民用建筑裝修中甲醛的來源及測試技術

葉竹林

廣州華清環境監測有限公司 廣東廣州 510000

甲醛，化學分子式為HCHO，又名蟻醛，1876年由霍夫曼發現，是一種原生毒素，無色、有刺激性氣味，沸點為-19.5℃，熔點為-92℃，極易揮發，相對密度略大于空氣。甲醛是一種非常好的溶劑，主要用于防腐劑和粘合劑，在醫學領域以及人造板材中使用比較廣泛。甲醛含量為37%的溶液是常見的福爾馬林液，此溶液極易揮發。由于甲醛沸點低，人造板材中用到的粘合劑也會揮發出甲醛。

1 甲醛的來源

1.1 甲醛的來源

室內環境的空氣中甲醛主要來自于建筑裝飾、裝修材料和家具。人造板作為重要的裝飾裝修材料以及家具材料，由于大量使用脲醛樹脂膠勃劑，在使用過程中會長期緩慢地釋放甲醛。地毯、壁紙、內墻涂料等室內裝飾材料所釋放的甲醛對居室環境的污染也很嚴重。現代科學的研究表明，甲醛對人體的健康有負面影響。當室內空氣重含量為0.1mg/m3時就有異味和不適感；0.3mg/m3，時可刺激眼睛引起流淚；0.5mg/m3，時引起咽喉不適或疼痛；濃度再高可引起惡心、嘔吐、咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫；當空氣中達到30mg/m3，時可當即致死。產期接觸低劑量甲醛可以引起慢性呼吸道疾病、女性月經紊亂、妊娠綜合征，引起新生兒體質降低、染色體異常，甚至引起鼻咽癌。高濃度的甲醛對神經系統、免疫系統、肝臟等都有毒害[1]。

1.2 甲醛的危害

1.2.1 對人體眼睛及呼吸道的刺激作用

甲醛具有刺激性，長期接觸低濃度的甲醛可能會引起頭痛、頭昏、咽干、咳嗽等呼吸系統不適。急性刺激可能會引起流淚、打噴嚏、咳嗽、惡心、呼吸困難等。人體吸入高濃度甲醛后會出現水腫、眼刺痛、頭痛等嚴重癥狀。如果甲醛濃度過高則會危及生命。

1.2.2 對人體免疫系統的影響

人體接觸大量甲醛可能引起過敏性紫癱。我國有研究人員對經常接觸甲醛的工人進行了免疫功能的研究，結果表明甲醛能夠改變血清中的IgG,IgA含量。另有研究表明過敏體質人員接觸甲醛后其過敏現象會加重。

1.2.3 對人體器官的影響

人體接觸甲醛還可能引起接觸性皮炎。人體長時間暴露在含有低濃度甲醛的空氣中，可能會出現皮膚干燥開裂，汗腺分泌被抑制等反應。人體內的甲醛主要通過肝臟以及腎臟排出體外，所以甲醛對人體的肝臟以及腎臟也會有強大的破壞作用。

1.2.4 致畸與致癌作用

甲醛己經被國際癌癥研究機構定為可疑致癌物，世界衛生組織及美國環境保護局也都把甲醛列為危險致癌物質。有相關實驗證明，甲醛能進入單碳循環，通過一系列的反應可以與DNA相聯。另有實驗發現，孕鼠在甲醛環境里，可誘導胚胎死亡，或增加胎兒畸形的發生率。

2 民用建筑裝修中甲醛的測試技術

2.1 電化學傳感器法

電化學傳感器法是目前便攜式甲醛檢測儀器中最常用的檢測方法，主要原理是氣體中的甲醛分子擴散后在電極電壓作用下發生氧化反應而產生擴散電極電流，此電流與甲醛分子的濃度成正比。電化學傳感器法檢測甲醛的特點是操作簡單、快速、便攜方便等，但極易受其它氣體影響，而且電化學池的壽命較短，需定時補充電解液或者更換電化學傳感器，同時由于此類儀器均從國外引進，所以價格昂貴、維護成本高，不適合中國市場的需求。

2.2 可調激光吸收光譜法

可調激光吸收光譜法是目前最受關注的光譜分析方法。它的檢測原理是通過發射窄的激光束測定目標物的旋轉一振動位的信號來定量的。激光束經過大約150m的光程和多級吸收池到達樣品池，樣品池中的甲醛在1740cm-1處有較大吸收峰，通過計算就可以得出甲醛的含量或濃度。此方法的檢測限0.25ppb(體積的十億分之一，納克級)，并且每三分鐘可測一次，可以進行連續檢測，靈敏度高，所以被廣泛應用，特別是應用在飛機上檢測對流層大氣中的甲醛濃度。

