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        三點(diǎn)比較式臭袋法測定臭氣的應(yīng)用與改進(jìn)

        2023-05-26 08:33:48譚穎儀
        能源與環(huán)境 2023年2期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)

        譚穎儀

        (廣州市生態(tài)環(huán)境局荔灣環(huán)境監(jiān)測站 廣東廣州 510000)

        惡臭是世界七大環(huán)境危害之一,其特點(diǎn)是對(duì)人的心理產(chǎn)生較大的影響[1-4]。按照國家有關(guān)部門的規(guī)定,根據(jù)氣體中的組成成分將臭味氣體分為不同種類,其中造成氣體惡臭的成分常見的包括以下8 項(xiàng):氨氣、三甲基胺、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲基二硫醚、二硫化碳和苯乙烯。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,單個(gè)儀器通常只能檢驗(yàn)單個(gè)上述8 種臭味氣體的濃度值。在國家要求的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 《空氣質(zhì)量惡臭的測定 三點(diǎn)比較式臭袋法》(GB/T 14675—93)中,規(guī)定了測定環(huán)境空氣及各類惡臭污染源以不同形式排放的臭氣的方法,適用于環(huán)境空氣、無組織排放監(jiān)控點(diǎn)空氣和固定污染源廢氣樣品中臭氣的測定。該方法是嗅覺器官測定法,不受臭氣物質(zhì)種類、種類數(shù)目、濃度范圍及所含成分濃度比例的限制。

        在實(shí)際操作中,進(jìn)行嗅探試驗(yàn)時(shí),當(dāng)污染物氣體樣品的濃度較高,并且氣體的濃度差距較大時(shí),三點(diǎn)比較式臭袋法規(guī)定由嗅辨員確定初始稀釋比,但很容易因?yàn)殚_始設(shè)置的稀釋比太高,導(dǎo)致出現(xiàn)無法確定出測試結(jié)果的情況,需要進(jìn)行多次的重復(fù)性試驗(yàn)[5-8]。

        1 三點(diǎn)比較式臭袋法的原理

        當(dāng)儀器用于監(jiān)測混合氣體的濃度時(shí),它們有時(shí)無法檢測到,但嗅辨員可以感覺到。采用三點(diǎn)比較式臭袋法,根據(jù)人體的容忍程度控制臭味超標(biāo)程度。

        使用三點(diǎn)比較式臭袋法時(shí)應(yīng)該注意,必須先將3 個(gè)無異味袋中的其中2 個(gè)裝滿無味空氣,剩下1 個(gè)裝滿部分稀釋的惡臭氣體樣品,當(dāng)嗅辨員正確識(shí)別有臭氣的臭袋后,再逐級(jí)進(jìn)行稀釋嗅辨,直至稀釋樣品中的臭氣濃度低于嗅覺閾值。每個(gè)樣品由多個(gè)嗅辨員進(jìn)行嗅探比較,最終根據(jù)嗅辨員的個(gè)體閾值和嗅辨組成員的平均閾值來確定惡臭濃度。

        2 三點(diǎn)比較式臭袋法的應(yīng)用

        2.1 嗅辨員的選擇

        選擇不吸煙、嗅覺正常的年齡在18~45 歲之間的嗅辨員。將3 張無味紙的一端浸入無味液體中1 cm(陰性)處,另2 張浸入上述1 種標(biāo)準(zhǔn)有味液體中1 cm(陽性)處。分別取出后,將5 張無味紙平行放置,間隔30 cm,以便受試者聞一聞并識(shí)別。當(dāng)受試者能夠正確嗅出并識(shí)別被有氣味液體污染的紙張時(shí),再根據(jù)上述方法嗅出并鑒別其他4 種標(biāo)準(zhǔn)有氣味液體。能夠嗅出并識(shí)別5 種氣味液體的人可以充當(dāng)嗅辨員,本次實(shí)驗(yàn)選擇出6 名嗅辨員。

        一般來說,嗅覺辨別能力和嗅覺敏感性會(huì)隨著嗅辨員年齡的增長而有所下降,且年齡越增大,嗅覺敏感性越下降。通常情況下,女性的嗅覺敏感性略低于男性,尤其是女性在生理期嗅覺更差。因此,不同年齡組成或性別比例的嗅覺辨別組在同一樣本上的判斷將存在不同。普遍認(rèn)為,差異的偏離程度與年輕嗅覺者和男性嗅覺者的比例呈正相關(guān)關(guān)系。

