全球挥发性有机化合物(VOCs)定义解析

术语VOCs在大气环境和职业健康法规中广泛使用，但是在不同的法规之间，术语VOCs的定义模糊不清，给VOCs的鉴定、分析测试等带来诸多不便。目前，全球至少有四种不同的定义在使用，但是它们都无法准确描述所有场合下的同一种化学品。所有定义都试图规定挥发和不挥发化合物之间的区别。

四种通用定义总结如下：20°C下蒸气压大于10Pa的所有有机化合物;1大气压下初沸点低于250°C的所有有机化合物;参与大气光化学反应或含有光化学氧化剂贡献潜能(POCP)值的所有有机化合物;作为溶剂或复合溶剂使用的所有有机化合物。

通常认为，有机化合物是除了碳的氧化物和无机碳酸盐或酸式碳酸盐之外的至少含有碳元素以及至少含有一个或多个氢，卤素，氧，硫，磷，硅或氮的所有化合物。对于人为源，一些定义对VOCs的范围进行了限制即不包括甲烷，用以区分来自于森林自然释放的VOCs，以便能够适应人类活动的真实情况。另外，这些定义在低挥发性的有机化合物方面出现了重大偏差，如常用的蒸气压方法(即10Pa)，某些低挥发性的有机化合物不是VOCs，相反沸点法(250°C)则认为是VOCs。尽管如此，四个定义还是覆盖了日常生产生活中使用的大多数溶剂。相比较而言，对于未来立法使用更严格VOCs的定义，至少可以使涂料中90%以上具有蒸发作用的有机化合物受到限制。不管怎样，受到立法以及人们要求越来越严的大气环境和(职业)健康意识的驱动，使用低挥发性的有机化合物的要求会越来越强烈。

同时使用4种不同的定义，无论是溶剂生产人员还是使用人员都会感到茫然，因此选择更清晰的定义是必要的。

120℃下蒸气压大于10Pa的所有有机化合物

某种化合物的蒸气压直接与该化合物在空气中的最大浓度有关。由于浓度是单位体积量，某种化合物的最大浓度一定会随着体积的增加而增加。事实上，在对流层存在“无限”的体积，最大浓度永远不会达到。于是，所有溶剂都将会从产品中蒸发出来。对环境保护来说，规定溶剂的数量比溶剂的挥发性更重要。但是，如果考虑限于很小的工作区域(狭小的工作空间)的涂装作业人员的工作环境，这个最大浓度就有可能达到。在这种情况下，涂装作业人员可能会暴露在溶剂最大浓度中，而这个最大浓度直接取决于溶剂的蒸气压。对健康保护来说，重要的是限制所用溶剂的挥发性。所用溶剂的蒸气压越低，涂装作业人员的高暴露风险就越低。

为了规范溶剂指令[1]的范围，欧盟委员会使用了“20℃下蒸气压大于10Pa的所有有机化合物”的定义。这个理事会指令规定了从工业生产过程和设施释放VOCs的限值。10Pa是人为选定的限值。最初建议的限值是1Pa，但是根据化学工业的要求，这个限值增加到10Pa。之后欧盟委员会以及多数欧盟成员国使用这个VOCs定义。自从首次发布溶剂指令的以来，所有的成员国被迫在2002年前使用这个定义。

1.1使用10Pa定义的优点

10Pa定义是最有效的物理化学参数。虽然一般情况下化合物的蒸发能力都有固定的表达式，但是蒸气压至少表达了空气中化合物的最大浓度，它对局部(健康)效果更重要。

在欧洲法律中的一致性。在所有欧洲法律中，这个VOCs定义被认为是最好的。在装饰油漆和涂料立法中使用10Pa定义与溶剂指令相符。但是在国家最高释放指令[2]中，VOC的定义却是依据对对流层臭氧的贡献能力。

与化学工业达成共识。欧洲溶剂工业集团(ESIG)赞成10Pa定义，也就是说它是表示挥发性最有效的参数。他们赞同蒸气压和沸点之间的经验关系，但是这种关系不是绝对的。根据ESIG，蒸气压10Pa相当于烃类溶剂的沸点大约216℃。

1.2使用10Pa定义的缺点

与涂料工业的不一致性。欧洲涂料油墨颜料工业委员会(CEPE)赞同使用涂料指令[3]中首次提案时就已经成熟的10Pa定义，但是后来涂料行业改变了他们的观点，强烈地支持250℃定义。在国家应对措施上，一些国家使用250℃定义(如德国)。在关于装饰油漆和涂料的立法上，他们被迫转向250°C定义或者两者都在使用。由于溶剂指令针对工业生产过程和设备，仍然会影响到涂料行业。迫切需要用标准方法来建立蒸气压，已经有几种方法可用来建立化合物的蒸气压，但是所有使用的外推法会导致不同结果，虽然溶剂指令中蒸气压定义早已被使用，而且蒸气压的测试方法简单又符合标准。

