摘要：論述了揮發性有機化合物的定義，分析了每種定義的優缺點，指出理想的VOCs定義應滿足以下三個條件：一是涵蓋所有已經使用的VOCs，二是容易區分化合物是否是VOCs，三是不僅包括環境效應，而且要包括健康效應。
關鍵詞：揮發性有機化合物（VOCs）；光化學反應；溶劑指令；塗料指令
0 引言
術語VOCs在大氣環境和職業健康法規中廣泛使用，但是在不同的法規之間，術語VOCs的定義模糊不清，給VOCs的鑑定、分析測試等帶來諸多不便。目前，全球至少有四種不同的定義在使用，但是它們都無法準確描述所有場合下的同一種化學品。所有定義都試圖規定揮發和不揮發化合物之間的區別。
四種通用定義總結如下：20°C下蒸氣壓大於10Pa的所有有機化合物；1大氣壓下初沸點低於250°C的所有有機化合物；參與大氣光化學反應或含有光化學氧化劑貢獻潛能（POCP）值的所有有機化合物；作為溶劑或複合溶劑使用的所有有機化合物。
通常認為，有機化合物是除了碳的氧化物和無機碳酸鹽或酸式碳酸鹽之外的至少含有碳元素以及至少含有一個或多個氫，滷素，氧，硫，磷，矽或氮的所有化合物。對於人為源，一些定義對VOCs的範圍進行了限制即不包括甲烷，用以區分來自於森林自然釋放的VOCs，以便能夠適應人類活動的真實情況。另外，這些定義在低揮發性的有機化合物方面出現了重大偏差，如常用的蒸氣壓方法（即10Pa），某些低揮發性的有機化合物不是VOCs，相反沸點法（250°C）則認為是VOCs。儘管如此，四個定義還是覆蓋了日常生產生活中使用的大多數溶劑。相比較而言，對於未來立法使用更嚴格VOCs的定義，至少可以使塗料中90%以上具有蒸發作用的有機化合物受到限制。不管怎樣，受到立法以及人們要求越來越嚴的大氣環境和（職業）健康意識的驅動，使用低揮發性的有機化合物的要求會越來越強烈。
同時使用4種不同的定義，無論是溶劑生產人員還是使用人員都會感到茫然，因此選擇更清晰的定義是必要的。
1 20℃下蒸氣壓大於10Pa的所有有機化合物
某種化合物的蒸氣壓直接與該化合物在空氣中的最大濃度有關。由於濃度是單位體積量，某種化合物的最大濃度一定會隨著體積的增加而增加。事實上，在對流層存在「無限」的體積，最大濃度永遠不會達到。於是，所有溶劑都將會從產品中蒸發出來。對環境保護來說，規定溶劑的數量比溶劑的揮發性更重要。但是，如果考慮限於很小的工作區域（狹小的工作空間）的塗裝作業人員的工作環境，這個最大濃度就有可能達到。在這種情況下，塗裝作業人員可能會暴露在溶劑最大濃度中，而這個最大濃度直接取決於溶劑的蒸氣壓。對健康保護來說，重要的是限制所用溶劑的揮發性。所用溶劑的蒸氣壓越低，塗裝作業人員的高暴露風險就越低。
為了規範溶劑指令[1]的範圍，歐盟委員會使用了「20℃下蒸氣壓大於10Pa的所有有機化合物」的定義。這個理事會指令規定了從工業生產過程和設施釋放VOCs的限值。10Pa是人為選定的限值。最初建議的限值是1Pa，但是根據化學工業的要求，這個限值增加到10Pa。之後歐盟委員會以及多數歐盟成員國使用這個VOCs定義。自從首次發布溶劑指令的以來，所有的成員國被迫在2002年前使用這個定義。
1.1 使用10Pa定義的優點
10Pa定義是最有效的物理化學參數。雖然一般情況下化合物的蒸發能力都有固定的表達式，但是蒸氣壓至少表達了空氣中化合物的最大濃度，它對局部（健康）效果更重要。
