一、VOCs定义及来源

挥发性有机化合物化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs）是一类饱和蒸汽压较高、沸点较低的有机化合物，其在大气环境中广泛存在。根据结构的不同[1, 2]，VOCs主要分为芳香类碳氢化合物（苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等），脂肪类碳氢化合物（丁烷、正丁烷、汽油等），卤代烃（四氯化碳、氯仿、氯乙烯、氟利昂等），醇、醛、酮、多元醇类化合物（甲醇、丙醇、异丁醇、甲醛、乙醛、丙酮、环己酮等），醚、酚、环氧类化合物（乙醚、甲酚、苯酚、环氧乙烷、环氧丙烷等）、酯、酸类化合物（乙酸乙酯、乙酸丁酯等）、 胺、腈类化合物 （二甲基甲酰胺、丙烯腈等）及其他（甲基溴、氟氯碳化合物等）等８类。

VOCs按其来源可以分位人为源挥发性有机物(AVOC)和植物源挥发性有机物(BVOC)。 AVOC主要来源于机动车排放、工业排放及生物质燃烧等过程，如烷烃、烯烃、芳香烃、个别含氧挥发性有机物(OVOC)和卤代烃等。BVOC主要来自植被排放，如异戊二烯、单萜烯和倍半萜烯等。由于VOCs可与大气中的羟基自由基(·OH)、臭氧(O3)和硝基自由基(NO3·)反应，参与二次有机气溶胶(SOA)和近地面臭氧的生成，对空气质量和辐射平衡具有较大影响，因此国内外许多地区都对VOCs开展了研究[2]。

二、VOCs对PM2.5的影响

在某些的条件下，挥发性有机化合物（VOCs)被氧化成半挥发性有机物（SVOCs），经过光化学氧化、凝核等过程生成大气中悬浮的液态或固态细颗粒，即二次有机气溶胶(Secondary Organic Aerosols,SOA)[3]。二次有机气溶胶粒子大多存在于粒径小于2 um的细颗粒物中，主要以积聚模态存在，较难通过干沉降或湿沉降从大气中去除，因此导致空气中PM2.5的增加。SOA的形成过程包含两个方面，一是VOCs的氧化和低挥发性有机化合物(VOCs)的生成，二是气-粒转化过程。VOCs通过光化学氧化过程可形成多种半挥发性和低挥发性有机物，通过均相成核过程生成新的颗粒相；VOCs和低挥发性有机物在环境气溶胶存在条件下通过气-固相之间的分配进入颗粒相，参与气—粒转化过程，以促进细颗粒物的生长。部分VOCs在云、雾过程中通过液相反应生成挥发性有机物(VOCs）并进入颗粒相[4]。

三、VOCs对O3的影响

大气中存在挥发性有机物(VOCs)及大气中的氮氧化物(NOx)，经过紫外线的照射，会与大气中游离的氧原子O、臭氧(O3)、OH以及HO2等发生光化学反应产生光化学烟雾，生成臭氧(O3)，形成臭氧的净增加。当大气中VOCs浓度增加时，会促进近地面O3浓度上升，从而影响人体健康和生态环境。

当近地面O3浓度过高时会造成光化学烟雾污染，O3会随着人体呼吸进入呼吸道刺激呼吸系统，造成神经系统中毒，严重时还会破坏人体的免疫系统；同时会危害农作物的生长，甚至导致农作物的死亡。美国洛杉矶、日本东京、我国北京市燕山地区和兰州市西固区等都曾出现过光化学厌恶污染。此外，VOCs促进生成的SOA也对生态环境有着不良影响，其在空气中浓度过高时会影响大气能见度，并可通过长距离传输影响区域和全球环境。当前我国的有些城市出现PM2.5与O3同时增高的现象，这与当地VOCs的浓度和组成密切相关。因此在不同地区开展VOCs的观测对于PM2.5和O3污染具有重要意义。

四、VOCs的采样方法

VOCs常用的采样包括使用不锈钢罐、吸附管、采样袋几种，如图所示。其中不锈钢罐和采样袋采样都是通过罐体和气袋与大气的压力差使得气体吸入其中；吸附管则是利用活性炭、Tenax等作为吸附剂，将大气中的挥发性有机物吸附到填充有吸附剂的金属吸附管内。采样罐采样的优点在于回收率较好，样品可重复进行分析，且其分析精度较好，但其成本较高；吸附管的的优点在于可以进行大体积采样，且吸附管经过热脱附后可以重复使用。在实际采样中，需要根据实验室有的分析设备、目标化合物的稳定性以及浓度水平来选择合适的采样方式。

图 1 VOCs采样方法：（a）不锈钢罐采样；（b）吸附管采样；（c）采样袋采样

五、VOCs的分析方法

由于VOCs在大气中的浓度水平一般在 ppbv – pptv 数量级，因此一般 需要先对其进行富集浓缩后才能通过气相色谱等分析仪器进行分析。根据VOCs的采样方法，对应的分析方法分为固相吸附-热脱附和气罐采样-液氮冷阱捕集法两种。

吸附管采集样品后使用固相吸附-热脱附法进行分析，对吸附管进行热脱附使得吸附在吸附剂上的气体解吸，之后用载气将热脱附的气体化合物带入气相色谱或质谱进行定性定量分析。

而对于不锈钢罐和采样袋采集的气体样品则使用气罐采样-液氮冷阱捕集方法进行分析。对样品进行分析前，需先使气体样品进入到低温有固体多相吸附剂的冷阱中进行冷却浓缩并去除干扰组分，之后再经过加热由载气带入气相色谱中进行分离，在检测器种进行定性定量分析，常用的检测器有质谱检测器（Mass Spectrometry Detector，MSD）、火焰离子化检测器（Flame Ionization Detector，FID）、电子捕获检测器（Electron Capture Detector，ECD）、 氮磷检测器（Nitrogen Phosphorus Detector，NPD）等。

固相吸附-热脱附法可对大气中低浓度的VOCs进行检测分析，但其分析精度不如气罐采样-液氮冷阱捕集的方法，且该方法易受吸附剂的限制，不适用于分析一些低碳数的VOCs种类。气罐采样-液氮冷阱捕集法对于极性化合物和非极性化合物都能够进行较好的分析，样品也可重复进行分析，但在使用过程需要注意罐内壁吸附、空气中水汽等对分析的影响等问题。

对VOCs进行定性定量分析后，便可根据得到的数据分析VOCs组分对于PM2.5和O3形成的影响，根据分析结果有针对性地控制VOCs排放，从而使得PM2.5和O3得到有效地控制。

参考文献：

[1] 李月.关于VOC的排放以及控制措施探讨[J].环境与发展,2018,30(09):65-66.DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.09.039.

[2] 赵琳,张英锋,李荣焕,马子川.VOC的危害及回收与处理技术[J].化学教育,2015,36(16):1-6.DOI:10.13884/j.1003-3807hxjy.2014100167.

[3] 周月,谭鸥,张晗,等. 大气环境中细颗粒物PM2.5的研究进展[J]. 中国资源综合利用,2021,39(5):90-93. DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2021.05.028.

[4] 刘春晖,张学忠.浅析挥发性有机物（VOCs）的危害与污染控制[J].汽车实用技术,2020(14):243-244+253.DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.14.081.

备注：

图1中的三张图来源于百度图片。（图a，图b，图c）