在線氣相色譜儀監(jiān)測大氣揮發(fā)性有機物你了解多少呢
揮發(fā)性有機物(Volatile Organic Compounds,簡稱VOCs)是一類有機物,它普遍對人體健康有直接危害,部分組分還具有致癌性。此外,它還是PM2.5的重要前體物和光化學(xué)煙霧的主要組成物。目前VOCs已經(jīng)成為我國城市大氣中最突出的污染物類別,隨著社會的發(fā)展以及環(huán)保研究的深入,它繼PM2.5之后,成為最受關(guān)注的污染物之一。但我國對于VOCs的監(jiān)測和管控尚不成熟,甚至在2017年以前對其沒有明確的定義。原環(huán)境保護部等六部委聯(lián)合印發(fā)《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》意在加速并加強對于VOCs的防止,并規(guī)定VOCs是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機化合物,包括非甲烷烴類、含氧有機物、含氮有機物、含硫有機物等,是形成臭氧和細顆粒物污染的重要前體物。準(zhǔn)確監(jiān)測是治理的基礎(chǔ),2017年12月原環(huán)境保護部印發(fā)了((2018年重點地區(qū)環(huán)境空氣揮發(fā)性有機物監(jiān)測方案》,確定了監(jiān)測技術(shù)要求,并規(guī)定監(jiān)測的組分共117種,包括沸點在一104oC~230oC的乙烷、乙烯、甲醛、苯、氟利昂、六氯丁二烯等,而非甲烷總烴等總量型的指標(biāo),由于無法真實反映VOCs的污染情況,沒有作為監(jiān)測的因子列出。VOCs的監(jiān)測可以分為手工監(jiān)測和自動監(jiān)測兩大類。相對于“現(xiàn)場采樣一實驗室分析”的手工監(jiān)測,自動監(jiān)測具有時效性強、數(shù)據(jù)量大、代表性較好、較節(jié)省人力、儀器較復(fù)雜等特點。
氣相色譜法
由于大氣中VOCs組分眾多,因此常采用氣相色譜法對組分進行分離。單根色譜柱難以將沸點一104~2300C的所有VOCs分離,因此一般采用兩根色譜柱的方式。
雙柱分離
目前VOCs自動監(jiān)測的雙柱分離方式,主要有兩種:并聯(lián)式、串聯(lián)式。
并聯(lián)式要求富集一熱脫附也是并聯(lián)式的雙氣路,此方式為雙管路采樣通道,一路富集c2~c5的烴類物質(zhì),它們經(jīng)熱脫附后進入氣相色譜的1#號色譜柱分離,由FID檢測;另一路富集C5~C12烴類物質(zhì)、含氧和鹵代烴類物質(zhì),組分經(jīng)熱脫附后進入2#色譜柱分離,由MS檢測。
2018年2月原環(huán)境保護部組織編制的《環(huán)境空氣臭氧前體有機物手工監(jiān)測技術(shù)要求(試行)》推薦串聯(lián)式的氣相色譜分離方式,它也是目前采用較廣泛的VOCs自動監(jiān)測方式。其基本流程是熱脫附后的VOCs由載氣帶人氣相色譜儀,低沸點的VOCs組分先后流經(jīng)1#號色譜柱、2#色譜柱分離,并進入FID檢測;待低沸點VOCs組分從1#色譜柱流入2#色譜柱后,閥切換,剩余組分在1#色譜柱中繼續(xù)分離,陸續(xù)流入MS檢測。
檢測器
用于VOCs自動監(jiān)測系統(tǒng)的檢測器較多,包括MS、FID、PID、ECD等,其中使用廣泛的是MS和FID。
FID對烴類物質(zhì)靈敏度高,但它選擇性低,且只能依靠保留時間定性,測定結(jié)果容易受到干擾舊5|,此外,對大部分有取代基團的有機物,特別是氟利昂系列,它的靈敏度偏低。MS可根據(jù)組分的碎片離子定性和定量,具有適用性、鑒別能力以及靈敏度,特別面對未知污染時,它具有其它檢測器難以企及的性能。
性能指標(biāo)與特點
該方法分析的VOCs組分多,并且具有較強的能力擴展空間。可通過增加采樣體積,獲得低的方法檢出限,也可以通過延長采樣時間,使監(jiān)測的代表性增加。白石對104種VOCs組分進行了測定,包括了C2~C12的烴類、苯系物、鹵代烴、醛酮類,整體分析效果較好,其中共有89種物質(zhì)線性達到0.99,準(zhǔn)確度相對誤差均在30%之內(nèi),采樣體積以300mL計,用6次平行測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為檢出限,其均在0.8×10-9mol/mol以下。
在面對VOCs組分眾多的大氣樣品時,即便采用了快速色譜技術(shù),單次分析時間也難以低于15min,因此該方法在及時|生上略有瑕疵。
關(guān)于VOCs揮發(fā)性有機物監(jiān)測系統(tǒng)
揮發(fā)性有機物監(jiān)測系統(tǒng)采用氣相色譜儀GC-(FID)監(jiān)測有機揮發(fā)性氣體濃度及特征污染物氣體濃度,采用可以快速、連續(xù)在線監(jiān)測有機揮發(fā)性氣體濃度及特征污染物氣體濃度,集數(shù)據(jù)采集、實時發(fā)布、數(shù)據(jù)審核、統(tǒng)計分析等功能于一體。
固定污染源VOCs揮發(fā)性有機物(非甲烷總烴+苯系物)在線監(jiān)測系統(tǒng)采用全程高溫抽取法對樣氣進行抽取,采用氣相色譜儀—氫火焰離子化檢測技術(shù)對固定污染源揮發(fā)性有機物排放進行在線監(jiān)測。該系統(tǒng)由 VOCs(甲烷、非甲烷總烴、苯系物)監(jiān)測子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)構(gòu)成。
VOCs監(jiān)測子系統(tǒng)主要由采樣探頭、伴熱管線、預(yù)處理單元、 VOCs分析儀、電控單元組成,測量時煙氣由機柜內(nèi)的高溫采樣泵抽取,樣氣全程高溫在180℃以上,經(jīng)由采樣探頭、高溫伴熱管線、除塵過濾器后通入VOCs分析儀進行測量。為保證測量的長期準(zhǔn)確性,系統(tǒng)集成有氮氣、標(biāo)氣和零氣,定期對系統(tǒng)進行零點和量程的標(biāo)定。
VOCs揮發(fā)性有機物監(jiān)測系統(tǒng)具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時傳送、遠程故障診斷、報表統(tǒng)計和圖形數(shù)據(jù)分析等功能,組網(wǎng)靈活,運行成本低。同時,系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu),組合方便,并且能夠完全滿足與企業(yè)內(nèi)部的DCS系統(tǒng)和環(huán)保部門數(shù)據(jù)系統(tǒng)通訊的要求。