石 柳，霍雨卉，侯向東

（1.山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030009；2.東北財(cái)經(jīng)大學(xué)，遼寧 大連 116025）

0 引言

近年來，隨著大眾健康、環(huán)保意識(shí)的提高，室（車）內(nèi)空氣污染備受關(guān)注。甲醛是一種無色有刺激性氣味的氣體，是室（車）內(nèi)環(huán)境中來源廣、危害大的主要污染物之一[1]。室（車）內(nèi)甲醛主要來源于裝修裝飾材料如油漆、膠黏劑、復(fù)合木制品、窗簾、墻紙等[2]。短期吸入高濃度的甲醛會(huì)刺激呼吸系統(tǒng)不適，引發(fā)咳嗽胸悶、哮喘甚至頭痛、惡心、肺水腫等癥狀[3]。長期吸入低濃度的甲醛可能導(dǎo)致兒童生長發(fā)育畸形、白血病和癌癥[4]。因此，甲醛濃度是評(píng)價(jià)室（車）內(nèi)空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883—2002）[5]和乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南（GB/T 27630—2011）[6]中規(guī)定室（車）內(nèi)甲醛濃度限值為0.1 mg/m3，這是基于人體健康考量的最低標(biāo)準(zhǔn)。大眾希望通過專業(yè)檢測(cè)確認(rèn)室（車）內(nèi)環(huán)境是否安全。

關(guān)于室（車）內(nèi)甲醛檢測(cè)從操作方式上有兩類：第一類是找具有CMA 資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)上門檢測(cè)。用氣體吸收裝置在在室（車）內(nèi)采集氣體樣品后帶回實(shí)驗(yàn)室，利用分光光度計(jì)、氣相色譜或液相色譜等分析儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。這類方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，但是耗時(shí)長，費(fèi)用高，不能有效普及至普通家庭。第二類是在市場(chǎng)上購買手持類甲醛檢測(cè)儀或甲醛試劑盒自主檢測(cè)。手持類甲醛檢測(cè)儀在測(cè)定時(shí)候不需要借助化學(xué)試劑和其他設(shè)備，讀數(shù)方便、操作便捷。檢測(cè)原理通常分為電化學(xué)傳感器法和半導(dǎo)體式檢測(cè)法[7]。電化學(xué)甲醛測(cè)定儀由電解液、兩根惰性金屬電極、采氣系統(tǒng)組成。當(dāng)采氣系統(tǒng)將甲醛吸收進(jìn)入傳感器時(shí)，根據(jù)甲醛濃度，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓值，轉(zhuǎn)換元件輸出電信號(hào)表征甲醛濃度。該方法的測(cè)定結(jié)果可能受到環(huán)境中濕度、溫度等因素的影響。半導(dǎo)體式檢測(cè)法原理是檢測(cè)儀中的金屬氧化物半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率會(huì)隨環(huán)境中氣體成分或濃度的變化而發(fā)生改變，該變化量會(huì)被轉(zhuǎn)換器按一定程序轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，從而獲得檢測(cè)結(jié)果。有研究表明，由于半導(dǎo)體材料對(duì)甲醛氣體靈敏度低，可能受到環(huán)境中其他氣體干擾，受檢驗(yàn)的10 個(gè)不同品牌型號(hào)的半導(dǎo)體式檢測(cè)儀均未在設(shè)定的檢測(cè)環(huán)境中顯示準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果，只能反映出甲醛濃度的變化趨勢(shì)，不適用于室內(nèi)環(huán)境中甲醛濃度的準(zhǔn)確檢測(cè)[7]。甲醛試劑盒是利用酚試劑法原理[5]，通過甲醛與酚試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，通過顯色后檢測(cè)盒顯示的顏色與色卡進(jìn)行對(duì)比，從而確定室內(nèi)甲醛濃度。具體操作步驟是在圓白色吸收盒中倒入粉末藥劑和透明試劑搖勻，將吸收盒放在被檢測(cè)空間中放置30 min 吸收氣體，然后在吸收盒中加入棕色瓶藥劑，搖勻靜置10 min。將吸收盒中溶液顏色與比色卡進(jìn)行對(duì)比，讀出被測(cè)空間中的甲醛濃度值。這種方式優(yōu)點(diǎn)是試劑盒便攜，操作方法簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是待測(cè)空氣和吸收盒接觸面積小，容易造成氣體吸收量小，顯色不完全的現(xiàn)象，測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，如何科學(xué)、準(zhǔn)確、便捷、價(jià)廉的檢測(cè)室（車）內(nèi)甲醛濃度，已成為社會(huì)痛點(diǎn)問題。

