氮氧化物的危害及其衛(wèi)生檢測方法研究

肖飛

（臨沂市疾病預(yù)防控制中心 山東臨沂 276000）

1 前言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對環(huán)境問題的關(guān)注度也在不斷提升。氮氧化物作為環(huán)境污染的重要組成部分，不僅會嚴重危害社會環(huán)境，也會對人們的身體健康造成嚴重影響。但我國對于氮氧化物的相關(guān)研究起步時間較晚，所以很多人并未意識到氮氧化物的實際危害性，更未能進行有效防控?；诖?，對氮氧化物的危害及其衛(wèi)生檢測方法進行研究，加強人們對于氮氧化物防治的重視，具有極為重要的現(xiàn)實意義。

2 氮氧化物的來源及危害

2.1 氮氧化物的概念及來源

氮氧化物，指由氮元素和氧元素所共同組成的化合物，主要包括一氧化二氮（N2O）、一氮氧化物（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）和五氧化二氮（N2O5）等種類。除 NO2外，其他種類的氮氧化物均具有不穩(wěn)定的特點，并且在遇光、遇熱或者遇濕過程中，這些氮氧化物還會轉(zhuǎn)化為NO2或NO，而NO 則又會轉(zhuǎn)化成為NO2。因此，人們接觸的氮氧化物類種類為NO 和NO22 種，且以NO2為主。但無論是何種氮氧化物，其都具有一定的毒性，可嚴重危害環(huán)境和人體健康。

現(xiàn)如今，大氣中氮氧化物主要來自自然產(chǎn)生和人為制造2 種。其中，自然條件下的氮氧化物大多來自火山爆發(fā)、雷擊及細菌活動。研究發(fā)現(xiàn)，自然條件下所產(chǎn)生的氮氧化物占當(dāng)今大氣中氮氧化物總量的5%左右，剩下95%來自人為制造[1]，且在人為制造的氮氧化物中，超過95%氮來源于汽車尾氣排放和火電廠煙氣排放[2]。

2.2 氮氧化物的危害

2.2.1 氮氧化物對環(huán)境的危害

氮氧化物具有遇光易分解的特性，在陽光的照射下，不僅會轉(zhuǎn)化成NO 和NO2，還極易與空氣中的烴類化合物及其他化合物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成一種光化學(xué)煙霧。相比較氮氧化物來源，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的光化學(xué)煙霧的毒性更高，并且對空氣及其他環(huán)境的污染性和危害性也更大。這種光化學(xué)煙霧不僅會對人體造成影響，還會降低空氣的能見度，嚴重影響人們的出行安全。

氮氧化物除了會與空氣中的其他化合物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，對空氣及環(huán)境造成污染以外，其自身也具有一定的毒性，并且能夠?qū)χ参铩⒊粞鯇蛹碍h(huán)境造成污染和破壞，使植物的葉脈壞死，且降低臭氧層過濾隔離紫外線的能力，間接危害人們的身體健康。在環(huán)境中，還會同空氣中的硝酸化物（HNOx）、硫氧化物（SOx）以及粉塵等發(fā)生反應(yīng)，進而產(chǎn)生對空氣和環(huán)境危害性更大的硝酸或硝酸鹽氣溶膠，與空氣中的水分結(jié)合以后，便會產(chǎn)生危害環(huán)境的酸雨，引發(fā)環(huán)境惡化。

2.2.2 氮氧化物對人體的危害

氮氧化物是一種毒性很強的氣體，其在常溫下呈現(xiàn)紅褐色，并且具有刺激性氣味[3]。當(dāng)空氣中的氮氧化物的含量超過5/106的時候，人體便可以聞到氮氧化物的刺激性氣味，這時，氮氧化物便已經(jīng)可以對人體造成危害。而當(dāng)在濃度為100/106的氮氧化物環(huán)境中生活0.5~1 h 的時候，人便會因為肺水腫死亡。現(xiàn)如今，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的氮氧化物對人體的危害主要表現(xiàn)在以下3 方面。

（1）對呼吸系統(tǒng)的危害

氮氧化物在經(jīng)由呼吸道進入人體以后，會生成硝酸（HNO3）和亞硝酸（HNO2），這 2 種化合物在進入肺部以后，都將會腐蝕肺泡上皮細胞和毛細血管壁，致使人體肺部通透性增加；另外，氮氧化物還會損害人體肺部肺泡表面的活性物質(zhì)，造成肺泡萎縮、肺泡壓降低、肺泡液經(jīng)由血管外滲等情況，這不僅會引起淋巴管痙攣，還會引起中毒性肺水腫，最終導(dǎo)致人體死亡。需要注意的是，環(huán)境中的氮氧化物中毒一般屬于慢性中毒，具有一段時間的潛伏期，并不會馬上表現(xiàn)出對人體的影響，但在潛伏期過后，人體會突然發(fā)病并惡化，這時候就需要進行緊急搶救，若搶救不及時，便會威脅生命安全。