在歐洲法律中的一致性。在所有歐洲法律中，這個VOCs定義被認為是最好的。在裝飾油漆和塗料立法中使用10Pa定義與溶劑指令相符。但是在國家最高釋放指令[2]中，VOC的定義卻是依據對對流層臭氧的貢獻能力。
與化學工業達成共識。歐洲溶劑工業集團（ESIG）贊成10Pa定義，也就是說它是表示揮發性最有效的參數。他們贊同蒸氣壓和沸點之間的經驗關係，但是這種關係不是絕對的。根據ESIG，蒸氣壓10Pa相當於烴類溶劑的沸點大約216℃。
1.2 使用10Pa定義的缺點
與塗料工業的不一致性。歐洲塗料油墨顏料工業委員會（CEPE）贊同使用塗料指令[3]中首次提案時就已經成熟的10Pa定義，但是後來塗料行業改變了他們的觀點，強烈地支持250℃定義。在國家應對措施上，一些國家使用250℃定義（如德國）。在關於裝飾油漆和塗料的立法上，他們被迫轉向250°C定義或者兩者都在使用。由於溶劑指令針對工業生產過程和設備，仍然會影響到塗料行業。迫切需要用標準方法來建立蒸氣壓，已經有幾種方法可用來建立化合物的蒸氣壓，但是所有使用的外推法會導致不同結果，雖然溶劑指令中蒸氣壓定義早已被使用，而且蒸氣壓的測試方法簡單又符合標準。
並非覆蓋塗料中使用的所有揮發性有機化合物。10Pa定義沒有覆蓋塗料中使用的所有VOCs如高沸點的有機溶劑，這可能會導致在塗料開發過程中使用更高級的有機溶劑。
塗料工業滿足化學工業的困境。塗料生產商渴望核對他們使用的溶劑是否是VOCs，儘管這些信息由供應商提供。這是可能的，因為塗料生產商對他們提供的MSDS負有法律責任。實際上，一些中小企業在大多數情況下無法檢測蒸氣壓。只有擁有特殊裝備的實驗室才能測定蒸氣壓，測定沸點僅需要蒸餾設備。可是根據德國和法國塗料製造商協會以及CEPE的說法，塗料行業從來沒有檢測過溶劑本身的揮發性。他們只是順便象徵性地與專用實驗室核對過。
2 1大氣壓下初沸點低於250°C的所有有機化合物
雖然化合物的沸點與其蒸發能力和空氣中的最大濃度沒有直接關係，但是沸點與蒸氣壓之間還是存在某些經驗關係的。因為事實上沸點是更好理解的物理化學參數，並且常常是沸點比蒸氣壓更容易建立，因此沸點也應用於VOCs定義中。
定義「VOCs是1大氣壓下初沸點低於250°C的所有有機化合物」是CEPE工作組針對歐洲室內塗料生態標籤開發的。德國代表尤其希望使用這個定義，因為這個定義在德國是通用的。250°C的限值是人為選定的。由於生態標籤是自願性的，所以沒有國家會被強制使用這個定義。
2.1 使用250°C的優點
與塗料行業達成共識。關於使用250°C定義，CEPE在成員之間已經達成共識，即將這個定義引入裝飾油漆和塗料的立法中。CEPE主要傾向於250°C定義是因為沸點更容易測定，並且這個定義對塗料生產商和塗裝人員來說都容易理解物理/化學性質。塗料通用溶劑的評價指出，250°C沸點定義比10Pa定義更嚴格。
相對簡單的測定。初沸點的建立相對簡單並且方法可行，檢測沸點對於任何人來說都是相對簡單的。
2.2 使用250°C的缺點
與歐洲立法不一致。在歐洲，溶劑指令使用10Pa定義，塗料行業不想改變他們的觀點重新回到10Pa的定義，所以無法滿足歐洲法律的一致性。
