摘 要： 建立紅外分光光度法測定空氣和廢氣中油煙的含量，對其開展方法確認和實樣測試。以玻璃纖維濾膜采集氣體樣品，用四氯乙烯萃取，以四氯乙烯中標準油使用液為標準溶液，采用紅外分光光度法測定油煙含量。結果表明，油煙濃度與紅外吸收光譜峰高相關，當標準狀況下采氣體積為5 500 L時，檢出限為0.002 mg/m3。低、高兩種濃度實際樣品測定結果的相對標準偏差分別為4.36%、2.44%（n=7），加標回收率分別為95.8%、103%。采樣和分析過程的質量保證與控制均符合要求，樣品冷藏保存能延長其時效性，該方法適用于環境空氣和無組織排放廢氣中油煙濃度的測定，對治理油煙污染有著重要意義。

 

關鍵詞： 紅外分光光度法； 環境空氣； 無組織排放廢氣； 油煙

 

油煙是指食物烹飪、加工過程中揮發的油脂、有機質及其加熱分解或裂解產物[1]，是多種污染物的混合體，主要包含固液態顆粒物、氣態污染物和氣溶膠。固液態顆粒物主要以可沉降顆粒物（粒徑大于10 μm）和可吸入顆粒物（粒徑為0.01~10 μm）為主，這些物質是造成霧霾污染的重要前體物。在氣態污染物和氣溶膠之中成分繁多，包括脂肪酸類、烴類、醛酮類、醇酯類、芳香族類、雜環類化合物、VOCs等200多種成分，還含有苯并芘、亞硝胺、雜環胺等[2]已明確對人和動物有致癌、致畸、致突變作用的物質，會對人體的呼吸系統、免疫系統、生殖系統和神經系統等造成不同程度的損害[3]。餐飲油煙污染也是空氣污染的重要來源之一，其對大氣環境和人體健康的危害不容忽視。

 

目前紅外分光光度法已經在實驗室分析中得到廣泛應用［4］。HJ 1077—2019《固定污染源廢氣油煙和油霧的測定　紅外分光光度法》主要針對有組織排放類型的油煙和油霧。固定污染源廢氣與無組織排放廢氣和環境空氣的主要區別在于排放方式、處理程度、環境影響和治理難度等方面。而HJ 1077—2019的油煙檢出限較高，且有組織排放廢氣的采樣方式相對復雜，采樣耗材需經處理才能使用，故不適用較低濃度的環境空氣和無組織排放廢氣類型樣品。通過對環境空氣重金屬因子、顆粒物和苯并芘標準分析方法研究發現，濾膜對各類氣態污染物有較好的捕集作用，而油煙正是以固液態顆粒物、氣態和氣溶膠形式存在于空氣中［5］，理論上能被濾膜捕集，且有組織排放的油霧可以使用玻纖濾筒采集分析，原理與濾膜相同。結合目前餐飲油煙污染和油煙擾民多發的情況[6?7]，建立一種操作簡便、準確度高、安全環保的油煙測定方法很有必要。筆者用玻纖濾膜做載體，用采集顆粒物的方法對空氣和廢氣中的油煙進行采集，再參考油霧的分析方法，對樣品處理步驟進行相應優化，最后采用紅外分光光度法進行分析。鑒于此前未曾有過相關實驗報道，該方法可作為一種新的油煙測定方法進行總結提煉與推廣應用，對監測和治理油煙產生的環境污染具有重要意義。

 

