大气环境中VOC的组成及其气相色谱检测方法研究

大气环境中VOC的组成及其气相色谱检测方法研究

周全1王赛2

天津市环科检测技术有限公司天津市300191

摘要：VOC的形成既有人类社会活动的原因也有自然原因，但是前者带来的影响要明显大于后者。空气中VOC的浓度过高，会给环境造成巨大影响。最为重要的是对人体健康造成危害。就VOC形成的原因而言，涉及到人类活动的多个方面，因此VOC防治工作难度较大、涉及的面广、需要的时间周期长。

关键词：大气环境；VOC的组成；气相色谱检测方法

1VOC概述

关于VOC没有准确的定义，不同的组织对其定义不同。比如世贸组织就将其定义为沸点在50℃～260℃范围内，蒸气压超过了133.32Pa时，以蒸气形式存在于空气中的有机物。而美国联邦环境调查署则将其定义为，除过一氧化碳，二氧化碳，金属碳化物，金属碳酸盐之外，其他所有能够参与到光化学反应的碳化合物。我国将其定义为通过采样并利用非极性色谱柱进行分析，保留时间在正已烷与十六烷之间的有机化合物。VOC的种类非常多，理化性质与化学结构都不一样。但是其基本的共同点是易燃烧，不溶于水，挥发性与刺激性。VOC的来源非常广，人类活动与自然都会产生VOC。相比较而言，人类活动所产生的VOC占到了总量的绝大部分。如车辆排放的尾气，燃油后产生的气体，油漆，涂料，溶剂使用等。除此之外，建材与家具等也会产生VOC气体。VOC造成的影响非常严重。由于VOC包含了多种化合物，其中许多都对人体健康有影响。并且某些成份的浓度要大于室外浓度。含有有机物的制品在施工安装甚至是使用的过程中都会产生大量的VOC。人体长期暴露在污染物中，容易造成中毒。严重的可能会出现昏迷甚至是生命危险。慢性中毒的表现有身体无力，皮肤瘙痒，免疫与分泌功能会受损害，致癌的概率会大幅的增加。对于儿童而言主要是破坏神经系统，是造成后天疾病的重要原因。VOC防治工作要从多个方面入手，由于形成VOC的条件是非常复杂的，防治工作要想取得效果，就必须要从形成VOC的因素入手，有针对性的采取措施。通常对VOC的治理是从源头进行防治，也可以通过吸附剂，光氧化，化学氧化等方法进行处理。

2VOC检测

2.1相关标准与规定限值

通过发挥性有机化合物总量方法对空气中的VOC进行测定，而室内空气质量标准对VOC的限定值作为相应的限定。与国内相比，国外标准更加严格，并且对于空气中的污染物规定更加细致。现行规定存在的另一个问题是测定组分过少。能够准确定性测量的VOC较少，如苯，二甲苯，对，间二甲苯，苯乙烯，乙苯，十一烷，无法满足实际检测工作的需要。我国推荐的环境重点监测物质有82种，分类如表2所示。

2.2采样方法

当污染程度比较高时，由于空气中的VOC浓度高，可以采集少量的空气开展测定工作。如果检测的方法灵敏度较高，也可以直接采样。直接采样方法通常利用的是采样袋与采样罐。对于前者的要求是，材质不能与空气中的VOC发生化学反应或者是吸附作用。密封性要好，不会渗漏。常用的材质有聚酯，聚乙烯等。为了避免内壁对VOC的吸附量产生影响，袋内壁通常会衬膜并且一般是金属膜。罐采样需要注意到采样罐的清洁与选择。采样工作要依据要求进行并且确保罐体的密封性。避免样品污染或者是受到损失。利用罐采样的方法可以避免吸附剂穿漏，吸附性，分解与解吸等问题，但是该方法前期投入较大、成本高，在国内使用较少。在理想状态下，吸附剂应该具备的特点有较大的吸附量，即安全采样体积尽可能大，吸附是可逆的，容易脱附。VOC与吸附剂不会产生反应、对水的吸附能力低。热稳定性与水热稳定性较好。再生测能力强，可以重复性使用。吸附剂可以单独使用也可以重复性使用。室内空气质量标准对苯与VOC采样有规定，二者需要分开进行。

