探讨室内空气中VOCs的采样及检测方法 |
随着城市化进程的加快，世界的空气质量普遍受到了严重威胁。整个大气污染物质体系中，除了烟尘、粉尘（形态：固体微粒）、雾、总悬浮颗粒（TSP）等颗粒性污染物外，气态污染物占重要部分，占全世界每排入大气污染物质的75%以上，其中有机污染物占多数，这些带有异味（臭或香）的气态污染物会严重干扰居民的日常生活，恶化人们的生存环境，而且还会对人体健康和生态环境造成危害。挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指沸点在50～260 ℃之间、室温下饱和蒸汽压超过133.322 kPa的易挥发性有机化合物。其主要成分
为烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃类及硫烃类、低沸点（Boiling Point)的多环芳烃类等，是室内外空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物。由于VOCs的成分复杂，表现出的毒性、刺激性、致癌作用及特殊气味能导致人体呈现出种种不适反应，并对人体健康造成较大的影响。
1空气中VOCs的采样方法
空气中VOCs的采样主要分主动采样和被动采样。无锡空气检测新装修或新进家具的房子尽量通风。检测时，对采用自然通风的民用建筑，门窗关闭1小时后进行检测，“氡气”则应在对外门窗关闭1小时后进行检测；对采用中央空调的，应在空调正常运转的条件下进行检测。在实际工作中，多采用被动采样，主要有容器捕集法、固体吸附剂法、SPME法。
1.1容器捕集法
容器捕集法是将内壁经硅烷化处理的不锈钢罐内部抽成真空后，用减压或加压的方式采样。采集的试样需再用固体吸附剂吸附（如Tenax）或低温富集处理，然后导入GC－MS测定。该方法操作繁琐，富集倍数小，容器对VOCs有吸附，但优点是一份试样可用作多次分析(Analyse)。Kelly曾用此法研究了有毒VOCs在采样容器中的稳定性，并对不同的化合物在容器中的稳定性做了总结。EPA曾建立了一个数学模型来预测(predict)痕量VOCs在采样容器中的稳定性。
1.2固体吸附剂采样法
用固体吸附剂捕获(catch)空气中VOCs也是通常采用的方法之一。吸附剂选择的一般原则为：
①具有较大的比表面积，即具有较大的安全采样体积；
②具有较好的疏水性能，对水的吸附能力低；
③容易脱附，分析的物质在吸附剂上不发生化学反应(Chemical reaction)，即只是物理吸附。常见的固体吸附剂采样法有：Tenax富集采样法、活性炭吸附溶剂洗脱法、活性炭纤维采样法和混合吸附剂采样等方法，在此就不一一叙述。
1.3固相微萃取法（SPME）
SPME是一项较新的采样方法，该法操作简单方便、无需有机溶剂，集采样、萃取、浓缩和进样于一体。SPME装置由萃取头和手柄两部分组成。该法的关键在于萃取头，其上1 cm
长的融熔石英纤维表面涂有聚合物。常见的萃取头以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为涂层，它对于吸附非极性化合物有非常好的选择性。以聚丙烯酸酯（PA）为涂层的萃取头适用于采集极性化合物，主要用于分析有机氯、酚类等。涂层的厚度影响化合物的采集，100μmPDMS 适用于低沸点、易挥发的非极性化合物，7μmPDMS适用于中等挥发、高沸点的非极性化合物，因此对某一种或一类化合物应选用一个合适的萃取头。采样时利用手柄将萃取头推出，使其直接暴露于室内空气中进行采样，无需动力；采样结束后，收回萃取头即可。分析时，将该装置直接插入GC进样口，推出萃取头，吸附在萃取头上的有机物就会在进样口进行热解吸，随载气进入毛细管柱进行测定。由于解吸时没有溶剂(性状：透明，无色的液体)注入，且分析物很快被解吸送入GC柱，所用的毛细管柱可以很短很细，这可加快分析速度，提高检出限。目前，SPME已广泛用于环境样品的分析。
2挥发性有机污染物分析方法
通常用于分析VOCs的方法有比色管检测法、气相色谱法（GC）、高效液相色谱法（HPLC）、气质联用（GC－MS）、荧光分光光度法、膜导入质谱法等。其中最常用的是气相色谱法和气质联用。
2.1比色管检测法
比色管检测法是一种简单实用的空气检测技术，由一个充满显色物质的玻璃管和一个抽气采样泵构成。在检测时，将玻璃管两头折断，通过采样泵将室内空气抽入检测管，吸入的气体和显色物质反应，气体浓度与显色长度成正比，从而可以直观地得到气体的大致浓度。此方法数据代表性差，目前的检测范围不足以覆盖全部的TVOCs成分。
