室内甲醛含量自动检测系统的设计与实现

室内空气环境甲醛含量对人体健康有深远影响。通过各类方法检测甲醛含量在**内外已屡见不鲜。本文从甲醛污染的来源,甲醛检测标准,目前市场上甲醛检测措施,化学分光光度法检
 
测甲醛及未来甲醛检测展望等方面进行综述。
 
1 甲醛简介
 
甲醛,别名蚁醛,属于**简单的醛类物质,其分子式为“HCHO”,分子空间构型为平面三角形,碳原子以 SP2 杂化轨道成键,为极性分子。它是一种无色气体,有强烈刺激性气味,熔点 - 118 ℃ ,沸点 - 19. 5 ℃ ,易挥发,易溶于水、醇、醚等有机溶剂,通常以水溶液形式出现,35% ~ 40% 的甲醛水溶液称作福尔马林。化学性质较活泼,具有大部分醛的性质。甲醛可发生亲核加成反应,与氢氰酸、亚硫酸氢钠,醇等都可加成。极易氧化,浓溶液长期放置,多个甲醛分子聚合成多聚甲醛。
 
甲醛中毒突出表现为头晕、头痛或恶心、呕吐,严重的记忆力
 
[1]
减退,甚**死亡 。
 
2 甲醛在体内的代谢和甲醛毒理学效应
 
2 . 1  甲 在体内的代
 
甲醛进入人体的形式一般是由呼吸道和肠胃道吸收,也可经皮肤吸收,但吸收甚微。甲醛经呼吸道进入人体,主要沉积于鼻腔,而体内的甲醛含量**高位于肺组织,血、脑、肝、肾中也会有所出现。但是因为甲醛在人体内代谢较快,除鼻、气管等直接接触甲醛的器官之外,其他远离这些接触器官的组织都很少直接受到
 
[2]
甲醛的作用 。甲醛在人体内的生物转化可以自身解毒。一部分进入体内的甲醛不会与大分子物质反应,而是迅速被甲醛脱氢酶( FDH) 和醛脱氢酶氧化,生成甲酸盐。或者在其他酶和辅酶
 
I( NAD) 作用下与还原型谷胱甘肽反应生成中间产物 S———甲酰谷胱甘肽,之后中间产物 S 再生成甲酸。甲醛脱氢酶存在于肝脏及红细胞内的细胞之中,需依赖谷胱甘肽( GSH) ,而醛脱氢酶则存在于线粒体中,不需要依赖谷胱甘肽。甲醛被氧化生成的甲酸盐大部分在甲酰四氢叶酸合成酶催化作用下与四氢叶酸反应生成甲酰四氢叶酸。甲酰四氢叶酸再被氧化成二氧化碳,二氧化碳由呼吸道排出。还有一小部分的甲酸盐未与其他物质反应直接经肾脏随尿排出。
 
一部分进入体内的甲醛能够与氨基酸或蛋白质的氨基结合,从而使酶系统与某些结构发生凝固,进而影响细胞的一些功能。此外,甲醛进入体内还能与核酸共价结合生成加合物。
 
2. 2 甲 毒理学效
 
人体的多种器官、系统都会涉及甲醛的毒性。甲醛对人体**明显的健康危害是对眼与呼吸系统的刺激。甲醛刺激人体的中枢神经系统及局部组织的神经源性炎症,从而使人产生头痛、恶心、咳嗽、流泪等症状,其对眼及对上呼吸道的刺激阀分别为
 
0. 01 mg /m3 ~ 2. 00 mg /m3  和 0. 1 mg /m3  ~ 2. 5 mg /m3 ,室内甲醛
 
浓度达到 12 mg /m3 ~ 24 mg /m3 时,会有头痛、呼吸困难等症状出现,大于 60 mg /m3 时有可能导致肺炎或肺气肿,严重者死亡。主要是由于 IgE 介导的 I 型变态反应引起哮喘等症状,甲醛对氨基酸及蛋白质的凝固造成对组织的刺激。甲醛具有神经毒性。某
 
些暴露人群疲劳、反应变慢、情绪波动、出错记录增多、记忆困难等神经症状就是由于其吸入一定量的甲醛引起的,通常吸入量超过 0. 20 mg /m3 时就会出现以上现象。研究表明,甲醛对脑细胞和遗传物质都有影响。此外,甲醛具有致癌作用,甲醛暴露者是非甲醛暴露者发生胃癌概率的 2. 9 倍。体细胞染色体会受到气态甲醛的明显损伤,以使人体致癌。甲醛还具有生殖毒性,高剂量的甲醛通过影响锌、铜从而氧化脂质,损伤人体生殖细胞遗传物质。据调查表明,妇女因接触甲醛导致受孕时间被明显推迟,
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而且自发流产的危险性也增加了 。
 
3 室内空气中甲醛污染来源和室内甲醛检测标准
 
3 . 1  室内空气中甲  染来源
 
建材、装饰物、燃料不完全燃烧、地毯等合成织物、食品添加剂释放等是室内空气污染的主要来源。其中建筑材料及装饰物释放**多,细木工板、刨花板、复合地板、强化地板、中胶合板密度纤维板用做室内装饰,这些人造板的胶粘剂主要是脲醛树脂。脲醛树脂是一种氨基树脂胶粘剂,由甲醛和尿素聚合而成,粘合性较强,能够防虫、防腐,具有加强板材的硬度的功能。由于脲醛树脂主要成分是甲醛,板材中还会存在一些未参与反应的残余甲醛。这些甲醛会慢慢释放,释放期很长,一般是 15 年到数十年。
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更有甚者在水发食品和冰冻水产品中直接添加福尔马林 。
 