與化學工業不一致性。根據ESIG歐洲溶劑工業集團的觀點，沸點與蒸氣壓只是間接關係，沸點是個不恰當的參數。ESIG傾向於蒸氣壓定義的原因，可能是250°C的定義比10Pa定義嚴格，結果是限制了多數溶劑的使用。
成員國被迫使用兩個不同的定義。所有國家都將被迫使用250°C定義（塗料指令）和10Pa指令（溶劑指令）。由於兩個定義都不能覆蓋所有的有機溶劑，因此就形成了混亂狀態。
並非覆蓋塗料中使用的所有VOCs。250°C定義同樣沒有覆蓋塗料中使用的所有揮發性有機化合物入高沸點有機溶劑。
3 參與大氣光化學反應或含有POCP值的所有有機化合物
減少VOCs排放的主要原因是，在NOx的存在下VOCs有助於對流層臭氧的形成。由於減少了VOCs排放，臭氧的生成便降低。不同的VOCs貢獻不同的臭氧生成量。一些VOCs貢獻臭氧的潛能很大，另一些則很小。這個潛在能力用POCP表示。每種VOCs有其特定的POCP值。一些人認為，為了減少臭氧的生成應減少VOCs排放，另一些人則認為應減少那些高潛能值VOCs的排放。這樣，從環境觀點來看使用POCP值定義是非常有益的。但是，某些低反應性溶劑會引發附加問題，即它們對人類健康非常有害，難於處理，持久穩定或可能引發其它負面環境問題。更重要的是，低反應性溶劑（低POCP值）最終對臭氧的形成有貢獻。高POCP溶劑形成的臭氧集聚在釋放源周圍，而低POCP溶劑由於其散發以及低反應活性生成的臭氧會遠離釋放源。由於歐盟成員國比較集中，兩者形成的臭氧都是有問題的。
從室內使用的裝飾塗料來看，健康狀況尤其需要關注。因此，採用POCP值來定義VOC是不可行的。在1979年關於控制釋放VOCs及其跨界流動引發的長距離跨界空氣汙染草案中，使用下列定義：VOC是除甲烷外的人類自然所有有機化合物，在日光照射下與氮氧化物發生發應生成光化學氧化劑的能力。在這個草案中，POCP被定義為「特定VOC釋放的改變光化學臭氧量」。根據聯合國POCP草案，可以由光化學模型計算或實驗來測定POCP。
3.1 使用POCP定義的優點
POCP是非常具體的參數。POCP雖然只是表示化合物生成臭氧的能力，但事實上POCP對其它環境與健康關聯效應也同樣重要。對所有效應來說，化合物的揮發性起決定性作用，因此被認為好於蒸氣壓或沸點。在國家最高釋放板指令中，上述定義作為唯一出現在草案中。
3.2 使用POCP定義的缺點
與歐洲法律不相容。在歐洲，溶劑指令10Pa定義正在使用，所以在歐洲法律上不會相容。
與塗料工業不一致。CEPE在其成員之間就使用250°C定義已經達成共識，裝飾油漆和塗料在法律上難以接受POCP定義。此外，塗料行業處理健康效應也難以接受POCP定義。
與化學工業的部分協定。在蒸氣壓和初沸點之間進行選擇時，ESIG更傾向於蒸氣壓。但是，當主要目的是為了減少臭氧的形成時，使用POCP定義對歐洲溶劑工業集團來說可能是最恰當的。顯然，對於溶劑工業來說，0邊界值（POCP>0）可能不被接受。
成員國被迫使用不同定義。與10Pa定義（溶劑指令）一樣，所有國家都將被迫使用POCP定義（未來塗料指令、NEC指令）。因為兩個定義都沒有覆蓋上述那些有機化合物，所以這將是一個複雜狀態。迫切需要建立POCP值的標準方法，因為使用POCP值的主要問題是缺少一致的標準方法來計算POCP值。不同估算之間的POCP值會相差很大，某些情況下可能相差4倍。POCP值是根據個案以及特定計算來估算的（臭氧最大濃度、臭氧總濃度或臭氧平均濃度）。