        2.2 樣品現(xiàn)場采集

        在廣州大渦垃圾中轉(zhuǎn)站進(jìn)行采樣工作,記錄溫度、壓力、濕度和風(fēng)速等氣象條件。在排土場邊界用氣囊取樣,取樣方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的8 個(gè)方向:東方向、南方向、西方向、北方向、東北方向、西北方向、西南方向和東南方向等。在應(yīng)用氣囊采氣之前,必須在現(xiàn)場對(duì)臭氣樣品進(jìn)行充氣放氣操作3 次,不得使用氣動(dòng)裝置(如氣泵等)填充。取樣后,貼上標(biāo)簽并避光,然后立即帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行嗅覺分析。

        按照惡臭排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,工業(yè)界無序排放的取樣地點(diǎn)是在下風(fēng)向以及氣味明顯(可以選擇最臭的地點(diǎn))的工業(yè)環(huán)境中,并考慮具體的排放源、排放點(diǎn)、排放時(shí)間、排放方式等。連續(xù)2 h 不間斷檢測排放源間隔1 次,共4 次,以獲得最大值。最大氣味下的連續(xù)排放源樣品采集次數(shù)≥3 次取樣,取其最大值。取樣應(yīng)反映來源對(duì)污染的貢獻(xiàn),并盡可能對(duì)惡臭貢獻(xiàn)最大的污染物進(jìn)行取樣,同時(shí)考慮到環(huán)境影響,保證采集的樣品具有普遍適用性。

        2.3 樣品稀釋

        實(shí)驗(yàn)室管理者要熟悉實(shí)驗(yàn)流程,了解樣品中的臭味,從而對(duì)樣品進(jìn)一步處理。注意試驗(yàn)袋應(yīng)清潔,不透氣,清除試驗(yàn)袋的硅膠塞異味;如果樣品溫度較高,則易于辨別,不可立即混合氣體,應(yīng)放置一段時(shí)間,直到樣品溫度冷卻至室溫后進(jìn)行稀釋處理。用注射器將臭氣樣品注入試驗(yàn)袋后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的處理原則,必須關(guān)閉無味袋中的所有針頭,以防影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

        首先將空氣樣品在3 L 無味袋中稀釋成10、30、100 和300 倍等不同倍數(shù)的稀釋樣品,然后進(jìn)行嗅覺預(yù)處理實(shí)驗(yàn)。選擇1 個(gè)能聞到氣味但沒有強(qiáng)烈刺激性的稀釋樣品,將此樣品的稀釋比作為嗅辨小組的初始稀釋比。將18 個(gè)3 L 聚酯無味袋分為6 組,每組分別標(biāo)有1 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)。根據(jù)初步實(shí)驗(yàn)中獲得的初始稀釋率,將其中1 個(gè)注入空氣樣品中,然后填充清潔空氣。另外2 個(gè)僅充滿干凈的空氣。稀釋后,應(yīng)給每個(gè)嗅辨員1 組無味袋進(jìn)行嗅探。

        2.4 實(shí)驗(yàn)室嗅辨

        嗅辨環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)室處理的關(guān)鍵步驟,其工作質(zhì)量直接決定了監(jiān)測惡臭的結(jié)果。這種方法比較獨(dú)特,是基于嗅覺器官的主觀評(píng)估。在實(shí)踐中,它更容易受到主觀多種因素的干擾。此外,年齡組成、性別組成、身體狀況等因素都可能會(huì)干擾最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,因此在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)盡量排除嗅辨員個(gè)人差異,同時(shí)考慮到以下3 個(gè)因素。

        (1)性別。最大限度合理地組織嗅辨組,例如不同年齡組的嗅覺組,男性和女性各一半,并確保參加檢測的人員符合基本要求(例如當(dāng)前身體狀況健康,嗅覺測試基本合格,不使用或攜帶異味和化妝品);

        (2)速度。能夠掌握正確的嗅覺方法,快速深呼吸區(qū)分不同樣品,同時(shí)注意不應(yīng)該重復(fù)嗅到同一個(gè)樣品;

        (3)時(shí)間。為避免嗅覺疲勞影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,每名參與人員每天參加測試時(shí)間不超過3 h,每人在測試后30 min,需要到空氣清新處停留10 min,以確保嗅覺質(zhì)量;在檢查過程中,應(yīng)規(guī)避飯后感到惡心和飯前挨餓的時(shí)期。

        建議首先優(yōu)化嗅辨員。嗅覺檢查發(fā)現(xiàn),從隨機(jī)挑選的6 人中,選出2 人組成細(xì)微差別小組,其結(jié)果更為真實(shí)。

