【中國環保在線 廢氣處理】VOCs作為大氣中一類廣泛存在的重要氣態污染物，是成為大氣污染的首要污染物。想要控制排放，首先需要對源頭進行有效的監測。對于VOCs而言，光致電離通過使用真空紫外離子化光源產生的光子所攜帶的高能量使待測化合物電離，屬于一種軟電離的方式，能使VOCs檢測的譜圖更簡潔便于分析。
　　這兩年，說到“空氣污染”，第一個出現的關鍵詞是什么？相信大家都會說“PM2.5”。沒錯，從近年的政府政策、媒體曝光到社會輿論，甚至市場消費(2011年至2015年，我國空氣凈化器銷量增長了214.2%，年復合增長率42.84%)都能反映出我們對PM2.5的關注和抗爭。
　　但就當許多人都好像將PM2.5看做“大氣污染”的代名詞和首要敵人時這樣的新聞，為我們敲響的警鐘。
　　VOCs？這是什么鬼？
　　其實近年來，中國多個城市的臭氧濃度出現持續上升。在有的城市，臭氧已經悄悄取代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到161微克/立方米，市區出現37天臭氧超標，比2014年增加36天，臭氧成為了首要污染物；2016年6月-8月，京津冀地區的近半數污染日內，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，揮發性有機化合物(VolatileOrganic Compounds)，是大氣中一類廣泛存在的重要氣態污染物，按照世界衛生組織(WTO，1989)的定義，其為在常溫下，沸點50℃~260℃的各種有機化合物。VOCs 不僅對人體健康和生態環境等有直接影響，還可通過參與大氣光化學反應生成二次污染物，比如上文提到的臭氧，以及過氧乙酰硝酸酯、有機氣溶膠等，是導致空氣污染的重要前體物之一。
　　VOCs種類
　　按照化學結構來講，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、有機氯化物、氟里昂系列、有機酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。
　　目前，已鑒別出300多種揮發性有機物，其中，美國環保署(EPA)所列的優先控制污染物名單中就有50多種是揮發性有機物。
　　VOCs來源
　　那VOCs是如何產生的呢？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、森林草原火災等，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、流動源和無組織排放源三類。其中交通運輸是全球最大的VOCs人為排放源，溶劑使用是第二大排放源。
　　VOCs危害
　　一方面，因為VOCs大多不溶于水，可混溶于苯、醇、醚等多數有機溶劑，多數對皮膚、粘膜有刺激性，對中樞神經系統有麻醉作用。其所表現出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊氣味能導致人體呈現種種不適反應。
　　另一方面，VOCs具有相對強的活性，導致它們在大氣中既可以以一次揮發物的氣態存在，又可以在紫外線照射下，在PM10顆粒物中發生無窮無盡的變化，再次生成為固態、液態或二者并存的二次污染物存在，且參與反應的這些化合物壽命相對較長，可以隨著天氣變化，或者飄移擴散，或者進入水和土壤。
　　世界衛生組織和美國環保局認為，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，而且這種危險與VOCs的濃度成正比，它們通過飲食和吸入則可能對人類健康產生不利的影響。
　　治理第一步：VOCs監測
　　上文也提到，VOCs已逐漸成為了大氣質量的首敵，雖然警鐘以敲響，但由于涉及行業眾多，與 SO2、氮氧化物等約束性指標相比，其排放途徑更為多樣，在監測、治理等環節更具挑戰。
　　我國此前的廢氣治理重點主要放在除塵、脫硫和脫硝工作上，且相對于 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，行業基礎數據匱乏、法律法規和行業標準滯后以及排放標準不完善，使其在很多年里發展緩慢。
　　但隨著“大氣十條”的深入推進，VOCs 治理正在逐步加碼。近年關于 VOCs 防治的相關政策及法規也得以相繼出臺：

