民用建筑装修中甲醛的来源及测试技术

叶竹林

广州华清环境监测有限公司 广东广州 510000

甲醛，化学分子式为HCHO，又名蚁醛，1876年由霍夫曼发现，是一种原生毒素，无色、有刺激性气味，沸点为-19.5℃，熔点为-92℃，极易挥发，相对密度略大于空气。甲醛是一种非常好的溶剂，主要用于防腐剂和粘合剂，在医学领域以及人造板材中使用比较广泛。甲醛含量为37%的溶液是常见的福尔马林液，此溶液极易挥发。由于甲醛沸点低，人造板材中用到的粘合剂也会挥发出甲醛。

1 甲醛的来源

1.1 甲醛的来源

室内环境的空气中甲醛主要来自于建筑装饰、装修材料和家具。人造板作为重要的装饰装修材料以及家具材料，由于大量使用脲醛树脂胶勃剂，在使用过程中会长期缓慢地释放甲醛。地毯、壁纸、内墙涂料等室内装饰材料所释放的甲醛对居室环境的污染也很严重。现代科学的研究表明，甲醛对人体的健康有负面影响。当室内空气重含量为0.1mg/m3时就有异味和不适感；0.3mg/m3，时可刺激眼睛引起流泪；0.5mg/m3，时引起咽喉不适或疼痛；浓度再高可引起恶心、呕吐、咳嗽、胸闷、气喘甚至肺气肿；当空气中达到30mg/m3，时可当即致死。产期接触低剂量甲醛可以引起慢性呼吸道疾病、女性月经紊乱、妊娠综合征，引起新生儿体质降低、染色体异常，甚至引起鼻咽癌。高浓度的甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害[1]。

1.2 甲醛的危害

1.2.1 对人体眼睛及呼吸道的刺激作用

甲醛具有刺激性，长期接触低浓度的甲醛可能会引起头痛、头昏、咽干、咳嗽等呼吸系统不适。急性刺激可能会引起流泪、打喷嚏、咳嗽、恶心、呼吸困难等。人体吸入高浓度甲醛后会出现水肿、眼刺痛、头痛等严重症状。如果甲醛浓度过高则会危及生命。

1.2.2 对人体免疫系统的影响

人体接触大量甲醛可能引起过敏性紫瘫。我国有研究人员对经常接触甲醛的工人进行了免疫功能的研究，结果表明甲醛能够改变血清中的IgG,IgA含量。另有研究表明过敏体质人员接触甲醛后其过敏现象会加重。

1.2.3 对人体器官的影响

人体接触甲醛还可能引起接触性皮炎。人体长时间暴露在含有低浓度甲醛的空气中，可能会出现皮肤干燥开裂，汗腺分泌被抑制等反应。人体内的甲醛主要通过肝脏以及肾脏排出体外，所以甲醛对人体的肝脏以及肾脏也会有强大的破坏作用。

1.2.4 致畸与致癌作用

甲醛己经被国际癌症研究机构定为可疑致癌物，世界卫生组织及美国环境保护局也都把甲醛列为危险致癌物质。有相关实验证明，甲醛能进入单碳循环，通过一系列的反应可以与DNA相联。另有实验发现，孕鼠在甲醛环境里，可诱导胚胎死亡，或增加胎儿畸形的发生率。

2 民用建筑装修中甲醛的测试技术

2.1 电化学传感器法

电化学传感器法是目前便携式甲醛检测仪器中最常用的检测方法，主要原理是气体中的甲醛分子扩散后在电极电压作用下发生氧化反应而产生扩散电极电流，此电流与甲醛分子的浓度成正比。电化学传感器法检测甲醛的特点是操作简单、快速、便携方便等，但极易受其它气体影响，而且电化学池的寿命较短，需定时补充电解液或者更换电化学传感器，同时由于此类仪器均从国外引进，所以价格昂贵、维护成本高，不适合中国市场的需求。

2.2 可调激光吸收光谱法

可调激光吸收光谱法是目前最受关注的光谱分析方法。它的检测原理是通过发射窄的激光束测定目标物的旋转一振动位的信号来定量的。激光束经过大约150m的光程和多级吸收池到达样品池，样品池中的甲醛在1740cm-1处有较大吸收峰，通过计算就可以得出甲醛的含量或浓度。此方法的检测限0.25ppb(体积的十亿分之一，纳克级)，并且每三分钟可测一次，可以进行连续检测，灵敏度高，所以被广泛应用，特别是应用在飞机上检测对流层大气中的甲醛浓度。

