某厂区车间内空气质量监测

Vocus CI-TOF 部署在某生产车间内开展了为期两周的空气污染物监测实验。高质量分辨率的飞行时间TOF质谱仪和多种高选择性的化学软电离模式共同提供了高精度的定性分析;同时仪器的高机动性使得室内环境多点监测更加高效省时。

Veronika Pospisilova, Felipe Lopez-Hilfiker
TOFWERK, Thun Switzerland

室内空气质量

现代人群,不管是因工作还是在家,通常花在室内的时间相对较长。因此室内空气质量对人们的健康、舒适感和工作表现的影响显得更为重要。室内环境中常常伴随着成百上千的挥发性有机物(VOCs),这些VOCs大部分来自建筑材料的挥发、化学品使用、工业过程排放,和各种家居活动,比如烹饪,清洁等。由于室内墙壁较大的表面积、建筑封闭或较差通风,VOCs很容易积累并并污染工作环境,从而损害人员健康。世界卫生组织(WHO)将空气污染(包括室内空气)列为较高的五种公共健康风险之一。

实时监测室内环境中的VOCs变化,对评估和防控暴露在室内空气污染中潜在的风险等级尤为重要。同时,通过监测污染物的种类和来源,为改善室内空气质量奠定数据基础。

Vocus CI-TOF实时监测室内VOCs

快速、灵敏、可靠的Vocus CI-TOF仪器能够同时检测空气中亚ppbV级别的数百种VOCs,高质量分辨率的TOF分析仪和多样高选择性的软电离模式可对检测到的物种进行精确鉴别并定性。监测时直接进样,无需样品准备,相对于离线GC-MS分析更加省时、省力,同时也避免了样品采集和预处理过程可能产生的误差。

为监测厂区内部工作环境中的空气成分变化,我们将Vocus CI-TOF放置在某工厂研发和生产车间内,进行了为期两周的不间断实验。仪器分别在传统的质子转移模式H3O+和NH4+模式(碎片较少、有利于高氧化态分子的检测)下进行了监测。


图1. 质子转移模式监测下的乙醇、单萜烯、甲苯和二甲苯的时序变化(上图),下图展示了多种硅氧烷在测量期间的时序变化

图1展示了质子转移模式下(H3O+)的几种物质的时序变化。 在24小时中,白天相对于夜间的浓度较高,这与白天工作时间内的人为活动密切相关。周末期间污染物的浓度减少了2-5倍。图2展示了Vocus CI-TOF 在NH4+模式下观测到的质谱谱图,数百种浓度跨3个数量级的VOCs物种同时呈现在谱图上。值得注意的是,仪器清晰的检测到了质量数高达900多的硅氧烷(蓝色),其中D12硅氧烷(C24H72O12Si12)的浓度在单个ppt范围。硅氧烷是一种非常稳定的挥发性有机物,作为添加剂被大量的使用在塑料、润滑剂、和化妆品中。检测中含量最高的是D5硅氧烷,是城市空气中一种比较常见的化合物,主要来自于护肤品。因Vocus CI-TOF全谱测量,可利用硅氧烷的同位素峰来精确的确定分子组分。


图2. Vocus CI-TOF在NH4+模式下测量的工业环境中的质谱图。测得的一系列硅氧烷峰被蓝色高亮显示。

移动监测室内空气质量

鉴于该仪器良好的机动性能,可快速部署到车间内各区域获得各位置的VOCs浓度,由此可更好推测出车间内存在的可疑泄露或者污染源头。图3展示了30分钟内仪器在厂区不同位置的测量结果(图中浓度以对数形式展示)。不同位置的浓度差异甚至能达到五到十倍。在通风较好的房间内(如化学实验室),VOCs的浓度水平最低,与外部大气水平相差无几。无尘室的异丙醇浓度相对较高,很大可能来自于部件清洁过程,这也导致了无尘室总VOCs浓度在整个厂区居首。


图3. 厂区中6个不同区域的移动VOCs检测结果

References

[1] Mcdonald, B. C. et al. Volatile chemical products emerging as largest petrochemical source of urban organic emissions, Science 359(6477): 760-764, 2018. doi: 10.1126/science.aaq0524

[2] World Health Organization, “Ten threats to global health in 2019”, Newsroom Feature Stories, https://www.who.int/news-room/feature-stories/ten-threats-to-global-health-in-2019, date of last access 7 May 2020.

[3] Coggon, M. M. et al. Diurnal Variability and Emission Pattern of Decamethylcyclopentasiloxane (D5) from the Application of Personal Care Products in Two North American Cities. Environ. Sci. Technol, 2018. doi: 10.1021/acs.est.8b00506

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