同時，這種方法采集的樣品不會受到滲透或光照影響，可以最大限度地保留樣品完整性，獲得較好的回收率。但是，這個方法的缺點是價格較高，標樣制備與罐體清洗需要占用較多時間，同時操作步驟較為復雜。

2.1.2 吸附劑選用

直接采樣方法操作簡單，不需要富集氣體，常用于測定濃度較高的氣體成分，可以獲得較好的效果。有動力采樣與被動采樣都需要使用吸附劑，吸附劑至關重要，會直接影響后續結果，通常，吸附采樣方法比較適合在室外環境中測定VOCs。

吸附劑主要分為兩種，一種是有機吸附劑，另一種是無機吸附劑。吸附劑必須具備吸附容量大、收集效率高、化學性質穩定等特征，常溫下不會與其他物質發生反應。無機吸附劑最為常見的有活性炭、硅膠、氧化鋁等，這些物質普遍具備比表面積大、吸附性強、熱穩定性好等性質，但是在脫附不完全或是使用極性化合物時，可能會產生不可逆的吸附與分解。例如，活性炭雖然具備較強的吸附力，但是吸附不可逆。金屬氧化物與堿金屬具備較強的催化作用，尤其是高溫環境[3-5]。

一般的吸附劑具備較強的吸水性，如果對樣品進行熱解吸附，活性炭吸附的水分可能會導致FID檢測器滅火，故使用活性炭時，最好選擇那些不會在反應過程中生成水分的方法，如熱解析。目前最好選擇二硫化碳或是二氯甲烷溶解劑解析法。通常，粒狀活性炭與粉狀活性炭具有使用周期短、再生困難、系統壓力損失大等性質，針對這些缺點，研究人員近年來不斷加強活性炭研究，開發出蜂窩狀活性炭、球狀活性炭、活性炭纖維以及新型活性炭[6-8]。其中，活性炭纖維性能最為突出，是將有機纖維進行化學處理后得到的，因此具備非常突出的吸附性。

不同的采集方法都會存在使用缺陷，因此技術人員在選擇時要全面考慮，防止樣品采集過程中出現嚴重的VOCs揮發與反應問題。為了提升吸附劑的吸附效率，技術人員可以營造更好的反應環境，改善樣品采集與存放條件，如風速、溫度、相對濕度、共存干擾物等。需要注意的是，即便如此，揮發性物質依然很容易揮發。

2.1.3 樣品預處理

在監測分析中，樣品預處理占據較為重要的地位。常見的預處理方法包括溶劑解析法、固相微萃取法、超臨界流體萃取法等[9-11]。溶劑解析法最為常用的解析溶液是CS2，在使用這種方法時，解析溶液的體積會比樣品體積大很多，因此很容易影響解析靈敏度。在應用這種方法時，要對環境中采集的樣品進行富集，因此分析結果會受到較大的影響，誤差較大。同時，與溶劑解析法對比，熱解析方法可以獲得更好的解析效果，同時靈敏度較高，回收性與重復性較好，受到技術人員的青睞。缺點是不可以重復分析，同時無法獲得較高的樣品回收率。

固相微萃取法的優勢是操作簡單，同時不需要準備大量溶劑，可以減少成本，劣勢是步驟復雜，同時可能會出現明顯的被分析物流失問題，試驗的重現性差。超臨界流體萃取法需要使用大量純度較高的二氧化碳，步驟較為復雜。每種解析方法都有優勢與劣勢，可能都無法獲得完美的應用效果，人們要不斷革新技術，消除傳統技術的缺陷。

2.2 環境檢測中的VOCs分析

氣相色譜法（GC）、氣相色譜-質譜法（GC-MS）、高效液相色譜法（HPLC）、熒光分光光度法和膜導入質譜法等是環境VOCs分析中較為常用的幾種方法。氣相色譜法近年來發展最為迅速，得到廣泛推廣和應用，其效能與選擇性都較強，靈敏度較好，分析速度快[12-14]。該方法可以用于一些異構體、多組分混合物的定性、定量分析，效果較好，氣相色譜分析的檢測器包括火焰離子化檢測器（FID）、電子捕獲檢測器（ECD）等。隨著時間的推移，氣相色譜-質譜法操作流程日趨完善，可以對混合物進行高效檢測與分析，結果較為精確，參考性強。與氣相色譜法相比，該方法的分析能力與定性鑒定能力較強，同時可以科學檢測未分離的色譜峰，靈敏度較高，是痕量物質檢測的常用手段。

2.3 環境檢測中VOCs的在線監測技術

氣相色譜法和氣相色譜-質譜法在精確測量VOCs方面的作用不言而喻，但是使用受到一些技術層面的限制，例如，監測分析滯后，復雜度高的樣品預處理會耗費大量時間與物力。同樣，樣品采集與運輸需要配備專業人員，否則會出現明顯的質量損失，導致檢測結果出現偏差。樣品的采集、濃縮提取、分離等造成單個樣品的檢測成本高，同時樣品檢測數目會受到較大影響。隨著時間的推移，環境監測精度與準確性要求越來越高，因此人們必須不斷革新技術。VOCs在線監測方法有飛行時間質譜技術、傅里葉變換紅外光譜技術、激光光譜技術等，雖然技術應用效果較好，但是其限制因素較多，一些在線監測儀器價格過高，體積較大，維護非常復雜。其中，調諧激光吸收光譜在線監測技術具有突出的優勢，因此獲得較好的使用評價，但是技術開發尚不夠完善，使用過程中還會存在一些限制性因素。

3 適合國內地方使用的測定方法

從實際情況來看，氣相色譜法和氣相色譜-質譜法是我國實驗室使用較多的測定方法，適用性較強。二者在環境VOCs成分檢測中可以獲得較好的測定結果。基本操作原理都是通過富集空氣中的低濃度VOCs，讓其含量達到定量檢測標準，保證測定結果具備較強的參考性。樣品收集與富集都采用罐采樣／冷凍預濃縮法，以保證獲得較好的效果。但是，這種方法的設備成本較高，同時需要使用液態氮，部分地區難以滿足。

4 結語

各種VOCs測定方法都會存在一定的應用限制，因此技術研發人員必須加快研發速度，不斷革新檢測技術。同時，試驗人員要明確試驗環境要求，選擇適宜的檢測方法，以便充分發揮檢測方法的優勢。