2.3 差分光学吸收光谱法

该方法利用光线在大气传输时各气体分子在不同波段对其有不同的差分吸收特性来反演这些气体在大气中的浓度。根据图2.3可以看出空气中甲醛在300nm到347nm波长区间有较强吸收。差分光学吸收法需要在离检测器5一10km的地方放置一个宽光谱光源如高压氛灯，光线通过望远镜进入接收装置然后经过多次反射刁‘能到达检测器，检测器一记录其在300347nm处的光谱，通过与甲醛标准气体光谱比较分析计算出甲醛的含量。此方法的检出限可以达到0.3ppb，灵敏度高，但是由于需要使用很长的光程达到高灵敏度，所以很少被用于做常规检测。

2.4 窄带吸收法

窄带吸收法是基于差分吸收光谱法原理的一种改进检测方法，由于差分吸收法利用的是宽光谱光源，而且用单色仪对其进行频谱扫描，导致了每个吸收频带上的光功率较小，所以需要非常长的光程来实现高灵敏度检测，长光程的实现制造比较困难，而且此方法容易引起测量偏差。有学者采用半导体激光器作为光源，在3kHz锯齿波驱动下产生频率连续变化的激光，被分束器分成两束激光，两束激光分别经过被测气体和参考气体吸收室，最后经过光电转换后进入数据采集与处理单元。相关实验证明系统的输出与甲醛气体的实际浓度成线性关系，说明此检测方法的可行性。此检测方法是在实验室状态下进行的实验，实验室设备同样不能实现现场实时检测[2]。

2.5 衰荡腔光谱法

衰荡腔光谱法是一种新型的高灵敏度光谱技术，通过测量激光信号在腔内的衰减速率推算腔内痕量气体对特定波长光的吸收系数，然后再由吸收系数反演出该痕量气体的浓度。衰荡腔技术中的激光脉冲被注入含有高反射镜的腔体中，激光在腔体中反复反射多次，使吸收光程达到数千米乃至几十千米，实现高灵敏度，特别适合空气中低浓度气体成分的检测。

有学者利用衰荡腔光谱法做实验，给腔内充氮气，工作气压为4000Pa，激光波长调谐在2914.3cm-1处，甲醛气体在2914.46cm-1，附近有最大吸收峰，而氮气在此处无吸收，激光波长从2914.25cm-1到2914.65cm-1检测到甲醛的吸收光谱。实验能够很好地证明衰荡腔光谱法测甲醛的可行性，但是此方法需要高精度的衰荡腔振荡器，此振荡器光路复杂，不易实现低成本检测。

2.6 快速检测法

目前在国内市场上也有一些快速检测甲醛的方法，主要有试纸法、比色速测包、检测管法等。这些方法都是基于比色法的色阶变化或比长法的显色长度变化。试纸法和比色速测包法都是源于比色法原理，空气中的甲醛扩散到试纸或试剂上与其反应而发生显色，然后与色阶卡进行对比来得到甲醛的浓度。此种方法成本低、操作简单，但是比色卡颜色的制作精度以及人眼对颜色的鉴别差异使其准确度较差，目前仅用于室内空气中甲醛含量的半定量检测。

2.7 色谱法

2.7.1 气相色谱法

使用到的仪器为OV色谱柱以及氢焰离子化检测器。具体操作方法为：将含有甲醛的空气在酸性条件下与2,4一二硝基苯脐（2,4-DNPH）的硫酸溶液进行反应，生成稳定的2,4一二硝基苯膝。用二硫化碳洗脱后，利用OV色谱柱进行分离，用氢焰离子化检测器来测定，以保留的时间定性，峰高定量。

优点：选择性好，干扰因素少，灵敏度高，被国家列为国家标准分析方法（GB/T18204.26-2000）。缺点：存在衍生物同分异构体的问题，对仪器设备以及操作要求很高，测定范围窄。

2.7.2 高效液相色谱法

高效液相色谱仪通常和紫外吸收检测器相联接共同使用，称为高效液相色谱紫外检测法（HPLC-UV）。检测原理是空气中的甲醛在酸性条件下与吸附剂表面涂的2,4一二硝基苯脐（DNPH）反应生成踪而被保留，用二硫化碳洗脱，然后采用高压液相色谱进行分离，利用紫外吸收检测器检测。

2.7.3 离子色谱法

离子色谱法用到的仪器是Dinex=10型离子色谱检测器。利用3%的碱性过氧化氢把空气中甲醛氧化成甲酸盐阴离子然后分离洗脱，再抑制，最后进入离子色谱检测器分析。本方法操作比较复杂。