并非覆盖涂料中使用的所有挥发性有机化合物。10Pa定义没有覆盖涂料中使用的所有VOCs如高沸点的有机溶剂，这可能会导致在涂料开发过程中使用更高级的有机溶剂。

涂料工业满足化学工业的困境。涂料生产商渴望核对他们使用的溶剂是否是VOCs，尽管这些信息由供应商提供。这是可能的，因为涂料生产商对他们提供的MSDS负有法律责任。实际上，一些中小企业在大多数情况下无法检测蒸气压。只有拥有特殊装备的实验室才能测定蒸气压，测定沸点仅需要蒸馏设备。可是根据德国和法国涂料制造商协会以及CEPE的说法，涂料行业从来没有检测过溶剂本身的挥发性。他们只是顺便象征性地与专用实验室核对过。

2大气压下初沸点低于250°C的所有有机化合物

虽然化合物的沸点与其蒸发能力和空气中的最大浓度没有直接关系，但是沸点与蒸气压之间还是存在某些经验关系的。因为事实上沸点是更好理解的物理化学参数，并且常常是沸点比蒸气压更容易建立，因此沸点也应用于VOCs定义中。

定义“VOCs是1大气压下初沸点低于250°C的所有有机化合物”是CEPE工作组针对欧洲室内涂料生态标签开发的。德国代表尤其希望使用这个定义，因为这个定义在德国是通用的。250°C的限值是人为选定的。由于生态标签是自愿性的，所以没有国家会被强制使用这个定义。

2.1使用250°C的优点

与涂料行业达成共识。关于使用250°C定义，CEPE在成员之间已经达成共识，即将这个定义引入装饰油漆和涂料的立法中。CEPE主要倾向于250°C定义是因为沸点更容易测定，并且这个定义对涂料生产商和涂装人员来说都容易理解物理/化学性质。涂料通用溶剂的评价指出，250°C沸点定义比10Pa定义更严格。

相对简单的测定。初沸点的建立相对简单并且方法可行，检测沸点对于任何人来说都是相对简单的。

2.2使用250°C的缺点

与欧洲立法不一致。在欧洲，溶剂指令使用10Pa定义，涂料行业不想改变他们的观点重新回到10Pa的定义，所以无法满足欧洲法律的一致性。

与化学工业不一致性。根据ESIG欧洲溶剂工业集团的观点，沸点与蒸气压只是间接关系，沸点是个不恰当的参数。ESIG倾向于蒸气压定义的原因，可能是250°C的定义比10Pa定义严格，结果是限制了多数溶剂的使用。

成员国被迫使用两个不同的定义。所有国家都将被迫使用250°C定义(涂料指令)和10Pa指令(溶剂指令)。由于两个定义都不能覆盖所有的有机溶剂，因此就形成了混乱状态。

并非覆盖涂料中使用的所有VOCs。250°C定义同样没有覆盖涂料中使用的所有挥发性有机化合物入高沸点有机溶剂。

3参与大气光化学反应或含有POCP值的所有有机化合物

减少VOCs排放的主要原因是，在NOx的存在下VOCs有助于对流层臭氧的形成。由于减少了VOCs排放，臭氧的生成便降低。不同的VOCs贡献不同的臭氧生成量。一些VOCs贡献臭氧的潜能很大，另一些则很小。这个潜在能力用POCP表示。每种VOCs有其特定的POCP值。一些人认为，为了减少臭氧的生成应减少VOCs排放，另一些人则认为应减少那些高潜能值VOCs的排放。这样，从环境观点来看使用POCP值定义是非常有益的。但是，某些低反应性溶剂会引发附加问题，即它们对人类健康非常有害，难于处理，持久稳定或可能引发其它负面环境问题。更重要的是，低反应性溶剂(低POCP值)最终对臭氧的形成有贡献。高POCP溶剂形成的臭氧集聚在释放源周围，而低POCP溶剂由于其散发以及低反应活性生成的臭氧会远离释放源。由于欧盟成员国比较集中，两者形成的臭氧都是有问题的。

从室内使用的装饰涂料来看，健康状况尤其需要关注。因此，采用POCP值来定义VOC是不可行的。在1979年关于控制释放VOCs及其跨界流动引发的长距离跨界空气污染草案中，使用下列定义：VOC是除甲烷外的人类自然所有有机化合物，在日光照射下与氮氧化物发生发应生成光化学氧化剂的能力。在这个草案中，POCP被定义为“特定VOC释放的改变光化学臭氧量”。根据联合国POCP草案，可以由光化学模型计算或实验来测定POCP。

3.1使用POCP定义的优点

POCP是非常具体的参数。POCP虽然只是表示化合物生成臭氧的能力，但事实上POCP对其它环境与健康关联效应也同样重要。对所有效应来说，化合物的挥发性起决定性作用，因此被认为好于蒸气压或沸点。在国家最高释放板指令中，上述定义作为唯一出现在草案中。

