室内空气中甲醛的快速检测.pdf

综述与专论 引言 室内空气中甲醛的快速检测 王丽杰蔡丽娟白亚梅琳琳 ( 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院哈尔滨 15 0 0 8 0 ) 摘要针对室内空气中甲醛的危害及其常规检测方法进行概括，论述甲醛快速检测的 必要性。探讨分析光谱法、传感器法、检测管法以及试纸测试法等用于室内空气中甲醛 浓度快速测定的检测方法，对比国内外典型的甲醛快速检测仪器的性能指标，指出室内 空气中甲醛快速检测的研究方向及发展趋势。 关键词 甲醛快速检测甲醛检测仪 近年来，随着经济的快速发展和人民生活水平 的提高，室内装修已经成为时尚。伴随而来的就是 大量含有甲醛的装修、装饰材料纷纷进入室内，产 生以甲醛等有毒气体为主要污染源的室内污染。目 前我国城市6 0 - 9 4 新装修房间内甲醛浓度超过 国家标准，且平均浓度为国家卫生标准0 0 8 m g m 3 的3 1 0 倍，不但远远高于西方发达国家水平，也 高于发展中国家水平。居室空气中甲醛的最高容许 浓度为0 0 8 m g m 3 。当甲醛含量为0 1 m g m 3 时，就 有异昧和不适感；浓度再高可引起恶心、呕吐、咳 嗽、胸闷、气喘甚至肺气肿；当含量达到3 0 m g m 3 时，便可致人死亡 1 】。目前，世界卫生组织已经确 认甲醛为致畸、致癌物质，是变态反应源，长期接 触将导致基因突变。因此，实时陕速地检测室内空 气中的甲醛含量并适时采取措施进行预防是关系到 国计民生的重要课题。 1 甲醛快速检测方法 甲醛的国家标准检测方法可概括为化学法和 仪器法。化学法( 分光光度法) 主要有酚试剂法、 乙酰丙酮法、变色酸法、盐酸副玫瑰苯胺法、4 2 氨基2 3 2 联氨2 5 2 巯基2 1 ，2 ，4 2 三氮杂茂( 简称 A H M T ) 法等。仪器法主要包括气相色谱法、液相 色谱法、离子色谱法、示波极谱测定法等。 作为标准检测方法，甲醛的上述测定方法测量 准确度较高，并在不同程度上体现出各自的优点和 特色。但是，由于上面两类方法均需先在监测现场 采集气体样品，再回实验室分析，分析周期长、成 本高、步骤繁琐，不能实时地反映室内空气甲醛污 染的状况及满足现场大批测点的监测需求。所以， 研究室内空气中甲醛的快速检测方法并开发相应测 试仪器就变得十分必要。近年来，国内外出现一些 用于快速检测室内空气中甲醛含量的测量方法，主 要包括光谱法、传感器法、检测管法以及试纸测试 法等。 1 1 光谱法 2 0 0 7 年1 月，程望斌等设计一套光栅式光谱 检测系统【2 】。该系统基于酚试剂分光光度法原理， 利用光谱进行分析测定。检测系统示意图( 见图1 ) 。 兆!隹系统光E自侣愕；臣lI 系j定计簟j亿处3里j；统 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 照 田 色光放横 堇由 显 明醛散电大戤片口不 系 分+系倍滤 转通判 统析统增波换系信断 液蕾统 L 。一- 一 - _ _ - - 一 图1光谱检测系统 溴钨灯发出的光导人甲醛分析液( 甲醛与酚试 剂反应生成嗪，嗪在酸性溶液中被高铁离子氧化形 成蓝绿色化合物，其颜色深浅与甲醛含量成正比) ， 产生的透射光被色散系统分光后，投射到光电倍增 管上，由光电倍增管进行光电转换并送出相应的模 拟信息。模拟信号经前置放大滤波电路进行信号放 大和高频滤波后进入A D 转换模块，模拟信号转 换成数字信号并送入单片机系统存储，通过与计算 机进行串口通信，数字信号送入计算机，最后由驱 动程序将数字信号转换成光谱，显示在计算机上。 通过分析反映吸光度的光谱图，建立甲醛分析液浓 度与对应分析液吸光度之间的线性模型，即可求出 室内空气中的甲醛含量。 1 2 传感器法 采用传感器法快速测定室内空气中甲醛含量可 分为电化学传感器测定法和生物传感器测定法2 种。 1 2 1 电化学传感器法 电化学传感器法依据电 化学反应原理，即仪器通过电压型传感器在控制扩 9 万方数据 现代仪器( w w w m o d e r n i n s t r s o r g c n ) 激豹条件下进行王律。