室內空氣中可揮發性有機化合物的研究

一 前言

揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds）是指沸點在50_~200⁰C之間、室溫下飽和蒸汽壓強超過133.32Pa的易揮發性化合物。其主要成分為烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類等，是室內外普遍存在且組成復雜的一類有機污染物。VOC的種類很多它們不僅對大氣環境有著潛在的影響，而且對室內空氣質量形成了嚴重的影響。它們能夠對人體的呼吸系統、心血管系統及神經系統產生較大的影響，甚至有些還會致癌，VOC也是造成SBS（Sick Building Syndrome）的主要原因。

許多VOC的室內濃度往往高于室外。在美國環保機構對美國六個地區的調查中發現，VOC的室內含量均比室外高出十倍，甚至有許多的建筑本身就是污染源。在TEAM的一項專題調查中也發現無論城市還是農村VOC的室內濃度都是室外的2—5倍。北京市衛生局對部分住宅區和寫字樓的抽檢表明，新裝修后居室甲醛含量普遍超標，最高者竟超標73倍。

我國由于過多的使用合成代用品作為建筑或裝修材料且缺乏實用的檢測標準和技術規范，VOC問題比較嚴重。天津市衛生防病中心最近調查監測了新建及新裝修的幼兒園、寫字樓、家庭居室等180余戶近3萬平方米的建筑，發現室內空氣質量合格率僅為34.7％。其中，在不合格的室內空氣中甲醛的超標率為27.8％，苯系物（甲苯、二甲苯等）超標率為14.6％。據報道，我國每年因建筑涂料引起的急性中毒約400起，1.5萬余人中毒，死亡約350人，造成慢性中毒達10萬余人次。據報載北京市近年青少年白血病患者增多，其中9/10的家庭有豪華的室內裝修，我國大商場特別是地下商場售貨員肺癌患者比例居高不下，說明我國在VOC方面存在嚴重的誤區。這要求我們必須對室內空氣中VOC對廣大居民健康的影響問題給予更大的關注。

一 VOC的來源

VOC的來源很多，下面分類介紹。

1 建筑材料和裝修材料

建筑材料和裝修材料由于具有很大的表面積且長期暴露于空氣中，因此是室內VOC的主要來源，按它們隨時間衰減的范圍區分為一次源和二次源。VOC的一次源是指非結合的VOC，它們通常摩爾質量較小，比如溶劑殘留物、添加劑、抗氧化劑、增塑劑、催化劑和單分子低活性物質等。二次源是VOC在不同的物理、化學條件下產生的物理、化學結合物。例如，濕（高PH值）混凝土基層可以使PVC地板材料中的酞酸鹽發生水解反應，產生醇類；溫度的升高（太陽輻射）能夠導致聚合物結構的熱分解，起到催化劑的作用；室內環境中的VOC與不同的氧化劑作用會導致吸收過程和氧化過程。二次源形成過程中可能產生突然、劇烈的IAQ問題，見下表一的例子。

表一 室內材料產生的VOC二次源

2 與人類活動有關的來源

（1）生活用品 如香水和染發劑、織物、衣服、清潔劑、光亮劑、噴霧劑、殺蟲劑、干洗劑；（2）辦公用具 如復印機、打印機、復寫紙、修正液、膠帶、膠水、橡皮膏。

3 與設備有關的來源

空調設備中制冷劑的泄漏、排煙口設計不和理和密封劑、清潔劑使用不當都會產生VOC。另外，汽車尾氣也是VOC的一大室外來源。

4 某些特定建筑或建筑中的某些特定場所

如石油制品加工廠、吸煙室 、實驗室 、印刷廠、儲藏室、健身房、美容院、地下室、工藝美術作品展覽室等。

5 意外事件

管道由于滲透或溢流而滋生微生物會產生VOC，因火災而產生的煙或電器中的PCBs同樣也是VOC來源。

二 VOC的危害

VOC對人體的傷害很大，處于含VOC的環境中會有以下癥狀：咽、鼻、喉不適，頭痛，皮膚過敏，呼吸困難，惡心、嘔吐、疲勞、眩暈，血清膽固醇降低，血漿膽堿脂酶減少。 由于VOCs是許多氣體的混合物（包括氨丙酮、乙醇、苯 、甲醛、烴、甲烷、次甲基氯化物、丙烷、甲苯、二甲苯等），因此不可能對每種化合物對人體的影響都一一介紹，這里只給出下面六種室內常見被CARB確認為有毒性的污染物的影響，分別是苯、甲醛、次甲基氯化物、苯乙烯、四氯乙烯、甲苯，它們都對人體的健康有著非常大的傷害。

