城市地区人为排放的气体

由于人为排放的气体，城市地区的空气质量往往很差。这些气体包括SO₂,没有_x以及挥发性有机化合物(VOCs)。这些物质是气溶胶和臭氧颗粒的化学前体，两者都与不良健康影响和环境破坏有关。

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为了确保这些主要空气污染物保持在法律规定的范围内，瑞士空气污染控制条例对这些主要空气污染物进行了定期监测，该条例规定了瑞士的限值。

尽管汽车排放控制技术有所减少，但汽油和柴油内燃机仍然是城市中VOCs的重要来源。此外，源自烹饪、油漆、加热、溶剂和清洁剂的挥发性有机化合物正变得越来越重要。

为了制定一个成功的策略，尽量减少人类的接触，有必要获得VOC污染和排放源随时间和空间的详细知识。

在吸收阱上自动采样，随后进行气相色谱分离，以及使用光子、火焰或电子电离进行质谱检测，都是测定空气中VOCs的标准分析方法。

这些方法提供了时间平均数据，根据检测器的选择和预浓缩/分离步骤，这些方法仅限于某些类别的VOCs。这自然意味着当需要快速连续测量时，即对于某些重要的化合物和位置，它们不是理想的。

快速和一致的城市有机排放测量

的Vocus CI-TOF质谱仪从TOFWERK定量测量voc浓度远低于1 ppbv(当配置PTR反应器使用H_3.O⁺电离)。大多数城市VOC污染物随时间变化的浓度可以以亚秒级的时间分辨率同时报告，因为空气是直接采样的，没有捕获。

Vocus的高质量分辨率提供了目标物种的精确分子鉴定。当传统测量方法的平均值不足，需要快速检测瞬态污染物羽流时，在城市中部署Vocus CI-TOF是有利的。

在瑞士16个NABEL监测站之一的伯尔尼-博尔维尔克国家空气污染监测站(NABEL)， TOFWERK部署了Vocus CI-TOF。这些监测站由联邦环境办公室和瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa)运营。

伯尔尼-博尔维尔克NABEL车站来自道路交通的高排放，紧邻伯尔尼火车站。

它常规测量NO_x、有限公司₂， co, so₂除气象数据外，还使用气相色谱仪(GC, Syntech Spectras Analyser GC955)测量苯，甲苯和乙苯/二甲苯(BTX)。

实验程序

VOCs在吸附阱上富集15分钟，用于GC分析，以达到该方法的检测极限(lod)。用干净N快速热解吸后，用气相色谱法分离浓缩的VOCs，用光离检测(GC-PID)进行分析₂气体。整个GC周期耗时20。在气相色谱分离过程中收集下一个气相色谱周期的样品，导致连续测量的净采样死时间为5分钟。

质子转移反应器电离(PTR, H_3.O⁺试剂离子)与Vocus CI-TOF质谱仪运行，电离和检测所有VOCs，因为其质子亲和性大于水。

连续采集数据，每0.5秒保存1个质谱。在每次GC测量期间，这对应于5分钟死区时间内的1800个唯一质量和600个质谱。

结果

对于第一个比较，在15分钟的GC捕获时间内，Vocus CI-TOF数据被平均(在后处理中)，以便每个GC周期产生一个单一的质谱。忽略在GC死时间期间获得的Vocus数据。

由Vocus和GC测量的BTX(苯、甲苯以及二甲苯和乙苯的总和)的12天时间序列如图1所示。城市大气中含量最多的芳香族挥发性碳氢化合物是BTX，已知其中的苯会对免疫系统造成损害，恶化呼吸系统问题，增加患癌症的风险。

研究人员报告的BTX平均浓度之间有很强的一致性Vocus CI-TOF和GC。请注意，由于没有考虑乙苯的已知破碎，因此报告的二甲苯值中的Vocus CI-TOF表示下限。

图1所示。图1显示了2020年10月伯尔尼市中心测量的三种VOCs(苯、甲苯和二甲苯)的GC和平均Vocus CI-TOF时间序列的比较。图片来源:TOFWERK

图2。用GC(红圈)和Vocus CI-TOF(蓝色)测量伯尔尼市中心的甲苯浓度。图片来源:TOFWERK

图2显示了连续两天的甲苯浓度，因为它是由Vocus CI-TOF以0.5秒时间分辨率测量的(蓝色)。此外，它还显示15分钟时间分辨率的平均数据，以匹配GC捕获时间(绿色)和GC测量值(红色)。

传统上，15分钟的平均值被认为是短期测量，并用于表示短期暴露极限(STEL)。Vocus数据的高时间分辨率显示，真实峰值浓度高达20 ppb，大约比气相色谱报告的15分钟平均峰值高20倍。