当祥气的气体分子被暖渡裂 电化学敏感电极，经过扩散介质后，在适当的敏感 电极电位下气体分子发生电化学反应，产生一个与 气体浓度成正比的电流，这一电流转化为电压德并 输送给仪表读数载记录。鬟民用建筑工程市志环域污 染控制规范中规定，凡使用仪器在O 曲0 6 0 m g m 3 测定范围内的不确定度 5 ，都可用于空气中甲 醚浓度检测。如英国P P M 4 0 0 型手持式现场E f l 醛 测定仪、美匿I N T E R S C A N 公蠲的4 1 6 0 甲醛测定 义和西本C O S M O S 公司兹X P 3 0 8 帮X P 3 0 81 I 垄 甲醛测定仪。这类仪器检测耗时一般不超过5 m i n ， 监测范围宽、测量精度高。使用这类仪器检测前， 被测房间的门窗瑟密闭2 4 h 以上，空气取样进气墨 至少离建露5 0 c m 以上。 英国P P M 公司生产的手持式4 0 0 型甲醛测定 计基于电化学传感器原理，由两个贵金属电极和适 擞的电解质组成，内置采样系统，传感器产生的电 压与空气中学醛的浓度成正毙，可测定0 0 7 m g m 3 的甲醛。该仪器对甲醛测定专一性不强，其他物质 如酚、醛类和醇类会干扰测定结果，但操作简单， 可用于空气中甲麟的快速半定爨测定。 2 0 0 6 年，爨稿红等采用国标“乙酰丙酮分光 光度法”和4 1 6 01 I 型现场蘸测仪法进行对照实 验，结果表明2 种方法无显著性差异p 】。美豳产 4 1 6 0 型甲醛检测仪是专门用于检测空气中甲醛 含量的数字式宣读仪器，其传感器采用电化学气体 捡溅器，仪器蠢内置果群泵、电化学传感器、显 示器等组成。采样时用泵吸入方式，样气进入传 感器后转换成电信号，电信号与样气浓度成正比， E l l 显示器显示其浓度值。该检测仪检测元件潜命 长，可靠性高。对低浓度警醛测定灵敏度较高，澳| | 量范围耻1 9 9 p p m ，分辨率0 0 1 p p m ，测量准确度 鬟0 0 2 p p m 。 2 0 0 7 年，薛刚等对国标“G B T 1 8 2 0 4 2 6 - 2 0 0 0 瓣试剂比色法”翔X P 一3 0 8 型攀醛分析仪进行样箍 的对鲍实验分辑及显著性检验，得鑫X P 一3 0 8 黧甲 醛分析仪与酚试剂比色法2 种方法无显著性差异的 结论【4 】。日本新宇宙公司生产的X P 一3 0 8 型甲醛分 析仪以直读形式来测定公共场所空气中的甲醛浓 度，其操作篱便、快速。仪器瓣攒气泵、电漶、定 电位电解传感器组成。由泵抽入的气体通过定电位 电解传感器，定电位电解传感器在特定的电位将气 体进行电解，通过测定电解气体所产生的电流而测 褥气体浓度。该仪器的检测范溯为O - - 3 p p m ，簸小 1 0 显示攀位是0 。O l p p m ，最小检测浓度是0 。0 5 p p m 。 2 0 0 7 年4 月，陈晓龙等研究一种便携式室内 甲醛气体实时检测系统。该系统以A T 8 9 S 5 l 单片 机为核心，选用瑞士M e m b r a p o r 公司生产甲醛电 化学传感器井设计采集遘遭，通讯方式采蘧R S 2 3 2 串日，控裁面板用L a b V i e w 开发，最后在控制面 板上最示甲醛气体浓度曲线【5 】。同年7 月，崔玉玲 等也报道利用A T 8 9 S 5 1 单片机、电化学式甲醛传 感器检测室内空气的研究结果嘲，该测试仪可同时 检测室内空气中的瀑度、湿度、甲醛、C O ：的含量， 并根据用户设定的报警值相应进行脓控报警。 基于电化学原理的便携式甲醛分析仪体积小巧 便于携带，操作简单，可以直接测定甲醛浓度。但 却不逶仑对室逛空气审的低浓度甲黧进行测定；其 次在受到湿度、共存干扰物质影响的情况下，也无 法得出比较准确地测蹙数据；同时仪器的传感器使 用寿命也对甲醛测定结果带来较大影响，长时间使 用会造成仪器的稳定性下降。 1 。2 2 生物传感器法1 9 8 3 年，G u i l b a u l t 将甲醛 脱氢酶( F A D H ) 涂覆在压电晶体上研制出甲醛生物 传感器，在N A D + 和还原谷胱甘肽存在下，甲醛 被F A D H 催化氧化成翠酸，造成压电晶体的震荡 频率在一定电场下发生变化，从两溅定空气中甲醛 浓度。