2.3 差分光學吸收光譜法

該方法利用光線在大氣傳輸時各氣體分子在不同波段對其有不同的差分吸收特性來反演這些氣體在大氣中的濃度。根據圖2.3可以看出空氣中甲醛在300nm到347nm波長區間有較強吸收。差分光學吸收法需要在離檢測器5一10km的地方放置一個寬光譜光源如高壓氛燈，光線通過望遠鏡進入接收裝置然后經過多次反射刁‘能到達檢測器，檢測器一記錄其在300347nm處的光譜，通過與甲醛標準氣體光譜比較分析計算出甲醛的含量。此方法的檢出限可以達到0.3ppb，靈敏度高，但是由于需要使用很長的光程達到高靈敏度，所以很少被用于做常規檢測。

2.4 窄帶吸收法

窄帶吸收法是基于差分吸收光譜法原理的一種改進檢測方法，由于差分吸收法利用的是寬光譜光源，而且用單色儀對其進行頻譜掃描，導致了每個吸收頻帶上的光功率較小，所以需要非常長的光程來實現高靈敏度檢測，長光程的實現制造比較困難，而且此方法容易引起測量偏差。有學者采用半導體激光器作為光源，在3kHz鋸齒波驅動下產生頻率連續變化的激光，被分束器分成兩束激光，兩束激光分別經過被測氣體和參考氣體吸收室，最后經過光電轉換后進入數據采集與處理單元。相關實驗證明系統的輸出與甲醛氣體的實際濃度成線性關系，說明此檢測方法的可行性。此檢測方法是在實驗室狀態下進行的實驗，實驗室設備同樣不能實現現場實時檢測[2]。

2.5 衰蕩腔光譜法

衰蕩腔光譜法是一種新型的高靈敏度光譜技術，通過測量激光信號在腔內的衰減速率推算腔內痕量氣體對特定波長光的吸收系數，然后再由吸收系數反演出該痕量氣體的濃度。衰蕩腔技術中的激光脈沖被注入含有高反射鏡的腔體中，激光在腔體中反復反射多次，使吸收光程達到數千米乃至幾十千米，實現高靈敏度，特別適合空氣中低濃度氣體成分的檢測。

有學者利用衰蕩腔光譜法做實驗，給腔內充氮氣，工作氣壓為4000Pa，激光波長調諧在2914.3cm-1處，甲醛氣體在2914.46cm-1，附近有最大吸收峰，而氮氣在此處無吸收，激光波長從2914.25cm-1到2914.65cm-1檢測到甲醛的吸收光譜。實驗能夠很好地證明衰蕩腔光譜法測甲醛的可行性，但是此方法需要高精度的衰蕩腔振蕩器，此振蕩器光路復雜，不易實現低成本檢測。

2.6 快速檢測法

目前在國內市場上也有一些快速檢測甲醛的方法，主要有試紙法、比色速測包、檢測管法等。這些方法都是基于比色法的色階變化或比長法的顯色長度變化。試紙法和比色速測包法都是源于比色法原理，空氣中的甲醛擴散到試紙或試劑上與其反應而發生顯色，然后與色階卡進行對比來得到甲醛的濃度。此種方法成本低、操作簡單，但是比色卡顏色的制作精度以及人眼對顏色的鑒別差異使其準確度較差，目前僅用于室內空氣中甲醛含量的半定量檢測。

2.7 色譜法

2.7.1 氣相色譜法

使用到的儀器為OV色譜柱以及氫焰離子化檢測器。具體操作方法為：將含有甲醛的空氣在酸性條件下與2,4一二硝基苯臍（2,4-DNPH）的硫酸溶液進行反應，生成穩定的2,4一二硝基苯膝。用二硫化碳洗脫后，利用OV色譜柱進行分離，用氫焰離子化檢測器來測定，以保留的時間定性，峰高定量。

優點：選擇性好，干擾因素少，靈敏度高，被國家列為國家標準分析方法（GB/T18204.26-2000）。缺點：存在衍生物同分異構體的問題，對儀器設備以及操作要求很高，測定范圍窄。

2.7.2 高效液相色譜法

高效液相色譜儀通常和紫外吸收檢測器相聯接共同使用，稱為高效液相色譜紫外檢測法（HPLC-UV）。檢測原理是空氣中的甲醛在酸性條件下與吸附劑表面涂的2,4一二硝基苯臍（DNPH）反應生成蹤而被保留，用二硫化碳洗脫，然后采用高壓液相色譜進行分離，利用紫外吸收檢測器檢測。

2.7.3 離子色譜法

離子色譜法用到的儀器是Dinex=10型離子色譜檢測器。利用3%的堿性過氧化氫把空氣中甲醛氧化成甲酸鹽陰離子然后分離洗脫，再抑制，最后進入離子色譜檢測器分析。本方法操作比較復雜。