2.2气相色谱法
气相色谱具有高效能、高选择性、高灵敏度(Sensitivity)、速度快和应用范围(fàn wéi)广等特点，尤其对异构体和多组分有机混合物的定性、定量分析(Analyse)更能发挥(表现出内在的能力)作用。使用气相色谱――氢火焰离子化检测器（FID）对有机感染物进行定性和定量测定是比较成熟的方法之一。
FID是利用氢气/空气火焰的热能和化学能作电离源，使有机物电离，产生微电流而响应的检测(检查并测试)器。无锡环境检测中心是指通过对影响环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势。环境监测的主要手段包括物理手段、化学手段、生物手段。它是一种破坏性的质量型检测器，其响应值取决于单位(unit)时间进入检测器的组分量，其峰高随着载气流速的增加而增大，峰面积基本不变。FID对气体流速、压力和温度变化不敏感(感觉敏锐)，它对H2
O、O2、N2、CO和CO2等无响应，对几乎所有的有机化合物均有响应，特别是对烃类灵敏度高，且响应与碳原子数成正比，检测限达10～12 g/s。
2.3色质联用法（GC－MS）
色质联用法可以测定TVOCs中各种组分的种类和浓度，分析结果准确可靠。不好的地方是采样和分析过程复杂，分析时间长，测量成本高。
质谱检测器（MSD）可对未知化合物进行定性鉴定(同义词:判定、判断、判决)，还可用于痕量组分的定量分析。MSD由离子源、质量分析器和离子检测器组成。离子源将待测组分电离成离子，并使这些离子加速和聚焦成离子束。质谱检测器将不同质荷比的离子分离，经质量分析器分离之后的离子进入离子检测器，将正负离子流转变成电信号输出，MSD的输出为电压――质荷比――时间三维图谱。MSD的定性采用全扫描质谱图，分子离子峰可确定待测组分的分子量，各碎片离子是该分子的一些组成部分。可采用计算机检索定性，也可通过图谱解析定性。MSD定量的基础是待测组分的峰强与其含量成正比。与气相色谱法相比，GC－MS法除具有高效分离能力和准确的定性鉴定能力外，还能够检测尚未分离的色谱峰，且其灵敏度更高，数据更可靠，在一般应用中可省去其他色谱检测器。因此，GC－MS联用技术已逐步成为检测痕量物质的重要手段。
3室内空气VOCs 快速检测实例
下面以一居民小区中某居室的VOCs感染监测为例，介绍室内空气中VOCs现场快速检测的具体实施。
3.1测试（TestMeasure)目的
该居室装修完成时间一个月，装修程度比较高，本次测试将了解室内空气中VOCs的浓度及其变化情况(Condition)，从而为该居室TVOCs 污染评价提供基础数据（data)。
3.2测试方法
测试采用PGM－7240VOCs检测仪现场快速测定法。
3.3监测实施的步骤
（1）测试（TestMeasure)点布置。对测试房间（卧室）采用随机布点的方法布置测试点，房间面积20 m2测试点1个，测试点应离墙壁1 m以上，高度为呼吸带高度。
（2）仪器参数(parameter)设置。无锡空气检测新装修或新进家具的房子尽量通风。检测时，对采用自然通风的民用建筑，门窗关闭1小时后进行检测，“氡气”则应在对外门窗关闭1小时后进行检测；对采用中央空调的，应在空调正常运转的条件下进行检测。开始测定前，对仪器工作参数进行设置：预热时间2 min；开启自动采集数据功能；数据采集时间间隔30 s。
（3）测定。将仪器固定放置在选好的测试（TestMeasure)点，开启仪器，记录时间，10 min后，停止测定，同时记录温度16 ℃，相对湿度20%，大气压力102.3 kPa。
（4）测定结果。读取仪器数据（data)，取10 min测定的平均值为测定结果。经计算，该居室VOCs测定结果为1 260 ppb（此浓度为表观浓度）。
（5）数据（data)分析(Analyse)。参考国家标准方法与VOCs仪器法测定结果的比值R在1.5～3.5之间，说明该居室TVOCs的实际浓度应为1 890～4 410 μg/m3，与标准限值600 μg/m3比较，可以肯定该居室VOCs浓度超标。
4结束语
综上所述，由于劣质的建筑材料和装修材料流入市场且室内装修采用了过多的合成（解释:由几个部分合并成一个整体)材料、涂料引起的VOC超标问题必须引起我们的关注。应尽快指定室内建材VOC的检测标准和技术标准，坚决杜绝生产和使用VOC超标的劣质材料，不用或少用合成材料或涂料。同时在空调设计中应增大室外新风的流量，降低室内VOC的浓度。
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