室内空气中甲醛的快速检测

1、室内空气中甲醛的快速检测摘 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 引言近年来，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60%94%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0.08

2、mg/m3 的310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0.08mg/m3。当甲醛含量为0.1mg/m3时，就 有异味和不适感；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30mg/m3 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，实时快速地检测室内空 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

3、副玫瑰苯胺法、42 氨基232联氨252巯基21,2,42三氮杂茂（简称 AHMT）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

4、以及试纸测试法等。1.1光谱法2007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）。光谱检测系统漠钨灯发出的光导入甲醛分析液（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

5、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 现代仪器（）二。八年第四期 10散的条件下进行工作。当样气的气体分子被吸收到 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值并 输送给仪表读数或记录。民用建筑工程

6、市内环境污 染控制规范中规定，凡使用仪器在00.060mg/m3 测定范围内的不确定度V 5%，都可用于空气中甲 醛浓度检测。如英国PPM400型手持式现场甲醛 测定仪、美国INTERSCAN公司的4160甲醛测定 仪和日本COSMOS公司的XP308和XP308 II型 甲醛测定仪。这类仪器检测耗时一般不超过5min， 监测范围宽、测量精度高。使用这类仪器检测前， 被测房间的门窗要密闭24h以上，空气取样进气口 至少离地面50cm以上。英国PPM公司生产的手持式400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 量的电解质组成，内置采样系统，传感器产生的电 压与空气中甲醛的浓度成

7、正比，可测定0.07mg/m3 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， 可用于空气中甲醛的快速半定量测定。2006年，吕蓓红等采用国标“乙酰丙酮分光 光度法”和4160 II型现场监测仪法进行对照实 验，结果表明2种方法无显著性差异3。美国产 4160 II型甲醛检测仪是专门用于检测空气中甲醛 含量的数字式直读仪器，其传感器采用电化学气体 检测器，仪器由内置采样泵、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， 由显示器显示其浓度值。该检测仪检测元件寿命 长、可靠性高。对低浓度甲醛测

8、定灵敏度较高，测 量范围019.9ppm，分辨率0.01ppm，测量准确度 W 0.02ppm。2007 年，薛刚等对国标“GB/T18204.26-2000 酚试剂比色法”和XP-308型甲醛分析仪进行样品 的对比实验分析及显著性检验，得出XP-308型甲 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XP-308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，其操作简便、快速。仪器由抽气泵、电池、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 得气体浓度。该仪

9、器的检测范围为03ppm，最小 显示单位是0.01ppm，最小检测浓度是0.05ppm。 2007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AT89S51单片 机为核心，选用瑞士 Membrapor公司生产甲醛电 化学传感器并设计采集通道，通讯方式采用RS232 串口，控制面板用LabView开发，最后在控制面 板上显示甲醛气体浓度曲线5。同年7月，崔玉玲 等也报道利用AT89S51单片机、电化学式甲醛传 感器检测室内空气的研究结果6，该测试仪可同时 检测室内空气中的温度、湿度、甲醛、CO2的含量, 并根据用户设定的报警值相应进行监控报警。基于电化学原理的便携式甲醛分析

10、仪体积小巧 便于携带，操作简单，可以直接测定甲醛浓度。但 却不适合对室内空气中的低浓度甲醛进行测定；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量数据；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1983年，Guilbault将甲醛脱氢酶（FADH）涂覆在压电晶体上研制出甲醛生物 传感器，在NAD+和还原谷胱甘肽存在下，甲醛 被FADH催化氧化成甲酸，造成压电晶体的震荡 频率在一定电场下发生变化，从而测定空气中甲醛 浓度。该传感器可稳定10d，对甲醛测定专一，线 性范围为 13p g/m313mg/m

11、3。1996年，Harmmerle等研制出用透析膜隔成两 部分的电化学池制成的甲醛生物传感器7，利用的 酶促反应原理同上，只是FADH固定在工作电极上。 该传感器可存放较长时间，连续使用7h无活性衰减 表现，检测限为0.4mg/m3，线性响应可达8mg/m3。 1.3检测管法检测管法是用化学试剂浸泡过的载体做指示剂，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。气体中的甲醛分子与管中的指示剂发生化 学反应使之呈现一定的颜色，根据变色的深浅与事 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

12、的含量（比长检测）。采用气体检测管法检测甲醛含量，检测速度较 快，检测范围为0.4mg/m3（OEM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。1998年，袭著革等 研究主动式比长型甲醛检测管、2004年郑春生等研 11二。八年第四期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，1996 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-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170p g/L（采样时间1

13、.5h）。该检测管在避 光条件下保存，保存期约为3X30d。1997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15p g/L（采 样时间为5h）。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

14、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35min，操 作简便；但是由于该类产品中的比色卡色阶之间相 差0.2mg/m3，而室内空气中甲醛浓度的限量标准 是不超过0.1mg/m3，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PPM400型甲醛测定仪、美国ESC公

15、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 GDY-101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