Войти
Летучие органические соединения (ЛОС ) - это органические химические вещества, имеющие высокое давление пара при обычной комнатной температуре. Их высокое давление пара является результатом низкой точки кипения, что вызывает испарение или возгонку большого количества молекул из жидкой или твердой формы соединения и попадание в него окружающий воздух - черта, известная как волатильность. Например, формальдегид, который испаряется из краски и выделяется из таких материалов, как смола, имеет точку кипения всего –19 ° C (–2 ° F)..
ЛОС многочисленны, разнообразны и распространены повсеместно. Они включают химические соединения как искусственного, так и природного происхождения. Большинство запахов или запахов относятся к ЛОС. ЛОС играют важную роль в коммуникации между растениями и в сообщениях растений животным. Некоторые летучие органические соединения опасны для здоровья человека или наносят вред окружающей среде . Антропогенные ЛОС регулируются законом, особенно в помещениях, где концентрация наиболее высока. Вредные летучие органические соединения обычно не являются остро токсичными, но имеют сложные долгосрочные последствия для здоровья. Поскольку концентрации обычно низкие, а симптомы развиваются медленно, исследование ЛОС и их эффектов затруднено.
Используются различные определения термина ЛОС.
Определения ЛОС, используемые для контроля над предшественниками фотохимического смога, используемые США Агентство по охране окружающей среды (EPA) и государственные агентства США с независимыми правилами загрязнения атмосферного воздуха включают исключения для ЛОС, которые определены как нереактивные или обладающие низкой реактивностью в процессе образования смога.
В США нормативные требования к ЛОС различаются в зависимости от штата. Наиболее заметным является положение о ЛОС, выпущенное Округом управления качеством воздуха Южного побережья в Калифорнии и Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (ARB). Однако такое конкретное использование термина «ЛОС» может вводить в заблуждение, особенно в применении к качеству воздуха в помещениях, поскольку многие химические вещества, которые не регулируются как загрязнение наружного воздуха, могут по-прежнему иметь важное значение для загрязнения воздуха в помещениях.
Калифорнийский ARB использует термин «химически активные органические газы» (ROG) для измерения органических газов после публичных слушаний в сентябре 1995 года. ARB пересмотрел определение «Летучие органические соединения», используемое в правилах, касающихся потребительских товаров, на основе выводы их комитета.
Министерство здравоохранения Канады классифицирует ЛОС как органические соединения с температурой кипения примерно в диапазоне от 50 до 250 ° C (от 122 до 482 ° F). Акцент делается на часто встречающиеся ЛОС, которые могут повлиять на качество воздуха.
Европейский Союз определяет ЛОС как «любое органическое соединение, имеющее начальная точка кипения ниже или равна 250 ° C (482 ° F), измеренная при стандартном атмосферном давлении 101,3 кПа ". Директива по выбросам ЛОС-растворителей является основным инструментом политики по сокращению промышленных выбросов летучих органических соединений (ЛОС) в Европейском Союзе. Он охватывает широкий спектр действий с использованием растворителей, например печать, чистка поверхностей, покрытие транспортных средств, химчистка и производство обуви и фармацевтических товаров. Директива о выбросах растворителей ЛОС требует, чтобы установки, в которых осуществляется такая деятельность, соответствовали либо предельным значениям выбросов, установленным в Директиве, либо требованиям так называемой схемы сокращения. Статья 13 Директивы о красках, утвержденная в 2004 году, внесла поправки в первоначальную Директиву о выбросах растворителей ЛОС и ограничивает использование органических растворителей в декоративных красках и лаках и в продуктах для отделки транспортных средств. Директива по краскам устанавливает максимальные предельные значения содержания ЛОС для красок и лаков в определенных областях применения.
Китайская Народная Республика определяет ЛОС как те соединения, которые имеют «возникли в автомобилях, промышленном производстве и гражданском использовании, сжигании всех видов топлива, хранении и транспортировке масел, отделке фурнитуры, покрытиях для мебели и машин, дымах от кулинарного масла и мелких частицах (PM 2,5)» и аналогичные источники. Трехлетний план действий по победе в войне защиты голубого неба, опубликованный Государственным советом в июле 2018 года, предусматривает план действий по сокращению выбросов ЛОС в 2015 году на 10% к 2020 году.
21>Центральный совет по контролю за загрязнением Индии выпустил Закон о предотвращении и контроле загрязнения воздуха в 1981 году с поправками, внесенными в 1987 году, чтобы снять озабоченность по поводу загрязнения воздуха в Индии. Хотя в документе не проводится различий между ЛОС и другими загрязнителями воздуха, CPCB отслеживает «оксиды азота (NO x), диоксид серы (SO 2), мелкие твердые частицы (PM10). и взвешенные твердые частицы (SPM) ».
