有害气体检测技术之专利分析

杨华荣

人的生存离不开空气，环境质量的好坏对身心的健康非常重要。近年来，由于环境污染而引起的人口健康问题越来越突出，已经引起全球各国的关注。我国政府从关心人民的健康出发，从1987年开始，卫生部颁布了《公共场所卫生管理条例》，接着又提出了7类28种公共卫生场所的卫生标准，对室内空气中风速、温度、新风量、一氧化碳、二氧化碳、甲醛、氨气、细菌总数等要求进行检测，随后又颁布了室内空气中甲醛、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等卫生标准。鉴于室内空气中有害气体的严重危害，国内外提出了多种检测方法，对于有害气体主要分为仪器法、化学分析法和传感器法。下面将对几种典型方法的发展脉络进行详细分析。

1.仪器法

仪器法主要包括色谱法、极谱法和光谱法。这些方法可以对空气中的甲醛、VOCs、苯系物等进行检测。

其中色谱法是最常见的一种检测方法，可以具体细分为气相色谱、高效液相色谱和离子色谱。色谱仪的体积比较大，不适合便携式的检测仪器使用，但是其检测结果准确，该技术的专利申请多见高校。极谱法[1]所用的仪器也比较昂贵，极谱定量分析的依据是极限扩散电流与被测离子的浓度成正比的关系[2]。因为关于极谱法检测空气的专利申请较少，这里不再探讨。

光谱法是新兴的一种检测空气中有害气体的方法，目前使用较多，通过气体污染物吸收特征波来测定其含量。光谱检测系统主要包括光学系统、光电信号采集系统和计算机处理系统[3]。

如早期采用该方法进行检测空气质量的德国专利DE19716388A1，申请日为1997年4月18日，采用红外吸收的方法检测起居室内碳氧化物的含量，再如我国的专利CN101105446A，申请日为2008年1月16日，公开了一种差分吸收光谱空气质量检测系统，

光源发射装置和光源接收装置将光源发出的光形成穿过所检测气体的光路，所产生的光信号经光纤传入光谱仪，再通过光电转换设备将光信号转换成电信号，最后由数据处理系统先采用傅立叶变换的信号分析方法对光谱进行处理，得到检测气体的吸光度曲线，并根据吸光度曲线的强度，结合Lambert-beer定律得出检测气体的浓度。

光谱法检测系统不受显色时间的严格限制，在实际的操作过成当中很容易达到，而且测试成本不高，所以被广泛的使用。

2.化学分析方法

化学分析方法中常采用的是分光光度法，所采用的设备是分光光度计，是基于分子结构不同的物质对电磁辐射的选择性吸收而建立的一种定性及定量的方法。化学分析法檢测结果可靠，系统稳定，并且应用成熟广泛，但是这类方法的最大的缺点就是分析周期长，操作繁琐，室内空气中甲醛的含量检测通常使用该方法[4]。

如早期使用分光光度法检测空气中甲醛含量的苏联专利SU1330521A1，申请日为1985年11月20日，其核心技术方案为将含有甲醛的空气被溶剂溶解，放入样品池中进行检测；类似的专利还有：SU1427258A1，申请日为1987年2月25日。CN1071255A是我国早期使用分光光度法检测的专利，申请日为1993年4月21日，采用分光光度法测量空气中二氧化碳的浓度；近期的我国专利CN204359678U，申请日为2015年5月27日，其室内空气检测仪采用采用酚酞试剂分光光度法，类似的专利还有CN203455272U，申请日为2014年2月26日，采用一个分光光度检测瓶检测空气中甲醛和氨的浓度。

3.传感器法

利用传感器法对空气质量进行逐渐成为当今社会最为流行的一种技术手段。在空气质量检测方面发挥重要作用的主要有：电化学传感器法和生物传感器法等。目前我国的空气质量检测专利申请大多采用传感器来进行检测，而其中最常用的是电化学传感器，传感器由两个贵金属电极和合适的电解质组成。早期的日本专利JPH02196956A，申请日为1990年8月3日，采用电化学传感器法检测碳氧化物、氢、氧气等，如图所示，在导电性基板13上设置电极20、30、40，利用电解质50溶解气体，从而在电极上产生电压，被测气体浓度与电压成正比，通过检测电压的大小得到被测气体的浓度。

生物传感器也有较久的历史，早期利用空气传感器检测的是空气的湿度，密度等，在后来运用到有害气体物质的检测。在1983年，Guilbault研制出甲醛生物传感器（Guibault G G. Determination of Formaldehyde with an Enzyme-Coated Piezoeletric Crystal Detector. Analytical Chemistry，1983，55：1882-1884），用此检测空气中甲醛物质的含量。而该技术在中国出现较晚，在2000年以后。

早期的美国专利US3958938A，申请日为1974年12月16日，利用生物传感器检测空气样本中水蒸气的含量，专利CS273592A，申请日为1992年9月1日，采用生物传感器检测空气、水、土壤等中的有机物。而利用生物传感器检测空气质量的技术在中国出现较晚，例如CN102020219A，申请日为2009年9月23日，采用生物传感器检测空气中甲苯类有机污染物的含量，CN102435652A，申请日为2012年5月2日，采用一种酶生物传感器检测甲醛气体的含量。

结语

本文探究了空气中气体有害物的检测原理。通过对有害气体检测的技术发展路线分析发现，色谱法和极谱法测量仪器比较复杂，不适合便携式的检测仪器使用，而光谱法是一种新兴的方法，被广泛使用；传感器法被广泛应用于空气质量检测仪当中，采用该方法的专利申请在我国大量出现。空气质量问题已经引起我国各界人士的重视，在已有的技术条件下，只有不断探索和创新，才能防患于未然，顺应时代发展。

参考文献：

[1]杨正良等，极谱仪应用的最新进展，第42卷第11期，2014年6月

[2]朱丽芳，空气中甲醛测定方法综述，环境污染防治，第13卷第3期，1991年

[3]程望斌，光谱法测定空气中甲醛浓度的方法研究，华中科技大学硕士论文，2006年4月

[4]杜鹃，便携式现场甲醛检测仪的设计，郑州大学，硕士论文，2010年5月