3. 2 室内甲    准
 
目前我**发布的与室内环境相关的甲醛检测的标准主要有以下三种:
 
1) 中华人民共和****家标准《居室空气中甲醛的卫生标准》与 GB 50325-2001 民用建筑工程室内环境污染控制规范规定:
 
在工程验收时**进行室内环境甲醛含量检测,检测结果应符合标准。其中一类建筑工程甲醛限量为 0. 08 mg /m3 ,二类建筑工程为不大于 0. 12 mg /m3 。
 
a. 一类建筑: 住宅、医院、老年建筑、幼儿园、学校教室等。
 
b. 二类建筑: 办公楼、商店、旅馆、文化娱乐场所、书店、图书

馆、展览馆、体育馆、公共交通场所、餐厅、理发店等。
 
2) 中华人民共和****家标准《实木复合地板》规定:
 
A 类实木复合地板甲醛释放量不大于 9 mg /100 g;
 
B 类实木复合地板甲醛释放量大于 9 mg/100 g ~ 40 mg/100 g。
 
3) 《**家环境标志产品技术要求———人造木质板材》规定:人造板材中甲醛释放量应小于 0. 20 mg /m3 ; 木地板中甲醛释放量应小于 0. 12 mg /m3 。
 
4) **家质量监督检验检疫总局在 2001 年 12 月 10 日发布了
 
《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》的**家标准,其中室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放强制性限
 
量值 5 mg /L。我** GB /T 14732-93 规定了游离甲醛释放量小于 
40 mg /100 g。
4  室内微量甲醛检测
4. 1  目前市 上的甲   措施
目前市场上检测室内甲醛含量的主要措施及其特点有:
1) **家相关质检部门上门检测。该措施采用**家规定的检
测方法———分光光度计化学分析法进行测试,技术人员需在现场
 
进行空气采样,然后在实验室进行相应技术分析。其特点是数值
 
**、抗干扰性强,整个过程需要一整套精密的检测仪器并配制
 
 
**的试剂。
2) 精密电子仪器检测,目前市面上可见的电子仪器检测设备
种类繁多且价格不一,但整体价格较高。该方法在环境现场即可
测出甲醛含量相关数据,通过电子屏幕即可清晰读出相关数据,
**度比较高,但造价成本的高额导致每台仪器市场售价均需要
 
上万元,对于居室的甲醛含量检测这类家庭式需求稍显浪费且利
 
 
用率低。
3) 甲醛检测管,主要分为比色型检测管与比长型检测管两
种。比色型即用检测管通过一定的速度抽取室内环境空气,抽取
的气体中的甲醛分子会与检测管中的指示剂发生化学反应呈现
出一定的颜色,与制作好的标准比色卡比较,即可确定空气中甲
 
醛的浓度。目前在市场上的该类甲醛检测管需配合相关空气检测
 
仪一起使用,检测范围为 0 mg /m3 ~ 4 mg /m3 。
4) 甲醛检测液,一般采用酚试剂法,化学反应变色后与比色
卡进行比色。这种方法虽然成本低,但检测过程需耗时近 1 h 左
右,时间长。
4. 2  分光光度法  室内微量甲
近年来,随着人们生活水平的提高,家庭装修成为一种时尚,
随之而来的低浓度污染物也逐渐被人们重视,甲醛就是主要代表
污染物之一。建立一种简易高效的甲醛检测方法对人们的生活
具有重要意义。分光光度法设备简单、测量准确,不受经济条件、
人员水平的限制,因而在检测甲醛方面得到广泛应用。
4. 2. 1 采样方法  
分析检测甲醛时采样方法主要有主动采样法、被动采样
[5]   [6] 、液滴采样法等。
、固体吸附法  

4. 2. 2 吸收剂的选择
 
上述几种采样法都需要吸附剂的配合,主要有液体吸收剂和
 
固体吸收剂。
 
1) 液体吸收剂。近年来**内外吸收微量甲醛普遍采用的液
 
[7] 、付品红( PRA) 、铬变酸( CTA) 、三甲
体吸收剂有水、乙酰丙酮
氨基乙酰肼( GIRARD) 、3-甲基-2-苯并噻唑酮腙( MBTH) 等。
 
2) 固体吸收剂。固体吸收剂主要有 2,4-二硝基苯肼 ( DN-
 
PH) ,薄膜材料及多孔性表面活性物质脱附。4. 2. 3 化学分析方法
 
  [8]   [9] ; 3) 变色酸( CTA) 法; 4) 酚
1) 乙酰丙酮法 ; 2) 副品红法
[10] ; 5) AHMT 分光光度法; 6) 间苯三酚法; 7) 盐酸苯肼法;
试剂法
8) 酶法; 9)   [11]  
高浓度甲醛碘量法  

5  前景展望          
室内空气环境中微量甲醛检测方法还可作如下的进一步研
究: 1) 研究适用于液滴采样法的敏的采样方法快速灵和吸收剂及
湿度 温度 风速 光照等环境因素的影响; 2 ) 研究新的分离分析
、  、          
方法,如将示波极谱法 激光吸收法 荧光法等与其他高选择性高
        )
灵敏度的多元素手段相结合,提高分析速度 选择性和灵敏度; 3  
         
研究能集采样 分析于一体的室内空气环境微量甲醛的微型化分析监测仪器。