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环境监测 质谱技术将大行其道 ——国家环境分析测试中心POPs研究室主任董亮专访

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人气:-发表时间:2015-08-05 10:44【

随着工业化的不断发展,我国环境问题日趋尖锐,空气中可吸入颗粒物、VOCs、持久性有机污染物、受到持续关注。全国多个城市雾霾频发,公众的日常生活和身体健康造成极大影响。大气污染防治刻不容缓,那么,大气环境质量监测分析现状如何?有哪些先进的检测方法?与国外相比,国内的检测标准体系有何不足?便捷式快检仪器在环境监测领域应用如何?针对这一系列疑问,小编有幸和国家环境分析测试中心POPs研究室主任董亮老师一起交流,在此与大家分享。

国家环境分析测试中心POPs研究室主任董亮
国家环境分析测试中心POPs研究室主任董亮。


室内、环境大气检测需求有变化

商品房市场化以后,掀起一阵购房热,直接“引发”装修热。建材中有机化合物的挥发与释放,对室内空气造成污染,其中甲醛和TVOC超标情况不容乐观。随着人们环保意识的增强,很快回归理性,在装修上更加注重环保、简装、大方,目前看来,室内空气污染呈下降趋势。

但近几年来,雾霾天气连续爆发,“爆表”等极端情况也时有发生,人们开始关注大气环境质量。董主任指出,雾霾的形成不仅和一次颗粒物的排放有直接关联,还和VOCs等PM2.5前体物的排放有很大关系。当各个排放源的排放总量到达阈值后,PM2.5的人体表观感受会激增。随着自动化和智能化设备的发展,环境管理部门能够实时获取到空气质量信息,给大气环境的监测与分析带来了便利。

由于国外人工成本较高,多数的环境监测任务都是由自动在线监测设备完成。自动化设备能够连续监测,避免了人工误差,并且可以对多种污染物进行同时监测。发达国家经历了从污染环境到治理环境的过程,有很多经验可借鉴,但中国和发达国家的经济发展阶段的不同,产业结果差异大,主要污染物也有很大不同。现阶段,国内大气污染物治理的主要对象是氮氧化物、二氧化硫和PM2.5,而发达国家氮氧化物和二氧化硫的矛盾并不尖锐,他们更多的关注大气环境中的臭氧,甚至开始关注PM1。总的来说,中国在大气环境污染治理的道路上还需探索,寻找适合中国国情的道路,不能照搬照抄国外的模板。”董主任说。



环境分析标准体系待完善

据董主任先容,目前,我国环境领域的相关标准都是由环保部科技标准司组织环保部标准研究所制定和发布。和美国EPA 标准分析方法体系相比,国内的标准分析方法体系还不够系统,标准之间有交叉、重复,并且没有覆盖所有的目标化合物。国内标准主要是针对目标化合物分别制定,比如,单独针对有机氯农药或是其他类别农药制定标准分析方法;而美国在制定标准分析方法时,会根据方法特性,将可以测定的多类化合物一起列入。比如,EPA方法508,,能够同时测定有机氯农药、多氯联苯或其他含氯除草剂等。

谈到国内环境标准方法和发达国家的差距时,董主任的回答很令人意外,环境检测领域目前颁布的方法和标准其实并不落后,几乎都处于国际水平,建立的方法使用的仪器涉及到GC-MS,HRGC/HRMS、HPLC-MS/MS等高端仪器,压力流体萃取、固相萃取等前处理手段也常采用。董主任认为,国内硬件水平已经和国外相差无几,主要差距还是体现在人员素质上(包括仪器操作能力、经验等)。总体来说,国内许多基层环境监测实验室的人员掌握和应用标准的能力欠缺。



POPs 治理要有中国特色

POPs是董主任的专业领域,他先容说,《斯德哥尔摩公约》中控制的POPs分为三大类,即含氯杀虫剂、工业化学品和无意生产的化学品。首批限定的12种POPs中主要是有机氯杀虫剂、多氯联苯和非有意产生的二噁英、呋喃等。近年来,《POPs公约》受控物质也在不断增加。新POPs离人们的生活越来越近,PBDEs和PFOA/PFOSs在日常生活中就能接触或使用到,从整个风险防控角度来讲,任务越来越艰巨。

中国在POPs的研究方面处于国际先进水平,每年在POPs方面的研究论文数量处于领先地位。目前中国治理POPs的技术主要有:

