摘 要： 建立红外分光光度法测定空气和废气中油烟的含量，对其开展方法确认和实样测试。以玻璃纤维滤膜采集气体样品，用四氯乙烯萃取，以四氯乙烯中标准油使用液为标准溶液，采用红外分光光度法测定油烟含量。结果表明，油烟浓度与红外吸收光谱峰高相关，当标准状况下采气体积为5 500 L时，检出限为0.002 mg/m3。低、高两种浓度实际样品测定结果的相对标准偏差分别为4.36%、2.44%（n=7），加标回收率分别为95.8%、103%。采样和分析过程的质量保证与控制均符合要求，样品冷藏保存能延长其时效性，该方法适用于环境空气和无组织排放废气中油烟浓度的测定，对治理油烟污染有着重要意义。

 

关键词： 红外分光光度法； 环境空气； 无组织排放废气； 油烟

 

油烟是指食物烹饪、加工过程中挥发的油脂、有机质及其加热分解或裂解产物[1]，是多种污染物的混合体，主要包含固液态颗粒物、气态污染物和气溶胶。固液态颗粒物主要以可沉降颗粒物（粒径大于10 μm）和可吸入颗粒物（粒径为0.01~10 μm）为主，这些物质是造成雾霾污染的重要前体物。在气态污染物和气溶胶之中成分繁多，包括脂肪酸类、烃类、醛酮类、醇酯类、芳香族类、杂环类化合物、VOCs等200多种成分，还含有苯并芘、亚硝胺、杂环胺等[2]已明确对人和动物有致癌、致畸、致突变作用的物质，会对人体的呼吸系统、免疫系统、生殖系统和神经系统等造成不同程度的损害[3]。餐饮油烟污染也是空气污染的重要来源之一，其对大气环境和人体健康的危害不容忽视。

 

目前红外分光光度法已经在实验室分析中得到广泛应用［4］。HJ 1077—2019《固定污染源废气油烟和油雾的测定　红外分光光度法》主要针对有组织排放类型的油烟和油雾。固定污染源废气与无组织排放废气和环境空气的主要区别在于排放方式、处理程度、环境影响和治理难度等方面。而HJ 1077—2019的油烟检出限较高，且有组织排放废气的采样方式相对复杂，采样耗材需经处理才能使用，故不适用较低浓度的环境空气和无组织排放废气类型样品。通过对环境空气重金属因子、颗粒物和苯并芘标准分析方法研究发现，滤膜对各类气态污染物有较好的捕集作用，而油烟正是以固液态颗粒物、气态和气溶胶形式存在于空气中［5］，理论上能被滤膜捕集，且有组织排放的油雾可以使用玻纤滤筒采集分析，原理与滤膜相同。结合目前餐饮油烟污染和油烟扰民多发的情况[6‒7]，建立一种操作简便、准确度高、安全环保的油烟测定方法很有必要。笔者用玻纤滤膜做载体，用采集颗粒物的方法对空气和废气中的油烟进行采集，再参考油雾的分析方法，对样品处理步骤进行相应优化，最后采用红外分光光度法进行分析。鉴于此前未曾有过相关实验报道，该方法可作为一种新的油烟测定方法进行总结提炼与推广应用，对监测和治理油烟产生的环境污染具有重要意义。

 

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

环境空气颗粒物综合采样器：ZR-3923型，青岛众瑞智能仪器股份有限公司。

便携式数字综合气象仪：FYF-1型，上海风云气象仪器有限公司。

红外测油仪：JLBG-126+型，吉林北光环保仪器销售有限公司。

超声波清洗机：030S型，深圳市歌能清洗设备有限公司。

玻璃纤维滤膜：Φ=90 mm，孔径为0.3 μm，盐城天悦仪器仪表有限公司。

四氯乙烯：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

超纯水：电导率不小于18 MΩ·cm（25 ℃）。

油标准贮备液：质量浓度为1 000 mg/L，批号为A22050065，坛墨质检科技股份有限公司。

油标准使用液：质量浓度为100 mg/L，取适量油标准贮备液，用四氯乙烯配制而得。

四氯乙烯中油烟质控样品：标准值（质量浓度）为20.4 mg/L，扩展不确定度为1.7 mg/L，批号为A 22100232a，坛墨质检科技股份有限公司。

1.2 仪器工作条件

校正因子（F）：60；系数（X）：30；系数（Y）：48；系数（Z）：365；基线平衡：0；仪器暗电流：0 nA；波长宽度：0 nm；等待时间：10 s；波长：725 nm。

1.3 方法原理

空气中的油烟经玻纤滤膜吸附后，用四氯乙烯超声萃取，萃取液用红外分光光度法测定。油烟含量由波数分别为2 930 cm-1（CH2基团中C—H键的伸缩振动）、2 960 cm-1（CH3基团中C—H键的伸缩振动）和3 030 cm-1（芳香环中C—H键的伸缩振动）谱带处的吸光度A2 930、A2 960和A3 030进行计算[8]。

