水質中揮發性有機物在線監測技術研究進展

韋方洋 丁銀 李艷麗

摘要：本文對目前水中揮發性有機物在線監測技術的應用現狀進行了研究與探討，主要介紹了適用于在線監測的吹掃捕集法，氣相色譜法和氣相色譜-質譜法，以及相關在線監測設備，并對在線監測技術的未來發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：水質;揮發性有機物;在線監測

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）05-00-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.053

Abstract： This paper studies and discusses the current application status of on-line monitoring technology of volatile organic compounds in water. It mainly introduces the purging and trapping method， gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometry， and related online monitoring equipment for online monitoring. And look forward to the future development trend of online monitoring technology.

Keywords： Water quality; Volatile organic compounds; Online monitoring

揮發性有機化合物（VOCs）包含有多種有毒化合物和致癌物質，能夠在水中遷移并持久存在，可能通過飲用水或水生生物等進入食物鏈，危害人體健康[1]。VOCs的來源主要有自然界的動植物生命活動產生和人類生產生活產生。隨著現代工業的發展和人口增多，來自工業廢氣、汽車尾氣、燃料燃燒、污水和垃圾處理廠等人類活動產生的VOCs日益增多，VOCs直接或間接的進入水體中，危害水環境安全。水質中VOCs的在線監測技術日益受到人們關注。

1 VOCs前處理方法

水質中VOCs的濃度通常較低，通過前處理濃縮富集可以提高VOCs檢測濃度，提高測試的靈敏度，降低檢出限[2]，同時還可以消除其他組分的干擾。水質中VOCs的前處理方法主要有液-液萃取法、固相微萃取、頂空法和吹掃捕集法。在水質VOCs在線監測實際應用中，主要采用的方法是吹掃捕集法。

吹掃捕集法的原理為通過吹脫管用氮氣、氬氣等惰性氣體，將水樣中的VOCs連續吹脫出來，然后吸附到帶有吸附劑的捕集管中。吹脫完成后，通過加熱捕集管對VOCs進行熱脫附后進入檢測系統[3]。相比于其他前處理方法，吹掃捕集法無需有機溶劑、步驟簡單、樣品用量較少富集效率高、受其他因素干擾小，適合用于在線監測[4]。

2 VOCs在線監測方法

目前VOCs的分析檢測方法主要包括實驗室離線檢測和在線監測，其中實驗室離線檢測是指將現場樣品取回實驗室測試;在線監測是指通過在線監測設備連續自動采樣監測、無人值守。離線檢測采樣復雜、分析周期長、數據滯后、較難反應同一監測點位的變化趨勢。在線監測方法是離線分析方法的衍生。在線監測可以自動采樣分析、無人值守連續實時監測、完整的數據鏈便于歸因溯源、發現VOCs 的變化特征和規律，為制定 VOCs 治理措施提供重要參考依據，適用于重要點位的長期連續監測。對于水質中VOCs 在線監測方法，主要有氣相色譜法、氣相色譜-質譜法等。

2.1 氣相色譜法（GC）

GC是一種高效的分離分析技術，在水質中的VOCs 在線監測領域應用廣泛，具有分離選擇性好、柱效高、速度快、靈敏度高、應用廣泛等優點。GC常見的檢測器有熱導檢測器（TCD）、氫火焰離子化檢測器（FID）、電子捕獲檢測器（ECD）、火焰光度檢測器（FPD）、光離子化檢測器（PID）等。應用于水質VOCs在線監測的檢測器主要是FID和ECD。

2.1.1 氣相色譜-氫火焰離子化檢測器（GC-FID）

FID是一種典型的質量型檢測器，測量氣相色譜載氣中某組分的質量變化速度[5]。FID利用氫火焰作為電離源，使有機物電離，產生微電流而獲得響應[6]。FID 對有機物有較高靈敏度，對水、一氧化碳、二氧化碳等無機物沒有響應。