3.2使用POCP定义的缺点

与欧洲法律不相容。在欧洲，溶剂指令10Pa定义正在使用，所以在欧洲法律上不会相容。

与涂料工业不一致。CEPE在其成员之间就使用250°C定义已经达成共识，装饰油漆和涂料在法律上难以接受POCP定义。此外，涂料行业处理健康效应也难以接受POCP定义。

与化学工业的部分协定。在蒸气压和初沸点之间进行选择时，ESIG更倾向于蒸气压。但是，当主要目的是为了减少臭氧的形成时，使用POCP定义对欧洲溶剂工业集团来说可能是最恰当的。显然，对于溶剂工业来说，0边界值(POCP>0)可能不被接受。

成员国被迫使用不同定义。与10Pa定义(溶剂指令)一样，所有国家都将被迫使用POCP定义(未来涂料指令、NEC指令)。因为两个定义都没有覆盖上述那些有机化合物，所以这将是一个复杂状态。迫切需要建立POCP值的标准方法，因为使用POCP值的主要问题是缺少一致的标准方法来计算POCP值。不同估算之间的POCP值会相差很大，某些情况下可能相差4倍。POCP值是根据个案以及特定计算来估算的(臭氧最大浓度、臭氧总浓度或臭氧平均浓度)。

模糊不清的性质。POCP值在时间和空间上是变化的，因此，对于使用POCP来定义VOCs是非常模糊的。

4作为溶剂或复合溶剂使用的所有有机化合物

这个定义常用于口语中。在很多人看来它是完美清晰的定义。尽管在日常生活中是有益的，但是这个实用性定义却不能用于法律中，因为这个定义模糊不清，不被使用。

5讨论

蒸气压和沸点定义，两者都有一个共同的缺点，即都不能覆盖涂料中所有蒸发性有机化合物。这可能导致涂料中高沸点溶剂没有被覆盖。要想解决这个问题，一个选择就是接受两个定义的极限值。实际上，1Pa不完全是分界线，因为1Pa以下的蒸气压无法检测。然而，如果提高沸点，可能将那些不具有蒸发作用的表面活性剂或增塑剂也包括进来了。

理想的VOCs定义应满足以下条件：

涵盖所有已经使用的VOCs。因为希望所有使用的VOCs都丛干膜中挥发出来，最终进入到对流层。所以，所有的VOCs即溶剂、复合溶剂、成膜助剂、单体以及其它可能挥发的添加剂等，都要包括在定义中。只有这样，装饰油漆和涂料中VOCs才能被限制。这样的结果，将把所有的VOCs和所有的含有POCP的有机化合物都包括在内了。

容易区分化合物是否是VOCs。使用标准化的方法可以立刻测定初沸点。ESIG一直致力于脂肪族化合物蒸气压的标准的测定方法。此外，阿姆斯特丹大学环境化学系也开发了测定低挥发性酯类的简单方法。短时间内建立测定POCP值得标准方法是不可能的。

定义应当不仅包括环境效应，而且要包括健康效应。化合物蒸发后同样产生健康效应，因此依据参数来表达挥发性可能是更好的观点，也更容易与多数组织达成一致。很明显，如果每个组织都接受同样的定义将是最好的。既然每个组织单独使用自己的定义是不可能的，那么定义就可以由“重要”和“次重要”的组织来制定。

用POCP值来定义VOC仅仅符合第一个条件，虽然它会受到涂料界的关注。文献指出，装饰涂料中使用的所有溶剂都有POCP值。基于蒸气压或初沸点定义可能是恰当的。但是，为了包含所有的VOCs，目前使用的限值应改变，缺点是改变所有定义的限值将会失去一致性。另一方面，健康效应已经包含在两个定义中，由于囊括了所有的VOCs，因此最易挥发和毒害神经的VOCs亦包含在其中。初沸点比蒸气压更简单，但是一旦用标准方法来测定蒸气压，则蒸气压同样会成为最简单的检测方法。即使初沸点限值不是250°C，人们也希望CEPE相对简单地采用基于初沸点的定义。当有更好的定义时，欧洲委员会也准备不再采用目前依据于初沸点的定义。ESIG不同意初沸点的定义，因为没有清晰地涉及到挥发性。然而，基于初沸点的定义比基于蒸气压的定义更严格，前者基本包含了所有的VOCs。

6结论

使用常用的四个定义中的任何一个，在未来的立法中都能覆盖涂料中使用的大约90%溶剂。在这种情况下，讨论使用哪种定义更合适显得有些多余。但是低挥发性的有机化合物的使用量正在增加。如果一种定义把某种化合物定义为VOCs，另一种定义又不是VOCs，则定义就产生了异议。实用定义“VOC是作为溶剂和复合溶剂使用的所有有机化合物”由于其模棱两可而不被使用。