臭氧的檢測(cè)方法研究

黃昌前　張青　劉佳玉

摘要：指出了臭氧對(duì)人類健康、全球環(huán)境、生態(tài)的影響巨大，臭氧的檢測(cè)具有極其重要的意義。介紹了臭氧的檢測(cè)方法主要有化學(xué)法、電化學(xué)法和物理法等。闡述了臭氧的檢測(cè)領(lǐng)域主要有室內(nèi)空氣中臭氧的檢測(cè)、室外大氣監(jiān)測(cè)中臭氧的檢測(cè)、養(yǎng)殖水體中臭氧的監(jiān)測(cè)、自來(lái)水中臭氧的監(jiān)測(cè)、醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)臭氧的檢測(cè)等。以期為有效控制臭氧濃度提供參考。

關(guān)鍵詞：臭氧；人類健康；檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TQ123.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）8008202

1引言

臭氧（O3）是一種不穩(wěn)定的活性氧，由3個(gè)氧原子組成，標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為 2.07 V，具有極強(qiáng)的滅菌作用。在常溫常壓下，穩(wěn)定性較差，可自行分解為氧氣。臭氧具有青草的味道，吸入少量對(duì)人體有益，吸入過量對(duì)人體健康有一定危害。臭氧通過呼吸系統(tǒng)吸入后，會(huì)對(duì)呼吸道以及肺部產(chǎn)生比較嚴(yán)重的炎癥，尤其是老年人和兒童，他們抵抗這種有害物質(zhì)的能力比較脆弱，所以十分容易受到傷害。同時(shí)還能引起人類的皮膚癌、白內(nèi)障，危害農(nóng)作物和某些海洋生物等。因此，近年來(lái)，臭氧的檢測(cè)已逐漸發(fā)展成為了研究熱點(diǎn)，人們致力于發(fā)展簡(jiǎn)單、快速的臭氧檢測(cè)方法，努力控制臭氧的濃度或含量，減少人類皮膚癌、白內(nèi)障等的發(fā)病率，同時(shí)也減少對(duì)植物和水生生物的損傷。有研究表明，僅在美國(guó)，每年因地面臭氧造成的糧食減產(chǎn)高達(dá)5億美元。 因此無(wú)論是從臭氧對(duì)人類健康，還是對(duì)全球環(huán)境、生態(tài)的影響來(lái)看，臭氧的檢測(cè)具有極其重要的意義。

到目前為止，臭氧的檢測(cè)方法主要有碘量法、比色法、紫外分光光度法、電位法和電量法[1，2]。碘量法和比色法屬于化學(xué)法，紫外分光光度法屬于物理法，電位法和電量法屬于電化學(xué)法。人們也致力于多種場(chǎng)合下臭氧的檢測(cè)，主要有室內(nèi)空氣中臭氧的檢測(cè)、室外大氣監(jiān)測(cè)中臭氧的檢測(cè)、養(yǎng)殖水體中臭氧的監(jiān)測(cè)、自來(lái)水中臭氧的監(jiān)測(cè)、醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)臭氧的檢測(cè)等。筆者主要概括了臭氧的不同檢測(cè)方法和檢測(cè)領(lǐng)域，為人們有效控制臭氧濃度提供一定的理論指導(dǎo)。