2.3测定方法

气相色谱法简称GC，是色谱法的一种。色谱法中有两个相，一个相是流动气相，另一个相是固定相。如果用液体作流动相，就叫液相色谱，用气体作流动相，就叫气相色谱。气相色谱法由于所用的固定相不同，可以分为两种，用固体吸附剂作固定相的叫气固色谱，用涂有固定液的单体作固定相的叫气液色谱。按色谱分离原理来分，气相色谱法亦可分为吸附色谱和分配色谱两类，在气固色谱中，固定相为吸附剂，气固色谱属于吸附色谱，气液色谱属于分配色谱。按色谱操作形式来分，气相色谱属于柱色谱，根据所使用的色谱柱粗细不同，可分为一般填充柱和毛细管柱两类。一般填充柱是将固定相装在一根玻璃或金属的管中，管内径为2～6mm。毛细管柱则又可分为空心毛细管柱和填充毛细管柱两种。空心毛细管柱是将固定液直接涂在内径只有0.1～0.5mm的玻璃或金属毛细管的内壁上，填充毛细管柱是近几年才发展起来的，它是将某些多孔性固体颗粒装入厚壁玻管中，然后加热拉制成毛细管，一般内径为0.25～0.5mm。在实际工作中，气相色谱法是以气液色谱为主。利用物质的沸点，吸附性与极性存在的差异实现对混合物的分离，其特点体现在灵敏度高，选择性高，应用的范围广，分析所需要的时间短，在多组分混合物分离中应用十分广泛。室内空气质量标准中对苯的测量利用的是气相色谱，检测仪器是氢火焰离子化检测器。工作场所的VOC测量，由于种类不同，色谱柱与条件柱也不一样。

3VOC色谱检测方法

3.1色谱柱填装

前期的准备工作包括了仪器与试剂的准备，凝胶渗透色谱分子测定等。仪器主要有电子天平，循环水室真空泵，气相色谱仪，色谱系统等。试剂包括了甲苯，甲醇，分子筛，对二甲苯，正十一烷，邻二甲苯，乙酸正丁酯，间二甲苯，苯乙烯，乙酸乙酯，氮气，正癸烷，乙醇正丙酯。聚邻苯二甲酸二醇酯制备时，将相关的物质添加到3口烧瓶反应系统中，添加比例为1∶1，经过加热回流等一系列反应后，干燥。取适量的担体于烧杯中，加入蒸馏水，标准为蒸馏水淹没担体为宜。用玻璃棒翻动并静默置，直到颗粒物下沉而粉末悬浮，将上层水利用倾析法倒出，经过重复性洗涤，当烧杯中的水透明时则可以停止。洗涤过程中需要注意的是防止担体破碎，将洗净的担体去除水分。色谱柱在填充的时候，在管尾塞入不锈钢丝小球，将尾端与循环水式真空泵相连接并连接塑料漏斗，开启真空泵将固定相倒入漏斗并做好标记工作，装填好的柱子在使用之前需要将固定液中的杂质去除。

3.2不同固定相对VOC的保留特性

VOC在柱上保留在时间会随着温度的上升而变短，柱的温度越高，则VOC容量因子就越小。容量因子随温度上升而出现的变化会由于VOC的种类不同而存在差异。烷烃类的容量因子受温度变化的情况较小，而芳香烃类则受温度的影响较大。在色相谱生条件相同的情况下，物质的分离程度与分配系数之间存在着联系。分配系数越接近，物质分离的难度就越大，如乙苯与二甲苯，由于系数相近，在色柱上分离的难度就非常大并且二者变化与温度上升的幅度是保持一致的。某些温度范围内某些物质分离工作存有一定困难，当将温度持续升高，达到一定程度时，分离工作就会变得很容易。不同物分离时需要的温度不同，而保留指数则是定性指标的一种参数。保留值标准用于定义分析中，在国际应用的范围十分的广泛。分子在运动过程中会产生安空间位组，由于自身扭动造成了分子变形。两种作用会导致瞬间偶极产生，当分子移动到偶极之间时，就会产生引力。无论是极性物质或者是非极性的物质，都会产生色散力，并且色散力的变化会随着碳键增长与分子量增大而变化，碳键越长，分子量越大，物质在色柱上保留的时间就会越长。

3.3单一固定相对乙苯、间二甲苯选择性

在所有的固定相上，乙苯与间二甲苯的分离难度是最大的，由于沸点与极性非常接近。在不同色谱柱柱温下，选择因子值基本上比较低。在柱温降低的过程中，选择因子值会出现增大的趋势。相比较而言，乙苯与间二甲苯的分离难度是最小的。由于两种物质均为同分异构体，极性大小上存在差异，但是差异比较小，因此在分离的过程中难度较大。在所有固定相上对二甲苯与间二甲苯分离的难度都非常大。而在聚酯上间、对二甲苯与乙苯分离难度大的问题则可以有效地解决。提升乙苯与间、对二甲苯选择因子，可以通过降低柱温的方式，但是该方法会延长分析时间，鉴于此可以考虑通过改变固定相组成的方法来提高选择因子。

4结论

VOC不只是影响到人体健康，对大气环境也有严重的影响。VOC中的某些化合物可以与大气中的某些气体反应，而且VOC能够在对流层中存在时间较长、传输的距离远、影响范围大，其中的某些物质与大气中的某些物质反应后，生成物可以破坏臭氧层，从而带来一系列的问题。

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