该传感器可稳定l O d ，对甲醛测定专一，线 性范围为1 3ug m - 1 3 m g m 。 1 9 9 6 年，H a r m m e r l e 等研制出用透析膜隔成两 部分觞电亿学浊甏戏的泽醛生物簧感器耵j ，利嫣斡 酶促反应原理同上，只是F A D H 固定在工作电极上。 该传感器可存放较长时间，连续使用7 h 无活性衰减 表现，检测限为0 4 m g m 3 ，线性响应可达8 m g m 3 。 1 。3 检测管法 检测管法是用化学试剂浸泡过的载体徽指示 剂，将指示剂装入细长的玻璃管中，然后采用主动 或被动的取样方式，将现场空气以一定的速度抽过 检测管。气体孛的甲醚分子与管中的指示裁发生化 学反澎使之呈现一定的颜色，根据变惫的深浅与事 先制作的标准比色板比较确定空气中甲醛浓度( 比 色检测) ，或者根据指示粉变色长度来确定被检测 空气中甲醛的含量( 比长检测) 。 采逶气体检测管法梭测擎醛含量，梭测速度较 快，检测范围为0 4 m g m 3 ( O E M 贴牌生产的系列 产品) ，但使用时需要一定的动力采样设备，易受 采样地点、场所、条件的限制。1 9 9 8 年，袭著革等 研究主动式毙长型甲黪检测管、2 0 0 4 年郑春生等研 万方数据 综述与专论 究比色型甲醛检测管时均采用相应的动力采样器。 基于气体分子扩散和化学吸收的原理，1 9 9 6 年余倩等研究不需动力采样的集采样和分析于一体 的被动式甲醛检测管。检测管内的惰性担体上浸渍 酚酞一亚硫酸钠溶液，遇甲醛后显色，显色长度的 平方与甲醛浓度及采样时间的乘积成线性关系。检 出下限为1 7 0 “g L ( 采样时间1 5 h ) 。该检测管在避 光条件下保存，保存期约为3 ×3 0 d 。1 9 9 7 年，余倩 等又研制改进型甲醛被动式检测管，吸收液以碱性 品红一亚硫酸钠体系取代，检出下限为1 5ug L ( 采 样时间为5 h ) 。该检测管制作简单、价格较低、携 带方便，具有较高的灵敏度，但由于检测管的检测 限较低，不适用浓度较低的操作环境；同时被动式 甲醛检测管显色体系的稳定性尚有待研究，因而制 约检测管的使用周期，所以其距离商品化尚有距离。 除检测管法以外，其它类似的甲醛快速检测方 法还包括试纸检测法和空气中甲醛一次性比色速测 包等。这些方法均基于比色法，通过选择特定试剂 作为显色剂，通过不同的取样方式，使被测样品和 显色剂发生显色反应，显色剂的色阶变化与空气中 的甲醛浓度成正比，通过与标准比色卡的对比，定 性或者半定量的估算出空气中甲醛的浓度。上述方 法制作成本低、测定一个试样一般需要3 5 m i n ，操 作简便，但是由于该类产品中的比色卡色阶之间相 差0 2 m g m 3 ，而室内空气中甲醛浓度的限量标准 是不超过0 1 m g m 3 ，因此目前只限于定性或半定 量的检测，同时由于个人对颜色鉴别的个体差别性 较大，也导致其测量准确性降低。 2 甲醛检测仪的性能对比 近年来，一些甲醛快速测定仪相继出现，这些 仪器中，除日本专利采用一种气固反应产生颜色长 短检测甲醛外，其余全部采用电化学方法，如英 国P P M 4 0 0 型甲醛测定仪、美国E S C 公司甲醛测 定仪等。上述甲醛测定仪便携、分析速度快，但仪 器价格较高；在受到湿度、共存干扰物质影响的情 况下，准确度较低，同时，仪器的传感器使用寿命 也对测定结果带来较大影响，长时间使用会造成仪 器稳定性的下降。国内用于快速测定室内甲醛浓度 的典型仪器如长春吉大小天鹅仪器有限公司生产的 G D Y 1 0 1 系列室内空气甲醛现场测定仪。该仪器 按照国标方法( 光度分析法) 对室内空气中甲醛进 行现场检测，其价格较低，测量准确，适用于我国 国情及市场。国内外空气中甲醛测定仪性能比较( 见 表1 ) 。 3 甲醛快速检测方法的发展趋势 作为目前室内空气中的首要污染物，甲醛的检 测力求快速简便。从定性或半定量的检测角度而言， 基于显色物质长度变化的比长法操作简单、测试时 间较短，无须动力采样系统，发展空间较大。从精 确测量的角度而言，目前还没有一种较为理想的甲 醛现场快速检测方法。光谱法测量准确，但由于光 学器件对环境要求较高。传感器法检测甲醛研发空 间较大，具有一定的应用前景，但是必须克服电化 学传感器寿命短、价格较高的不足。