氮氧化物的危害及其卫生检测方法研究

肖飞

（临沂市疾病预防控制中心 山东临沂 276000）

1 前言

随着社会经济的不断发展，人们对环境问题的关注度也在不断提升。氮氧化物作为环境污染的重要组成部分，不仅会严重危害社会环境，也会对人们的身体健康造成严重影响。但我国对于氮氧化物的相关研究起步时间较晚，所以很多人并未意识到氮氧化物的实际危害性，更未能进行有效防控。基于此，对氮氧化物的危害及其卫生检测方法进行研究，加强人们对于氮氧化物防治的重视，具有极为重要的现实意义。

2 氮氧化物的来源及危害

2.1 氮氧化物的概念及来源

氮氧化物，指由氮元素和氧元素所共同组成的化合物，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）等种类。除 NO2外，其他种类的氮氧化物均具有不稳定的特点，并且在遇光、遇热或者遇湿过程中，这些氮氧化物还会转化为NO2或NO，而NO 则又会转化成为NO2。因此，人们接触的氮氧化物类种类为NO 和NO22 种，且以NO2为主。但无论是何种氮氧化物，其都具有一定的毒性，可严重危害环境和人体健康。

现如今，大气中氮氧化物主要来自自然产生和人为制造2 种。其中，自然条件下的氮氧化物大多来自火山爆发、雷击及细菌活动。研究发现，自然条件下所产生的氮氧化物占当今大气中氮氧化物总量的5%左右，剩下95%来自人为制造[1]，且在人为制造的氮氧化物中，超过95%氮来源于汽车尾气排放和火电厂烟气排放[2]。

2.2 氮氧化物的危害

2.2.1 氮氧化物对环境的危害

氮氧化物具有遇光易分解的特性，在阳光的照射下，不仅会转化成NO 和NO2，还极易与空气中的烃类化合物及其他化合物产生化学反应，从而生成一种光化学烟雾。相比较氮氧化物来源，通过化学反应产生的光化学烟雾的毒性更高，并且对空气及其他环境的污染性和危害性也更大。这种光化学烟雾不仅会对人体造成影响，还会降低空气的能见度，严重影响人们的出行安全。

氮氧化物除了会与空气中的其他化合物产生化学反应，对空气及环境造成污染以外，其自身也具有一定的毒性，并且能够对植物、臭氧层及环境造成污染和破坏，使植物的叶脉坏死，且降低臭氧层过滤隔离紫外线的能力，间接危害人们的身体健康。在环境中，还会同空气中的硝酸化物（HNOx）、硫氧化物（SOx）以及粉尘等发生反应，进而产生对空气和环境危害性更大的硝酸或硝酸盐气溶胶，与空气中的水分结合以后，便会产生危害环境的酸雨，引发环境恶化。

2.2.2 氮氧化物对人体的危害

氮氧化物是一种毒性很强的气体，其在常温下呈现红褐色，并且具有刺激性气味[3]。当空气中的氮氧化物的含量超过5/106的时候，人体便可以闻到氮氧化物的刺激性气味，这时，氮氧化物便已经可以对人体造成危害。而当在浓度为100/106的氮氧化物环境中生活0.5~1 h 的时候，人便会因为肺水肿死亡。现如今，已经发现的氮氧化物对人体的危害主要表现在以下3 方面。

（1）对呼吸系统的危害

氮氧化物在经由呼吸道进入人体以后，会生成硝酸（HNO3）和亚硝酸（HNO2），这 2 种化合物在进入肺部以后，都将会腐蚀肺泡上皮细胞和毛细血管壁，致使人体肺部通透性增加；另外，氮氧化物还会损害人体肺部肺泡表面的活性物质，造成肺泡萎缩、肺泡压降低、肺泡液经由血管外渗等情况，这不仅会引起淋巴管痉挛，还会引起中毒性肺水肿，最终导致人体死亡。需要注意的是，环境中的氮氧化物中毒一般属于慢性中毒，具有一段时间的潜伏期，并不会马上表现出对人体的影响，但在潜伏期过后，人体会突然发病并恶化，这时候就需要进行紧急抢救，若抢救不及时，便会威胁生命安全。