1 苯

苯有甜味，屬芳香族，可溶解。苯是一種可造成急性和慢性中毒的有毒物質，它可通過皮膚被吸收，但大多數中毒者是由于吸入了苯而產生的。苯通過皮膚吸收的速度為0.4mg/cm².h，而被吸入的苯大約有50~70%會被肺吸收。在急性中毒的情況下，苯起麻醉作用，而慢性中毒的特點則是會造成造血組織的損傷和機體某些器官（包括淋巴結）的變化。對接觸苯的工人來說吸入210ppm的苯就會造成血液病。另外苯還能誘發染色體畸變。

2 甲醛

甲醛屬醛類化合物，具有刺激性，可引起上呼吸道發炎。甲醛刺激皮膚，使皮膚過敏。長時間處于濃度大于10mg/m³甲醛的環境下可導致慢性肺部疾病和神經性生理疾病，包括頭痛、疲勞、記憶力減退、注意力難以集中、情緒易變等。對于動物的研究則表明，暴露于含有甲醛的空氣中的可導致神經系統發生化學和物理變化，而對人類則可造成生殖性疾病如月經紊亂，并可危害胎兒的身體結構和發育，造成出生嬰兒體重過輕等。甲醛的致癌性已經在對動物的實驗中得到了證明。甲醛易溶于水，因此很容易被上呼吸道中的黏膜吸收引起上呼吸道的感染發炎。另外鼻竇癌的發病也于甲醛有關。

3 次甲基氯化物

次甲基氯化物能在人體內分解為一氧化碳，而一氧化碳與人體血液中的血紅蛋白結合形成羥基血紅蛋白，從而破壞血紅蛋白運送氧的能力。次甲基氯化物還影響神經系統，暴露于300ppm濃度下1~2小時可對聽力和視力造成暫時性的影響，而長時間處于次甲基氯化物濃度為500~1000ppm的環境下則能造成永久性的損害。

4 苯乙烯

苯乙烯有芳香味，具有刺激性。接觸苯乙烯可嚴重刺激或損傷人的眼睛，也可以對呼吸器官造成刺激，導致皮炎和心情抑郁。200~400ppm時對眼睛有短時間的刺激，接觸1000ppm的苯乙烯30min會使人死亡，在濃度高于376ppm苯乙烯的環境中人的中樞神經系統會受到損害。

5 四氯乙烯

四氯乙烯不可燃，有醚氣味。在高濃度時會發生麻醉作用，它能使皮膚脫脂和產生皮炎。四氯乙烯的蒸氣很容易被吸入而傷害肝臟，中樞神經和腎也會受到影響。

6 甲苯

接觸高濃度的甲苯可導致急性中毒，也可產生麻醉作用。接觸10000ppm的甲苯可導致人死亡。甲苯的急性毒性比苯還大，但沒有證據證實甲苯會引起嚴重血液病。吸入100ppm的甲苯會對人產生心理影響，吸入200ppm的甲苯會對人的神經中樞發生作用。在200—570ppm環境下也會造成對眼睛黏膜和上呼吸道的刺激。

表二 短時間處于下列物質中對人體的影響

上述六種物質都有毒性，但是關于毒性并不是各種化學物質都一樣，不同的化學物質的毒性并不相同。消防法和勞動安全衛生法中有預防有機溶劑中毒的條款。該條款把有機溶劑分為三類，各有一定的內容。第一類包括三氯甲烷、三氯乙烯等7種；第二類包括丙酮、混合二甲苯等40種：第三類包括汽油、松節油等7種。VOC的種類很多，很難對每種VOC都作出規定，歐洲聯合協會給出了VOC的總量VOCs（或TVOC—總揮發性有機物）不同濃度對人體的影響，其中濃度的測定是用氣體分離器/火焰電離檢測法測定的室內空氣中VOCs的濃度（以甲苯為基準物質各種VOCs的響應系數不計，該濃度基于Mlohave’s的對黏膜刺激性的毒理學的數據）。表三給出了它們對人體的影響。

表三 VOCs對人體的影響

三 VOC的監測及控制標準

1 VOCs的監測方法

VOCs的監測方法有很多種，通常采用的是用固體吸附劑來捕獲空氣中的VOC，然后對樣品進行預處理及分析的方法。在采樣時要求用吸附容量大、收集效率高、化學性質穩定的吸附劑（分析表明并沒有一種單一的吸附劑適用于采集所有揮發性和極性范圍的有機化合物）。對于預處理，目前方法有很多，常采用的有溶劑解析法、低溫預濃縮—熱解析法、固相萃取法、頂空法、超臨界流體萃取、吹掃—捕集法等。通常用于分析VOCs的方法有氣相色譜法（GC）、高效液相色譜法（HPLC）、氣相色譜—質譜法（GC—MS）、熒光—分光光度法、膜導入質譜法，其中最常用的是氣相色譜法和氣相色譜—質譜法，這里介紹HPLC。HPLC是70年代發展起來的一種高效、高速、高自動化和高靈敏度的分離分析技術。HPLC分為正相和反相，其中反相更為流行。目前用于HPLC的檢測器有多種，如紫外檢測器、熒光檢測器、示差折光檢測器、電化學檢測器等。Brown等用甲醇和水的混合物作捕集液體，以反相測定油漆和有關產品的芳香烴排放物。戴天有等以HPLC分析空氣中10種醛酮污染物，其最低檢測限為1-5ng，線性工作范圍為5—300ng。