（2）對免疫系統(tǒng)的危害

氮氧化物是一類生物活性較高的氣體氧化劑，可加劇人體內(nèi)的氧化反應(yīng)和過氧化反應(yīng)，進而降低對人體免疫系統(tǒng)極為重要的維生素C、維生素E、過氧化氫酶等重要的抗氧化劑及特異性抗氧化酶的含量，增加人體中的氧化脂質(zhì)等氧化產(chǎn)物的含量。另外，氮氧化物還會導(dǎo)致人體的脫氧核糖核酸（DNA）、蛋白質(zhì)、酶及生物膜等氧化物及過氧化物受到損傷，進一步降低人體的抗氧化能力，兩相結(jié)合下大幅度降低人體的免疫系統(tǒng)功能，引發(fā)免疫系統(tǒng)疾病。

（3）對心血管系統(tǒng)的危害

氮氧化物在進入人體以后，將會與體液物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，從而生成亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽會隨著血液進行游走，并與血紅蛋白結(jié)合產(chǎn)生高鐵血紅蛋白，降低血液的氧運輸能力，造成人體局部組織缺氧，進而影響神經(jīng)系統(tǒng)，臨床表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱癥候群。另外，氮氧化物還會對心臟等人體造血系統(tǒng)造成極為嚴重的危害性影響。

綜上所述，氮氧化物不僅會對植物、臭氧層及環(huán)境造成破壞性影響，進入人體后，還會對呼吸系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及造血系統(tǒng)造成嚴重破壞，且這種破壞是不可逆的，嚴重的甚至可導(dǎo)致人體死亡。因此，應(yīng)盡可能控制氮氧化物污染，并結(jié)合氮氧化物檢測技術(shù)采取針對性的檢測與防治。

3 氮氧化物檢測技術(shù)

現(xiàn)如今，隨著人們環(huán)境保護意識的不斷提升，對空氣中氮氧化物檢測技術(shù)的要求也在不斷提高。氮氧化物檢測中，要求相關(guān)檢測設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、易于維護、造價低廉的特點，并且還要能實現(xiàn)自動化檢測和在線檢測[4]。基于以上特點，當(dāng)今比較常用的氮氧化物檢測技術(shù)有激光誘導(dǎo)熒光法、光纖傳感法、電化學(xué)傳感器法3 種，以下將對3 種方法進行簡要介紹說明，并列出3 種檢測技術(shù)的優(yōu)劣。

3.1 激光誘導(dǎo)熒光法

激光誘導(dǎo)熒光法，就是通過特定波長的激光束，促使氮氧化物分子的能級得到提升，之后處于高能級的氮氧化物分析在躍遷回基態(tài)的過程中，將會以光子的形式釋放能力，所有光子形式釋放能量的時長不會超過10-5s，學(xué)術(shù)界將該過程中的氮氧化物形態(tài)稱之為熒光。在釋放能量過程中，熒光的強度與其所蘊含的氮氧化物濃度成正比，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合光電轉(zhuǎn)換理論，通過光電轉(zhuǎn)化器吸收熒光來產(chǎn)生電流，進而通過電流的強度來判斷空氣中氮氧化物分子的濃度。本測試方法在對氮氧化物進行檢測的時候，具有響應(yīng)速度快、檢測靈敏性高等優(yōu)點，并且可以對氮氧化物的低限度檢測極限進行測定。但這種測試方法使用的儀器都過于精密、復(fù)雜，并且大多數(shù)儀器都具有造價較高的特點，所以激光誘導(dǎo)熒光法大部分只會應(yīng)用在科學(xué)研究領(lǐng)域，并未實現(xiàn)完全商業(yè)化。

3.2 光纖傳感法

光纖傳感法，是利用光纖敏感器件作為傳感器來測定和感知測量物的變化情況。在測定過程中，通過對光譜、光強、偏振等光學(xué)參量的調(diào)制獲取被測量的信息，而光纖僅作為光的傳輸媒介，對被測信號的感知仍依靠光敏感器件來完成。該種傳感器中出射光線和入射光線都是不連續(xù)的，兩者之間的調(diào)制器是光譜變化的敏感元件或其他性質(zhì)的敏感元件。在傳感型光纖傳感器中，光纖兼有對被測信號的敏感及光信號的傳輸作用，將信號的“感”和“傳”合二為一，因此這類傳感器中光纖是連續(xù)的。在對氮氧化物進行測定時，氮氧化物的特征吸收譜線在石英光纖的低損耗傳輸光波長范圍內(nèi)，其產(chǎn)生的光線將會被送入光探測器中，并在經(jīng)過調(diào)解后，獲得被測參數(shù)。本檢測方法具有檢測精確性高、靈敏性高、設(shè)備體積小的特點，可在有毒有害或易燃易爆環(huán)境中進行多點遙控使用，在如今的氮氧化物檢測中具有較好的普及性。但容易受到光纖傳輸特性的影響，實際測定區(qū)間較為狹窄，無法應(yīng)用于過高或過低含量的氮氧化物檢測。