二甲苯、苯和其他数十种潜在有害VOCs的总和，也出现了类似的行为。因此，信息损失是在较长时间内平均造成的。

快速Vocus CI-TOF测量表明，该城市位置的VOC浓度变化很大，这可以表明采样点附近道路上单个车辆的VOC排放量存在显著差异。由于他们更接近排放源，行人和骑自行车的人接触的浓度可能会达到更高的峰值。

图3。伯尔尼Bollwerk测量活动期间CO和NOx的测量(上)。(下)Vocus CI-TOF测量的BTX浓度和CPC测量的总粒子数。图片来源:TOFWERK

图3显示了BTX在1分钟时间分辨率下测量NOx、CO和总粒子数的时间趋势。Vocus数据也平均为1分钟。Vocus CI-TOF报告的日间瞬态峰值与图3所示的每一种主要空气污染物之间的相关性表明，该地区与主要车辆排放的相似来源和关联。

图4。由Vocus CI-TOF测量的伯尔尼市中心交通空气羽流的典型质谱。图片来源:TOFWERK

图4 b。总结了周、周末空气中主要挥发性芳香烃(苯、甲苯、二甲苯和三甲苯)的时间序列。图片来源:TOFWERK

图4A显示了Vocus CI-TOF在伯尔尼市中心探测到的典型空气羽流的质谱。交通排放和汽车直接排放之间的联系很容易识别，主要的峰值是苯、甲苯、二甲苯、三甲苯或苯酚。

这些主要VOC污染物的总量在工作日和周末的时间趋势差异如图4B所示。在工作日可以观察到明显的高峰时段模式以及普遍升高的浓度。

通过对这些模式的深入了解和易于理解的介绍，公众可以最大限度地减少与有害污染物的接触。例如，那些健康状况敏感的人可以管理自己的日常生活，避免在一天中最糟糕的时间暴露在空气中，更一般地说，户外锻炼的人可以避开污染严重的地区¹．

结论

在交通繁忙地区测量污染源附近的峰值污染浓度需要具有秒级时间分辨率的技术。这已经被这些测量证明了Vocus CI-TOF在伯尔尼-博尔维尔克NABEL站，BTX的峰值浓度可能比目前“短时间”测量报告的高一个数量级。

根据目前短期接触限值(STEL = 15分钟)，交通排放不应构成健康风险。然而，必须指出的是，这15分钟的平均浓度可以明显低于峰值浓度。空气污染流行病学、有毒化学品接触研究和欧洲监管当局都认识到，长期接触较低浓度和短期接触高浓度都可能对健康产生负面影响，而且某些化学品的峰值浓度可能比平均接触量更重要^{2、3、4、5}．需要进行更多的研究来将健康影响与挥发性有机化合物的峰值暴露和平均暴露联系起来。

《瑞士空气污染控制条例》指出，其目的不仅是保护公众免受有害污染和令人讨厌的污染:事实上，烦恼更多地与峰值有关，而不是时间平均值。瑞士的噪音法规目前也在讨论同样的效果，在该法规中，法定噪音水平通过时间平均来降低，因此可能不再是衡量烦恼的有效标准。

最后，必须指出的是，测量到的BTX峰值浓度不能解释与交通有关的气味的烦恼。苯的气味阈值远高于测量的峰值浓度，为1.5 ppmv。这意味着一定有其他化合物导致了这些难闻的气味。鉴于BTEX通常是交通污染中含量最多的物质，这些化合物的浓度可能要低得多。当涉及到将令人不快的气味与其来源和排放源联系起来的任务时，还需要更多的研究。

Matthias Hill和他在Empa的同事非常感谢他们在伯尔尼Bollwerk的NABEL站放置Vocus CI-TOF的合作，以及在Tofwerk运动期间提供的补充监测数据，这些数据是在该站收集的。

参考文献

1. 嘉士登，陈，王绍生，王志伟，王志伟。钟K.F.:尽量减少空气污染对呼吸道健康影响的个人策略:对提供者、患者和公众的建议。中国呼吸科学，2015,29(2):374 - 374。
2. 哈特威格，A.和MAK委员会。峰值限制:暴露峰值和短期暴露的限制[MAK值文档，2011]。MAK职业健康与安全合集，2(1)，2017。
3. Manisalidis, I, stavropouou, E, Stavropoulos, A, Bezirtzoglou, E.空气污染对环境和健康的影响:综述。公共卫生前沿，8(14)，2020。
4. 贝尔，M. L.，彭，r.d.，多米尼西，F.臭氧和死亡风险的暴露-响应曲线和当前臭氧法规的充分性。环境卫生展望，114(4)，2006。
5. 多米尼西，F.，丹尼尔斯，M.，齐格，s.l.，萨姆特，J.M.空气污染与死亡率:估计区域和国家剂量-反应关系。美国统计学会杂志，97(457)，2002。

这些信息是从TOFWERK提供的材料中获得、审查和改编的。

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