室内空气中总挥发性有机物_TVOCs_的污染

室内空气中总挥发性有机物_TVOCs_的污染

2002年9月

第16卷第3期总49期北京联合大学学报

JournalofBeijingUnionUniversitySep.2002

Vol.16No.3SumNo.49

室内空气中总挥发性有机物(TVOCs)的污染

王 俊,张景义,陈双基

(北京联合大学应用文理学院,北京 100083)

[摘 要] 随着经济的发展和人们生活品质的提高,室内空气污染逐渐成为人们最为关心的环境问题之一,其中室内空气中总挥发性有机物的污染是室内空气污染中重要组成部分。因此,在参考了国内外大量文献的基础上,对总挥发性有机物的定义、来源、质量标准、测定方法、健康效应以及防治对策进行了较为全面的研究和总结。

[关键词] 室内空气质量;室内空气污染;总挥发性有机物;质量标准;测定方法;健康效应;防治对策

[中图分类号] X503 [文献标识码] A [文章编号] 1005-0310(2002)03-0052-05 近年来,随着经济的发展和人们生活水平的日益提高,办公和居住场所的装修水平也越来越高档,新型建筑材料特别是化学合成建材被广泛地使用,高档家具、家用电器纷纷进入家庭和办公室,香料、化妆品、上光剂、空气清新剂、杀虫剂和洗涤剂等也成为了人们生活中必不可少的用品。这些因素导致了室内空气中有害物质无论从种类上或数量上都不断增加,从而产生了室内空气污染。

随着社会的发展,人们越来越多的活动是在居室内进行的。据统计,现代人80%以上的时间在室内度过,婴幼儿、老弱病残者在室内时间更长。因此,人们呼吸的空气绝大部分来自室内,室内空气质量直接影响人们的健康。据加拿大卫生组织调查显示,当前人们68%的疾病都与室内空气污染有关。美国国家环境保护局(EPA)在做了大量调查研究之后提出了一种名为/致病建筑物综合症(SickBuildingSyndrome,SBS)0的病症,SBS症状与室内空气污染直接有关。

室内空气污染物的种类很多,总挥发有机物是其中重要的一项。

等;无机化合物,如NH3、CO、CO2、SO2及O3等,主要来自装修、家具、煤气热水器、抽烟及厨房的油烟等;可吸入颗粒物,主要来自燃料燃烧产生的烟;第二类为放射性物质污染,如氡,主要来自建筑水泥、矿渣砖、装饰石材(花岗石)和土壤岩石中;第三类微生物性物质污染,包括真菌、细菌、孢子和病毒等,主要来自猫、狗、蟑螂、毛绒玩具和被褥等;第四类为物理污染,包括噪声、电磁辐射及光污染等,主要来自室外及室内的电器设备。

挥发性有机化合物(VolatileOrganicCompounds,VOCs)是指沸点范围在50~100e到240~260e之间的化合物,其室内允许浓度为018mgPm(日平均),VOCs的特点是在施工中大量挥发,使用中缓慢释放。按挥发性有机化合物化学结构可进一步分为8类:烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物,它们中有些具有致癌、致畸、致突变毒性,其中至少有十几种被列入美国国家环境保护局(EPA)和我国国家环境保护总局确定的优先监测物质名录。在非工业性室内环境中,可以见到50~130种挥发性有机化合物,它们都以微量或痕量水平出现。

总挥发性有机物(TotalVolatileOrganicCom-pounds,TVOCs)是指室内空气中挥发性有机化合物总的质量浓度。它是利用TenaxGC或TenaxTA采样,非极性色谱柱(极性指数小于10)进行分析,保

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1 总挥发性有机物(TVOCs)的定义及

来源

室内空气污染包括四大类:第一类为化学物质污染,包括挥发性有机化合物,如苯、甲苯和甲醛

[收稿日期] 2002-06-07

[作者简介] 王俊(1979)),男,北京市人,北京联合大学应用文理学院学生,理学学士,研究方向现代仪器分析;张景义(1957)),男,北京市人,北京联合大学应用文理学院讲师,长期从事高分子化学及有机化学的教学与研究;陈双基(),

室内空气中总挥发性有机物_TVOCs_的污染

留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性有机化合物。这个指标是由丹麦学者LarsMolhave于1986年首先提出的,借以评价室内空气中挥发性有机化合物的总水平。TVOCs的最大特点是便于化学检测,故在本领域的研究中得到广泛的应用。

