大气中挥发性有机物监测技术研究探讨

引言

VOCs 的环境危害具有多重性：部分VOCs（如苯、甲醛）因毒性、致癌性直接影响人体呼吸系统与免疫系统；同时，VOCs 在光照条件下与氮氧化物（NOₓ）发生光化学反应，会生成臭氧和二次有机气溶胶（SOA），加剧光化学烟雾和雾霾污染。近年来，我国对 VOCs 污染管控的重视程度持续提升，而精准监测是管控的前提——只有通过可靠技术掌握VOCs 的浓度水平、组分特征及变化规律，才能科学制定减排措施。因此，研究大气中 VOCs 监测技术的原理、应用与发展具有重要现实意义。

1 大气中VOCs 主要监测技术及原理

当前大气中 VOCs 监测技术分为离线监测和在线监测两大类，两类技术基于不同原理，适用于不同监测需求，共同构成VOCs 监测的技术体系。

1.1 离线监测技术

离线监测技术需先采集大气样品，再通过实验室仪器分析，核心特点是组分分离度高、定性定量准确，常用于 VOCs 组分的精细分析和来源研究，主要包含采样与分析两个关键环节。

采样技术是离线监测的基础，需保证样品代表性和稳定性。常见方法包括容器捕集法与吸附剂采样法：容器捕集法使用不锈钢罐（如苏玛罐）或玻璃容器直接采集大气样品，适用于挥发性强、沸点低的VOCs（如C₂-C₁₂ 烃类），苏玛罐内壁经惰性处理（如硅烷化）可避免样品吸附损失，采样后需尽快分析或低温储存；吸附剂采样法利用活性炭、Tenax 树脂等吸附剂对 VOCs 的吸附作用富集样品，适用于低浓度 VOCs，根据吸附剂极性不同可针对性采集不同类型VOCs（如 Tenax 适合非极性化合物，活性炭适合极性化合物），采样后通过热解吸或溶剂解吸释放VOCs 再进入分析仪器。

分析技术以气相色谱（GC）为核心，常结合不同检测器提高精度：气相色谱 - 火焰离子化检测器（GC-FID）通过气相色谱分离 VOCs 组分，FID 对含碳化合物敏感且响应稳定，适用于烷烃、烯烃等烃类 VOCs 的定量分析，检测限可达ppb 级，但无法区分同分异构体；气相色谱- 质谱联用（GC-MS）则在气相色谱分离后，通过质谱检测离子碎片质量数实现定性，不仅能准确识别 VOCs 组分（包括同分异构体），还可通过选择离子监测（SIM）模式提高检测灵敏度，检测限可达 ppt 级，是 VOCs 组分分析的“金标准”，但仪器成本较高且分析周期较长。

1.2 在线监测技术

在线监测技术可实时或近实时获取 VOCs 浓度数据，能动态反映 VOCs 变化趋势，适用于污染源监控、区域污染预警等场景，核心是实现“采样- 预处理-分析”一体化，需在保证精度的同时提升分析速度。

在线采样与预处理需连续采集大气样品，并去除水分、颗粒物等干扰物质：针对高浓度污染源（如工厂排气筒），采用动态稀释采样法通过惰性气体稀释样品至仪器检测范围，避免浓度过高损坏设备；利用膜分离技术通过透气膜选择性透过VOCs，同时截留水分以减少对分析仪器的影响；通过低温冷阱（如-100℃以下）快速富集低浓度VOCs，再瞬间加热解吸以提高检测灵敏度。

在线分析技术主要包括三类：质子转移反应质谱（PTR-MS）无需色谱分离，直接将样品通入反应池，VOCs 与H₃O⁺ 发生质子转移反应生成离子，通过质谱检测离子强度确定浓度，响应速度快（秒级），检测限可达 ppt 级，能实时监测VOCs 总浓度及主要组分，但无法完全分离结构相似的化合物（如二甲苯同分异构体）；光离子化检测器（PID）利用紫外光使 VOCs 电离，通过检测离子电流确定浓度，仪器体积小、成本低、响应快（分钟级），适用于 VOCs 总浓度的快速监测，但无法区分具体组分且易受湿度影响；在线气相色谱（在线 GC）结合自动采样、热解吸装置实现连续进样分析，常用 FID 或 MS 作为检测器，可分离并定量特定 VOCs 组分（如苯系物），检测限达 ppb 级，兼顾精度与连续性，但分析周期较长（一般10-30 分钟/ 次），难以捕捉瞬时浓度变化。