水質中VOCs檢測的標準有《水質 揮發性有機物的測定 吹掃捕集 氣相色譜法》 （HJ 686-2014）和 EPA method 502.2，兩者均規定了FID作為檢測器之一。水質中VOCs在線監測設備廠商有先河環保、力合科技、聚光科技等（見表1），均使用了FID檢測器，監測對象涵蓋地表水、自來水、廢水、海水等。

2.1.2 氣相色譜-電子捕獲檢測器（ECD）

《水質揮發性有機物的測定 吹掃捕集氣相色譜法》 （HJ 686-2014）規定了ECD作為檢測器之一用于檢測鹵代烴類組分，根據保留時間定性，外標法定量。ECD對電負性化合物的選擇性強，靈敏度高[7]。采用ECD作為檢測器的在線監測系統有力合科技的LFGC-2012系列水質分析儀（見表1）。

2.2 氣相色譜-質譜法（GC-MS）

在氣相色譜-質譜聯用分析技術中，質譜儀相當于氣相色譜儀的一個檢測器，氣相色譜將樣品中各組分依次分離，通過氣相色譜和質譜的接口后進入質譜分析檢測，樣品分子在高能粒子束作用下電離生成特異性的分子離子片段，根據質荷比的不同來對樣品進行定性分析，得到樣品中各組分的定性和定量數據。

相關行業標準有《水質 揮發性有機物的測定 吹掃捕集/氣相色譜-質譜法》（HJ 639-2012）、《水質 揮發性有機物的測定 頂空/氣相色譜-質譜法》（HJ 810-2016）。目前開發基于GC-MS技術的揮發性有機物在線監測系統的廠家有INFICON（見表2）。鐘聲[8]等通過在線 GC-MS 監測系統測定地表水中的 54 種揮發性有機物，發現該方法線性、檢出限、準確度和精密度均能滿足水質自動監測的需要。

3 總結

水質中VOCs的測定，前處理主要采用吹掃捕集法，在線監測方法主要是P&T-GC-FID。GC-MS需要氣質聯用，雖然在定性和結構分析方面有優勢，但是價格、維護成本高，維護難度較大，因此主要用于實驗室離線分析檢測，在線監測方面應用較少。目前，適用于水質中VOCs在線監測方法種類以及在線監測設備廠商數量均明顯少于空氣中VOCs在線監測，可能的原因是水質中VOCs濃度通常為痕量級別，對前處理技術和檢測方法要求較高。

水質中VOCs在線監測可能的發展趨勢有：提升前處理技術以適用于痕量監測;微型化、低成本以廣泛應用;模塊化、智能化以方便運維。

參考文獻

[1]房麗萍，楊剛，田文，田洪海.借鑒歐美經驗完善我國VOCs水環境標準體系[J].環境保護，2016，44（07）：60-62.

[2]楊永安，張凱，唐紅軍，余全智，蔣紅斌.水環境中揮發性有機物的監測方法[J].四川環境，2014，33（03）：108-112.

[3]陳佳文.探究水環境中揮發性有機物的監測方法[J].環境與發展，2017，29（07）：152-153.

[4]吳學峰.車載GC-MS應急監測水中揮發性有機物效果研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2014.

[5]李興洲.氫火焰離子化檢測器的工作原理與特性[J].印刷技術，2012（02）：45-46.

[6]張云，陶芊.常規氫火焰離子化檢測器用于便攜式氣相色譜儀的可行性討論[J].化工自動化及儀表，2017，44（02）：147-151.

[7]張潛，高玲，賴發偉，黎源倩.電子捕獲檢測器-氣相色譜法測定飲用水中多種有機磷殘留[J].現代預防醫學，2007（14）：2715-2717.

[8]鐘聲，崔嘉宇.在線氣相色譜-質譜聯用技術在定性定量監測水中揮發性有機物的應用[J].環境監控與預警，2018，10（01）：22-25+33.

收稿日期：2019-01-12

作者簡介：韋方洋（1986-），男，漢族，分析化學碩士，中級工程師，研究方向為環境在線分析儀研發。