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

環境空氣顆粒物綜合采樣器：ZR-3923型，青島眾瑞智能儀器股份有限公司。

便攜式數字綜合氣象儀：FYF-1型，上海風云氣象儀器有限公司。

紅外測油儀：JLBG-126+型，吉林北光環保儀器銷售有限公司。

超聲波清洗機：030S型，深圳市歌能清洗設備有限公司。

玻璃纖維濾膜：Φ=90 mm，孔徑為0.3 μm，鹽城天悅儀器儀表有限公司。

四氯乙烯：分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司。

超純水：電導率不小于18 MΩ·cm（25 ℃）。

油標準貯備液：質量濃度為1 000 mg/L，批號為A22050065，壇墨質檢科技股份有限公司。

油標準使用液：質量濃度為100 mg/L，取適量油標準貯備液，用四氯乙烯配制而得。

四氯乙烯中油煙質控樣品：標準值（質量濃度）為20.4 mg/L，擴展不確定度為1.7 mg/L，批號為A 22100232a，壇墨質檢科技股份有限公司。

1.2 儀器工作條件

校正因子（F）：60；系數（X）：30；系數（Y）：48；系數（Z）：365；基線平衡：0；儀器暗電流：0 nA；波長寬度：0 nm；等待時間：10 s；波長：725 nm。

1.3 方法原理

空氣中的油煙經玻纖濾膜吸附后，用四氯乙烯超聲萃取，萃取液用紅外分光光度法測定。油煙含量由波數分別為2 930 cm-1（CH2基團中C—H鍵的伸縮振動）、2 960 cm-1（CH3基團中C—H鍵的伸縮振動）和3 030 cm-1（芳香環中C—H鍵的伸縮振動）譜帶處的吸光度A2 930、A2 960和A3 030進行計算[8]。

1.4 實際樣品測試

1.4.1 現場布點和采樣方法

油煙采樣現場按照HJ/T 55—2000《大氣污染物無組織排放監測技術導則》相關規定布設[9]。采樣點選取城管部門指定的一處夜市小吃大排檔攤位聚集點，此處位于兩條交通主干道交叉路口西北方向，東側為一棟廢棄的廠房，北側為一條河流，西側和南側均有大型居民小區和公共活動區，人口較為密集，油煙擾民情況較為突出。根據采樣當天風向，夜市周邊無組織排放廢氣油煙的現場布點如圖1所示。

圖1   現場布點示意圖

Fig. 1   Site Layout Diagram

油煙樣品類型為無組織排放廢氣，使用0.3 μm的玻纖濾膜，以100 L/min的流量采集60 min，采氣體積為6 000 L，在人員用餐高峰時段（17:00~21:30）連續采集4個頻次的樣品。樣品質量濃度為0.04 mg/m3的實際油煙樣品采樣點位于夜市下風向2#，15臺采樣設備等間隔布置同時開始采集，8個樣品用于精密度試驗，7個樣品用于加標回收試驗；樣品質量濃度為0.20 mg/m3的實際油煙樣品采樣點位于下風向3#某燒烤大排檔下風向10 m處，15臺采樣設備等間隔布置同時開始采集，8個樣品用于精密度試驗，7個樣品用于加標回收試驗。

1.4.2 分析方法

樣品采集完成后按標準規定密封、冷藏、避光保存運輸。為確保樣品的時效性，樣品采集完成后立即送往實驗室進行分析[10]。將采樣后的玻纖濾膜剪碎后，置于50 mL燒杯中，滴加1 mL超純水浸濕濾膜，再加25 mL四氯乙烯于超聲波清洗機中，水溫設為30 ℃，超聲萃取10 min，萃取液轉移至25 mL比色管中，密封，待測；將制備好的樣品，置于4 cm比色皿中，蓋上比色皿蓋，以四氯乙烯為參比，分別于2 930、2 960、3 030 cm-1處測定吸光度A2 930、A2 960和A3 030，按標準中計算公式計算無組織油煙的濃度。

1.4.3 結果計算

于3個波長下測得的吸光度按照公式（1）進行計算：

ρ1=X×A2 930+Y×A2 960+Z×()

（1）

式中：ρ1——樣品濾膜萃取液的質量濃度，mg/L；

A2 930、A2 960、A3 030——對應波數下測得吸光度；

X、Y、Z——與各C—H鍵吸光度對應的系數；

F——脂肪烴對芳香烴影響的校正因子。

無組織油煙排放濃度按公式（2）計算：

ρ2 = ρ1×

（2）

式中：ρ2——無組織油煙的排放質量濃度，mg/m3；

V1——萃取液體積，mL；

Vnd——無組織油煙標況采氣體積，L。

1.5 質量保證和質量控制

采用現場空白和質控樣品測試進行質量保證和質量控制。

 

