随着《十四五”生态环境监测规划》《生态环境监测规划纲要2020-2035》《关于加快建立现代化生态环境监测体系的实施意见》等政策和规划的发布，仪器仪表在环境监测领域起到的量化作用愈发明显，总量监测仪器在环境监测领域中又有不同，多以污染源、环境空气、移动便携式存在。大气中的VOCs与NOx发生光化学反应,形成臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等,形成的二次气溶胶多在细颗粒物(粒径<2.5μm)范围,不易沉降,能较长时间滞留于大气中,显著降低大气能见度，其中VOCs的总量评估参数在中国通常使用非甲烷总烃这个参数进行量化。非甲烷总烃检测仪器多在国内，有多种存在形式，包括在线式、便携式等。

2、气相色谱仪在不同场景下的应用

在环保检测NMHC非甲烷总烃中原理中包括，GC-FID，催化FID，激光+FID等原理，测量总烃的原理基本一致，都是通过总烃空柱，对总烃进行定量测量；测量甲烷的原理各有不同，其中GC-FID是通过色谱柱将甲烷和除甲烷外的其他有机物分离，从而测量甲烷的浓度；而催化法原理是通过甲烷切割器，高温环境下催化氧化单元要将除甲烷以外的其他有机化合物全部转化为二氧化碳和水，从而测量出甲烷浓度；激光+FID原理是采用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术，利用激光器发射特定频率的单模激光，并将激光穿过待测气体区域了，由于甲烷分子对特定激光波长有强烈的吸收作用，通过分析激光光强衰减的程度可以精确测定甲烷浓度。其中GC-FID和催化FID原理均满足国标HJ1013和HJ1012标准；因气相色谱技术发展相对成熟，这类仪器普遍应用广泛。

FID氢火焰离子化检测器原理：主要是利用氢火焰（氢气和空气燃烧生产火焰）作为能源，当有机物进入火焰区，在高温下产生化学电离，电离产生的比基流高几个数量级的离子，在高压电场作用下定向移动，形成离子流（10-12-10-8A），离子流经过高阻对数放大后，成为与进入火焰的有机化合物量成正比的电信号，再根据电信号定量分析。

2.1、NMHC在污染源排口场景下应用

作为工业生产企业有组织排口VOCs排放量检测评估的重要手段，非甲烷总烃的典型检测方法主要通过分别检测总碳氢化合物(THC)和甲烷(CH4)的浓度,通过（NMHC=THC-CH4）差减法计算得出NMHC浓度，进而结合温压流检测仪、湿氧检测仪测量的温度、流速、压力、湿度、氧含量参数，计算得出非甲烷总烃的排放量，用于连续在线实时评估企业的VOCs排放。相对离线取样，在线色谱测量数据更加准确，且具有实时性；涉及行业有石油化工、有机化工、医药制造、工业涂装、机械设备制造、包装印刷、电子生产、合成革、涂料油漆、服装加工、家具制造、胶粘剂、制鞋、油品储运等行业。

典型特点是全流程高温伴热，避免VOCs因冷点冷凝水而损失、24h不间断分析、与环保主管部门实时在线联网，实现VOCs总量减排实时监控及排污收费等功能。

2.2、环境空气中NMHC的监测

环境空气的VOCs含量相对较低，一般在几个ppm或者几十个ppb范围，对GC-FID的检出限要求较高，根据21年发布《环境空气非甲烷总烃连续自动监测技术规定（试行）》，因标准要求非甲烷总烃方法检出限20ppb，在GC前增加浓缩富集单元，构成TC+GC+FID原理；甲烷依然采用定量环进样方式，通过甲烷预柱预分离，甲烷通过后将其他物质反吹排空，通过甲烷主柱起到主要分离作用，将甲烷分离后，送入FID进行定量测量。而冷阱浓缩单元采用-30℃环境下的低温混合吸附填料对除甲烷以外的其他VOCs进行吸附浓缩；此时，甲烷穿透吸附剂。吸附完成后进行闪蒸，通过载气将非甲烷总烃物质送入FID，直接测量除NMHC的含量，也称为NMHC直测法。结合大气温度，大气压力，湿度，风向，风速等气象参数，作为VOCs溯源的重要监测点位，用于评估和追溯污染源头。