（2）对免疫系统的危害

氮氧化物是一类生物活性较高的气体氧化剂，可加剧人体内的氧化反应和过氧化反应，进而降低对人体免疫系统极为重要的维生素C、维生素E、过氧化氢酶等重要的抗氧化剂及特异性抗氧化酶的含量，增加人体中的氧化脂质等氧化产物的含量。另外，氮氧化物还会导致人体的脱氧核糖核酸（DNA）、蛋白质、酶及生物膜等氧化物及过氧化物受到损伤，进一步降低人体的抗氧化能力，两相结合下大幅度降低人体的免疫系统功能，引发免疫系统疾病。

（3）对心血管系统的危害

氮氧化物在进入人体以后，将会与体液物质产生反应，从而生成亚硝酸盐，而亚硝酸盐会随着血液进行游走，并与血红蛋白结合产生高铁血红蛋白，降低血液的氧运输能力，造成人体局部组织缺氧，进而影响神经系统，临床表现为神经衰弱症候群。另外，氮氧化物还会对心脏等人体造血系统造成极为严重的危害性影响。

综上所述，氮氧化物不仅会对植物、臭氧层及环境造成破坏性影响，进入人体后，还会对呼吸系统、免疫系统、心血管系统、神经系统及造血系统造成严重破坏，且这种破坏是不可逆的，严重的甚至可导致人体死亡。因此，应尽可能控制氮氧化物污染，并结合氮氧化物检测技术采取针对性的检测与防治。

3 氮氧化物检测技术

现如今，随着人们环境保护意识的不断提升，对空气中氮氧化物检测技术的要求也在不断提高。氮氧化物检测中，要求相关检测设备具有结构简单、易于维护、造价低廉的特点，并且还要能实现自动化检测和在线检测[4]。基于以上特点，当今比较常用的氮氧化物检测技术有激光诱导荧光法、光纤传感法、电化学传感器法3 种，以下将对3 种方法进行简要介绍说明，并列出3 种检测技术的优劣。

3.1 激光诱导荧光法

激光诱导荧光法，就是通过特定波长的激光束，促使氮氧化物分子的能级得到提升，之后处于高能级的氮氧化物分析在跃迁回基态的过程中，将会以光子的形式释放能力，所有光子形式释放能量的时长不会超过10-5s，学术界将该过程中的氮氧化物形态称之为荧光。在释放能量过程中，荧光的强度与其所蕴含的氮氧化物浓度成正比，以此为基础，结合光电转换理论，通过光电转化器吸收荧光来产生电流，进而通过电流的强度来判断空气中氮氧化物分子的浓度。本测试方法在对氮氧化物进行检测的时候，具有响应速度快、检测灵敏性高等优点，并且可以对氮氧化物的低限度检测极限进行测定。但这种测试方法使用的仪器都过于精密、复杂，并且大多数仪器都具有造价较高的特点，所以激光诱导荧光法大部分只会应用在科学研究领域，并未实现完全商业化。

3.2 光纤传感法

光纤传感法，是利用光纤敏感器件作为传感器来测定和感知测量物的变化情况。在测定过程中，通过对光谱、光强、偏振等光学参量的调制获取被测量的信息，而光纤仅作为光的传输媒介，对被测信号的感知仍依靠光敏感器件来完成。该种传感器中出射光线和入射光线都是不连续的，两者之间的调制器是光谱变化的敏感元件或其他性质的敏感元件。在传感型光纤传感器中，光纤兼有对被测信号的敏感及光信号的传输作用，将信号的“感”和“传”合二为一，因此这类传感器中光纤是连续的。在对氮氧化物进行测定时，氮氧化物的特征吸收谱线在石英光纤的低损耗传输光波长范围内，其产生的光线将会被送入光探测器中，并在经过调解后，获得被测参数。本检测方法具有检测精确性高、灵敏性高、设备体积小的特点，可在有毒有害或易燃易爆环境中进行多点遥控使用，在如今的氮氧化物检测中具有较好的普及性。但容易受到光纤传输特性的影响，实际测定区间较为狭窄，无法应用于过高或过低含量的氮氧化物检测。

