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VOCs气态污染物监测:罐采样-GC/MS结合技术概述与进展

北极星环保网来源:环境工程2016/11/23 9:21:14我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:VOCs 挥发性有机化合物 罐采样法

北极星环保网讯:气态挥发性有机物(VOCs)的污染严重威胁人们的健康,因而对它的监测技术的研究也越来越多。其中罐采样与气相色谱/质谱联用的检测技术在VOCs气态污染物测定中的应用逐步受到关注。对罐采样技术进行了综述,重点介绍了罐采样与气相色谱/质谱联用技术在环境空气、室内空气、废气中VOCs检测的应用。


挥发性有机化合物是大气环境中的重点污染物之一,其主要成分为烃类、含氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类、低沸点的多环芳烃类等,种类繁多且成分复杂。

环境空气中挥发性有机化合物主要来源于工业废气、汽车尾气、光化学污染物等。此类化合物大多有毒性及一定的刺激性气味,易被皮肤、黏膜等吸收,具有致突变、致畸、致癌性,对人体的健康产生有不可估量的损害,已日益受到人们的关注,成为国内外研究的焦点。

一般的VOCs采样分析方法如吸附解析法、热脱附法等,由于灵敏度较差、采样时间长、通用性较差等缺陷使其使用有一定的局限性。而Summa罐采样法可以克服上述不足,是目前空气采样中比较好的方法。本文详细介绍了罐采样方法及其与气相色谱/质谱联用技术在VOCs检测中的应用。

1 罐采样技术

“罐采样主要是通过罐内负压自动采集现场空气,能够完全还原现场空气状态。


气体样品采集后,在Summa罐中保存稳定,尤其是样品放在经过硅烷化处理过的Summa罐中可以保存几个月。李振国发现在某些情况下,气罐中的气体混合物组分将发生改变以至于不能代表被采集的样品。气罐表面面积有限,所有的气体都争可提供的活性点,因此不能确定绝对存储稳定期限,幸运的是在正常采集环境空气的使用条件下,即使储存30天罐中的大多数VOCs都接近它们原始的浓度。另外罐采样还可用泵加压技术增大采样体积使得样品压力达到10~20倍大气压,用于分析的样品量大大增加 。Bottenheim 等 使用加不锈钢泵的2.6L电抛光罐采集样品,使罐压最终达到 2.58 atm。 Grosjean 等使用电抛光罐采样GC-FID和GC-MS联用法对巴西某市空气进行分析,采样时利用泵将罐加压到30磅,研究检测出空气中所含的150种VOCs。因此,加压增大采样体积能减少采样过程中污染和吸附损失造成的影响。

“Summa罐的罐体主要有抛光处理和硅烷化两种。其中经典抛光处理的Summa不锈钢罐取样技术,是美国EPA采用的标准方法(TO-14、TO-15)。

采样时用泵将罐中空气采集成正压,多用于非极性物质的分析。其优点是可避免吸附剂采样时的穿透分解和解析,但采样设备价格昂贵、标样的制备和罐的清洗费时费力,且不能对样品进行预浓缩。不锈钢的采样罐技术在国内外的挥发性有机物的测定中应用较多。Batterman等使用抛光处理的Summa罐在分析储存挥发性有机物时发现,醛类和萜类在湿空气填充罐中的半衰期是18天,湿氮气中24天,干空气中最短为6天,研究表明Summa罐在储存有机物时需要一定的湿度。采样时可以根据样品的种类和需要连接流量阀控制气体的流速。Kwangsam等利用安装了流量控制阀的6L苏码罐采集空气2小时。王伯光等采用内壁经抛光电钝化的不锈钢采样罐采样分析了室内空气中挥发性有毒有机物,此外他还将限流阀、不锈钢过滤头和采样管连接到采样罐进口对交通道路的空气进行样品采集,采样流量为30ml/min,每次采样时间为3h。

内壁硅烷化的Summa罐在气体污染物的测定中使用较多。甲醛等极性组分和轻羰基化合物C2~C3组分一直被排斥在罐采样法之外,原因在于要么它们在采样罐中不稳定,要么在预浓缩或者色谱分离当中存在困难,而采用Summa罐的内壁硅烷化技术可以解决这一难题。尹彦欣利用硅烷化Summa罐对不同场所如居室、汽车、超市的室内空气进行采样,利用预浓缩器将气体样品冷聚焦,并去除水和二氧化碳,然后自动将样品导入气相色谱质谱,分析其中的主要有机污染物。结果表明该方法采样快速简单,分析操作中不需使用任何有机试剂,实验背景干扰少,定性分析准确。

“虽然罐采样法可以同时采集多种所需样品,使用快速方便。但是该方法成本高,对低浓度往往因缺少相应的稳定标准物质而无法准确定值,同时仪器的检测限也限制该方法的推广应用。

2 罐采样-气相色谱/质谱联用技术

由于罐采样只是一种空气样品的采样手段,在气态VOCs测定过程中样品采集后,通常会与气相色谱或气相色谱/质谱联用的检测技术对气态VOCs中的组分进行定性或定量的分析。

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