挥发性有机化合物

挥发性有机化合物(VOC)是在室温下具有高蒸气压的有机化学品。高蒸气压与低沸点相关，这与周围空气中样品分子的数量有关，这种特性称为挥发性。挥发性有机化合物是造成气味和香水气味以及污染物的原因。挥发性有机化合物在动植物之间的交流中发挥着重要作用，例如传粉媒介的引诱剂、防止捕食甚至植物间的相互作用。一些VOC对人体健康有害或对环境造成危害。人为VOC受法律监管，尤其是在浓度最高的室内。大多数VOC没有剧毒，但可能具有长期的慢性健康影响。

挥发性有机化合物一词的不同定义正在使用中。

加拿大卫生部将挥发性有机化合物分类为沸点大致在50至250°C（122至482°F）范围内的有机化合物。重点放在会影响空气质量的常见VOC上。

欧盟将挥发性有机化合物定义为任何有机化合物以及杂酚油的一部分，在293.15K时具有0.01kPa或更高的蒸气压，或在特定使用条件下具有相应的挥发性；VOC溶剂排放指令是欧盟减少挥发性有机化合物(VOC)工业排放的主要政策工具。它涵盖了广泛的溶剂使用活动，例如印刷、表面清洁、车辆涂层、干洗以及鞋类和医药产品的制造。VOC溶剂排放指令要求进行此类活动的设施符合指令中规定的排放限值或所谓的减排计划的要求。2004年批准的《油漆指令》第13条，修订了最初的VOC溶剂排放指令，并限制有机溶剂在装饰油漆和清漆以及车辆涂饰产品中的使用。油漆指令规定了某些应用中油漆和清漆的xxxVOC含量限值。从2013年起，溶剂排放指令被工业排放指令取代。

印度中央污染控制委员会于1981年发布了《空气（污染预防和控制）法》，并于1987年修订，以解决对印度空气污染的担忧。虽然该文件没有区分VOC和其他空气污染物，但CPCB监测氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、细颗粒物(PM10)和悬浮颗粒物(SPM)。

美国环境保护署(EPA)和具有独立室外空气污染法规的美国国家机构使用的用于控制光化学烟雾前体的VOC的定义包括对被确定为非反应性或低含量的VOC的豁免。-烟雾形成过程中的反应性。突出的是加利福尼亚州南海岸空气质量管理区和加利福尼亚空气资源委员会(CARB)发布的VOC法规。然而，VOCs一词的这种特定使用可能会产生误导，尤其是在应用于室内空气质量时，因为许多未作为室外空气污染进行监管的化学物质对室内空气污染仍然很重要。在1995年9月的公开听证会之后，加利福尼亚的CARB使用术语反应性有机气体(ROG)来测量有机气体。CARB根据委员会的调查结果修订了其消费品法规中使用的挥发性有机化合物的定义。除饮用水外，VOC在污染物排放到地表水（直接和通过污水处理厂）中作为危险废物受到管制，但在非工业室内空气中不受管制。职业安全与健康管理局(OSHA)监管工作场所的VOC暴露。被归类为危险材料的挥发性有机化合物在运输过程中受到管道和危险材料安全管理局的监管。

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• 柠檬烯是一种常见的生物VOC，主要由生长在针叶林中的树木排放到大气中。

地球大气中的大多数VOC都是生物产生的，主要由植物排放。生物挥发性有机化合物(BVOC)包括植物、动物或微生物排放的VOC，虽然种类繁多，但最常见的是萜类化合物、醇类和羰基化合物（通常不考虑甲烷和一氧化碳）。不计甲烷，生物源每年以VOC的形式排放估计760太克的碳。大多数VOC是由植物产生的，主要化合物是异戊二烯。少量的挥发性有机化合物是由动物和微生物产生的。许多VOC被认为是次生代谢物，通常有助于生物防御，例如植物防御食草动物。许多植物发出的强烈气味由绿叶挥发物组成，这是VOC的一个子集。虽然旨在让附近的生物检测和响应，排放受到多种因素的影响，例如决定挥发和生长速率的温度，以及决定生物合成速率的阳光。排放几乎完全来自叶子，特别是气孔。陆地森林排放的挥发性有机化合物经常被大气中的羟基自由基氧化；在没有NOx污染物的情况下，VOC光化学循环利用羟基自由基，以创造可持续的生物圈-大气平衡。由于最近气候变化的发展，例如变暖和更大的紫外线辐射，预计植物的BVOC排放量会增加，从而扰乱生物圈-大气相互作用并破坏主要生态系统。VOC的主要类别是萜类化合物，例如月桂烯。提供规模感，面积为62,000平方公里的森林，美国宾夕法尼亚州的大小，估计在生长季节的一个典型的八月一天会排放3,400,000公斤的萜烯。研究人员使用(Z)-3-hexen-1-ol和其他植物激素在玉米中研究了诱导产生挥发性有机化合物的基因以及随后增加挥发性萜烯的机制。