Термические окислители обеспечивают возможность снижения загрязнения воздуха для ЛОС из промышленных воздушных потоков. Термический окислитель - это одобренное Агентством по охране окружающей среды устройство для обработки ЛОС. ЛОС (или определенные подгруппы ЛОС) юридически определены в различных законах и кодексах, в соответствии с которыми они регулируются. Другие определения можно найти в государственных учреждениях, занимающихся расследованием или предоставлением рекомендаций в отношении ЛОС. EPA регулирует содержание ЛОС в воздухе, воде и на земле. Федеральные постановления, принятые в соответствии с Законом о безопасной питьевой воде, устанавливают стандарты максимального уровня загрязнения для некоторых органических соединений в системах водоснабжения общего пользования. EPA также публикует сточные воды методы тестирования химических соединений, включая ряд ЛОС, в соответствии с Законом о чистой воде.
Помимо питьевой воды, ЛОС регулируются в сбросах загрязняющих веществ в поверхностные воды ( как напрямую, так и через очистные сооружения) как опасные отходы, но не в непромышленных помещениях. Управление по охране труда (OSHA) регулирует воздействие ЛОС на рабочем месте. Летучие органические соединения, которые классифицируются как опасные материалы, во время транспортировки регулируются Управлением по безопасности трубопроводов и опасных материалов.
| соединение | относительный вклад | количество выделяемых веществ (Тг / год) |
|---|---|---|
| изопрен | 62,2% | 594 ± 34 |
| терпены | 10,9% | 95 ± 3 |
| пинен изомеры | 5,6% | 48,7 ± 0,8 |
| сесквитерпены | 2,4% | 20 ± 1 |
| метанол | 6,4% | 130 ± 4 |
. Не считая метан, биологические источники выбрасывают примерно 760 тераграмм углерода в год в виде ЛОС. Большинство летучих органических соединений производятся на заводах, при этом основным соединением является изопрен. Небольшие количества ЛОС производятся животными и микробами.
Сильный запах, излучаемый многими растениями, состоит из летучих веществ зеленых листьев, подмножества ЛОС. На выбросы влияет множество факторов, таких как температура, которая определяет скорость улетучивания и роста, и солнечный свет, который определяет скорость биосинтеза. Эмиссия происходит почти исключительно от листьев, в частности от устьиц. Основным классом ЛОС является терпены, такие как мирцен. По оценкам, лес площадью 62 000 км (штат Пенсильвания) выделяет 3 400 000 килограммов терпенов в типичный августовский день в течение вегетационного периода. ЛОС должны быть фактором при выборе деревьев для посадки в городских районах. Индукция генов, продуцирующих летучие органические соединения, и последующее увеличение количества летучих терпенов была достигнута в кукурузе с использованием (Z) -3-гексен-1-ола и других гормонов растений.
Антропогенные источники выделяют около 142 тераграмм (1,42 x10 кг) углерода в год в форме ЛОС.
Основным источником техногенных ЛОС являются покрытия, особенно краски и защитные покрытия. Растворители необходимы для нанесения защитной или декоративной пленки. Ежегодно производится около 12 миллиардов литров красок. Типичными растворителями являются алифатические углеводороды, этилацетат, простые эфиры гликоля и ацетон. По соображениям стоимости, экологических требований и нормативных требований, лакокрасочная промышленность все чаще переходит на водные растворители.
. В Соединенных Штатах существует два стандартизированных метода измерения ЛОС, один из которых разработан Национальным институтом Безопасность и гигиена труда (NIOSH) и еще один OSHA. В каждом методе используется однокомпонентный растворитель; бутанол и гексан, однако, не могут быть отобраны из одной и той же матрицы образца с использованием метода NIOSH или OSHA.
Ароматическое соединение VOC бензол, выделяемый из выдыхаемого сигаретного дыма, считается канцерогенным и у курильщиков в десять раз выше, чем у некурящих.
EPA обнаружило, что концентрация ЛОС в воздухе внутри помещений в 2-5 раз выше, чем в воздухе на улице, а иногда и гораздо больше. Во время определенных видов деятельности уровень содержания ЛОС в помещении может в 1000 раз превышать уровень внешнего воздуха. Исследования показали, что отдельные выбросы ЛОС сами по себе не так высоки в окружающей среде внутри помещений, но общие концентрации ЛОС (TVOC) в помещении могут быть в пять раз выше, чем уровни ЛОС на открытом воздухе. Новые здания особенно способствуют высочайшему уровню выделения ЛОС в помещениях из-за большого количества новых материалов, которые одновременно образуют частицы ЛОС за такой короткий период времени. Помимо новых зданий, многие потребительские товары выделяют ЛОС, поэтому общая концентрация ЛОС в помещении намного выше.