2 不同监测技术的应用场景与局限性

不同 VOCs 监测技术的原理差异决定了其适用场景，实际应用中需结合监测目标、精度要求、成本预算等综合选择，同时需明确各类技术的局限性以规避应用风险。

2.1 离线监测技术的应用与局限

离线监测技术因定性定量准确、组分分析全面，主要用于污染来源解析、标准方法验证和长期趋势研究：在污染来源解析中，通过GC-MS 分析VOCs 的具体组分（如特征标志物），结合化学质量平衡模型等判断其来自工业排放、机动车还是生物质燃烧；作为“基准方法”，离线GC-MS 常用于校准在线监测仪器的准确性；通过定期采集样品，可分析不同季节、年份的VOCs 浓度变化，掌握污染演变规律。但其局限性也较明显：采样过程耗时，样品在储存和运输中可能发生损失或变质；实验室分析周期长（通常需数天），无法实时反映 VOCs 变化；人力和仪器成本较高，难以实现大规模密集监测。

2.2 在线监测技术的应用与局限

在线监测技术以“实时性”为核心优势，应用场景包括污染源监控、区域污染预警和应急监测：在工厂排气口、加油站等点位安装在线监测设备（如在线GC-FID、PID），可实时监控VOCs 排放浓度，超标时及时预警；在城市环境空

气自动监测站部署 PTR-MS 或在线 GC，能动态监测区域 VOCs 总浓度及关键组分变化，为光化学污染预警提供数据支撑；发生 VOCs 泄漏事故时，PID 等便携设备可快速检测浓度，指导人员疏散和应急处置。但在线技术也存在不足：PTR-MS 等技术难以完全区分同分异构体，组分识别精度低于离线 GC-MS ；部分设备（如在线 GC）维护成本高，需定期校准以保证稳定性；便携设备（如 PID）易受干扰（如湿度、其他气体），定量准确性较低。

3 VOCs 监测技术的发展趋势

随着 VOCs 污染管控需求的提升，监测技术正朝着“高灵敏度、高分辨率、智能化、小型化”方向发展，通过技术创新突破现有局限，更好满足多元化监测需求。一是多技术联用与集成，结合不同技术优势提升综合性能。例如“在线 GC-PTR-MS 联用”通过 GC 先分离结构相似的 VOCs，再用 PTR-MS 检测，既保证组分识别精度又缩短分析时间；“吸附剂 - 低温富集 - 质谱联用”进一步降低检测限至 ppt 以下，满足超低浓度 VOCs 监测需求。二是微型化与便携化，开发小型化设备适应移动监测和密集布点需求。

结束语

大气中 VOCs 监测技术是污染管控的基础，离线监测（如 GC-MS）以高准确性和组分分析能力适用于精细研究和标准校准，在线监测（如 PTR-MS、在线GC）以实时性优势适用于污染源监控和应急响应，两类技术各有优劣，需根据实际需求协同应用。随着多技术联用、微型化、智能化的发展，VOCs 监测将实现“精度与效率兼顾、实验室与现场结合”，为 VOCs 来源解析、污染预警和减排评估提供更可靠的数据支撑，助力大气环境质量持续改善。

参考文献

[1] 杜微 , 王姣 , 孙亚琴 . 大气中挥发性有机物监测技术与控制现状研究[J]. 科技与创新 ,2023(18):18-19.

[2] 范力 , 黄芸 , 陈勇 . 大气挥发性有机物自动监测技术现状 [J]. 四川环境 ,2024,38(10):94-98.