人为源每年以挥发性有机化合物的形式排放约142太克（1.42×1011千克）碳。人造VOCs的主要来源是：

• 化石燃料的使用和生产，例如未完全燃烧的化石燃料或燃料的意外蒸发。最普遍的VOC是乙烷，一种相对惰性的化合物。
• 涂料、油漆和油墨中使用的溶剂。每年大约生产120亿升油漆。典型的溶剂包括脂肪烃、乙酸乙酯、乙二醇醚和丙酮。受成本、环境问题和法规的推动，油漆和涂料行业越来越多地转向水性溶剂。
• 压缩气溶胶产品，主要是丁烷和丙烷，估计每年在全球造成13亿吨VOC排放。
• 生物燃料的使用，例如亚洲的食用油和巴西的生物乙醇。
• 生物质燃烧，特别是来自热带雨林。虽然燃烧主要释放二氧化碳和水，但不完全燃烧会产生多种VOC。

室内空气中VOC的浓度可能是室外空气中的2到5倍，有时甚至更高。在某些活动中，室内VOC的含量可能达到室外空气的1,000倍。研究表明，室内环境中单个VOC种类的排放量并不高，但室内所有VOC(TVOC)的总浓度可高达室外水平的五倍。由于大量新材料（建筑材料、配件、表面覆盖物和胶水、油漆和密封剂等处理方法）暴露在室内空气中，释放出多种VOC气体，因此新建筑在室内排放的VOC含量特别高。这种废气具有多指数衰减趋势，至少在两年内是可辨别的，挥发性xxx的化合物会以几天的时间常数衰变，而挥发性最小的化合物会以几年的时间常数衰变。新建筑可能需要在头几个月进行强化通风，或烘烤策略。现有建筑物可能会补充新的VOC源，例如新家具、消费品和室内表面的重新装修，所有这些都会导致TVOC的持续背景排放，需要改善通风。大量研究表明，室内VOC排放的季节性变化很大，夏季排放率增加。这主要是由于VOC物质通过材料扩散到表面的速率随温度而增加。大多数研究表明，这导致夏季室内总挥发性有机化合物的浓度普遍较高。

室内空气中的VOC测量是使用吸附管完成的，例如Tenax（用于VOC和SVOC）或DNPH滤芯（用于羰基化合物）或空气检测器。VOC吸附在这些材料上，然后通过热(Tenax)或通过洗脱(DNPH)解吸，然后通过GC-MS/FID或HPLC进行分析。这些VOC测量的质量控制需要参考气体混合物。此外，室内使用的VOC排放产品，例如建筑产品和家具，在受控气候条件下的排放测试室中进行研究。为了对这些测量进行质量控制，需要进行循环测试，因此理想情况下需要可重复地发射参考材料。其他方法使用带有恒流入口的硅钢罐在几天内收集样品。