 想要控制排放，首先是需要對源頭進行有效的監測。而目前常見的VOCs檢測方法有光譜、色譜、質譜及其聯用技術。
　　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，吸附劑對空氣樣品有富集的作用，雖然方法的檢出限較低，測定成本低，但存在采樣時間長、分析速度慢，難以進行快速在線分析等缺陷。
    相比于其它分析方法，質譜技術具有響應快速，無需復雜前處理，具有高靈敏度、高精度、分析速度快、可同時分析多種物質、可實現在線分析等顯著優勢。這也使得美國環境保護署建立的多個檢測VOCs標準方法，均采用了質譜法，如method 8260b、8270c、To-15、To-17等。
　　質譜分析技術是通過測量離子質荷比(質量-電荷比)對物質進行分析，現代質譜儀主要有五個部分組成：

①進樣系統和離子源，起主要功能是將待測樣品引入質譜儀并將其離子化；
　　②質量分析器則將離子按其質量-電荷比(m/z)進行分離；
　　③檢測器負責將分離后的離子信號按其m/z比強度(豐度)記錄下來；
　　④在真空中進行，防止離子與其他不必要物質發生碰撞而導致信號損失或結果復雜化；
　　⑤計算機系統對儀器狀態進行控制，對分析結果進行數據讀出及處理。
　　制造離子和檢測離子，是質譜技術的核心，而作為開門第一道口把關的離子源，則至關重要。
　　WHY光電離？
 
　　常見的質譜離子源包括電子電離源(EI)、化學電離源(CI)、大氣壓化學電離源(APCI)、大氣壓光致電離離子源(APPI)、快原子轟擊電離子源(FAB)、基質輔助激光解析電離源(MALDI)等。在眾多質譜離子源當中，APPI特點獨特優勢突出，在近年來得到快速發展，在上周剛結束的第65屆美國質譜年會(ASMS2017)，BIEMANN獎章的獲得者即是應用APPI光電離引發氣相自由基方面做出的開創性工作。
　　大氣壓光致電離源(Atmospheric Pressure Photoionization，APPI)是由前蘇聯的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展并提高了靈敏度。之后通過對結構的不斷改進，這種技術逐漸應用在了那些難于被ESI和APCI技術離子化的化合物上。
　　而且，由于APPI不僅能夠將非極性分子離子化，其應用還能擴展到極性化合物，因此取得了快速發展。
　　而對于VOCs而言，光致電離通過使用真空紫外(Vacuum-Ultraviolet， VUV)離子化光源產生的光子所攜帶的高能量使待測化合物電離，屬于一種軟電離的方式，還具有產生分子離子峰碎片少的優勢，使得VOCs檢測的譜圖更簡潔便于分析。
　　不過在電離VOCs的時候，有一個問題又擺在了面前。
　　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，還難以達到“一招致勝”的效果。為解決這一缺陷，一個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：濱松VUV氘燈
　　濱松VUV氘燈作為VOCs質譜法的電離源，可以帶來兩個最突出的體驗：“一招制敵”和“眼明手快”。
　　體驗一：一招制敵
　　對比常見的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)，實現了可電離絕大多數VOCs的基本功力。
　　體驗二：眼明手快
　　濱松VUV氘燈光強高，相比于傳統PID燈可以電離出更多的離子，使得儀器的整體靈敏度有數倍的提高。
　　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。
　　可以帶來這樣大不相同的離子化體驗的離子源，當然不止一個，濱松多款VUV氘燈干將都可在VOCs的檢測中，發揮出自己的本領。
　　我們知道，想解決VOCs的問題不是一朝一夕，也不是單個器件都能夠完成的巨大使命。但是每一個大問題的解決不都是源于每個小的步伐的前進嗎？
　　從人們意識的一點點改變，到政府的慢慢政策傾斜，再到整體監測技術的進步，再到技術每一個細節的完備，都是我們在與VOCs抗爭路上所做的努力。這也是濱松VUV氘燈誕生的價值，通過帶來更好的離子化技術，為VOCs最終的治理貢獻出自己的一份力量。
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