家用便攜式半導(dǎo)體氣敏傳感器法甲醛檢測(cè)儀性能研究

鐘義林 唐巍飚 李學(xué)輝 陳希堯 丁臻敏 沈浩

（上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院，上海 200233）

室內(nèi)空氣環(huán)境是與人類最密切相關(guān)的環(huán)境之一，人的一生約有70%的時(shí)間處于室內(nèi)，而防疫能力更弱的嬰幼兒和老弱殘疾者在室內(nèi)的時(shí)間可能更長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，每個(gè)人日均吸入空氣12立方米。室內(nèi)環(huán)境污染的情況與人們的身體健康狀況是息息相關(guān)的[1]。

室內(nèi)裝修所帶來(lái)的污染一般是來(lái)源于裝飾裝修材料，如墻紙、油漆、膠粘劑、涂料、人造板材和地板等。在室內(nèi)空氣中存在500多種揮發(fā)性有機(jī)物，其中致癌物質(zhì)就有20多種，大量觸目驚心的事實(shí)證實(shí)，室內(nèi)空氣污染已成為危害人類健康的“隱形殺手”，也成為全世界各國(guó)共同關(guān)注的問(wèn)題。室內(nèi)裝修帶來(lái)的環(huán)境污染會(huì)對(duì)人體造成極大的損害。在這些污染物中以甲醛最為常見。甲醛是原生性毒物，具有揮發(fā)性質(zhì)的有機(jī)化合物，甲醛具有非常強(qiáng)烈的刺激性氣味，但是沒有顏色，特別易溶于水。在裝修時(shí)使用的貼面板、合成地板、木屑板等都會(huì)帶來(lái)甲醛危害，甲醛可通過(guò)呼吸道系統(tǒng)、消化道系統(tǒng)、皮膚系統(tǒng)進(jìn)入人體，并進(jìn)而對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，使人感到不舒適，注意力分散，工作效率降低，產(chǎn)生頭痛、惡心、疲勞、皮膚紅腫等癥狀，嚴(yán)重的話可引發(fā)嬰兒畸形、白血病和多種癌癥。通常剛裝修好的屋子中的甲醛量是0.4mg/m3，對(duì)人體的皮膚以及黏膜會(huì)造成損傷。因此，人們迫切希望知道自己所處的室內(nèi)環(huán)境的甲醛含量狀況[2]。

室內(nèi)環(huán)境污染物甲醛的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法比較復(fù)雜，需要委托專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室，在整個(gè)過(guò)程大致分為現(xiàn)場(chǎng)采樣，實(shí)驗(yàn)室分析，數(shù)據(jù)處理等，檢測(cè)周期較長(zhǎng)，費(fèi)用較高，很難滿足每個(gè)家庭的需要，在這種情況下家用便攜式甲醛測(cè)試儀產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生[3]。

家用便攜式半導(dǎo)體氣敏傳感器法甲醛檢測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱“甲醛檢測(cè)儀”）原理為：采用氣體敏感元件（大多是以金屬氧化物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料），當(dāng)被測(cè)氣體在該半導(dǎo)體表面吸附后，引起其電學(xué)特性（例如電導(dǎo)率）發(fā)生變化，由轉(zhuǎn)換元件將該信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)化成可輸出的電信號(hào)，從而得出檢測(cè)結(jié)果。甲醛檢測(cè)儀因?yàn)椴僮鞣奖恪⒆x數(shù)直觀、價(jià)格便宜受到不少消費(fèi)者青睞。此類甲醛檢測(cè)儀在實(shí)際應(yīng)用中相關(guān)文獻(xiàn)尚不多見，本研究旨在為這類儀器應(yīng)用于家庭裝修后對(duì)甲醛污染物檢測(cè)做技術(shù)支撐，同時(shí)也提醒消費(fèi)者慎重購(gòu)買檢測(cè)儀器[4]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 檢測(cè)樣本

本次測(cè)試的樣品均采購(gòu)自網(wǎng)上購(gòu)物平臺(tái)，共采購(gòu)16款不同品牌型號(hào)的甲醛檢測(cè)儀各2臺(tái)，共計(jì)32個(gè)樣品。

1.2 實(shí)驗(yàn)主要儀器與試劑

甲醛動(dòng)態(tài)配氣裝置、30m3環(huán)境艙、恒流大氣采樣器、分光光度計(jì)、空盒氣壓表、溫濕度計(jì)、大型氣泡吸收管、酚試劑吸收液、硫酸鐵銨溶液。所涉及的儀器在實(shí)驗(yàn)前均進(jìn)行了計(jì)量檢定或校準(zhǔn)。

1.3 設(shè)定環(huán)境

在本次實(shí)驗(yàn)中，我們根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)以及裝修后不同的情況設(shè)置了6種不同溫度與甲醛濃度的室內(nèi)環(huán)境，分別為常溫低濃度、常溫中濃度、常溫高濃度、低溫中濃度、中文中濃度、高溫中濃度。6種設(shè)定環(huán)境的具體參數(shù)見表1和表2。

表1 不同濃度

表2 不同溫度

1.4 檢測(cè)方法

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，工程師根據(jù)表1和表2來(lái)設(shè)置環(huán)境艙內(nèi)環(huán)境。先調(diào)節(jié)好溫度，然后通過(guò)甲醛動(dòng)態(tài)配氣裝置向環(huán)境艙內(nèi)通入一定甲醛。當(dāng)艙內(nèi)甲醛濃度均勻后，一名工程師在環(huán)境艙采樣口按照GB/T 18204.2-2014《公共場(chǎng)所衛(wèi)生檢驗(yàn)方法第2部分：化學(xué)污染物》中酚試劑分光光度法的要求進(jìn)行采樣（采平行樣，采樣時(shí)間20min），后續(xù)進(jìn)行化學(xué)分析和結(jié)果計(jì)算[5]。當(dāng)結(jié)果顯示艙內(nèi)甲醛濃度在預(yù)期設(shè)定濃度范圍內(nèi)時(shí)，另一名工程師嚴(yán)格按照甲醛檢測(cè)儀產(chǎn)品使用說(shuō)明書連續(xù)在環(huán)境艙內(nèi)檢測(cè)20min，每間隔5分鐘記錄一次儀器示值。