Концентрация ЛОС в помещении зимой в три-четыре раза выше, чем ЛОС концентрации летом. Высокие уровни ЛОС в помещении объясняются низкой скоростью воздухообмена между внутренней и внешней средой в результате плотно закрытых окон и все более широкого использования увлажнителей.
Измерение Удаление летучих органических соединений из воздуха в помещении осуществляется с помощью сорбционных трубок e. грамм. Tenax (для VOC и SVOC) или картриджи DNPH (для карбонильных соединений) или детектор воздуха. ЛОС адсорбируются на этих материалах и затем десорбируются термически (Tenax) или элюированием (DNPH), а затем анализируются с помощью GC-MS / FID или ВЭЖХ. Для контроля качества этих измерений ЛОС требуются эталонные газовые смеси. Кроме того, продукты с выбросами ЛОС, используемые внутри помещений, например. грамм. строительные изделия и мебель исследуются в камерах для испытаний на выбросы в контролируемых климатических условиях. Для контроля качества этих измерений проводятся циклические тесты, поэтому в идеале требуются стандартные образцы с воспроизводимым выделением.
В большинстве стран используется отдельное определение ЛОС в отношении качества воздуха в помещении, которое включает каждое органическое химическое соединение, которое можно измерить следующим образом: адсорбция из воздуха на Tenax TA, термодесорбция, газохроматографическое разделение на 100% неполярной колонке (диметилполисилоксан ). ЛОС (летучие органические соединения) - это все соединения, которые появляются на газовой хроматограмме между н-гексаном и н-гексадеканом включительно. Появившиеся ранее соединения называются VVOC (очень летучие органические соединения); Соединения, появляющиеся позже, называются SVOC (полулетучие органические соединения).
Франция, Германия и Бельгия ввели правила, ограничивающие выбросы ЛОС от коммерческих продуктов, и промышленность разработала множество добровольных экологических маркировок и систем оценки, таких как EMICODE, M1, Blue Angel и комфорт воздуха в помещении В США существует несколько стандартов; Стандарт Калифорнии CDPH Section 01350 является наиболее распространенным. Эти правила и стандарты изменили рынок, что привело к увеличению количества продуктов с низким уровнем выбросов.
Респираторные, аллергические или иммунные эффекты у младенцев или детей связаны с искусственными ЛОС и другим внутренним или наружным воздухом загрязняющие вещества.
Некоторые ЛОС, такие как стирол и лимонен, могут реагировать с оксидами азота или с озоном с образованием новых продуктов окисления и вторичных аэрозоли, которые могут вызывать симптомы сенсорного раздражения. ЛОС способствуют образованию тропосферного озона и смога.
Воздействие на здоровье включает раздражение глаз, носа и горла ; головные боли, потеря координации, тошнота ; и повреждение печени, почек и центральной нервной системы. Некоторые органические вещества могут вызывать рак у животных; некоторые подозреваются или известны как вызывающие рак у людей. Ключевые признаки или симптомы, связанные с воздействием ЛОС, включают раздражение конъюнктивы, дискомфорт в носу и горле, головную боль, аллергическую кожную реакцию, одышку, снижение уровня холинэстеразы в сыворотке крови, тошноту, рвоту, носовое кровотечение., утомляемость, головокружение.
Способность органических химикатов оказывать воздействие на здоровье сильно варьируется от высокотоксичных до не известных. Как и в случае с другими загрязнителями, степень и характер воздействия на здоровье будет зависеть от многих факторов, включая уровень воздействия и продолжительность воздействия. Раздражение глаз и дыхательных путей, головные боли, головокружение, нарушения зрения и ухудшение памяти - это одни из непосредственных симптомов, которые некоторые люди испытывают вскоре после контакта с некоторыми органическими веществами. В настоящее время мало что известно о том, какое воздействие на здоровье оказывает уровень органических веществ, обычно обнаруживаемых в домах. Известно, что многие органические соединения вызывают рак у животных; некоторые из них подозреваются или, как известно, вызывают рак у людей.
Чтобы уменьшить воздействие этих токсинов, следует покупать продукты с низким содержанием ЛОС или без них. Следует закупать только то количество, которое вскоре понадобится, исключив накопление этих химикатов. Используйте продукты с летучими органическими соединениями в хорошо вентилируемых помещениях. При проектировании домов и зданий проектные группы могут реализовать наилучшие возможные планы вентиляции, потребовать наилучшие доступные механические системы и спроектировать сборки, чтобы уменьшить количество проникновения в здание. Эти методы помогут улучшить качество воздуха в помещении, но сами по себе они не могут предотвратить превращение здания в нездоровое место для дыхания.