3.3 電化學(xué)傳感器法

在電化學(xué)傳感器法中，氮氧化物在進入傳感器中后，將會與傳感器的敏感電極表面產(chǎn)生氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)，具體反應(yīng)方程式如下：

氮氧化物在發(fā)生反應(yīng)以后，傳感器將會產(chǎn)生電流并通過外電路經(jīng)由傳感器的2 個電極。在此過程中，傳感器將會對電流的強度進行測定，而此電流強度的實際大小與進入傳感器中的氮氧化物濃度成正比，在測定電流的強度以后，再經(jīng)過等量換算便可以測量出氮氧化物的濃度。本方法的相關(guān)檢測設(shè)備也具有體積小、易于攜帶、造價低的特點，并且在實際應(yīng)用過程中還具有反應(yīng)速度快、可以瞬時測定出環(huán)境中的氮氧化物濃度值的優(yōu)點，所以在3 種測試方法中，本方法是最適合實現(xiàn)自動化實時監(jiān)測的方法。但也正是由于本方法的優(yōu)點較多，所以當(dāng)今市面上的相關(guān)產(chǎn)品種類也較多，而不同種類產(chǎn)品的測定精度也具有一定區(qū)別，所以還需要進行謹慎對比，選擇合適的產(chǎn)品。

4 氮氧化物防治處理辦法

4.1 源頭控制法

源頭控制法，就是在人們生產(chǎn)活動的源頭處對氮氧化物進行控制，即控制燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物，從而達到降低排放、對氮氧化物進行預(yù)防控制的目的。較常用的氮氧化物源頭控制技術(shù)有低過量空氣燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)、濃淡燃燒技術(shù)、空氣分級燃燒技術(shù)等。這4 種技術(shù)均是通過降低燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物，達到在源頭處控制氮氧化物產(chǎn)生的目的。實際使用過程中，這4 種技術(shù)的實際操作原理都比較簡單，實施成本也較低，所以應(yīng)用范圍較為廣泛[5]。

4.2 末端控制法

目前，末端控制法主要為煙氣尾氣脫硝技術(shù)。但在實際使用過程中，根據(jù)實際操作方法的不同，煙氣尾氣脫硝技術(shù)又被分為干法處理和濕法處理2 類。其中，干法處理主要包括非選擇性催化還原法、選擇性催化還原法及選擇性非催化還原法3 種。

非選擇催化還原法是將含有氮氧化物的氣體通入含有氫氣（H2）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等具有還原性氣體的混合氣體中，再通過催化劑來加速還原氣體的還原效果，對氮氧化物氣體進行還原處理，使其在還原過程中轉(zhuǎn)化為氮氣（N2）。這種方法雖然還原效果比較高，但其使用的催化劑的價格較高，且還原劑的消耗量也較大，易產(chǎn)生N2O 等二次污染氣體，所以應(yīng)用范圍并不是很廣泛。選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法對氮氧化物的處理過程較為相似，兩者都是通過催化劑將氮氧化物轉(zhuǎn)化為N2，其中，選擇性催化還原法的轉(zhuǎn)化效率最高可達到90%，并且使用的裝置較為簡單，所以其是3 種方法中應(yīng)用最為廣泛的。

4.3 納米TiO2 光催化降解法

納米二氧化鈦（TiO2）光催化降解法是近些年來出現(xiàn)的一種新技術(shù)。在陽光的催化下，納米半導(dǎo)體表面會產(chǎn)生強活性物種，并與氮氧化物發(fā)生光氧化-還原反應(yīng)，消除氮氧化物的降解。與前三種方法相比，納米TiO2光催化降解法只使用太陽能便可，對能量和環(huán)境的需求較低，且轉(zhuǎn)化效果較高，二次污染物的產(chǎn)生量也較少，所以，當(dāng)今學(xué)術(shù)界認為其是未來氮氧化物消除的重要研究方向。

5 結(jié)語

綜上所述，氮氧化物不僅具有嚴重的環(huán)境污染性，還會對人體的身體健康造成不可逆破壞。因此，為保護環(huán)境，保護人體健康，應(yīng)重視對氮氧化物的檢測與防治，并從源頭和末端2 個方面加強對氮氧化物的防控，最終降低環(huán)境中的氮氧化物含量，達到保護環(huán)境、保護人類身體健康的目的。