针对目前甲醛 检测技术中存在的上述问题，适时研究简便、快速， 灵敏的甲醛在线检测方法，以便实时监测装修居室 内的空气污染状况，保障人们身体健康将是该领域 今后研究工作的重心。现有的新兴技术，如光谱分 析、生物传感器等的引入为甲醛的快速检测提供更 为广阔的探索空间。 表1国内外空气中甲醛现场测定仪和甲醛检测管的性能比较 万方数据 现代仪器( w w w m o d e r n i n s t r s o r g c n ) 参考文献4 薛雕。x p 一3 0 8 鍪荦懿分辑纹与酚试裁法溺定空气孛甲醛 l 刘建昌室内甲醛的释放规律及快速检测方法，环境， 浓度的对比研究，建筑科学，2 0 0 7 ，2 3 ( 5 ) ：5 9 6 0 2 0 0 6 S I ：8 7 。8 9 5 陈晓龙，黄元庆室内空气甲醛气体实时检测设计，中 2 程望斌，黄鹰光谱法测定室内空气中甲醛浓度，应用 国仪器仪表，2 0 0 7 ，4 ：6 4 6 6 光学。2 0 0 7 ，2 8 1 ) ：1 0 5 1 0 8 6 崔玉玲，贺廉云。基于A T 8 9 S 5 1 的室内室气质量测试仪， 3 銎蓓红，蓦三惠，寒麸竞等。翔纯学法纛瑗弱检测仪法 农瞧装备与车赣工程，2 0 0 7 ，9 ：6 0 - - 6 1 ，7 3 测定室内空气中甲醛的对照实验，临沂师范学院学报， 7 杨秀莲·室内空气中甲醛的检定，企业标准化，2 0 0 5 ，6 ： 2 0 0 6 ，2 8 ( 6 ) ：7 1 7 4 6 0 - 6 1 R a p i dD e t e r m i n a t i o no fF o r m a l d e h y d ei nI n d o o rA i r W a n gL i j i e C a iL i j u a n B a iY a m e iL i nL i n ( C o l l e g eo fM e a s u r e - C o n t r o lT e c h n o l o g ya n dC o m m u n i c a t i o nE n g i n e e r i n gH a r b i nU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , H a r b i n15 0 0 8 0 ) A b s t r a c tT h eh a z a r da n dc o n v e n t i o n a ld e t e r m i n a t i o nm e t h o d so ff o r m a l d e h y d ei ni n d o o ra i ra r es u m m a r i z e d a n dn e c e s s i t yf o rr a p i dd e t e r m i n a t i o no ff o r m a l d e h y d ei se x p o u n d e d 。T h er a p i dd e t e r m i n a t i o nm e t h o d so f f o r m a l d e h y d ei ni n d o o ra i rs u c ha ss p e c t r am e t h o d ，s e n s o rm e t h o d ，d e t e c t i n gt u b ea n dp a p e rm e t h o da r ea n a l y z e d P e r f o r m a n c ei n d e x e so ft y p i c a lf o r m a l d e h y d ed e t e c t o rb o t hh o m ea n da b r o a da r ec o n t r a s t e d a n dt h er e s e a r c h d i r e c t i o na n dd e v e l o p i n gt r e n da r ea l s oi n d i c a t e d 。 