1.4 实际样品测试

1.4.1 现场布点和采样方法

油烟采样现场按照HJ/T 55—2000《大气污染物无组织排放监测技术导则》相关规定布设[9]。采样点选取城管部门指定的一处夜市小吃大排档摊位聚集点，此处位于两条交通主干道交叉路口西北方向，东侧为一栋废弃的厂房，北侧为一条河流，西侧和南侧均有大型居民小区和公共活动区，人口较为密集，油烟扰民情况较为突出。根据采样当天风向，夜市周边无组织排放废气油烟的现场布点如图1所示。

图1   现场布点示意图

Fig. 1   Site Layout Diagram

油烟样品类型为无组织排放废气，使用0.3 μm的玻纤滤膜，以100 L/min的流量采集60 min，采气体积为6 000 L，在人员用餐高峰时段（17:00~21:30）连续采集4个频次的样品。样品质量浓度为0.04 mg/m3的实际油烟样品采样点位于夜市下风向2#，15台采样设备等间隔布置同时开始采集，8个样品用于精密度试验，7个样品用于加标回收试验；样品质量浓度为0.20 mg/m3的实际油烟样品采样点位于下风向3#某烧烤大排档下风向10 m处，15台采样设备等间隔布置同时开始采集，8个样品用于精密度试验，7个样品用于加标回收试验。

1.4.2 分析方法

样品采集完成后按标准规定密封、冷藏、避光保存运输。为确保样品的时效性，样品采集完成后立即送往实验室进行分析[10]。将采样后的玻纤滤膜剪碎后，置于50 mL烧杯中，滴加1 mL超纯水浸湿滤膜，再加25 mL四氯乙烯于超声波清洗机中，水温设为30 ℃，超声萃取10 min，萃取液转移至25 mL比色管中，密封，待测；将制备好的样品，置于4 cm比色皿中，盖上比色皿盖，以四氯乙烯为参比，分别于2 930、2 960、3 030 cm-1处测定吸光度A2 930、A2 960和A3 030，按标准中计算公式计算无组织油烟的浓度。

1.4.3 结果计算

于3个波长下测得的吸光度按照公式（1）进行计算：

ρ1=X×A2 930+Y×A2 960+Z×()

（1）

式中：ρ1——样品滤膜萃取液的质量浓度，mg/L；

A2 930、A2 960、A3 030——对应波数下测得吸光度；

X、Y、Z——与各C—H键吸光度对应的系数；

F——脂肪烃对芳香烃影响的校正因子。

无组织油烟排放浓度按公式（2）计算：

ρ2 = ρ1×

（2）

式中：ρ2——无组织油烟的排放质量浓度，mg/m3；

V1——萃取液体积，mL；

Vnd——无组织油烟标况采气体积，L。

1.5 质量保证和质量控制

采用现场空白和质控样品测试进行质量保证和质量控制。

 

2 结果与讨论

2.1 实验条件的优化

2.1.1 采样介质的选择

在有组织排放油烟的实际采样过程中，主要采用金属滤筒采集，内部填充材料为304不锈钢丝或毛面玻璃微珠。目前市面上没有类似材质的专用耗材用于空气中油烟的采集。樊晓翠等[11]研究结果表明，玻璃纤维材质加水浸湿后油烟更易洗脱，综合捕集效率、穿透效果、萃取效率和检测成本，最终选择孔径为0.3 μm的玻纤滤膜作为采集空气中油烟的采样介质。

2.1.2 萃取剂的选择

红外分光光度法中萃取剂的选择对油烟测定的最终结果有较大影响。四氯化碳是一种较好的有机溶剂，曾经专门用于油烟样品的萃取处理，但因其易挥发、受热易分解[12]，对人体毒性较大，属于2B类致癌物，作为萃取剂目前已被逐步淘汰。四氯乙烯相较四氯化碳，其萃取效率较高，价格相对便宜，热稳定性好；从环保角度看，四氯乙烯毒性较低，对人体危害相对较小，故采用四氯乙烯作为萃取溶剂。

2.1.3 样品处理条件的选择

针对干玻纤滤膜采集油烟不易洗脱的情况，可以在滤膜剪碎后加适当纯水浸湿，再加入四氯乙烯进行超声萃取，并适当提高超声萃取的水温，从而提高油烟的洗脱效率。

2.2 红外扫描图谱

无组织油烟实际样品与质控样品红外扫描图谱见图2。从图2中可以看出，油烟浓度与吸收光谱的峰高相关，油烟含量越高，其红外扫描图的峰高越高，吸光度与峰高成正比关系，通过观察峰高可以大致推测出油烟是否会有检出。

2.3 方法确认结果

2.3.1 检出限和测定下限

目前没有测定空气和废气中油烟的国标方法，故选择分析仪器最低检出质量浓度（0.2 mg/L）的5倍，即1.000 mg/L作为标准质量浓度点，用来确认该方法的检出限。准确配制质量浓度为1.000 mg/L的标准溶液，取25 mL于玻璃烧杯中，按照油烟样品的处理步骤于30 ℃水温超声萃取10 min，连续测定7个该标准溶液的平行样品，得到方法检出限和测定下限，结果数据见表1。根据HJ 168—2020《环境监测分析方法标准制订技术导则》相关规定，对于针对单一组分的分析方法，所测平行样品应在方法检出限3～5倍的浓度范围[13‒14]，该方法7次平行样品测定浓度全部在对应浓度范围内，当标准状况下采气体积为5 500 L，萃取液体积为25 mL，采用4 cm比色皿时，该方法检出限为0.002 mg/m3，测定下限为0.008 mg/m3。