本研究以國家標(biāo)準(zhǔn)方法《公共場(chǎng)所空氣中甲醛測(cè)定方法》（GB/T 18204.26—2000）[8]為依據(jù)，對(duì)傳統(tǒng)試劑盒進(jìn)行了產(chǎn)品升級(jí)，研制了便攜式甲醛精準(zhǔn)分析盒。分析盒由藥品試劑、采氣系統(tǒng)和比色卡三部分組成。其中，選擇合適穩(wěn)定的藥品試劑及包裝，確保測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定和快遞物流運(yùn)輸。自動(dòng)化氣體采集裝置，縮短采氣時(shí)間，增加采氣效率，從而增強(qiáng)檢測(cè)效率，這是本產(chǎn)品優(yōu)于傳統(tǒng)試劑盒的地方。根據(jù)肉眼識(shí)別角度設(shè)計(jì)比色卡，提高測(cè)定結(jié)果的靈敏度、準(zhǔn)確度。本產(chǎn)品測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、成本低廉，更適用于家庭、車內(nèi)、公共場(chǎng)所等場(chǎng)合的自主檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)中所用水都為純水，所用試劑有硫酸鐵銨、碘化鉀、氫氧化鈉、硫酸、硫代硫酸鈉、淀粉甲醛等均為分析純?cè)噭?/p>

吸收液的配制：用天平準(zhǔn)確稱取酚試劑（3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙鹽酸鹽水合物）0.1 g，溶解在100 mL 水中。該溶液可在冰箱穩(wěn)定保存3 d。

甲醛標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液配制：量取2.8 mL 甲醛溶液（甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%左右），加水定容至1 L。臨用前需根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定。

甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液①配制：臨用時(shí)，將甲醛標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液用水稀釋成10.00 μg/mL，用于配制標(biāo)準(zhǔn)色列管。此標(biāo)準(zhǔn)溶液可穩(wěn)定24 h。

甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液②配制：實(shí)驗(yàn)時(shí)，將①的質(zhì)量濃度用水稀釋成1.00 μg/mL，用于配制標(biāo)準(zhǔn)色列管。此標(biāo)準(zhǔn)溶液可穩(wěn)定24 h。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器有分光光度計(jì)、10 mL 具塞比色管、15 mL離心管、電子天平、燒杯、量筒、電烙鐵、塑料板、塑料瓶、氣泵等工具。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

國家標(biāo)準(zhǔn)方法《公共場(chǎng)所空氣中甲醛測(cè)定方法》：空氣中的甲醛氣體和酚試劑反應(yīng)生成中間產(chǎn)物嗪，在酸性條件下嗪和高鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終生成藍(lán)綠色絡(luò)合物。根據(jù)朗伯比爾定律，溶液顏色越深，表明甲醛含量越高，可以用分光光度法比色定量。

1.4 研究思路

1）對(duì)市面在售的甲醛濃度測(cè)定裝置進(jìn)行充分調(diào)研，從測(cè)定原理、可操作性、性價(jià)比等方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，提出研究方案。

2）以國家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對(duì)試劑盒中所需藥品的名稱、純度、質(zhì)量、濃度進(jìn)行探究，選擇抗干擾試劑，檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定，不受其他氣體的干擾；選擇合適穩(wěn)定的藥品試劑包裝，防止藥品與包裝反應(yīng)變質(zhì)，提高密封抗摔能力，滿足快遞物流運(yùn)輸。

3）設(shè)計(jì)組裝有自動(dòng)化氣體采集系統(tǒng)，大大縮短采氣時(shí)間，同時(shí)，通過氣泵功率選擇控制氣體流量，使氣體與吸收液充分反應(yīng)，加快甲醛的吸收，從而增強(qiáng)檢測(cè)效率；其中自動(dòng)化氣體采集系統(tǒng)的組裝是本研究的關(guān)鍵技術(shù)。

4）基于國家標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)比色卡，根據(jù)肉眼識(shí)別角度設(shè)計(jì)比色卡，提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。其中，色卡顏色的選取是本作品的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

1.5 實(shí)驗(yàn)流程

1.5.1 藥品試劑

以國家標(biāo)準(zhǔn)方法《公共場(chǎng)所空氣中甲醛測(cè)定方法》為依據(jù)，確定分析盒所用藥品試劑和用量。

1.5.2 氣體采集系統(tǒng)

選用氣泵進(jìn)行采氣實(shí)驗(yàn)，采集氣體量為10 L，并進(jìn)行甲醛濃度測(cè)定，檢驗(yàn)采氣效率。

1.5.3 標(biāo)準(zhǔn)比色卡

1）取12 支10 mL 具塞比色管，用已知濃度甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液按表1 依次加入到比色管中，用甲醛吸收液定容至5 mL，搖勻靜置10 min。

表1 甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液添加量

2）各管中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硫酸鐵銨溶液0.4 mL，搖勻，放置10 min。溶液顯色后，用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3）用電腦取色器對(duì)比取色，確定比色卡色階。

2 分析盒設(shè)計(jì)