3 民用建筑装修中甲醛的防治

3.1 污染源控制

从源头减少或者避免甲醛等室内污染气体产生的以及用外界屏障防止污染气体其进入室内环境方法叫做污染源控制。从理论上讲，对影响居室空气甲醛含量的室内污染源进行防治，相比其它后期措施控制、在源头上污染是一种更加行之有效的方法。首先要有环境设计和建筑设计理念，从居室清洁环保进行设计，采用绿色建材，尽量减少胶体等甲醛释放源的使用，从而有效减少居室污染源释放量，达到降低、预防居室甲醛污染的目的。

3.2 物理化学吸附

吸附分为物理吸附和化学吸附，主要是利用多孔物质的吸附性对有害气体进行吸附，故此类净化材料都必须具有较强的吸附能力。例如，活性炭、硅胶及沸石等，其中活性炭以其较大的比表面积、稳定的化学性质以及容易再生等性质成为首要的吸附材料，被广泛应用于室内空气净化甲醛的治理。但是常规的活性炭有其自身的缺陷。活性炭吸附对室内气体的吸附大多属于物理吸附，吸附能力微弱，且活性炭属于疏水性物质，对亲水性物质的吸附能力较差，而室内主要污染物甲醛属于亲水性物质。另外，物理吸附具有较差的稳定性，当压力、温度等条件变化时容易脱附从而造成二次污染。目前，国内外相关学者正着力于研究和开发高效的炭质室内空气净化、吸附剂。沸石、分子筛等在室内空气污染物甲醛净化方面的研究报道极少，人工合成分子筛的价格较高，而天然分子筛在孔隙率和吸附性能等方面都难以符合甲醛的附效果的要求，也限制了其的广泛使用[3]。

3.3 臭氧氧化

臭氧具有很强的氧化能力，能够氧化空气中的甲醛等有机有害气体。杨丹凤等研究表明，装修居室经低浓度臭氧处理后的甲醛浓度呈现显著下降趋势。因而采用臭氧氧化技术进行室内甲醛的净化有一定的局限性，对于臭氧的浓度有比较高的标准要求，只有在一定的范围内才能到达较好的净化效果，超出这个范围不仅净化效果不理想，而且臭氧自身就会对室内环境造成一定的污染。

3.4 低温等离子体方法

生物酶作为生物催化剂，具有无毒无害，环境友好等特点。生物酶是由生物体自身产生的，具有高度特殊性的催化剂，其特殊性如下所述：①专一性：特定的专属酶只能催化某一特定种类的物质，对其他物质并不能产生催化作用。②高效性：酶的催化效率非常高，一般能达到相应无机催化剂的几千倍到几百万倍。③低反应条件：酶催化反应能够常压、常温条件下进行，而进不像一般无机催化剂必须在强碱、强酸、高压、高温、等特殊条件进行。④能够降低反应的活化能：酶主要是通过降低反应进行所需要的活化能来提高其反应的速率，从而使反应能够更加容易进行。，酶作为一种催化剂，在反应前后是不被消耗的，在能够进行大生产时，如有条件的情况下酶还可进行回收利用。⑤易变性失活：在受到射线、表面活性剂、热、强酸、紫外线、金属盐、强碱及其它因素或者化学试剂影响时，生物酶蛋白质的结构会发生改变化，产生变性反应，从而使酶失去活性。生物酶技术是运用微生物与酶的结合来完成对室内空气污染源进行有效治理的，其利用微生物代谢功能强、繁殖能力快（几小时或者十几小时就可以繁衍一代）等特点来分解室内苯、甲醛等室内有害污染气体，这种微生物把有害物质作为所需营养物质进行生存繁殖，其中有害物质越多其微生物繁殖速度便越快，当有害污染物质逐渐减少其相应微生物的数目也随之减少。由于微生物属于纳米级，个体非常微小，所以能够轻松解决板材及胶体内部的游离甲醛及其他空气污染物，不会对其造成二次污染，但污染物浓度必须控制在一定浓度之下，由于微生物的特性，温度也必须控制在一定的范围内，这也大大限制了生物酶技术在室内空气污染方面的应用。

4 结语

甲醛是装修居室和建筑材料释放到空气中的主要污染物，因其潜在的致敏、致癌、致畸己成为近年室内环境研究的热点。进入21世纪后，随着国家经济的快速发展，各式各样的楼盘如雨后春笋般出现，加上采暖空调的普及化和室内装潢的专业化，人们居住环境的便利性和舒适性得到了很大的改善。但是，由于高断热和高气密性建筑的大肆开发和新型建材的广泛应用，致使居民在享受便利性和舒适性的同时不能忽略由其引起的环境问题。其中代表性的问题就是与病态建筑相关联的室内空气污染问题。