表1   方法检出限与测定下限（标准状况下采气体积按5 500 L计）

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

选取1.4.1中用于精密度测定的两种质量浓度（0.04、0.20 mg/m3）实际油烟样品（标准状况下采气体积以5 500 L计）各7份，在1.2仪器工作条件下测定，试验结果见表2。由表2可知，低、高两种浓度实际样品测定结果的相对标准偏差分别为4.36%、2.44%，表明该方法精密度良好，满足HJ 1077—2019分析要求。

表2   精密度试验结果

Tab. 2   Precision test results

 

2.3.3 方法准确度

选取1.4.1中用于加标回收试验的两种质量浓度（0.04、0.20 mg/m3）实际油烟样品（标准状况下采气体积以5 500 L计）各6份，完成样品采集后，对滤膜进行低、高两种浓度加标，测定结果见表3。

表3   样品加标回收试验结果

Tab. 3   Results of sample spiked recycling test

由表3可知，实际样品的加标回收率为95.8%~103%，表明该方法具有较高的准确度，满足HJ 1077—2019分析要求。

2.3.4 样品稳定性试验

为测试样品采集完成后的稳定性及时效性，取10张玻纤滤膜，分为两组，使用100 mg/L标准油使用液，分别制成两组含量依次为0.1、0.2、0.5、0.8、1.0 mg的模拟样品，当天测定1组，另1组样品对折放入自封袋中，按HJ 1077—2019保存方法密封，避光，于4 ℃以下冷藏，放置7 d后测定，试验结果见表4。由表4可知，5组对照试验7 d后的测定值和当天测定值的相对偏差在±5%以内，表明该油烟样品保存较为稳定，时效性［15］也能达到和有组织油烟样品一致的保存期限。

表4   样品稳定性试验结果

Tab. 4   Sample stability test results

2.4 实际样品测定

夜市无组织排放油烟实际样品当天检测结果见表5。由表5可知，夜市上、下风向的无组织排放废气中均有油烟检出，且浓度也随时间呈一定的周期性变化，即人流量大、夜市生意好的时候，油烟浓度较高，待时间渐晚人流逐渐少去，油烟浓度也随之降低，浓度变化与实际情况相吻合。从最大值结果来看，夜市现场下风向的无组织排放油烟浓度较大，有可能会对周边居民和环境造成一定的影响。

表5   实际样品测定结果

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

注：“-”表示未检出。

 

2.5 质控结果

无组织排放油烟现场空白与实验室空白测试结果见表6，四氯乙烯中油烟质控样品（编号为A 22100232a）测试结果见表7。

表6   无组织排放油烟现场空白与实验室空白试验结果

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

注：“-”表示未检出。

 

表7   质控样品测试结果

Tab. 7   Quality control sample test results

由表6和表7可知，现场空白和实验室空白试验均未检出油烟，采样耗材和实验试剂满足测试要求；质控样品测试结果在标准值的要求范围内，该方法的采样过程和分析过程的质量保证和质量控制符合要求［16］。

 

3 结论

建立了红外分光光度法测定空气和废气中油烟，该方法在样品采集、方法检出限、精密度、准确度和稳定性等方面均能够满足相关实验要求；通过实际样品测试结果可知，现场油烟检测结果数据逻辑与实际情况相符，现场与实验室质控样品均能满足要求。由此可见，该方法可以作为一种新的推荐方法用于未来环境空气和无组织排放废气中的油烟测定。

 

结合该方法在现场采样、实验室检测、安全环保以及经济效益等方面的优势综合分析，红外分光光度法的方法优势有以下几个方面：

 

（1）现场采样优势。设备操作简便，便于现场人员快速学习掌握；滤膜无须前期处理或浸泡其他试剂便能直接使用，安全性较高；具有易于更换样品的设计，便于快速更换新的滤膜以进行连续监测，确保数据连续采集；采完的样品保存简单，密封冷藏能延长其保存时效性。

 

（2）实验室分析优势。该方法样品处理方法简单，萃取效率高，分析速度快，节省分析时间；针对油烟因子的测定干扰小，检测靶向性强，具备很高的准确性；分析设备操作简单，后期维护保养方便快捷；数据处理自动化程度高，搭配实验室信息管理系统（LIMS）自动化数据处理系统，将比色结果输入电脑可以立即得出最终浓度结果，能有效节约后端数据处理的时间。

 

（3）安全与环保优势。该方法采样使用的滤膜为玻璃纤维材质，无毒无害，对环境没有污染，对人体健康没有危害，是一种绿色环保的耗材；采样膜处理使用的萃取试剂为四氯乙烯，与其他的萃取剂四氯化碳、二氯甲烷等相比，四氯乙烯具有毒性低、热稳定性好、成本低等优点，对人体和环境的危害较小，安全性较高。

 

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