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                  環保小貼士

                  【環保小貼士】VOCs走航監測技術

                  2024-01-12
                  1354
                  四川中環保源科技有限公司


                  在當前大氣環境污染現狀逐步改善的大前提下,大氣污染治理從顆粒物(PM2.5)防治到PM2.5和臭氧(O3)協同控制,防控污染源也從大型工業點源轉移到中小型工業源、無組織排放和各種排放面源。作為PM2.5和O3的重要前體物之一,揮發性有機物(VOCs)也理所當然的成為十四五期間重點監測和減排的污染物種之一。除了完善VOCs的排放清單和總量,規范建立多種類VOCs的檢測技術手段也是工作重點。

                  01.何為“VOCs走航監測“

                  走航監測區別于一般移動監測車或移動實驗室,最重要的特點在于行進中連續自動監測,并基于地理位置信息顯示污染物的空間連續分布。規范希望走航監測在行進中可得到盡可能多的污染物定性、定量信息。從整個工作流程來看,在污染點位停車進行復測,或利用其它設備輔助污染物定性、定量,或開展溯源,也是走航監測工作的重要組成部分。

                  02.走航檢測所用到的快速檢測設備

                  質譜儀:又稱質譜計。分離和檢測不同同位素的儀器。即根據帶電粒子在電磁場中能夠偏轉的原理,按物質原子、分子或分子碎片的質量差異進行分離和檢測物質組成的一類儀器。質譜儀按應用范圍分為同位素質譜儀、無機質譜儀和有機質譜儀。按分辨能力分為高分辨、中分辨和低分辨質譜儀;按工作原理分為靜態儀器和動態儀器。

                  以車載質譜為主要監測設備,從走航監測工作目的和方式來看,分析周期必須盡可能的短,因此在行進時將空氣中VOCs組分離子化后,利用質譜得到定性定量結果是主要的走航監測方式。

                  (1)電子轟擊電離能量為70eV,通過這種‘硬電離’,待測分子產生特征碎片,結合NIST數據庫進行檢索定性。通常,電離前會采用色譜柱對待測物進行分離,待測物由于物理化學性質不同,依次流出色譜柱并被EI電離。對于移除色譜柱,采用直接進樣電子碰撞(EI)電離原理的質譜配置進行監測時,空氣中多物質檢測時產生的信號會進行疊加,相互之間形成干擾。

                  (2)單光子電離(SPI)是相對‘軟’的一種電離技術,主流的光電離技術一般通過單光子能量為10.6eV的紫外燈實現,待測物的電離能必須小于10.6eV才能被紫外燈電離。VOCs中,單環苯系物電離能一般在8~9 eV,其SPI電離效率較高;通常含氧或者含氯物質在單光子電離質譜內的響應都相對于苯系物低,檢出限的差別有時候達到幾十倍甚至更多。因此為提高分析的準確度,SPI質譜儀需對每一種待測因子進行外部校準才能有效降低檢出值的誤差。

                  (3)質子轉移反應(PTR)電離也是‘軟’電離的典型方式之一。PTR電離法一般以水合氫離子(H3O+)為母離子,待測物只需滿足其質子親和勢大于水(691 kJ/mol)即可以被PTR電離。大氣環境中存在的絕大部分VOCs都可被電離,電離效率較為類似,響應值相對統一。

                  (4)由于工作原理的不同,飛行時間質譜比四極桿質譜儀具有先天的性能優勢。TOF可以瞬時采集全譜信息,大幅提升儀器的分析速度和靈敏度。

                  03.監測方案制定和實施

                  在化工園區走航監測中,應制定合理的走航策略,對走航方式、走航路徑、走航頻率、走航時長等提出建議。各地的走航策略需要因地制宜,在前期精細化的排放清單準備之外,由粗到細也是常見的參考思路。

                  04.走航過程中常見的問題

                  (1)怎么規劃走航路線?

                  考慮走航成本、時間等因素,走航監測可以采取從粗到細的方式,首先對目標區域進行多次不同時段的走航監測,獲得區域濃度總體分布圖。接下來對濃度異常排放區域進行重點監測,排查污染因子、排放規律、污染來源等問題。

                  (2)走航過程中VOCs濃度沒有明顯變化?

                  走航熱點區域內污染物濃度受周圍企業或排放源的影響較大,污染物濃度波動明顯。在較低濃度區域走航時,儀器需要高靈敏度來支持,能及時捕獲較小的污染波動;在污染嚴重的區域,儀器不應出現“信號飽和“的情況,否則無法給出具體數值;同時在低、高濃度區域監測中,儀器給出的因子濃度都要有可信度,儀器在更寬的量程上具有較好的線性支撐來滿足定量的需求。

                  (3)鼻子聞到味道,儀器卻沒有響應?

                  異味因子往往含氧、含氮、含硫、含氯等元素,目前單一的離子化質譜儀難以滿足同時全部監測的需要,同時異味因子嗅閾值往往很低,這就需要儀器有更低的檢出限。

                  (4)儀器測到的物種跟廠家排放清單物種對不上

                  走航監測時常會遇到復雜的污染環境,多種污染因子的存在,因此對儀器的準確分辨能力提出了更高的要求,監測報告因子與企業排放清單出現不吻合的情況也會出現。選擇好儀器也是走航過程中必須做好功課的。

                  (5)儀器測到物種的濃度跟清單排放量對不上

                  在對因子準確定性的基礎上,濃度多少的問題也很關鍵。這需要儀器的質控和校準過程符合規范,在現場檢測的條件下易于操作,最好是儀器內置校準系統,減少管路拆卸引起的泄露和交叉污染問題。

                  (6)117組分不能全覆蓋

                  用于走航監測的各種型號質譜儀,由于離子化原理方式的限制,無法對117種因子進行同時監測,會遺漏一些重要因子的信息,導致收集資料不完整。

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