在大多数国家/地区，VOCs的单独定义用于室内空气质量，其中包括可以按以下方式测量的每种有机化合物：TenaxTA上的空气吸附、热解吸、xxx非极性柱上的气相色谱分离（二甲基聚硅氧烷）。VOC（挥发性有机化合物）是气相色谱图中出现的所有化合物，介于正己烷和正十六烷之间，包括正己烷和正十六烷。较早出现的化合物称为VVOC（极易挥发的有机化合物）；后面出现的化合物称为SVOC（半挥发性有机化合物）。法国、德国(AgBB/DIBt)、比利时、挪威(TEK法规)和意大利(CAMEdelizia)已颁布法规来限制商业产品的VOC排放。欧洲工业已经开发了许多自愿的生态标签和评级系统，例如EMICODE、M1、BlueAngel、GuT（纺织地板覆盖物）、北欧天鹅生态标签、欧盟生态标签和室内空气舒适度。在美国，有几个标准；加州标准CDPH部分01350是最常见的部分。这些法规和标准改变了市场，导致越来越多的低排放产品。

婴儿或儿童的呼吸、过敏或免疫影响与人造VOC和其他室内或室外空气污染物有关。一些挥发性有机化合物，如苯乙烯和柠檬烯，可与氮氧化物或臭氧发生反应，产生新的氧化产物和二次气溶胶，从而引起感官刺激症状。VOC有助于形成对流层臭氧和烟雾。健康影响包括对眼睛、鼻子和喉咙的刺激；头痛，失去协调，恶心;以及对肝脏、肾脏和中枢神经系统的损害。一些有机物会导致动物癌症；有些被怀疑或已知会导致人类癌症。与接触VOC相关的主要体征或症状包括结膜刺激、鼻子和喉咙不适、头痛、皮肤过敏反应、呼吸困难、血清胆碱酯酶水平下降、恶心、呕吐、流鼻血、疲劳、头晕。有机化学物质对健康造成影响的能力从剧毒到对健康没有已知影响的物质差别很大。与其他污染物一样，健康影响的程度和性质将取决于许多因素，包括暴露水平和暴露时间长度。眼睛和呼吸道刺激、头痛、头晕、视觉障碍和记忆障碍是一些人在接触某些有机物后不久就会出现的直接症状。目前，人们对家庭中常见的有机物水平对健康的影响知之甚少。

虽然与在室内空气中发现的浓度相比，苯、甲苯和甲基叔丁基醚(MTBE)的浓度为零，但在母乳样本中发现并增加了我们全天接触的VOC浓度。一项研究注意到肺泡呼吸和吸入空气中的VOC之间的差异，这表明VOC是通过肺外途径摄入、代谢和排泄的。不同浓度的VOC也会被饮用水摄入。部分VOC浓度超过了EPA的国家一级饮用水法规和生态环境部制定的中国国家饮用水标准。

空气和地下水中VOC的存在引发了更多的研究。已经进行了几项研究来测量特定VOC的皮肤吸收效果。皮肤暴露于甲醛和甲苯等VOC会下调皮肤上的抗菌肽，如导管素LL-37、人β-防御素2和3。二甲苯和甲醛会加重动物模型中的过敏性炎症。甲苯也会增加丝聚蛋白的失调：一种xxx调节的关键蛋白质。这通过免疫荧光确认蛋白质丢失和蛋白质印迹确认mRNA丢失得到证实。这些实验是在人类皮肤样本上进行的。甲苯暴露还减少了经表皮层中的水分，从而使皮肤层变得脆弱。

室内空气中VOC排放的限值由AgBB、AFSSET、加州公共卫生部等发布。这些法规促使油漆和粘合剂行业的几家公司适应其产品的VOC水平降低。VOC标签和认证计划可能无法正确评估产品排放的所有VOC，包括可能与室内空气质量相关的一些化合物。添加到着色涂料中的每盎司着色剂可能含有5到20克VOC。然而，深色可能需要5-15盎司的着色剂，每加仑油漆添加多达300克或更多的VOC。