2.1 分析盒構(gòu)造

便攜式甲醛精準(zhǔn)分析盒由藥品試劑（粉末試劑、試劑1、試劑2）、采氣系統(tǒng)（氣體泵、吸收管、導(dǎo)氣軟管及底座）、比色卡三部分組成（見圖1 和圖2）。

圖1 產(chǎn)品實(shí)物圖

圖2 產(chǎn)品構(gòu)造圖

2.1.1 藥品試劑

試劑選擇以國家標(biāo)準(zhǔn)方法《公共場(chǎng)所空氣中甲醛測(cè)定方法》為基礎(chǔ)，本項(xiàng)目所用試劑為酚試劑、離子交換水、硫酸鐵銨等。為了保證測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定和快遞物流運(yùn)輸，所用試劑純度均為分析純，并選擇穩(wěn)定的密封包裝。

2.1.2 采氣系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集氣體，增加室內(nèi)空氣和吸收液的接觸程度，縮短檢測(cè)時(shí)間，設(shè)計(jì)氣體泵、導(dǎo)氣軟管、吸收瓶和瓶蓋等結(jié)構(gòu)形成了自動(dòng)化氣體采集系統(tǒng)（見圖2）。

吸收瓶為尖底螺口離心管，內(nèi)部裝有甲醛吸收液，甲醛吸收液能夠吸收空氣中的甲醛。瓶蓋上開設(shè)有進(jìn)氣孔和出氣孔，進(jìn)氣孔對(duì)導(dǎo)氣軟管起到固定作用，出氣孔用于排出吸收瓶內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后剩余氣體，同時(shí)，瓶蓋可以防止瓶內(nèi)液體飛濺。導(dǎo)氣軟管為硅膠軟管，導(dǎo)氣軟管的一端插入吸收瓶中的甲醛吸收液里，氣體泵的出氣端與導(dǎo)氣軟管的另一端連通，氣體泵通電工作后，能將被測(cè)空間內(nèi)空氣鼓入吸收瓶中，使被測(cè)空間內(nèi)空氣中的甲醛被甲醛吸收液充分吸收。

以國家標(biāo)準(zhǔn)方法《公共場(chǎng)所空氣中甲醛測(cè)定方法》為依據(jù)，本裝置采集氣體體積為10 L。通過氣體采集實(shí)驗(yàn)，氣體泵采用型號(hào)為EDLP600-D12B 的微型隔膜泵，其額定電流為0.3 A，額定功率為5 W，氣流量為1 L/min。氣體泵的工作時(shí)間為10 min，縮短了采氣的時(shí)間，提高檢測(cè)效率。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)比色卡

甲醛質(zhì)量濃度分別為0.00、0.01、0.02、0.04、0.08、0.10、0.2、0.4、0.6、0.80、1.00、1.50 mg/m3，用分光光度計(jì)測(cè)定溶液的吸光度并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（見圖3）。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.126 7x+0.034 9（R2=0.999 5）。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

比色卡設(shè)計(jì)12 個(gè)色階，從人肉眼識(shí)別角度電腦取色，并設(shè)計(jì)比色卡外觀（見圖4）。比色卡更容易比色，測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確。

圖4 比色卡

2.2 分析盒使用步驟

1）檢測(cè)前先將待測(cè)空間封閉12 h，打開吸收瓶，將橡膠管一端穿過吸收瓶蓋進(jìn)氣孔并插入瓶底；

2）將粉末藥品倒入吸收瓶中，然后倒入試劑1，與粉末混合，輕輕晃動(dòng)使粉末充分溶解，蓋上瓶蓋；

3）將橡膠管另一端與氣泵相連，打開電源采氣10 min；

4）取下吸收管加入8 滴試劑2，輕輕搖勻，放置10 min；

5）將試劑瓶內(nèi)顏色與比色卡進(jìn)行對(duì)比，讀出被測(cè)空間內(nèi)空氣中的甲醛濃度值。

2.3 分析盒性能檢測(cè)

在同等實(shí)驗(yàn)條件下，第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室研究、傳統(tǒng)試劑盒分析法、本裝置測(cè)定結(jié)果對(duì)比見表2。表2 中數(shù)據(jù)表明，本裝置測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度高于傳統(tǒng)試劑盒法，與CMA 檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)定結(jié)果更為接近。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)語

本研究以國家標(biāo)準(zhǔn)方法為依據(jù)，從藥品試劑、氣體采集系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)比色卡三方面進(jìn)行探究，制作了便攜式甲醛精準(zhǔn)分析盒。氣體采集系統(tǒng)增加了室內(nèi)空氣和吸收液的接觸程度，縮短采氣時(shí)間，提高了檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確度。同時(shí)，本分析盒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、便于攜帶，為普通家庭提供科學(xué)、專業(yè)、高效、便捷的室內(nèi)空氣甲醛檢測(cè)手段。