2 控制標準

對VOC也設置了標準值，舒適濃度范圍為小于0.20，世界衛生組織和澳大利一發布了指導值，但我國還沒有相關的標準和指導值。 歐洲聯合協會給出了用于材料管理的散發量標準（見表四）和VOC中一些物質的舒適濃度標準（見表五）。我國也制定了材料的散發量標準，可參閱《民用建筑室內環境控制標準》，這里就不一一贅述了，民用建筑工程室內環境指標（見表六）。

3 表四 材料的允許散發量標準

表五 室內環境VOC允許值

表六 民用建筑工程室內環境指標

四 VOC的降低與消除

1 降低

VOC的產生源很多，涉及各項化學物質，因此我們應以預防為主。

（1）減少能產生VOC產品的用量。用防止害蟲的進入或生物控制的方法來減少害蟲的數量來減少驅蟲劑和殺蟲劑的用量，用木質或金屬建材和家具,用玻璃纖維或纖維絕緣材料代替含尿素甲醛的泡沫塑料。如必須使用能散發VOCs的材料時，必須符合允許的濃度標準或使VOCs的產生源盡量遠離主要的生活工作區或建筑物內人員較少時才使用。

（2）利用化學成熟法，即讓房屋空閑，使VOC散發，控制建材一次源的危害。

（3）控制室內溫度和濕度，VOCs的濃度隨著室內溫度濕度的增加而增加，高溫高濕會增加VOC的散發量。

（4）烘烤。即在一定時間內使溫度保持30以上，使VOC散發，同時換氣以降低其濃度。

（5）有良好的通風條件。無論自然通風還是機械通風都能減小VOCs的濃度。良好的通風可以大大減少廚房、浴室 、地下室和檢修間的VOCs。

2 消除

傳統上采用活性碳吸附的方法去除VOC ，這種方法成本比較低，但由于一些化合物的反應性和對熱的不穩定性，不易從吸附劑上回收。目前半導體光催化作為一種新的環境凈化技術正在受到廣泛關注。半導體光催化作用的本質是在光電轉換中進行氧化還原反應，利用半導體電子的結構特點將有機污染物氧化，最終分解為CO₂、H₂O、PO₄^3-、SO₄^2-、NO₂^3-以及鹵素離子等無機小分子，達到完全無機化以消除VOC的目的。現在常用的催化劑多為金屬氧化物和硫化物，如TiO₂、ZnO、Fe₂O₃、WO₃、ZnS、CdS、PbS等。由于TiO₂有較高的化學穩定性和催化活性，而且價廉無毒，所以目前多被采用。

五 結論：

我國室內空氣中的VOC問題比較嚴重。由于劣質的建筑材料和裝修材料流入市場和室內裝修采用了過多的合成材料、涂料引起的VOC超標問題必須引起我們的關注。為了防塵隔音或空調采暖節能而使門窗過于嚴密新風量小甚至沒有新風也是引起VOC濃度上升的一個很重要的因素。我國應盡快指定室內建材VOC的檢測標準和技術規范堅決杜絕生產和使用VOC超標的劣質材料，不用或少用合成材料或涂料。同時在空調設計中應增大室外新風的流量，降低室內VOC的濃度。

空氣中總揮發性有機物(TVOC)　　

1 采樣　　應在采樣地點打開活性炭管,與空氣采樣器入氣口垂直連接,以0.5L/min的速度，抽取10L空氣。采樣后，應將管的兩端套上塑料帽，并記錄采樣時的溫度和大氣壓力。樣品可保存5天。

2 檢測步驟　應用色譜純甲苯分別配制成下列標準氣體:0、0.01、0.02、0.04、0.08μg/ml。按GB11737規定進行標準樣品測定,得到TVOC的測定用標準曲線 y=a+bx(以甲苯計)。取采樣后活性碳管,按GB11737規定進行樣品測定，從標準曲線中查得樣品中TVOC的量。以甲苯為基準物質,各種VOC的響應系數忽略不計計算空氣中總揮發性有機化合物含量。

參考文獻

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