应用于环境空气VOCs监测\石化、化工园区厂界大气监测\温室气体监测。

典型特点是NMHC检出限低，精度高，能够相对准确的评估环境空气中VOCs浓度的变化趋势、不间断分析、与环保主管部门实时在线联网，实现VOCs排放溯源等功能。

2.3、移动和便携场景下NMHC的监测

为了解决离线实验室色谱原理对污染源排口以及应对突发状况下的使用，便携气相色谱NMHC监测仪器有了用武之地，方便快捷，长续航，可移动，重量小等是他的典型特点，采用甲烷色谱柱对VOCs进行分离，空气做载气送入FID检测器，分别测量总烃和甲烷的含量，通过蓝牙技术和wifi技术，将测量的数据连接至手机app，进而通过4G或5G将实时数据发送至应急管理平台和环保监测平台，对污染源排口的情况以及应急事故现场的浓度进行准确实时评估。

2.4、防爆场景下的NMHC的监测

石油化工、精细化工、涂装、油品储运等场景下，多为爆炸性气体遍布的环境，对于监测仪器的防爆性能提出了更高的要求，不光要具备准确分析能力，还要具备防爆能力。通过对FID检测器、电子电路、加热以及气体流路控制等单元的防爆化设计并获取由国家级防爆中心的证书，使其能够正常运行在可能出现爆炸性气体混合物的环境。

3、NMHC测量方法的研究

3.1、GC-FID差减法

《HJ38-2017固定污染源废气总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定气相色谱法》、《HJ 604-2017环境空气总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定直接进样-气相色谱法》、《HJ1013-2018固定污染源废气非甲烷总烃连续监测系统技术要求及检测方法》方法中对于差减法由这较为明确的方法和技术要求，采用DHT508型号挥发性有机物在线监测系统，以氮气作为载气，高温阀进样模式，色谱条件如下：

（甲烷柱温100℃，FID温度180℃，载气压力30psi），表2是相同色谱条件下4种不同浓度的混合标气对仪器进行5点（包括零点）校准时仪器的线性误差和重复性指标。

如图2所示，仪器在采样状态下，样品经十通阀、六通阀进入定量环，载气吹扫干净色谱柱，而后十通阀、六通阀状态从OFF切换到ON。如图3所示，载气AUX1将定量环1样品带入总烃柱，然后先后进入FID检测得到总烃；载气AUX3将定量环2样品带入甲烷柱，然后先后进入FID检测得到甲烷。分析时总烃先出峰，甲烷后出峰。在甲烷组分流出之后，十通阀、六通阀状态从ON切换到OFF。载气1吹扫总烃柱、载气AUX2吹扫甲烷柱、载气AUX3反吹甲烷预柱。分析过程结束后，将总烃和甲烷进行差值计算，得到非甲烷总烃浓度。

分析谱图如图3所示。在连续运行时，前一个分析周期的反吹过程中，同时进行着下一个分析周期的采样。每次分析所需的时间大约在90s，用户可在软件界面中进行阀表参数设置来改变分析周期。

实时进行及数据谱图如图3所示

3.2、TD+GC+FID直测法

采用EDT508型号挥发性有机物在线监测系统，以氮气作为载气，高温阀进样模式，色谱条件如下：

（甲烷柱温100℃，冷阱温度-30℃，FID温度250℃，载气压力20psi）系统的线性和相对偏差R2，表2是相同色谱条件下5种不同浓度的混合标气对仪器进行5点校准时仪器的线性误差和检出限指标

图4是色谱方案

3.3、实时进行及数据谱图如图5所示

4、结束语

生态环境监测是生态环境保护的基础，是生态文明建设的重要支撑；以监测先行、监测灵敏、监测准确为导向，以更高标准保证监测数据“真、准、全、快、新”为目标，加速仪器仪表的自主化，监测技术数智化，科学仪器（气相色谱等仪器）应用广泛化，更好发挥气相色谱仪器对生态环境监测、污染治理、生态保护、应对气候变化的支撑、引领和服务作用，为建设人与自然和谐共生的美丽中国贡献监测力量。