家用便攜式半導體氣敏傳感器法甲醛檢測儀性能研究

鐘義林 唐巍飚 李學輝 陳希堯 丁臻敏 沈浩

（上海市計量測試技術研究院，上海 200233）

室內空氣環境是與人類最密切相關的環境之一，人的一生約有70%的時間處于室內，而防疫能力更弱的嬰幼兒和老弱殘疾者在室內的時間可能更長，據統計數據表明，每個人日均吸入空氣12立方米。室內環境污染的情況與人們的身體健康狀況是息息相關的[1]。

室內裝修所帶來的污染一般是來源于裝飾裝修材料，如墻紙、油漆、膠粘劑、涂料、人造板材和地板等。在室內空氣中存在500多種揮發性有機物，其中致癌物質就有20多種，大量觸目驚心的事實證實，室內空氣污染已成為危害人類健康的“隱形殺手”，也成為全世界各國共同關注的問題。室內裝修帶來的環境污染會對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，具有揮發性質的有機化合物，甲醛具有非常強烈的刺激性氣味，但是沒有顏色，特別易溶于水。在裝修時使用的貼面板、合成地板、木屑板等都會帶來甲醛危害，甲醛可通過呼吸道系統、消化道系統、皮膚系統進入人體，并進而對神經系統產生影響，使人感到不舒適，注意力分散，工作效率降低，產生頭痛、惡心、疲勞、皮膚紅腫等癥狀，嚴重的話可引發嬰兒畸形、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，對人體的皮膚以及黏膜會造成損傷。因此，人們迫切希望知道自己所處的室內環境的甲醛含量狀況[2]。

室內環境污染物甲醛的標準測定方法比較復雜，需要委托專業的實驗室，在整個過程大致分為現場采樣，實驗室分析，數據處理等，檢測周期較長，費用較高，很難滿足每個家庭的需要，在這種情況下家用便攜式甲醛測試儀產品應運而生[3]。

家用便攜式半導體氣敏傳感器法甲醛檢測儀（以下簡稱“甲醛檢測儀”）原理為：采用氣體敏感元件（大多是以金屬氧化物半導體為基礎材料），當被測氣體在該半導體表面吸附后，引起其電學特性（例如電導率）發生變化，由轉換元件將該信號按一定規律轉化成可輸出的電信號，從而得出檢測結果。甲醛檢測儀因為操作方便、讀數直觀、價格便宜受到不少消費者青睞。此類甲醛檢測儀在實際應用中相關文獻尚不多見，本研究旨在為這類儀器應用于家庭裝修后對甲醛污染物檢測做技術支撐，同時也提醒消費者慎重購買檢測儀器[4]。

1 實驗部分

1.1 檢測樣本

本次測試的樣品均采購自網上購物平臺，共采購16款不同品牌型號的甲醛檢測儀各2臺，共計32個樣品。

1.2 實驗主要儀器與試劑

甲醛動態配氣裝置、30m3環境艙、恒流大氣采樣器、分光光度計、空盒氣壓表、溫濕度計、大型氣泡吸收管、酚試劑吸收液、硫酸鐵銨溶液。所涉及的儀器在實驗前均進行了計量檢定或校準。

1.3 設定環境

在本次實驗中，我們根據國家現行標準以及裝修后不同的情況設置了6種不同溫度與甲醛濃度的室內環境，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種設定環境的具體參數見表1和表2。

表1 不同濃度

表2 不同溫度

1.4 檢測方法

實驗過程中，工程師根據表1和表2來設置環境艙內環境。先調節好溫度，然后通過甲醛動態配氣裝置向環境艙內通入一定甲醛。當艙內甲醛濃度均勻后，一名工程師在環境艙采樣口按照GB/T 18204.2-2014《公共場所衛生檢驗方法第2部分：化學污染物》中酚試劑分光光度法的要求進行采樣（采平行樣，采樣時間20min），后續進行化學分析和結果計算[5]。當結果顯示艙內甲醛濃度在預期設定濃度范圍內時，另一名工程師嚴格按照甲醛檢測儀產品使用說明書連續在環境艙內檢測20min，每間隔5分鐘記錄一次儀器示值。

