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揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Organic Compounds,簡稱VOCs)是指在常溫下,沸點(diǎn)在50~260℃的各種有機(jī)化合物的總稱。揮發(fā)性有機(jī)物包含了各類有機(jī)物,主要成分有非甲烷碳?xì)浠衔?、鹵代烴類、含氧有機(jī)化合物、含氮有機(jī)化合物等[1]。這些物質(zhì)對人體有著巨大的危害,會造成致癌、致突變、致畸等。隨著我國工業(yè)化發(fā)展加快,空氣污染也越來越嚴(yán)重。研究表明,空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物有600 多種,對大氣環(huán)境有著嚴(yán)重的影響。此外,VOCs也是造成PM2.5和O3產(chǎn)生的直接因素之一,成為國內(nèi)外生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域?qū)<覍W(xué)者研究的重點(diǎn)之一。
近年來,隨著我國環(huán)保力度的不斷增加,揮發(fā)性有機(jī)物解析研究發(fā)展迅速,人們對不同城市和地區(qū)進(jìn)行了大量的研究。研究表明,不同區(qū)域VOCs種類和組成存在一定差異,但是烷烴、芳香烴、鹵代烴、烯烴、炔烴等在各地普遍存在。到2020 年,中國大氣揮發(fā)性有機(jī)物主要來源為溶劑,工業(yè)源比重上升到24%,機(jī)動車尾氣、燃料燃燒將會下降至11% 和16%。揮發(fā)性有機(jī)物的熔點(diǎn)低于室溫, 沸點(diǎn)在50~260℃。其來源主要有人為源和天然源,就總量而言,天然源排放量要大于人為源。天然源包括植物排放、火山噴發(fā)、森林草原火災(zāi)等,排放量多的是異戊二烯和單萜烯。人為源可分為固定源、流動源和無組織排放源三類,固定源主要是化石燃料燃燒,溶劑釋放、廢棄物燃燒、石油儲存、鋼鐵工業(yè)、金屬冶煉,還有機(jī)動車、飛機(jī)等交通工具的排放;無組織源排放包括生物質(zhì)燃燒、汽油以及油漆等揮發(fā)。其中,交通運(yùn)輸是大的揮發(fā)性有機(jī)物排放源,第二是溶劑的使用。
揮發(fā)性有機(jī)物在大氣中含量復(fù)雜,在已經(jīng)確認(rèn)的600多種物質(zhì)中,有20多種為致癌物或致突變物。很多的揮發(fā)性有機(jī)物能夠損壞人體的神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟、肝臟、血液成分和心血管系統(tǒng),還能夠引起胃腸道紊亂,誘發(fā)免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)及造血系統(tǒng)疾病,造成代謝缺陷。當(dāng)若干種揮發(fā)性有機(jī)物共存于一個(gè)空間內(nèi)時(shí),其聯(lián)合毒性作用更強(qiáng)。揮發(fā)性有機(jī)物為普遍的危害主要是對眼睛、鼻子以及咽喉的刺激,能夠引起眼睛刺痛、眨眼頻繁、流淚,鼻炎干燥、刺痛、鼻塞等癥狀。
大氣中揮發(fā)性有機(jī)物活性較高,而且在采集和分析過程中存在很多的干擾因素,因此影響了揮發(fā)性有機(jī)物的分析和檢測,導(dǎo)致分析誤差。在線分析技術(shù)避免了樣品采集過程中的一些干擾因素,使檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確。其中,質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜是一種應(yīng)用較多的技術(shù),主要用于檢測痕量揮發(fā)有機(jī)物的分析,檢測速度快、靈敏度高、分析所需時(shí)間短,而且在線采樣無需濃縮,保證結(jié)果更為準(zhǔn)確。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜主要由離子源、漂流管和離子檢測系統(tǒng)組成。樣品檢測前首先對揮發(fā)性有機(jī)物樣品進(jìn)行離子化,即使用H3O+ 與揮發(fā)性有機(jī)物樣品反應(yīng),將其分子轉(zhuǎn)換成離子形態(tài),然后產(chǎn)生的離子進(jìn)入漂流管末端的治理檢測器進(jìn)行檢測。國外一些研究者利用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜進(jìn)行了大量的研究,有研究者采用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜檢測伊比利亞半島的大氣VOCs 濃度,其中城市地區(qū)的樣品采用四級質(zhì)譜檢測器,鄉(xiāng)村地區(qū)的采用飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測器進(jìn)行檢測;還有研究者在西班牙巴塞羅那近郊對VOCs 進(jìn)行檢測,研究其日、周和季節(jié)的變化規(guī)律,檢測到的揮發(fā)性有機(jī)物包括甲醛、乙醛、甲醇和異戊二烯等。還有學(xué)者利用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜對墨西哥灣的深水地平線石油泄漏地區(qū)上空的大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測,同時(shí)與氣相色譜聯(lián)用,識別原油樣品中出現(xiàn)的主要質(zhì)量信號,均取得了良好的檢測效果。
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