        2.5 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        選擇出6 名嗅辨員,分別對(duì)3 只臭氣袋進(jìn)行臭味辨別,并對(duì)氣味結(jié)果進(jìn)行判斷。計(jì)算公式如《空氣質(zhì)量惡臭的測定三點(diǎn)比較式臭袋法》(GB/T14675-1993)中8.2 節(jié)所示。

        式(1)~(4)中:M 為小組正確率;a 為嗅辨無誤的人次數(shù);b 為嗅辨不能確定的人次數(shù);C 為嗅辨有誤的人次數(shù);n 為嗅辨總次數(shù);Y 為計(jì)算的臭味濃度,無量綱;M1為小組正確率≥0.58的數(shù)值,M2為小組正確率<0.58 的數(shù)值;t1為小組正確率在M1時(shí)的稀釋倍數(shù);t2為小組正確率在M2時(shí)的稀釋倍數(shù)。廣州大渦垃圾中轉(zhuǎn)站臭氣在不同稀釋倍數(shù)下的嗅辨結(jié)果見表1。

        表1 廣州大渦垃圾中轉(zhuǎn)站臭氣在不同稀釋倍數(shù)下的嗅辨結(jié)果

        如果按照之前的稀釋方法將樣品稀釋10 倍和300 倍。當(dāng)臭氣樣品稀釋比例為10 倍的時(shí)候,該組的平均正確率M 為0.74,明顯超過0.58,此時(shí)仍然需要稀釋處理;當(dāng)臭氣樣品稀釋比例為30 倍的時(shí)候,該組的平均正確率M 為0.41,低于0.58,此時(shí)不再稀釋處理。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出的臭氣濃度為47。因此此次樣品應(yīng)該第二次稀釋10 倍和30 倍。當(dāng)稀釋倍數(shù)為30倍時(shí),該組的平均正確率M 為0.57,約等于0.58。如果取該M值為M1,則計(jì)算出的臭氣濃度為39。建議插入30 倍稀釋倍數(shù),以便選擇最接近的100 倍稀釋倍數(shù)作為M1的對(duì)應(yīng)倍數(shù),結(jié)果更接近真實(shí)值,此時(shí)計(jì)算濃度為28。

        3 影響因素的研究

        三點(diǎn)比較式臭袋法是一種依賴于人類嗅覺器官的測量方法,它與常見的物理、化學(xué)和儀器分析方法等有明顯的不同,主觀性較強(qiáng),因此,監(jiān)測結(jié)果的可靠性必然受到主觀因素的影響。此外,在實(shí)際監(jiān)測過程中,往往會(huì)受到現(xiàn)場采樣、實(shí)驗(yàn)室條件、嗅覺狀況等客觀原因的制約,這些客觀因素也會(huì)干擾氣味的準(zhǔn)確監(jiān)測。

        新購進(jìn)的實(shí)驗(yàn)材料需進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。將真空瓶、采樣袋和嗅辨袋等充滿無臭空氣,靜置一段時(shí)間(約30 h)后進(jìn)行嗅辨實(shí)驗(yàn)。以嗅辨員嗅辨實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判定,臭氣濃度小于10,即認(rèn)為實(shí)驗(yàn)材質(zhì)無味,可投入使用。

        3.1 現(xiàn)場采樣布點(diǎn)的影響

        由于污染源排放類型、排氣管高度、風(fēng)向、風(fēng)速等因素的干擾,污染源的排放量可能會(huì)增加。因此,現(xiàn)場取樣人員必須充分考慮到這些因素對(duì)觀測站的影響,并根據(jù)大氣取樣標(biāo)準(zhǔn)的要求確定最佳取樣點(diǎn),以獲得最能反映設(shè)施真實(shí)性的監(jiān)測樣品。

        3.2 實(shí)驗(yàn)室工作條件的影響

        通風(fēng)不良、氣味或?qū)嶒?yàn)室溫度維持不恒定等多種因素,都可能干擾嗅覺判斷,從而影響最終的氣味辨別結(jié)果。所以實(shí)驗(yàn)室中,應(yīng)該配備專用的氣味實(shí)驗(yàn)室——?dú)馕蹲R(shí)別室。氣味識(shí)別室不應(yīng)配備與氣味分析無關(guān)或有特殊氣味具有測試和清洗物品,如實(shí)驗(yàn)室常用的酸、氨和洗滌汽油,以防止互相污染的情況。實(shí)驗(yàn)室還要保持通風(fēng)的環(huán)境,并安裝空調(diào),以控制實(shí)驗(yàn)室溫度。