模糊不清的性質。POCP值在時間和空間上是變化的，因此，對於使用POCP來定義VOCs是非常模糊的。
4 作為溶劑或複合溶劑使用的所有有機化合物
這個定義常用於口語中。在很多人看來它是完美清晰的定義。儘管在日常生活中是有益的，但是這個實用性定義卻不能用於法律中，因為這個定義模糊不清，不被使用。
5 討論
蒸氣壓和沸點定義，兩者都有一個共同的缺點，即都不能覆蓋塗料中所有蒸發性有機化合物。這可能導致塗料中高沸點溶劑沒有被覆蓋。要想解決這個問題，一個選擇就是接受兩個定義的極限值。實際上，1Pa不完全是分界線，因為1Pa以下的蒸氣壓無法檢測。然而，如果提高沸點，可能將那些不具有蒸發作用的表面活性劑或增塑劑也包括進來了。
理想的VOCs定義應滿足以下條件：
涵蓋所有已經使用的VOCs。因為希望所有使用的VOCs都叢幹膜中揮發出來，最終進入到對流層。所以，所有的VOCs即溶劑、複合溶劑、成膜助劑、單體以及其它可能揮發的添加劑等，都要包括在定義中。只有這樣，裝飾油漆和塗料中VOCs才能被限制。這樣的結果，將把所有的VOCs和所有的含有POCP的有機化合物都包括在內了。
容易區分化合物是否是VOCs。使用標準化的方法可以立刻測定初沸點。ESIG一直致力於脂肪族化合物蒸氣壓的標準的測定方法。此外，阿姆斯特丹大學環境化學系也開發了測定低揮發性酯類的簡單方法。短時間內建立測定POCP值得標準方法是不可能的。
定義應當不僅包括環境效應，而且要包括健康效應。化合物蒸發後同樣產生健康效應，因此依據參數來表達揮發性可能是更好的觀點，也更容易與多數組織達成一致。很明顯，如果每個組織都接受同樣的定義將是最好的。既然每個組織單獨使用自己的定義是不可能的，那麼定義就可以由「重要」和「次重要」的組織來制定。
用POCP值來定義VOC僅僅符合第一個條件，雖然它會受到塗料界的關注。文獻指出，裝飾塗料中使用的所有溶劑都有POCP值。基於蒸氣壓或初沸點定義可能是恰當的。但是，為了包含所有的VOCs，目前使用的限值應改變，缺點是改變所有定義的限值將會失去一致性。另一方面，健康效應已經包含在兩個定義中，由於囊括了所有的VOCs，因此最易揮發和毒害神經的VOCs亦包含在其中。初沸點比蒸氣壓更簡單，但是一旦用標準方法來測定蒸氣壓，則蒸氣壓同樣會成為最簡單的檢測方法。即使初沸點限值不是250°C，人們也希望CEPE相對簡單地採用基於初沸點的定義。當有更好的定義時，歐洲委員會也準備不再採用目前依據於初沸點的定義。ESIG不同意初沸點的定義，因為沒有清晰地涉及到揮發性。然而，基於初沸點的定義比基於蒸氣壓的定義更嚴格，前者基本包含了所有的VOCs。
6 結論
使用常用的四個定義中的任何一個，在未來的立法中都能覆蓋塗料中使用的大約90%溶劑。在這種情況下，討論使用哪種定義更合適顯得有些多餘。但是低揮發性的有機化合物的使用量正在增加。如果一種定義把某種化合物定義為VOCs，另一種定義又不是VOCs，則定義就產生了異議。實用定義「VOC是作為溶劑和複合溶劑使用的所有有機化合物」由於其模稜兩可而不被使用。
詳見《現代塗料與塗裝》2015-9期
現代塗料與塗裝
1995年創刊
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