Предельные значения выбросов ЛОС в воздух помещения публикуются AgBB, AFSSET, Департаментом общественного здравоохранения Калифорнии и другими. Эти правила побудили несколько компаний в лакокрасочной промышленности адаптироваться к снижению уровня ЛОС в своих продуктах. Маркировка ЛОС и программы сертификации могут не оценивать должным образом все ЛОС, выделяемые продуктом, включая некоторые химические соединения, которые могут иметь отношение к качеству воздуха в помещении. Каждая унция красителя, добавленная к тонирующей краске, может содержать от 5 до 20 граммов ЛОС. Однако для темного цвета может потребоваться 5-15 унций красителя, добавляя до 300 или более граммов ЛОС на галлон краски.
В выдыхаемом человеческом дыхании содержится несколько тысячи летучих органических соединений и используется в биопсии дыхания в качестве биомаркера ЛОС для тестирования таких заболеваний, как рак легких. Одно исследование показало, что «летучие органические соединения... в основном переносятся с кровью и поэтому позволяют контролировать различные процессы в организме». И похоже, что соединения ЛОС в организме «могут образовываться в результате метаболических процессов или вдыхаться / абсорбироваться из экзогенных источников», таких как табачный дым в окружающей среде. Исследования все еще продолжаются, чтобы определить, вносят ли ЛОС в организм клеточные процессы или раковые опухоли в легких или других органах. Кроме того, выдыхаемые ЛОС изучаются на предмет их потенциала в диагностике болезни Альцгеймера, диабета, процессов старения и обонятельных нарушений.
ЛОС в окружающей среде или определенных атмосферах можно обнаружить на основе различных принципов и взаимодействий между органическими соединениями и компонентами датчика. Во многих случаях ЛОС обнаруживаются человеческим носом, и иногда разрабатывают колеса запаха, чтобы помочь людям классифицировать сложные запахи вина, кофе и даже бумаги.
Существуют электронные устройства, которые могут определять концентрации ppm, несмотря на неизбирательность. Другие могут с разумной точностью прогнозировать молекулярную структуру летучих органических соединений в окружающей среде или замкнутой атмосфере и могут использоваться в качестве точных мониторов химических отпечатков пальцев, а также в качестве устройств для мониторинга состояния здоровья.
Методы твердофазной микроэкстракции (SPME) используются для сбора летучих органических соединений в низких концентрациях для анализа.
A детектор нижнего предела взрываемости (LEL), такой как пламенно-ионизационный детектор (FID) может использоваться для измерения общей концентрации ЛОС, хотя он не может различать или идентифицировать конкретные виды ЛОС. Точно так же можно использовать фотоионизационный детектор (PID), хотя PID менее точны.
Прямая инъекция масс-спектрометрия часто используются для быстрого обнаружения и точного количественного определения ЛОС. PTR-MS является одним из методов, которые наиболее широко используются для оперативный анализ биогенных и антропогенных ЛОС. Сообщалось, что последние приборы PTR-MS, основанные на времяпролетной масс-спектрометрии, достигают пределов обнаружения 20 pptv через 100 мс и 750 ppqv через 1 минуту. время измерения (интегрирования сигнала). массовое разрешение этих устройств составляет от 7000 до 10500 м / Δм, поэтому можно разделить наиболее распространенные изобарические летучие органические соединения и количественно определить их независимо.
Вторичная ионизация электрораспылением (SESI-MS) это метод ионизации окружающей среды, который может обнаруживать в реальном времени крошечные концентрации низколетучих веществ, которые обычно обнаруживаются как запахи. SESI-MS может различать бактерии по их отпечатку летучих органических соединений. Также могут быть обнаружены летучие вещества, выделяемые через кожу.
Для обеспечения сопоставимости измерений ЛОС используются эталоны, соответствующие SI -единицы обязательны. Для ряда летучих органических соединений эталоны газообразных веществ можно получить у поставщиков специальных газов или национальных метрологических институтов в виде баллонов или методов динамического производства. Однако для многих летучих органических соединений, таких как кислородсодержащие летучие органические соединения, монотерпены или формальдегид, отсутствуют стандарты для соответствующего количества фракции из-за химической реакционной способности или адсорбции <148.>этих молекул. В настоящее время несколько национальных метрологических институтов работают над отсутствующими стандартными газовыми смесями со следовыми концентрациями, минимизируя процессы адсорбции и улучшая нулевой газ. Окончательные объемы предназначены для прослеживаемости и долгосрочной стабильности стандартных газов в соответствии с целями качества данных (DQO, максимальная погрешность 20% в данном случае), требуемыми Программа ВМО / GAW.