室内挥发性有机化合物的来源不仅受室外空气污染的影响,还主要与复杂的室内装饰材料和室内污染源的排放密切相关,其常见来源主要有:

1)室外的工业废气、汽车尾气、光化学污染物等;

2)室内建筑装饰材料和生活及办公用品,例如:

a.有机涂料,如油漆、含水涂料、粘合剂、捻缝胶等;

b.室内装饰材料,如壁纸、其他装饰品等;c.纤维材料,如地毯、挂毯、化纤窗帘等;d.办公用品,如油墨、复印机、打印机、修正液等;

e.各种生活用品,如:化妆品、清洁剂、防腐剂、纺织纤维等。

3)家用燃料和烟叶的不完全燃烧、人体排泄物等。

VOCs的室内空气浓度指导限值。TVOCs推荐指导

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限值为300LgPm,其中单个化合物的质量浓度不超过所属分类的50%,也不超过TVOCs的10%。(这一指导性浓度限值不适用于致癌性化合物的评价,同样也不包括甲醛。)详见表1。

表1 BerndSeifert推荐的室内空气VOCs浓度指导限值VOCs的化学分类

烷类芳烃类

萜烯类卤烃类酯类醛类和同类其他化合物TVOCs

推荐浓度限值(质量浓度)PLg#m-3

10050

3030202050300

挪威学者ElmundSkaret在BerndSeifert推荐值的基础上进一步推荐出一套建筑物设计目标要求,详见表2。

之后,瑞典学者UifRengholt于1993年提出了另一种分类的指导限值:

一类空气质量:TVOCs[012mgPm;

二类空气质量:TVOCs[015mgPm。

近些年来,我国环境保护部门在做了大量的研究和调查后也给出了一些指导性的限值,如我国5室内空气质量卫生规范6中规定室内空气中VOCs的试行浓度限值为600LgPm,北京市环保局提供的住宅小区室内空气中VOCs的试行最高允许浓度为019mgPm。

3

3

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2 室内挥发性有机化合物的质量标准

因为室内挥发性有机物成分复杂繁多,难于检测,所以直到1993年第六届国际室内空气质量和

环境大会,还没有任何国家或组织制定并通过VOCs的室内空气浓度的统一质量标准。但可喜的是已有不少学者发表了他们的推荐意见。

德国学者BerndSeifert于1990年推荐了一套

表2 ElmundSkaret推荐的室内空气VOCs浓度要求,建材VOCs释放要求和建筑物设计通风要求的联系要求水平典型本底水平设计目标范围

室内VOCs浓度

-3

300300

楼板VOCs释放量

2(floorarea)

100~5000200~500

墙壁VOCs释放量

2(surfacearea)

20~100040~100

室内通风量

LPs#m2(floorarea)

011~416012~015(017*)

注:其中017*为北欧建筑法规委员会(NKB)的推荐值。

3 室内挥发性有机化合物的测定方法

室内空气中挥发性有机化合物的测定方法有

很多种,这里收集了国际标准化组织(ISO)检测室内空气中总挥发有机物的测定方法,以及国内一些研究单位提供的研究方法。

1)国际标准化组织提供的室内空气中总挥发

性有机物(TVOCs)的检测方法)))热解吸P毛细管气相色谱法(ISO16017-1)。这一方法的主要原理是:选择合适的吸附剂(TenaxGC或TenaxTA),用吸附管采集一定体积的空气样品,空气流中的挥发性有机化合物保留在吸附管中。采样后,将吸附管加热,解析挥发性有机化合物,待测样品随惰性载气,进入毛细管气相色谱仪。利用保留时间做定性

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分析,用峰高或峰面积做定量分析。此方法的浓度

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测定范围一般为015LgPm~100mgPm。其中气相色谱仪要配备氢火焰离子化检测器、质谱检测器或其他合适的检测器。色谱柱要求非极性的(极性指数小于10)石英毛细管柱。其色谱分析条件为选择膜厚度为1~5Lm的50m@0122mm的石英柱,固定相可以是二甲基硅氧烷或7%的氰基丙烷、7%的苯基和86%的甲基硅氧烷。柱操作条件为程序升温,初始温度50e,保持10min,以5ePmin的速度升温至250e。