1.高温焚烧技术:焚烧法适用于处理含高浓度持久性有机污染物的固废,但如果管理不善,可能会产生比原物质毒性更大的毒物如二噁英等。

2.物理、化学处理技术:物理处理有吸取法、洗脱法、萃取法、蒸馏法和汽提法等,可对POPs起到浓缩富集,常作为一种预处理手段与其它处理方法联合使用。化学处理在POPs污染治理中的应用较多,主要有光催化氧化法、超临界水氧化法、电化学法、微波、放射性射线等高新技术,对多氯联苯、六氯苯、五氯苯酚以及二噁英都有很好的去除作用,但由于费用比较高,可推广性不强。

3.生物修复技术:主要是利用植物、微生物或原生动物等的吸取、转化、清除或降解POPs,其成本低,但不适用高浓度残留的样品,而且处置效果目前不乐观。

董主任表示,我国是有机氯农药滴滴涕大的使用国之一,所以滴滴涕的残留普遍。在我国具推广意义和中国特色的POPs无害化处置技术是利用水泥窑的高温焚烧,可以有效处置含高浓度有机氯杀虫剂、PCBs等POPs的固体废弃物。

此外,他还强调,二噁英是目前人类产生的可怕的化学物质之一,被称为“地球上毒性强的毒物”,由于是非有意产生,所以好的方法就是控制源头,随着时间推移,环境中的污染物含量自然会减少。



质谱技术大行其道将

目前,国内质谱技术的应用越来越普遍。四极杆小质谱由于其优良的定性定量能力,已成为有机物污染分析的入门级仪器,中国每年进口上千台。质谱技术已渐成为监测领域具影响力的技术之一。

董主任认为,质谱在环境分析和监测领域具有其他色谱检测器无可比拟的优势,使用SIM(选择离子)模式,可以大大降低假阳性率。虽然GC/MS对于有机氯农药等含氯有机物的绝对灵敏度不及GC/ECD,但在实际样品分析中,由于其良好的抗干扰能力,适用性反而比GC/ECD要好。在NIST标准谱图库的配合下,质谱还可以对未知化合物进行定性分析。

采用质谱技术还可以充分发挥同位素标记化合物的作用,发挥同位素稀释或同位素内标等先进的质量保证和质量控制手段的功能。越来越多标准分析方法采用质谱作为检测器也成为质谱大行其道的重要原因之一。相信随着更多采用质谱检测方法的标准化,质谱在现代环境监测领域必将成为有机污染物分析的利器。



国产仪器需提高自主创新能力

目前我国空气监测仪器行业技术尚不够成熟,因缺乏技术资金,研发能力低、低水平重复多,仪器种类、质量、性能很难与国外企业抗衡,行业发展面临多重障碍。随着“十二五计划”大气污染防治力度的不断增强,大气监测仪器市场受到热捧,国家政策给环境监测仪器企业提供了新的发展空间。

大家都知道,国外仪器从产品研发、生产、销售等各方面都已经相对成熟,并经过了较长时间的检验,产品运行也较为稳定。相比而言,国产环境监测仪器自主创新能力不足,大问题是可靠性、灵敏度差、加工工艺水平低。拿国产PM2.5监测仪器来说,目前其在市场份额、稳定性、产品先进性上都有明显劣势。许多重点城市大气监测站采购的PM2.5监测仪器都是国外品牌。在整体环境检测仪器利好的前提下,国产仪器要想抓住机会,赢得环境监测市场的一杯羹,有必要提高自主创新能力以及零部件加工工艺水平。



便携式快检仪器标准将出台

在现场检测和应急检测中,要求分析仪器具有适应性强,响应速度快、结果相对准确的特点,以便快速给出应急决策的依据,各种便携式仪器设备正顺应了这一潮流,近年来得到快速的发展。只要是提及环境现场应急检测设备,就少不了便携式GC和GC-MS,它们能够对未知污染物进行定性和定量。我国省级环境应急监测机构,都配有应急监测设备和车辆,其中总能发现便携式气相色谱质谱联用仪的身影。

董主任还提到,国产品牌中,聚光科技自主研发的Mars-400型便携式气相色谱-质谱联用仪属于国内首台,主要技术指标已经达到国际先进水平。这也代表了某些领域的国产仪器已经崛起,有利于打破国外便携式GC-MS的市场垄断,使其价格大幅度降低。

目前,国内便携式快检仪器的相关标准缺失,导致现场应急事件检测数据只能做参考,不具有法律效力。董主任透露,目前,环保部已经开始研制便携式仪器的方法标准,为现场检测数据的合法性提供依据。此外,董主任还建议,仪器厂商应该注重提高便携式仪器的校准能力,以及高温高湿环境下的抗干扰能力。


(本文由实验与分析采访整理)


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