        3.3 嗅辨員能力的影響

        嗅辨員在考核合格后,仍然需要經(jīng)常進(jìn)行專業(yè)的訓(xùn)練,增強(qiáng)對(duì)常見氣味的嗅覺靈敏性,保持對(duì)各種常見氣味的較高的嗅覺能力,一般要保持良好的作息規(guī)律。由于嗅覺隨著年齡的增長而下降,對(duì)嗅辨員必須每3 年重新檢查1 次,以確保結(jié)果準(zhǔn)確。

        在工作實(shí)驗(yàn)室里,應(yīng)逐步建立嗅辨員嗅覺靈敏度管理資料庫,對(duì)嗅辨員的嗅覺靈敏度進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理,及時(shí)掌握和調(diào)整嗅辨員的能力變化,以此保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

        建立嗅辨員管理資料庫的具體方法:要求對(duì)嗅辨員每月開展常規(guī)的嗅覺檢測鍛煉,選擇濃度為60 μmol/mol 的正丁醇混合作為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)氣體。每天進(jìn)行3 次試驗(yàn),以獲得每月3 個(gè)正丁醇閾值的有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)。應(yīng)及時(shí)、3 d、1 d 3 次、至少間隔1 d 收集新香料的嗅覺敏感性數(shù)據(jù),以完善嗅覺敏感性管理數(shù)據(jù)庫。

        3.4 嗅辨時(shí)間的影響

        當(dāng)一個(gè)人長期接觸同一氣味時(shí),對(duì)該氣味的嗅覺敏感性隨著時(shí)間的推移而有所降低,并可能導(dǎo)致嗅覺疲勞。如果長時(shí)間測量同一對(duì)照點(diǎn)的樣品,下一個(gè)樣品可能會(huì)受到某種程度的影響,從而可能導(dǎo)致嗅辨結(jié)果不準(zhǔn)確。因此,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下要合理地規(guī)劃嗅覺時(shí)間。嗅辨員應(yīng)在連續(xù)嗅覺識(shí)別停止1 h后再繼續(xù)工作。

        3.5 嗅辨結(jié)果及判定師的影響

        一般而言,嗅覺結(jié)束后,判定師判斷最終結(jié)果。由于香氣測定記錄表比較復(fù)雜,數(shù)據(jù)量大,計(jì)算復(fù)雜,容易出錯(cuò),在評(píng)價(jià)時(shí)需要高度的責(zé)任感和耐心。在計(jì)算統(tǒng)計(jì)最終的嗅辨結(jié)果時(shí),必須進(jìn)行重新核對(duì),以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

        4 改進(jìn)措施

        4.1 改進(jìn)方法流程分析

        為了避免由于嗅辨員將嗅覺辨別試驗(yàn)的初始稀釋率設(shè)置得過高而導(dǎo)致重復(fù)試驗(yàn),建議取消基礎(chǔ)嗅辨,必須在嗅覺辨別測試之前進(jìn)行初步嗅覺辨別的環(huán)節(jié),對(duì)低濃度的樣品適當(dāng)降低稀釋倍率,添加10 倍稀釋比的氣體。如果污染源的氣味樣本濃度太低,將其轉(zhuǎn)移至環(huán)境空氣樣本進(jìn)行分析,以確定其實(shí)際濃度。改進(jìn)方法流程如圖1 所示。

        圖1 改進(jìn)研究方法

        4.2 實(shí)行嗅辨員分級(jí)制度

        氣味樣品必須在24 h 內(nèi)測定。如果樣本較多,嗅覺工作者連續(xù)工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)嗅覺疲勞。建議在改進(jìn)方法的同時(shí)引入嗅覺分類系統(tǒng)。如果出現(xiàn)嗅覺疲勞,應(yīng)更換相同級(jí)別的嗅辨員,以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性。

        三點(diǎn)比較氣味袋法不同于儀器分析和化學(xué)分析,廣泛應(yīng)用于人類氣味器官的感官監(jiān)測。通過改進(jìn)污染源除臭試驗(yàn)化合物,簡化分析過程,改進(jìn)監(jiān)測方法,確保監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確客觀,真實(shí)反映現(xiàn)場實(shí)際污染情況。

        5 結(jié)論

        (1)嗅辨小組成員應(yīng)由不同年齡和性別組成。嗅辨小組測定同一樣品的結(jié)果可能會(huì)有所不同,差異的大小與年輕人和男性的比例有關(guān)。

        (2)在臭氣樣品的稀釋時(shí),要確保測試袋清潔無漏氣,測試袋硅膠塞清潔無異味,試驗(yàn)時(shí)遵循盲法原理。

        (3)在處理實(shí)際預(yù)期值時(shí),出現(xiàn)稀釋率越高,該組的平均正確率越大的情況。它可以由氣味閾值很低的氣味劑引起,應(yīng)繼續(xù)稀釋。

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