2)北京市环境保护监测中心在1997~1999年时间里,对20多所房屋的室内空气中的挥发性有机物进行了检测,此方法主要是上述标准方法的改进方法。其主要原理为:采用装有TenaxTa和Car-bosieveSIII吸附管吸附室内空气,使用HP公司的VOC石英毛细管柱,进行色谱分离,通过热脱附,二级冷阱,色质联机测定。共检出300多种有机化合物,包括芳香烃化合物、烯烃、酯、醛、酮、醇类和卤代烃类等,其中有13种在5北京市优先污染物6名录中。除了定性分析以外,他们还选取了典型化合物做了定量分析,以二甲苯为例,他们测定了居室室内空气中二甲苯的浓度为01014~0175mgPm,并得出结论,室内空气中二甲苯的污染与装修所用的稀释剂有直接的关系。

3)清华大学环境科学与工程系大气研究所在对新建的清华园蓝旗营住宅小区进行室内检测时,对于室内挥发性有机物的测定采用了MiniRae型VOC测定仪,这种仪器采用直接读数的方式,可方便快捷地得到室内挥发性有机物的质量浓度。4)北京大学环境科学中心和北京航空航天大学应用化学系共同研究,采用预浓缩-GC-MS联用技术,分析室内空气样品中的痕量挥发性有毒有机物。他们建立了一套全面、快速而且有质量保证的测定室内空气中的有毒挥发性有机物的定性和内标定量方法,对于中国南方城市广州的8种典型室内环境中的62种有毒挥发性有机化合物的特征和分布进行了研究。其主要方法如下:

a.仪器:美国Entech公司生产的3100多通道采样罐清洗-4600动态稀释-7100与浓缩处理联合系统和气质联用仪(HP5890IIGCP5972MSD)。若干Entech公司生产的容积为6L的不锈钢采样罐,内壁经/SUMMA(C)技术0抛光电钝化处理,并涂上熔融石英薄层,配上压力显示计和毛细管的不锈钢限流阀。经钝化处理带过滤筛的不锈钢过滤头和

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带弯头的不锈钢采样杆(长115m@直径50mm)若

干只,加热套数个,及容积为200L的液氮罐一个。

b.试剂:高纯氮气、液氮、高纯水、美国SG公司生产的62种VOCs混合标准气体和4种内标化合物混合标准气体(各化合物浓度均为100@101罐。

-9

)各

c.样品采集:将清洗干净,并抽成真空的采样罐放置于室内地板上平稳的地方,连接限流阀、不锈钢过滤头和采样管,即可进行样品采集,采集时间为3h,流量为30mLPmin。每个室内环境选取3~5个采样点,每个采样点采样2~3次。

d.样品前处理:样品前处理共包括固相多孔吸附浓缩)))TenaxTa管吸附,多孔吸附玻璃管聚焦三级处理,脱除样品中的水和二氧化碳。

e.气相色谱分析条件:采用HP-5(PHME,胶联5%苯基甲基硅烷)规格为60mm@0132mm@110Lm的毛细管色谱柱;三级程序升温;初始化炉温为-55e保持5min,以45ePmin的速度,升温至35e,以8ePmin的速度升温至155e,以9ePmin的速度升温至220e,并继续保留5min,柱流量固定为0185mLPmin。

f.质谱分析条件:电子能量为70eV,电子倍增电压2118V;二级扫描程序:0~8min,mPz扫描范围20~60Lm;8~32min,mPz扫描范围为35~200Lm;每个峰扫描频率为20次Ps。

通过这个方法,可以清楚地分析和计算出所有62种分析目标化合物,简便易行,结果可靠,可以广泛的应用。

4 室内挥发性有机化合物对人体健

康的影响

室内挥发性有机化合物对人体健康影响的研究,远不及对甲醛研究清楚。由于挥发性有机物并非单一的化合物,各化合物之间的协同作用(相加,相乘,拮抗和独立作用)关系较难确定;各国、各地、不同时间地点所测的VOCs的组分也不尽相同。这些问题给VOCs对健康的影响效应的研究带来了一系列的困难。丹麦学者LarsMolhave等人根据他们所进行的控制暴露人体试验结果和各国的流行病研究资料,暂定出VOCs的剂量反应关系,详见表3。

室内挥发性有机化合物确定的和怀疑的危害主要包括以下4方面:

1)嗅味不舒适(确定);

室内空气中总挥发性有机物_TVOCs_的污染

第16卷第3期王 俊等:室内空气中总挥发性有机物(TVOCs)的污染表3 LarsMolhave等人制定的VOCs暴露与健康效应

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TVOCs的浓度Pmg#m-3

012012~310310~25>25

健康效应无刺激,无不适

与其他因素联合作用,可能出现刺激和不适刺激和不适;与其他因素联合作用,可能出现头痛

除头痛外,可能出现其他的神经毒性作用

分类舒适多因协同作用

不适中毒

2)感觉性刺激(确定);