3 民用建筑裝修中甲醛的防治

3.1 污染源控制

從源頭減少或者避免甲醛等室內污染氣體產生的以及用外界屏障防止污染氣體其進入室內環境方法叫做污染源控制。從理論上講，對影響居室空氣甲醛含量的室內污染源進行防治，相比其它后期措施控制、在源頭上污染是一種更加行之有效的方法。首先要有環境設計和建筑設計理念，從居室清潔環保進行設計，采用綠色建材，盡量減少膠體等甲醛釋放源的使用，從而有效減少居室污染源釋放量，達到降低、預防居室甲醛污染的目的。

3.2 物理化學吸附

吸附分為物理吸附和化學吸附，主要是利用多孔物質的吸附性對有害氣體進行吸附，故此類凈化材料都必須具有較強的吸附能力。例如，活性炭、硅膠及沸石等，其中活性炭以其較大的比表面積、穩定的化學性質以及容易再生等性質成為首要的吸附材料，被廣泛應用于室內空氣凈化甲醛的治理。但是常規的活性炭有其自身的缺陷。活性炭吸附對室內氣體的吸附大多屬于物理吸附，吸附能力微弱，且活性炭屬于疏水性物質，對親水性物質的吸附能力較差，而室內主要污染物甲醛屬于親水性物質。另外，物理吸附具有較差的穩定性，當壓力、溫度等條件變化時容易脫附從而造成二次污染。目前，國內外相關學者正著力于研究和開發高效的炭質室內空氣凈化、吸附劑。沸石、分子篩等在室內空氣污染物甲醛凈化方面的研究報道極少，人工合成分子篩的價格較高，而天然分子篩在孔隙率和吸附性能等方面都難以符合甲醛的附效果的要求，也限制了其的廣泛使用[3]。

3.3 臭氧氧化

臭氧具有很強的氧化能力，能夠氧化空氣中的甲醛等有機有害氣體。楊丹鳳等研究表明，裝修居室經低濃度臭氧處理后的甲醛濃度呈現顯著下降趨勢。因而采用臭氧氧化技術進行室內甲醛的凈化有一定的局限性，對于臭氧的濃度有比較高的標準要求，只有在一定的范圍內才能到達較好的凈化效果，超出這個范圍不僅凈化效果不理想，而且臭氧自身就會對室內環境造成一定的污染。

3.4 低溫等離子體方法

生物酶作為生物催化劑，具有無毒無害，環境友好等特點。生物酶是由生物體自身產生的，具有高度特殊性的催化劑，其特殊性如下所述：①專一性：特定的專屬酶只能催化某一特定種類的物質，對其他物質并不能產生催化作用。②高效性：酶的催化效率非常高，一般能達到相應無機催化劑的幾千倍到幾百萬倍。③低反應條件：酶催化反應能夠常壓、常溫條件下進行，而進不像一般無機催化劑必須在強堿、強酸、高壓、高溫、等特殊條件進行。④能夠降低反應的活化能：酶主要是通過降低反應進行所需要的活化能來提高其反應的速率，從而使反應能夠更加容易進行。，酶作為一種催化劑，在反應前后是不被消耗的，在能夠進行大生產時，如有條件的情況下酶還可進行回收利用。⑤易變性失活：在受到射線、表面活性劑、熱、強酸、紫外線、金屬鹽、強堿及其它因素或者化學試劑影響時，生物酶蛋白質的結構會發生改變化，產生變性反應，從而使酶失去活性。生物酶技術是運用微生物與酶的結合來完成對室內空氣污染源進行有效治理的，其利用微生物代謝功能強、繁殖能力快（幾小時或者十幾小時就可以繁衍一代）等特點來分解室內苯、甲醛等室內有害污染氣體，這種微生物把有害物質作為所需營養物質進行生存繁殖，其中有害物質越多其微生物繁殖速度便越快，當有害污染物質逐漸減少其相應微生物的數目也隨之減少。由于微生物屬于納米級，個體非常微小，所以能夠輕松解決板材及膠體內部的游離甲醛及其他空氣污染物，不會對其造成二次污染，但污染物濃度必須控制在一定濃度之下，由于微生物的特性，溫度也必須控制在一定的范圍內，這也大大限制了生物酶技術在室內空氣污染方面的應用。

4 結語

甲醛是裝修居室和建筑材料釋放到空氣中的主要污染物，因其潛在的致敏、致癌、致畸己成為近年室內環境研究的熱點。進入21世紀后，隨著國家經濟的快速發展，各式各樣的樓盤如雨后春筍般出現，加上采暖空調的普及化和室內裝潢的專業化，人們居住環境的便利性和舒適性得到了很大的改善。但是，由于高斷熱和高氣密性建筑的大肆開發和新型建材的廣泛應用，致使居民在享受便利性和舒適性的同時不能忽略由其引起的環境問題。其中代表性的問題就是與病態建筑相關聯的室內空氣污染問題。