2臭氧的檢測(cè)方法

早期臭氧的檢測(cè)方法很多，比較經(jīng)典的有碘化鉀氧化還原法和靛藍(lán)二磺酸鈉褪色法。到20世紀(jì)70年代后期，先后出現(xiàn)了與電子技術(shù)緊密相關(guān)的分析方法，如化學(xué)發(fā)光法、電化學(xué)法、紫外光譜法、熒光法等，這些儀器分析法已經(jīng)發(fā)展成為臭氧測(cè)定的主要分析方法。靛藍(lán)二磺酸鈉褪色法是基于發(fā)光探針5，5-二磺酸鈉靛藍(lán)可以與臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其顏色逐漸褪去。該顏色褪去可以實(shí)現(xiàn)可視化，同時(shí)還可以結(jié)合紫外可見分光光度計(jì)和化學(xué)發(fā)光儀分別實(shí)現(xiàn)吸收法、化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)臭氧的目的。在電化學(xué)檢測(cè)方法中，臭氧在電活化表面上的電化學(xué)反應(yīng)為O3+H2O+2e →O2+2OH- ，因此，利用氧化還原復(fù)合電極檢測(cè)水中氧化還原的電位變化， 采用電位法，應(yīng)用能斯特方程和擬合函數(shù)曲線達(dá)到定量檢測(cè)臭氧濃度的目的。2006年，M I Prodromidis等人設(shè)計(jì)了一種基于醇氧化酶電極的傳感器用于臭氧的檢測(cè)，該傳感器主要是檢測(cè)臭氧和丁香子酚的烯丙基反應(yīng)后的產(chǎn)物甲醛[3]。該方法是將丁香子酚固定在疏水的C18柱上，反應(yīng)產(chǎn)生的甲醛被工作緩沖吸收后輸送到檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。隨著科研研究的進(jìn)度，2009 年 K. Kazunori 課題組合成了一種高選擇性和高靈敏度檢測(cè)臭氧的熒光探針[4]。該探針本身熒光很弱，由于烯丁基的存在，當(dāng)烯丁基和臭氧反應(yīng)之后，熒光素的熒光恢復(fù)，熒光產(chǎn)生了明顯的增強(qiáng)，而且其他的自由基也不會(huì)產(chǎn)生干擾。這種高選擇性的熒光探針很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)支氣管上皮細(xì)胞內(nèi)的臭氧進(jìn)行成像分析檢測(cè)，同時(shí)還對(duì)空氣中的臭氧進(jìn)行了選擇性檢測(cè)。該方法不僅在細(xì)胞內(nèi)臭氧的檢測(cè)方面具有重要意義，還邁出了采用熒光探針法檢測(cè)大氣臭氧濃度的第一步，極大地推動(dòng)了熒光分析法在檢測(cè)臭氧中的應(yīng)用。

近年來(lái)，利用這些化學(xué)法、紫外線吸收法、熒光法或電化學(xué)法原理做出的多種小型檢測(cè)器，更加便于攜帶和使用。主要包括有多孔玻璃傳感器、安森美半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)臭氧傳感器以及被動(dòng)采樣器等。其中，多孔玻璃傳感器是利用靛藍(lán)胭脂紅與臭氧的褪色反應(yīng)，根據(jù)吸光度對(duì)數(shù)與臭氧濃度成反比來(lái)檢測(cè)臭氧濃度。其檢測(cè)的靈敏度較高， 常被用來(lái)檢測(cè)空氣中的臭氧濃度。電化學(xué)臭氧傳感器具有可視化、穩(wěn)定、連續(xù)在線測(cè)量、體積小、功耗低等特點(diǎn)。被用于衡量和監(jiān)測(cè)空氣環(huán)境中的臭氧濃度。在人們的日常生活中， 由于基本方法檢測(cè)臭氧濃度已顯得有點(diǎn)笨拙， 越來(lái)越多的地方開始使用各種傳感器來(lái)檢測(cè)臭氧濃度，它們體積小、靈敏度高而且使用方便。在一些臭氧治療儀中， 大多還是直接使用臭氧濃度檢測(cè)方法，隨著技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)在臭氧治療儀中的使用必將會(huì)越來(lái)越多。

