【中國環(huán)保在線 廢氣處理】VOCs作為大氣中一類廣泛存在的重要?dú)鈶B(tài)污染物，是成為大氣污染的首要污染物。想要控制排放，首先需要對(duì)源頭進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。對(duì)于VOCs而言，光致電離通過使用真空紫外離子化光源產(chǎn)生的光子所攜帶的高能量使待測(cè)化合物電離，屬于一種軟電離的方式，能使VOCs檢測(cè)的譜圖更簡潔便于分析。
　　這兩年，說到“空氣污染”，第一個(gè)出現(xiàn)的關(guān)鍵詞是什么？相信大家都會(huì)說“PM2.5”。沒錯(cuò)，從近年的政府政策、媒體曝光到社會(huì)輿論，甚至市場(chǎng)消費(fèi)(2011年至2015年，我國空氣凈化器銷量增長了214.2%，年復(fù)合增長率42.84%)都能反映出我們對(duì)PM2.5的關(guān)注和抗?fàn)帯?br/>　　但就當(dāng)許多人都好像將PM2.5看做“大氣污染”的代名詞和首要敵人時(shí)這樣的新聞，為我們敲響的警鐘。
　　VOCs？這是什么鬼？
　　其實(shí)近年來，中國多個(gè)城市的臭氧濃度出現(xiàn)持續(xù)上升。在有的城市，臭氧已經(jīng)悄悄取代PM2.5，成為大氣污染的首要污染物。例如，2015年大連市臭氧濃度均值達(dá)到161微克/立方米，市區(qū)出現(xiàn)37天臭氧超標(biāo)，比2014年增加36天，臭氧成為了首要污染物；2016年6月-8月，京津冀地區(qū)的近半數(shù)污染日內(nèi)，臭氧也代替PM2.5成為了空氣首要污染物。而VOCs就是這一危害的元兇。
　　什么是VOCs？
　　VOCs，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VolatileOrganic Compounds)，是大氣中一類廣泛存在的重要?dú)鈶B(tài)污染物，按照世界衛(wèi)生組織(WTO，1989)的定義，其為在常溫下，沸點(diǎn)50℃~260℃的各種有機(jī)化合物。VOCs 不僅對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境等有直接影響，還可通過參與大氣光化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物，比如上文提到的臭氧，以及過氧乙酰硝酸酯、有機(jī)氣溶膠等，是導(dǎo)致空氣污染的重要前體物之一。
　　VOCs種類
　　按照化學(xué)結(jié)構(gòu)來講，VOCs可分為八類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。它的主要成分有烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴，包括苯系物、有機(jī)氯化物、氟里昂系列、有機(jī)酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。
　　目前，已鑒別出300多種揮發(fā)性有機(jī)物，其中，美國環(huán)保署(EPA)所列的優(yōu)先控制污染物名單中就有50多種是揮發(fā)性有機(jī)物。
　　VOCs來源
　　那VOCs是如何產(chǎn)生的呢？來源主要有人為源和天然源。
　　天然源包括植物釋放、火山噴發(fā)、森林草原火災(zāi)等，其中最重要的排放源是森林和灌木林，最重要的排放物是異戊二烯和單萜烯。
　　人為源可分為固定源、流動(dòng)源和無組織排放源三類。其中交通運(yùn)輸是全球最大的VOCs人為排放源，溶劑使用是第二大排放源。
　　VOCs危害
　　一方面，因?yàn)閂OCs大多不溶于水，可混溶于苯、醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑，多數(shù)對(duì)皮膚、粘膜有刺激性，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用。其所表現(xiàn)出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊氣味能導(dǎo)致人體呈現(xiàn)種種不適反應(yīng)。