挥发性有机化合物也存在于医院和医疗保健环境中。在这些环境中，这些化学品被广泛用于不同区域的清洁、消毒和卫生。因此，护士、医生、环卫人员等卫生专业人员可能会对健康产生不利影响，例如哮喘；然而，需要进一步评估以确定影响接触这些化合物的确切水平和决定因素。研究表明，不同VOC（如卤代烃和芳烃）的浓度水平在同一家医院的不同区域之间存在很大差异。然而，其中一项研究报告称，乙醇、异丙醇、乙醚和丙酮是该场地内部的主要化合物。同样，在美国进行的一项研究表明，护理助理最常接触乙醇等化合物，而医疗设备准备人员最常接触2-丙醇。关于清洁和卫生人员接触VOCs，在美国4家医院进行的一项研究表明，灭菌和消毒工人与d-柠檬烯和2-丙醇接触有关，而负责使用含氯清洁的工人产品更有可能接触到更高水平的α-蒎烯和氯仿。那些执行地板和其他表面清洁任务（例如，地板打蜡）以及使用季铵、酒精和氯基产品的人与前两组相比，与更高的VOC暴露相关，也就是说，他们与暴露特别相关丙酮、氯仿、α-蒎烯、2-丙醇或d-柠檬烯。尽管老年人和弱势群体可能会在这些室内环境中花费相当长的时间，因为这些室内环境中他们可能会接触到挥发性有机化合物，因此其他医疗保健环境（例如护理和老年护理院）很少被研究，喷雾剂和清新剂。在法国进行的一项研究中，一组研究人员针对不同的社会和老年护理机构开发了一份在线问卷，询问清洁做法、使用的产品以及这些活动的频率。结果，确定了200多种化学物质，其中41种已知对健康有不良影响，其中37种是VOC。健康影响包括皮肤过敏、生殖和器官特异性毒性、致癌性、致突变性和内分泌干扰特性。此外，

获取样品进行分析具有挑战性。挥发性有机化合物，即使处于危险水平，也是稀释的，因此通常需要预浓缩。大气中的许多成分相互不相容，例如臭氧和有机化合物、过氧酰基硝酸盐和许多有机化合物。此外，在冷阱中通过冷凝收集VOC还会积聚大量水，通常必须根据所采用的分析技术有选择地去除这些水。固相微萃取(SPME)技术用于收集低浓度VOC进行分析。应用于呼吸分析时，采用以下方式进行采样：气体采样袋、注射器、真空钢和玻璃容器。

在美国，国家职业安全与健康研究所(NIOSH)和美国OSHA制定了标准方法。每种方法都使用单组分溶剂；但是，不能使用NIOSH或OSHA方法在同一样品基质上对丁醇和己烷进行取样。VOC可通过两种广泛的技术进行量化和识别。主要技术是气相色谱法（GC）。GC仪器允许分离气态成分。当与火焰离子化检测器(FID)耦合时，GC可以检测万亿分之几级的碳氢化合物。使用电子捕获检测器，GC对有机卤化物（如氯烃）也很有效。与VOC分析相关的第二项主要技术是质谱分析，它通常与GC结合使用，从而形成GC-MS的联用技术。直接注射质谱技术经常用于快速检测和准确定量VOC。PTR-MS是最广泛用于生物和人为VOC在线分析的方法之一。据报道，基于飞行时间质谱的PTR-MS仪器在100毫秒后达到20pptv和1分钟后达到750ppqv的检测限。测量（信号积分）时间。这些设备的质量分辨率介于7000和10,500m/Δm之间，因此可以分离最常见的同量异位VOC并独立量化它们。

人呼出的呼气中含有几千种挥发性有机化合物，可用于呼气活检，作为VOC生物标志物来检测肺癌等疾病。一项研究表明，挥发性有机化合物……主要是血液传播的，因此可以监测体内的不同过程。看来，体内的VOC化合物可能是由代谢过程产生的，也可能是从环境烟草烟雾等外源性来源吸入/吸收的。化学传感器阵列也证明了挥发性有机化合物的化学指纹和呼吸分析，该阵列利用模式识别来检测复杂混合物（例如呼吸气体）中的组分挥发性有机物。

为了实现VOC测量的可比性，需要可追溯至SI单位的参考标准。对于许多VOCs气体参考标准，可以从特种气体供应商或国家计量机构获得，无论是气瓶形式还是动态生成方法。然而，对于许多VOC，例如含氧VOC、单萜或甲醛，由于这些分子的化学反应性或吸附性，没有适当数量的标准品可用。目前，一些国家计量机构正在研究缺乏痕量浓度的标准气体混合物，尽量减少吸附过程，并改进零气体。最终范围是标准气体的可追溯性和长期稳定性符合数据质量目标（DQO，