3臭氧的檢測(cè)領(lǐng)域

臭氧存在的領(lǐng)域比較廣泛。室內(nèi)氣體中過量的臭氧會(huì)對(duì)人身體健康造成極大威脅。近幾年來(lái)，家庭空氣消毒中，將臭氧發(fā)生裝置移植于空調(diào)中，利用室內(nèi)循環(huán)風(fēng)對(duì)空氣進(jìn)行消毒、凈化，分解后的氧氣和負(fù)離子可以使室內(nèi)空氣保持清新。這類空氣消毒用臭氧發(fā)生器也可在賓館、飯店、商場(chǎng)、劇院等公共空間使用，冰箱內(nèi)部殺菌中將臭氧發(fā)生裝置放入冰箱，可以滅殺各種低溫病菌。殺滅物體表面和冰箱隔板表面的細(xì)菌。這些需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制防止臭氧過量損害人體健康。同時(shí)，比較常見的還是室內(nèi)打印店里，打印機(jī)在打印過程中產(chǎn)生過量的臭氧，如果不及時(shí)通風(fēng)處理，會(huì)對(duì)人們的健康構(gòu)成威脅。因此，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)打印店里的臭氧是否超標(biāo)也是一個(gè)很好地研究領(lǐng)域。此外，環(huán)境大氣中臭氧的監(jiān)測(cè)已經(jīng)列為環(huán)境監(jiān)測(cè)站自動(dòng)檢測(cè)項(xiàng)目之一，目前為止，我國(guó)主要采用線紫外線吸收法測(cè)定臭氧濃度，實(shí)時(shí)匯報(bào)某個(gè)地區(qū)的臭氧含量有利于人們的戶外活動(dòng)，保護(hù)身體健康。大氣中臭氧的含量受海拔高低、植被覆蓋、不同季節(jié)等因素影響。近年來(lái)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用臭氧進(jìn)行深度氧化降解有機(jī)物、凈化水質(zhì)等方面的研究有了新的進(jìn)展，人們認(rèn)為使用臭氧能有效降低病菌危害并能凈化水質(zhì)。然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，特別在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，臭氧濃度是一項(xiàng)重要的控制指標(biāo)，濃度太低則達(dá)不到理想處理效果，濃度過高不僅造成浪費(fèi)，而且對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象甚至人體都會(huì)造成毒害。因此，采用準(zhǔn)確的測(cè)量方法及時(shí)測(cè)定了解養(yǎng)殖水體中臭氧的濃度是十分重要的。此外，臭氧還可以用于自來(lái)水深度處理，可以有效地去除水中的溶解性有機(jī)物， 改善自來(lái)水的嗅味和致突變性，明顯提高自來(lái)水水質(zhì)，因此，自來(lái)水中臭氧的在線儀表監(jiān)測(cè)也是有必要的，同時(shí)還要對(duì)其進(jìn)行定期維護(hù)、保養(yǎng)或者進(jìn)行濃度校正，保證測(cè)試精度和正常運(yùn)行。近年來(lái)，臭氧在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用也比較廣泛。由于臭氧能迅速有效地滅活細(xì)菌、真菌和病毒、原蟲等，因此早在一戰(zhàn)時(shí)期人們就利用臭氧的強(qiáng)氧化性來(lái)治療感染傷口、壞疽、芥子氣所引起的燒傷等，人們利用臭氧滅菌的操作簡(jiǎn)單，常用于器械的浸泡消毒，在口腔治療中應(yīng)用前景廣泛。而對(duì)臭氧使用的濃度、劑量、作用時(shí)間、適用對(duì)象、潛在的危害性以及對(duì)其經(jīng)濟(jì)適用性的評(píng)估等方面還有待深入研究。臭氧治療還可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子來(lái)有效地調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng) ， 應(yīng)用臭氧的免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)和氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)可以有效地治療特應(yīng)性哮喘，通過激活抗氧化系統(tǒng)來(lái)控制血糖等，在醫(yī)療領(lǐng)域正確的使用臭氧能夠達(dá)到為人類健康服務(wù)的目的[5，6]。同時(shí)也得提高警惕，臭氧的濃度如果超標(biāo)，將會(huì)起到反作用，因此在醫(yī)療領(lǐng)域及時(shí)監(jiān)控臭氧的濃度也意義重大。

4結(jié)論

臭氧的檢測(cè)方法多種多樣，人們利用這些原理發(fā)展起來(lái)的便攜式的臭氧傳感器也很多，正確運(yùn)用這些臭氧的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣中、室內(nèi)空氣中、水體中以及醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)臭氧濃度的有效監(jiān)控，對(duì)人類身體健康至關(guān)重要。

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