　　另一方面，VOCs具有相對(duì)強(qiáng)的活性，導(dǎo)致它們?cè)诖髿庵屑瓤梢砸砸淮螕]發(fā)物的氣態(tài)存在，又可以在紫外線照射下，在PM10顆粒物中發(fā)生無窮無盡的變化，再次生成為固態(tài)、液態(tài)或二者并存的二次污染物存在，且參與反應(yīng)的這些化合物壽命相對(duì)較長，可以隨著天氣變化，或者飄移擴(kuò)散，或者進(jìn)入水和土壤。
　　世界衛(wèi)生組織和美國環(huán)保局認(rèn)為，空氣中0.3 μg·L-1的苯就可使每百萬的接觸者中4~8人面臨患白血病的危險(xiǎn)，而且這種危險(xiǎn)與VOCs的濃度成正比，它們通過飲食和吸入則可能對(duì)人類健康產(chǎn)生不利的影響。
　　治理第一步：VOCs監(jiān)測(cè)
　　上文也提到，VOCs已逐漸成為了大氣質(zhì)量的首敵，雖然警鐘以敲響，但由于涉及行業(yè)眾多，與 SO2、氮氧化物等約束性指標(biāo)相比，其排放途徑更為多樣，在監(jiān)測(cè)、治理等環(huán)節(jié)更具挑戰(zhàn)。
　　我國此前的廢氣治理重點(diǎn)主要放在除塵、脫硫和脫硝工作上，且相對(duì)于 SO2、氮氧化物、 PM2.5 等污染物，VOCs治理此前受政策重視度也較低，行業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏、法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后以及排放標(biāo)準(zhǔn)不完善，使其在很多年里發(fā)展緩慢。
　　但隨著“大氣十條”的深入推進(jìn)，VOCs 治理正在逐步加碼。近年關(guān)于 VOCs 防治的相關(guān)政策及法規(guī)也得以相繼出臺(tái)：

 想要控制排放，首先是需要對(duì)源頭進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。而目前常見的VOCs檢測(cè)方法有光譜、色譜、質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)。
　　早期的分析方法中大多是固體吸附劑吸附-溶劑解吸-氣相色譜法，吸附劑對(duì)空氣樣品有富集的作用，雖然方法的檢出限較低，測(cè)定成本低，但存在采樣時(shí)間長、分析速度慢，難以進(jìn)行快速在線分析等缺陷。
    相比于其它分析方法，質(zhì)譜技術(shù)具有響應(yīng)快速，無需復(fù)雜前處理，具有高靈敏度、高精度、分析速度快、可同時(shí)分析多種物質(zhì)、可實(shí)現(xiàn)在線分析等顯著優(yōu)勢(shì)。這也使得美國環(huán)境保護(hù)署建立的多個(gè)檢測(cè)VOCs標(biāo)準(zhǔn)方法，均采用了質(zhì)譜法，如method 8260b、8270c、To-15、To-17等。
　　質(zhì)譜分析技術(shù)是通過測(cè)量離子質(zhì)荷比(質(zhì)量-電荷比)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析，現(xiàn)代質(zhì)譜儀主要有五個(gè)部分組成：

①進(jìn)樣系統(tǒng)和離子源，起主要功能是將待測(cè)樣品引入質(zhì)譜儀并將其離子化；
　　②質(zhì)量分析器則將離子按其質(zhì)量-電荷比(m/z)進(jìn)行分離；
　　③檢測(cè)器負(fù)責(zé)將分離后的離子信號(hào)按其m/z比強(qiáng)度(豐度)記錄下來；
　?、茉谡婵罩羞M(jìn)行，防止離子與其他不必要物質(zhì)發(fā)生碰撞而導(dǎo)致信號(hào)損失或結(jié)果復(fù)雜化；
　　⑤計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)儀器狀態(tài)進(jìn)行控制，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出及處理。