K e yw o r d sF o r m a l d e h y d eR a p i dd e t e r m i n a t i o nF o r m a l d e h y d ed e t e c t o r ( 上接第5 页) A n a l y t i c a lm e t h o d sa n dm i g r a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o nl a w so f P C B si nn a t u r a lw a t e r s S h a n gX i a o y a n G a o J i a n p e i P a nX u e j u n ( F a c u l t yo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y , K u n m i n g 6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ) A b s t r a c tT h i sa r t i c l ew a sa no v e r v i e wo ft h eP C B so f c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dt o x i c i t y , w h i c hs u m m a r i z e dt h e S a m p l eP r e p a r a t i o na n da n a l y s i sm e t h o d so fP C B si nw a t e re n v i r o n m e n t ，i n c l u d i n gs u r f a c ew a t e r , s e d i m e n ta n d b i o l o g i c a la g e n t s 。I ta l s od i s c u s s e dt h em i g r a t i o na n dd i s t r i b u t i o no fP C B si na q u a t i ce n v i r o n m e n t ( s u r f a c ew a t e r , s e d i m e n ta n db i o l o g i c a la g e n t s ) K e yw o r d sA q u a t i ce n v i r o n m e n tS a m p l ep r e p a r a t i o n G C - - E C DG C ·- M S M i g r a t i o na n dd i s t r i b u t i o n ( 下接第 5 贾) T h er e s e n td e v e l o p m e n to fl i v es c i n s ei n s t r u m e n ta n di t sa p p l i c a t i o n L iC h a n g h o u ( R e s e r c hC e n t r eo fB i o t e c h n o l o g y , C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s ，S h a n g h a i2 0 0 2 3 3 ) A b s t r a c tT h i sp a p e rg i v e sab r i e fi n t r o d u c et ot h er e c e n td e v e l o p m e n to fL i v eS c i n s eI n s t r u m e n ta n di t s a p p l i c a t i o n M e a n w h i l e ，p u tf o r w a r dI t si m p o r t a n c e K e yw o r d sL i v es c i n s ei n s t r u m e n tA p p l i c a t i o nD e v e l o p m e n t 1 2 万方数据