3.3 电化学传感器法

在电化学传感器法中，氮氧化物在进入传感器中后，将会与传感器的敏感电极表面产生氧化反应或还原反应，具体反应方程式如下：

氮氧化物在发生反应以后，传感器将会产生电流并通过外电路经由传感器的2 个电极。在此过程中，传感器将会对电流的强度进行测定，而此电流强度的实际大小与进入传感器中的氮氧化物浓度成正比，在测定电流的强度以后，再经过等量换算便可以测量出氮氧化物的浓度。本方法的相关检测设备也具有体积小、易于携带、造价低的特点，并且在实际应用过程中还具有反应速度快、可以瞬时测定出环境中的氮氧化物浓度值的优点，所以在3 种测试方法中，本方法是最适合实现自动化实时监测的方法。但也正是由于本方法的优点较多，所以当今市面上的相关产品种类也较多，而不同种类产品的测定精度也具有一定区别，所以还需要进行谨慎对比，选择合适的产品。

4 氮氧化物防治处理办法

4.1 源头控制法

源头控制法，就是在人们生产活动的源头处对氮氧化物进行控制，即控制燃烧过程中产生的氮氧化物，从而达到降低排放、对氮氧化物进行预防控制的目的。较常用的氮氧化物源头控制技术有低过量空气燃烧技术、烟气再循环技术、浓淡燃烧技术、空气分级燃烧技术等。这4 种技术均是通过降低燃烧过程中产生的氮氧化物，达到在源头处控制氮氧化物产生的目的。实际使用过程中，这4 种技术的实际操作原理都比较简单，实施成本也较低，所以应用范围较为广泛[5]。

4.2 末端控制法

目前，末端控制法主要为烟气尾气脱硝技术。但在实际使用过程中，根据实际操作方法的不同，烟气尾气脱硝技术又被分为干法处理和湿法处理2 类。其中，干法处理主要包括非选择性催化还原法、选择性催化还原法及选择性非催化还原法3 种。

非选择催化还原法是将含有氮氧化物的气体通入含有氢气（H2）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等具有还原性气体的混合气体中，再通过催化剂来加速还原气体的还原效果，对氮氧化物气体进行还原处理，使其在还原过程中转化为氮气（N2）。这种方法虽然还原效果比较高，但其使用的催化剂的价格较高，且还原剂的消耗量也较大，易产生N2O 等二次污染气体，所以应用范围并不是很广泛。选择性催化还原法和选择性非催化还原法对氮氧化物的处理过程较为相似，两者都是通过催化剂将氮氧化物转化为N2，其中，选择性催化还原法的转化效率最高可达到90%，并且使用的装置较为简单，所以其是3 种方法中应用最为广泛的。

4.3 纳米TiO2 光催化降解法

纳米二氧化钛（TiO2）光催化降解法是近些年来出现的一种新技术。在阳光的催化下，纳米半导体表面会产生强活性物种，并与氮氧化物发生光氧化-还原反应，消除氮氧化物的降解。与前三种方法相比，纳米TiO2光催化降解法只使用太阳能便可，对能量和环境的需求较低，且转化效果较高，二次污染物的产生量也较少，所以，当今学术界认为其是未来氮氧化物消除的重要研究方向。

5 结语

综上所述，氮氧化物不仅具有严重的环境污染性，还会对人体的身体健康造成不可逆破坏。因此，为保护环境，保护人体健康，应重视对氮氧化物的检测与防治，并从源头和末端2 个方面加强对氮氧化物的防控，最终降低环境中的氮氧化物含量，达到保护环境、保护人类身体健康的目的。