在示值誤差計(jì)算過(guò)程中，我們以酚試劑分光光度法所測(cè)得的甲醛濃度平均值作為環(huán)境艙中甲醛濃度標(biāo)準(zhǔn)值，以甲醛檢測(cè)儀5次檢測(cè)示值的平均值為該儀器的濃度示值，計(jì)算其示值誤差（以“相對(duì)偏差”公式計(jì)算。結(jié)果取其絕對(duì)值）。

C0--環(huán)境艙內(nèi)甲醛濃度的標(biāo)準(zhǔn)值，mg/m3[6]

1.5 評(píng)判依據(jù)

示值誤差結(jié)果判定參照GB/T18204.2-2014《公共場(chǎng)所衛(wèi)生檢驗(yàn)方法第2部分：化學(xué)污染物》7.5.2條款，要求用酚試劑分光光度法對(duì)甲醛檢測(cè)儀進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，其相對(duì)偏差≤15%[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 常溫不同濃度環(huán)境

2.1.1 低濃度環(huán)境

圖1 檢測(cè)儀在常溫低濃度環(huán)境中的示值誤差

圖2 檢測(cè)儀在常溫中濃度環(huán)境中示值誤差

據(jù)圖1可看出，僅有2臺(tái)甲醛檢測(cè)儀示值誤差不超過(guò)15%，為7.5%；其余均超過(guò)。其中有5臺(tái)甲醛檢測(cè)儀示值為0，無(wú)響應(yīng)；示值誤差最大達(dá)到115.5%，該儀器讀數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值。因此在常溫低濃度環(huán)境中，除2臺(tái)外其余甲醛檢測(cè)儀示值誤差都不符合要求。

2.1.2 中濃度環(huán)境

據(jù)圖2可看出，所有甲醛檢測(cè)儀示值誤差都超過(guò)15%，其中有4臺(tái)甲醛檢測(cè)儀示值為“0”，無(wú)響應(yīng)。因此在低溫中濃度環(huán)境中，所有甲醛檢測(cè)儀示值誤差都不符合要求。

2.1.3 高濃度環(huán)境

圖3 檢測(cè)儀在常溫高濃度環(huán)境中示值誤差

據(jù)圖3可看出，僅有1臺(tái)甲醛檢測(cè)儀示值誤差不超過(guò)15%，為13.2%；其余均超過(guò)。因此在低溫中濃度環(huán)境中，除1臺(tái)外其余甲醛檢測(cè)儀示值誤差都不符合要求。

2.2 中濃度不同溫度環(huán)境

2.2.1 低溫環(huán)境

圖4 檢測(cè)儀在低溫中濃度環(huán)境中示值誤差

據(jù)圖4可看出，僅有1臺(tái)甲醛檢測(cè)儀示值誤差不超過(guò)15%，為8.9%；其余均超過(guò)，其中有1臺(tái)的示值誤差高達(dá)到108.3%，有5臺(tái)甲醛檢測(cè)儀示值為0，無(wú)響應(yīng)。因此在低溫中濃度環(huán)境中，除1臺(tái)外其余甲醛檢測(cè)儀示值誤差都不符合要求。

2.2.2 中溫環(huán)境

圖5 檢測(cè)儀在中溫中濃度環(huán)境中示值誤差

據(jù)圖5可看出，所有甲醛檢測(cè)儀示值誤差都超過(guò)15%，其中有4臺(tái)甲醛檢測(cè)儀示值為0，無(wú)響應(yīng)。因此在高溫高濃度環(huán)境中，所有甲醛檢測(cè)儀示值誤差都不符合要求。

2.2.3 高溫環(huán)境

圖6 檢測(cè)儀在高溫中濃度環(huán)境中示值誤差

據(jù)圖6可看出，僅有1臺(tái)甲醛檢測(cè)儀示值誤差不超過(guò)15%，為11.2%；其余均超過(guò)。因此在高溫中濃度環(huán)境中，除1臺(tái)外其余甲醛檢測(cè)儀示值誤差都不符合要求。

通過(guò)在環(huán)境艙中6種環(huán)境下的測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)本次16批次甲醛檢測(cè)儀中沒有一款儀器能夠在6種環(huán)境下的示值誤差都滿足要求。

3 總結(jié)

本次研究的16批次家用便攜式半導(dǎo)體氣敏傳感器法甲醛檢測(cè)儀無(wú)法在設(shè)定的環(huán)境中提供準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，故不適用于室內(nèi)環(huán)境中甲醛濃度精準(zhǔn)檢測(cè)。主要原因在于這些儀器缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，很多甲醛檢測(cè)儀只用電子元件簡(jiǎn)單拼湊，不僅采用性能低劣的傳感元件，傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，價(jià)格相對(duì)低；并且產(chǎn)品設(shè)計(jì)上并沒有考慮空氣的流速、濕度、溫度對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。此外，甲醛檢測(cè)儀在中國(guó)并非是計(jì)量器具，所以此類產(chǎn)品能夠在沒有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)計(jì)量與測(cè)試的情況就投放市場(chǎng)，準(zhǔn)確性基本得不到保障。