张艾晓
浙江中一检测研究院股份有限公司
摘要：挥发性有机化合物（VOC）对于大气环境以及人体健康都会产生较大的危害。本文对VOC的定义、组成、特点、危害等方面进行了阐述，并对VOC的气相色谱检测方法进行了探讨，希望能够为大气环境中的VOC检测起到一定的参考作用。
关键词：大气环境；VOC；气相色谱法
随着人们生活水平的提高，人们对于大气环境也提出了更高的要求。近年来，大气环境检测成为了人们广泛关注的一个热点，特别是对于常见的VOC、SO2等污染物的检测，对于人类生存环境的改善有着非常重要的意义。
1、VOC简介
挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOC）是造成环境空气污染，对人体健康造成危害的重要因素之一。目前世界上对于VOC尚无统一的定义，根据世界卫生组织（WHO）对VOC的定义，VOC是常温下以蒸气态存在与空气中，常压下沸点50~260℃，室温下饱和蒸气压＞133.32Pa的所有有机物；而我国室内空气质量标准对VOC的定义则是从测定方法角度出发，以Tenax GC或Tenax TA采样，非极性色谱柱分析（极性指数＜10）条件下，保留时间在正己烷和正十六烷之间的所有有机化合物作为VOC的定义。VOC的成分十分复杂，包含着烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、醇、醛、酮、酯等较多种类的物质，各种物质在理化性质和化学结构上存在着较大的差异，但其中大部分物质都具有挥发性、刺激性、易燃性、不溶于水等特点，能够对环境和人体产生危害的化合物占了较大的比例。
VOC的来源十分广泛，自然界本身和人类活动都会产生VOC，但人类活动所产生VOC要占VOC总量的绝大部分。例如：车辆尾气排放、工业生产、燃油燃烧、溶剂的使用以及油漆、涂料、农药、建材、打印机等都会产生一定量的VOC，同时随着人们生活水平的提高，室内装饰材料逐渐多样化，使得住宅所排放的VOC明显上升。当环境中的VOC浓度过高时，就会对人体健康产生较多的不良影响，例如头痛、头昏、咳嗽、呼吸不畅、过敏性反应、恶心呕吐甚至肝中毒、昏迷等急性中毒症状或者嗜睡、身体无力、神经系统受损等慢性中毒症状，对人们的生命健康造成极大的威胁。同时，VOC污染还具有胎儿致畸、增加癌症患病率等危害、其次，部分VOC可以与大气中长期存在并远距离进行传播，造成时间更久、范围更广的影响，主要包括破坏臭氧层、产生光化学烟雾以及影响碳循环等。目前对于VOC污染的防治主要是通过控制污染源，并使用吸附剂、氧化剂等对VOC进行物理、化学脱除。有研究表明，臭氧氧化法相较于化学氧化和光氧化法对于VOC，特别是烷烃和烯烃有着更好的去除效果，去除率可达94~99%。
2、VOC检测分析
2.1相关标准
尽管VOC所含有的物质种类较多，但单一组分的浓度并不高，在空气中的含量通常在10ppbv以下。目前我国现行的VOC检测标准所推荐的环境监控重点化学物质有82种，但能够定性定量的组分种类并不多，导致其无法满足实际的检测需要。
2.2采样方法
VOC的采样方法主要有以下3种：（1）袋采样。即使用采样袋或者采样罐直接采集少量空气进行测定。该方法适用于污染较为严重、VOC浓度较高或者检测方法灵敏的情况。
要求采样袋不会与VOC发生化学反应或者吸附作用，且密封性较好。（2）罐采样。即使用清洁、真空的不锈钢罐采集空气。该方法适用于远距离采样和集中分析的情况。通常使用抛光、钝化的球形低碳不锈钢材质的Summa罐进行采集。该方法的样本保存时间较长，但成本较高。（3）吸附剂采样。即采用适当的VOC吸附剂进行空气采样。VOC吸附剂具有吸附量大、吸附可逆、疏水性、稳定性、再生性以及不予VOC发生反应的特点。常见的VOC吸附剂有石墨化炭黑类、碳分子筛类、苯乙烯/二乙烯基苯类、聚二苯醚等。此外，固相微萃取技术也是常用的一项VOC采样技术。
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2.3测定方法
目前常用的VOC测定方法主要有气象色谱法（GC）、高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱-质谱联用（GC/MS）、荧光分光光度法以及沫倒入质谱法等，其中GC与GC/MS是使用最多的两种测定方法，其特点如下：（1）气相色谱法。该方法的主要原理是通过利用物质在极性、沸点以及吸附特性等方面的不同来分离混合物，然后进行分析，具有灵敏度高、应用范围广、选择性强、分析时间短等特点，但需要校正样品，多用于多组分混合物的分离和定性定量分析。（2）气相色谱-质谱联用。该技术在VOC对大气化学的影响中应用较为广泛，具有不需要对样本进行预处理、样本响应速度快，对VOC氧化产物具有长时间的独立测定能力、分析结果准确等优势，但相较于GC，其分析过程较为复杂，分析时间较长且成本较高。
3、VOC色谱检测方法
3.1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容量因子就越校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。
3.2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。
在气相色谱分析中，与分离度有关的因素包括选择因子、容量因子、理论塔板数以及动力学因素和热力学因素等。容量因子、理论塔板数以及选择因子的增加都能够使分离度提高，但会延长分析时间，其中容量因子对于分离度的影响有限，而选择因子仅小幅度的增大即可明显提高分离度。因此，提高选择因子的大小是在尽量减少分析时间的基础上实现分离样品组分的最好方法。通常采取的方法有：改变柱温、改变固定相组成等。
4、结语
综上所述，由于VOC所包含的组分种类非常多，在检测和治理工作上存在着较大的困难。目前常用的气相色谱检查法仍旧有着较大的发展空间，只有实现对VOC进行准确的检测，才能够有效的对VOC污染进行治理，为我国的大气环境和人们的身体健康提供有效的保障。
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[3]梁阔. 浅析大气环境中VOC的监测与迁移转化问题[J]. 科技与创新, 2016(12)
论文作者:张艾晓
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/27
标签：因子论文; 色谱论文; 甲苯论文; 极性论文; 物质论文; 气相论文; 吸附剂论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;