2 結果與討論

2.1 實驗條件的優化

2.1.1 采樣介質的選擇

在有組織排放油煙的實際采樣過程中，主要采用金屬濾筒采集，內部填充材料為304不銹鋼絲或毛面玻璃微珠。目前市面上沒有類似材質的專用耗材用于空氣中油煙的采集。樊曉翠等[11]研究結果表明，玻璃纖維材質加水浸濕后油煙更易洗脫，綜合捕集效率、穿透效果、萃取效率和檢測成本，最終選擇孔徑為0.3 μm的玻纖濾膜作為采集空氣中油煙的采樣介質。

2.1.2 萃取劑的選擇

紅外分光光度法中萃取劑的選擇對油煙測定的最終結果有較大影響。四氯化碳是一種較好的有機溶劑，曾經專門用于油煙樣品的萃取處理，但因其易揮發、受熱易分解[12]，對人體毒性較大，屬于2B類致癌物，作為萃取劑目前已被逐步淘汰。四氯乙烯相較四氯化碳，其萃取效率較高，價格相對便宜，熱穩定性好；從環保角度看，四氯乙烯毒性較低，對人體危害相對較小，故采用四氯乙烯作為萃取溶劑。

2.1.3 樣品處理條件的選擇

針對干玻纖濾膜采集油煙不易洗脫的情況，可以在濾膜剪碎后加適當純水浸濕，再加入四氯乙烯進行超聲萃取，并適當提高超聲萃取的水溫，從而提高油煙的洗脫效率。

2.2 紅外掃描圖譜

無組織油煙實際樣品與質控樣品紅外掃描圖譜見圖2。從圖2中可以看出，油煙濃度與吸收光譜的峰高相關，油煙含量越高，其紅外掃描圖的峰高越高，吸光度與峰高成正比關系，通過觀察峰高可以大致推測出油煙是否會有檢出。

2.3 方法確認結果

2.3.1 檢出限和測定下限

目前沒有測定空氣和廢氣中油煙的國標方法，故選擇分析儀器最低檢出質量濃度（0.2 mg/L）的5倍，即1.000 mg/L作為標準質量濃度點，用來確認該方法的檢出限。準確配制質量濃度為1.000 mg/L的標準溶液，取25 mL于玻璃燒杯中，按照油煙樣品的處理步驟于30 ℃水溫超聲萃取10 min，連續測定7個該標準溶液的平行樣品，得到方法檢出限和測定下限，結果數據見表1。根據HJ 168—2020《環境監測分析方法標準制訂技術導則》相關規定，對于針對單一組分的分析方法，所測平行樣品應在方法檢出限3～5倍的濃度范圍[13?14]，該方法7次平行樣品測定濃度全部在對應濃度范圍內，當標準狀況下采氣體積為5 500 L，萃取液體積為25 mL，采用4 cm比色皿時，該方法檢出限為0.002 mg/m3，測定下限為0.008 mg/m3。

表1   方法檢出限與測定下限（標準狀況下采氣體積按5 500 L計）

Tab. 1   Detection limit and determination lower limit of the method (based on a sample size of 5500 L under standard conditions)

 

2.3.2 方法精密度

選取1.4.1中用于精密度測定的兩種質量濃度（0.04、0.20 mg/m3）實際油煙樣品（標準狀況下采氣體積以5 500 L計）各7份，在1.2儀器工作條件下測定，試驗結果見表2。由表2可知，低、高兩種濃度實際樣品測定結果的相對標準偏差分別為4.36%、2.44%，表明該方法精密度良好，滿足HJ 1077—2019分析要求。

表2   精密度試驗結果

Tab. 2   Precision test results

 

2.3.3 方法準確度

選取1.4.1中用于加標回收試驗的兩種質量濃度（0.04、0.20 mg/m3）實際油煙樣品（標準狀況下采氣體積以5 500 L計）各6份，完成樣品采集后，對濾膜進行低、高兩種濃度加標，測定結果見表3。