在示值誤差計算過程中，我們以酚試劑分光光度法所測得的甲醛濃度平均值作為環境艙中甲醛濃度標準值，以甲醛檢測儀5次檢測示值的平均值為該儀器的濃度示值，計算其示值誤差（以“相對偏差”公式計算。結果取其絕對值）。

C0--環境艙內甲醛濃度的標準值，mg/m3[6]

1.5 評判依據

示值誤差結果判定參照GB/T18204.2-2014《公共場所衛生檢驗方法第2部分：化學污染物》7.5.2條款，要求用酚試劑分光光度法對甲醛檢測儀進行比對測試，其相對偏差≤15%[5]。

2 結果與討論

2.1 常溫不同濃度環境

2.1.1 低濃度環境

圖1 檢測儀在常溫低濃度環境中的示值誤差

圖2 檢測儀在常溫中濃度環境中示值誤差

據圖1可看出，僅有2臺甲醛檢測儀示值誤差不超過15%，為7.5%；其余均超過。其中有5臺甲醛檢測儀示值為0，無響應；示值誤差最大達到115.5%，該儀器讀數遠遠高于標準值。因此在常溫低濃度環境中，除2臺外其余甲醛檢測儀示值誤差都不符合要求。

2.1.2 中濃度環境

據圖2可看出，所有甲醛檢測儀示值誤差都超過15%，其中有4臺甲醛檢測儀示值為“0”，無響應。因此在低溫中濃度環境中，所有甲醛檢測儀示值誤差都不符合要求。

2.1.3 高濃度環境

圖3 檢測儀在常溫高濃度環境中示值誤差

據圖3可看出，僅有1臺甲醛檢測儀示值誤差不超過15%，為13.2%；其余均超過。因此在低溫中濃度環境中，除1臺外其余甲醛檢測儀示值誤差都不符合要求。

2.2 中濃度不同溫度環境

2.2.1 低溫環境

圖4 檢測儀在低溫中濃度環境中示值誤差

據圖4可看出，僅有1臺甲醛檢測儀示值誤差不超過15%，為8.9%；其余均超過，其中有1臺的示值誤差高達到108.3%，有5臺甲醛檢測儀示值為0，無響應。因此在低溫中濃度環境中，除1臺外其余甲醛檢測儀示值誤差都不符合要求。

2.2.2 中溫環境

圖5 檢測儀在中溫中濃度環境中示值誤差

據圖5可看出，所有甲醛檢測儀示值誤差都超過15%，其中有4臺甲醛檢測儀示值為0，無響應。因此在高溫高濃度環境中，所有甲醛檢測儀示值誤差都不符合要求。

2.2.3 高溫環境

圖6 檢測儀在高溫中濃度環境中示值誤差

據圖6可看出，僅有1臺甲醛檢測儀示值誤差不超過15%，為11.2%；其余均超過。因此在高溫中濃度環境中，除1臺外其余甲醛檢測儀示值誤差都不符合要求。

通過在環境艙中6種環境下的測試，我們發現本次16批次甲醛檢測儀中沒有一款儀器能夠在6種環境下的示值誤差都滿足要求。

3 總結

本次研究的16批次家用便攜式半導體氣敏傳感器法甲醛檢測儀無法在設定的環境中提供準確的檢測結果，故不適用于室內環境中甲醛濃度精準檢測。主要原因在于這些儀器缺乏統一的技術標準，很多甲醛檢測儀只用電子元件簡單拼湊，不僅采用性能低劣的傳感元件，傳感器結構簡單，體積小，價格相對低；并且產品設計上并沒有考慮空氣的流速、濕度、溫度對數據準確性的影響。此外，甲醛檢測儀在中國并非是計量器具，所以此類產品能夠在沒有經過系統計量與測試的情況就投放市場，準確性基本得不到保障。