3)过敏性反应(怀疑);

4)神经毒性作用(怀疑)。

目前一般认为,在正常的,非工业性的室内环境中挥发性有机化合物浓度水平还不至于导致人体的肿瘤和癌症。

此,二氧化钛是一种非常优越的光催化剂。它能在常温常压下降解多种痕量有机污染物以及硫化物、氮氧化物等无机污染物,并且反应迅速、能源消耗低、降解完全,很适合室内空气的净化。二氧化钛具有催化活性高、氧化分解能力强、化学性质稳定、成本低廉经济、对人体和环境无害等优点。二氧化钛光催化剂可设计成反应器或直接附着在建筑材料的表面,利用太阳光或室内照明灯照射,消除室内包括挥发性有机物在内的多种有害气体成分。

4)政府的管理和法规的完善:我国已由国家质检总局、卫生部、建设部、国家环保总局同时启动了有关室内空气的管理法规,相关的规范和标准的制定工作已基本结束。例如已经出台的由国家质检总局制定的5室内建筑装饰材料有害物质限量6中设计了人造板、内墙涂料、木器涂料、胶粘剂、地毯、壁纸、家具、地板革和混凝土外加剂等建筑材料的有害物质释放限量。2002年7月1日起,市场上超过限量的建筑装饰材料将被禁止出售。按建设部制定的5民用建筑工程室内环境污染控制规定6,污染物超标的新房不能交付使用。因此,法规的健全和执法力度的加大对于控制包括TVOCs在内的室内污染物将起到举足轻重的作用。

室内空气中总挥发性有机化合物是室内空气污染中的重要组成部分,因此我们应及时采取合理的、有效的、快捷的监测和治理措施。

5 室内挥发性有机化合物的防治对

策

1)选择优质的装修材料:这是控制室内空气污染的根本途径。现在我国的装修市场管理混乱,装修建材良莠不齐,要慎重选择装修材料,倡导使用环保型装修材料和较为专业的施工队伍,从而有效地控制室内污染物的源头污染。

2)加强室内的通风换气:这是控制室内空气污染的最有效的方式。这是一种简便可行的改善室内空气质量的方法,居室内整体或局部的新风量不足,室内污染物不能很好地扩散,会造成严重的污染。因此,居室应常开门窗,保持空气流通,不要使房间处于长时间的封闭状态。

3)室内空气净化技术:现代空气净化技术众多,其中包括光催化技术。例如二氧化钛光催化技术,20多年前,科学家发现二氧化钛如果在受到太阳光的照射时,再遇到水,水就会分解为两个氢原子和一个氧原子。其他一些物质如有机物,在一定条件下,遇到它也会不断起化学反应而分解。因

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IndoorAirPollution)TotalVolatileOrganicCompoundsPollution

WANGJun,ZHANGJing-yi,CHENShuang-ji

(CollegeofAppliedSciencesandHumanitiesofBeijingUnionUniversity,Beijing 100083,China)

Abstract:Asthedevelopmentofeconomicsandthequalityofpeople.slives,indoorairpollutionbecomesgraduallyan

importantenvironmentalproblemthatpeoplemostlycarefor.Moreover,TheTotalVolatileOrganicCompoundspollutionisessentialpartofindoorairpollutionproblem.Basedonalotofdomesticandoverseasdocuments,itgivescompre-hensiveresearchesandsummariesonTheTotalVolatileOrganicCompounds.definition,source,thestandardofqual-ity,themethodsofdetection,theeffectofhealthandthemethodsofreducingpollution.

Keywords:qualityofindoorair;indoorairpollution;TotalVolatileOrganicCompounds;standardofquality;methodsofdetection;effectofhealth;methodsofreducingpollution

#简讯#

北京联合大学生物化学工程学院新院名揭牌

2002年6月15日,北京市委副书记龙新民、市教委主任耿学超参加了北京联合大学生物化学工程学院新院名揭牌仪式。到会祝贺的有市委、市教委、北京联合大学和企事业及高等院校领导、专家50余人。

生物化学工程学院原名为化学工程学院,近年来,为主动适应首都经济发展战略的需要,学院在学科、专业建设和人才培养方向上进行了重大调整。

与会领导还有市委教育工委副书记夏强、市教委副主任张国华、北京联合大学党委书记熊家华等。

(生物化学工程学院)

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