表3   樣品加標回收試驗結果

Tab. 3   Results of sample spiked recycling test

由表3可知，實際樣品的加標回收率為95.8%~103%，表明該方法具有較高的準確度，滿足HJ 1077—2019分析要求。

2.3.4 樣品穩定性試驗

為測試樣品采集完成后的穩定性及時效性，取10張玻纖濾膜，分為兩組，使用100 mg/L標準油使用液，分別制成兩組含量依次為0.1、0.2、0.5、0.8、1.0 mg的模擬樣品，當天測定1組，另1組樣品對折放入自封袋中，按HJ 1077—2019保存方法密封，避光，于4 ℃以下冷藏，放置7 d后測定，試驗結果見表4。由表4可知，5組對照試驗7 d后的測定值和當天測定值的相對偏差在±5%以內，表明該油煙樣品保存較為穩定，時效性［15］也能達到和有組織油煙樣品一致的保存期限。

表4   樣品穩定性試驗結果

Tab. 4   Sample stability test results

2.4 實際樣品測定

夜市無組織排放油煙實際樣品當天檢測結果見表5。由表5可知，夜市上、下風向的無組織排放廢氣中均有油煙檢出，且濃度也隨時間呈一定的周期性變化，即人流量大、夜市生意好的時候，油煙濃度較高，待時間漸晚人流逐漸少去，油煙濃度也隨之降低，濃度變化與實際情況相吻合。從最大值結果來看，夜市現場下風向的無組織排放油煙濃度較大，有可能會對周邊居民和環境造成一定的影響。

表5   實際樣品測定結果

Tab. 5   Actual sample measurement results ( mg/m3 )

注：“-”表示未檢出。

 

2.5 質控結果

無組織排放油煙現場空白與實驗室空白測試結果見表6，四氯乙烯中油煙質控樣品（編號為A 22100232a）測試結果見表7。

表6   無組織排放油煙現場空白與實驗室空白試驗結果

Tab. 6   Unorganized emission of oil fume on-site blank and laboratory blank test results

注：“-”表示未檢出。

 

表7   質控樣品測試結果

Tab. 7   Quality control sample test results

由表6和表7可知，現場空白和實驗室空白試驗均未檢出油煙，采樣耗材和實驗試劑滿足測試要求；質控樣品測試結果在標準值的要求范圍內，該方法的采樣過程和分析過程的質量保證和質量控制符合要求［16］。

 

3 結論

建立了紅外分光光度法測定空氣和廢氣中油煙，該方法在樣品采集、方法檢出限、精密度、準確度和穩定性等方面均能夠滿足相關實驗要求；通過實際樣品測試結果可知，現場油煙檢測結果數據邏輯與實際情況相符，現場與實驗室質控樣品均能滿足要求。由此可見，該方法可以作為一種新的推薦方法用于未來環境空氣和無組織排放廢氣中的油煙測定。

 

結合該方法在現場采樣、實驗室檢測、安全環保以及經濟效益等方面的優勢綜合分析，紅外分光光度法的方法優勢有以下幾個方面：

 

（1）現場采樣優勢。設備操作簡便，便于現場人員快速學習掌握；濾膜無須前期處理或浸泡其他試劑便能直接使用，安全性較高；具有易于更換樣品的設計，便于快速更換新的濾膜以進行連續監測，確保數據連續采集；采完的樣品保存簡單，密封冷藏能延長其保存時效性。

 

（2）實驗室分析優勢。該方法樣品處理方法簡單，萃取效率高，分析速度快，節省分析時間；針對油煙因子的測定干擾小，檢測靶向性強，具備很高的準確性；分析設備操作簡單，后期維護保養方便快捷；數據處理自動化程度高，搭配實驗室信息管理系統（LIMS）自動化數據處理系統，將比色結果輸入電腦可以立即得出最終濃度結果，能有效節約后端數據處理的時間。

 

（3）安全與環保優勢。該方法采樣使用的濾膜為玻璃纖維材質，無毒無害，對環境沒有污染，對人體健康沒有危害，是一種綠色環保的耗材；采樣膜處理使用的萃取試劑為四氯乙烯，與其他的萃取劑四氯化碳、二氯甲烷等相比，四氯乙烯具有毒性低、熱穩定性好、成本低等優點，對人體和環境的危害較小，安全性較高。

 

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