　　制造離子和檢測(cè)離子，是質(zhì)譜技術(shù)的核心，而作為開門第一道口把關(guān)的離子源，則至關(guān)重要。
　　WHY光電離？
 
　　常見的質(zhì)譜離子源包括電子電離源(EI)、化學(xué)電離源(CI)、大氣壓化學(xué)電離源(APCI)、大氣壓光致電離離子源(APPI)、快原子轟擊電離子源(FAB)、基質(zhì)輔助激光解析電離源(MALDI)等。在眾多質(zhì)譜離子源當(dāng)中，APPI特點(diǎn)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)突出，在近年來得到快速發(fā)展，在上周剛結(jié)束的第65屆美國質(zhì)譜年會(huì)(ASMS2017)，BIEMANN獎(jiǎng)?wù)碌墨@得者即是應(yīng)用APPI光電離引發(fā)氣相自由基方面做出的開創(chuàng)性工作。
　　大氣壓光致電離源(Atmospheric Pressure Photoionization，APPI)是由前蘇聯(lián)的I. A.Revel’ skii在1986年推出的，其最初的目的是取代放射性的Ni63來提供分子電離的能量，出乎意料的是，這一改變使儀器的線性范圍得到擴(kuò)展并提高了靈敏度。之后通過對(duì)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，這種技術(shù)逐漸應(yīng)用在了那些難于被ESI和APCI技術(shù)離子化的化合物上。
　　而且，由于APPI不僅能夠?qū)⒎菢O性分子離子化，其應(yīng)用還能擴(kuò)展到極性化合物，因此取得了快速發(fā)展。
　　而對(duì)于VOCs而言，光致電離通過使用真空紫外(Vacuum-Ultraviolet， VUV)離子化光源產(chǎn)生的光子所攜帶的高能量使待測(cè)化合物電離，屬于一種軟電離的方式，還具有產(chǎn)生分子離子峰碎片少的優(yōu)勢(shì)，使得VOCs檢測(cè)的譜圖更簡潔便于分析。
　　不過在電離VOCs的時(shí)候，有一個(gè)問題又?jǐn)[在了面前。
　　前面我們也講到，VOCs種類繁多，且“魚龍混雜”，如果使用常見的VUV離子化光源PID燈，還難以達(dá)到“一招致勝”的效果。為解決這一缺陷，一個(gè)全新的光致電離離子源概念——濱松VUV氘燈，誕生了。
　　從“頭”開始，擁有電離新體驗(yàn)：濱松VUV氘燈
　　濱松VUV氘燈作為VOCs質(zhì)譜法的電離源，可以帶來兩個(gè)最突出的體驗(yàn)：“一招制敵”和“眼明手快”。
　　體驗(yàn)一：一招制敵
　　對(duì)比常見的PID燈的無法“一招致勝”，濱松VUV氘燈通過提高電離能(最大至10.78ev)，實(shí)現(xiàn)了可電離絕大多數(shù)VOCs的基本功力。
　　體驗(yàn)二：眼明手快
　　濱松VUV氘燈光強(qiáng)高，相比于傳統(tǒng)PID燈可以電離出更多的離子，使得儀器的整體靈敏度有數(shù)倍的提高。
　　除此之外，相比于其它的電離方式，濱松VUV氘燈還具備成本低、易于安裝等特點(diǎn)。
　　可以帶來這樣大不相同的離子化體驗(yàn)的離子源，當(dāng)然不止一個(gè)，濱松多款VUV氘燈干將都可在VOCs的檢測(cè)中，發(fā)揮出自己的本領(lǐng)。
　　我們知道，想解決VOCs的問題不是一朝一夕，也不是單個(gè)器件都能夠完成的巨大使命。但是每一個(gè)大問題的解決不都是源于每個(gè)小的步伐的前進(jìn)嗎？
　　從人們意識(shí)的一點(diǎn)點(diǎn)改變，到政府的慢慢政策傾斜，再到整體監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，再到技術(shù)每一個(gè)細(xì)節(jié)的完備，都是我們?cè)谂cVOCs抗?fàn)幝飞纤龅呐Α＿@也是濱松VUV氘燈誕生的價(jià)值，通過帶來更好的離子化技術(shù)，為VOCs最終的治理貢獻(xiàn)出自己的一份力量。
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