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臭气(恶臭)的测定
1臭气(恶臭)的测定
作为“气味”评价(量化)方法,主要分为两种。一种是用气体色谱仪或分光光度计等进行测定的 "仪器测定法(成分浓度显示法)",另一种是根据人的嗅觉来评价气味强度和适与不适的 “嗅觉测定法”见图1。
1.1单一成分浓度显示法
利用气体色谱仪或分光光度计等分析仪器,通过构成臭气的化学物质的浓度进行显示(数值化)的方法。这种方法,在分析特定成分的臭气时,非常有效。但是,由于分析精度很高,因此所需费用也很高,并且需要高度的专业知识。另外,在对日本《恶臭防止法》中所规定的特定恶臭物质(22种)进行数值化时,就采用这种方法。1.2复合成分浓度显示法
利用气体色谱仪等分析仪器,通过总还原性硫(TRS)及总碳化氢(THC)的组合、对构成臭气的化学物质的浓度进行测定的方法。
1.3臭气强度显示
利用人的嗅觉,对臭气的强度进行数值化的方法。当前在日本广泛使用的是6级臭气强度显示法,见图2 。但是由于每个人的嗅觉都有很大差异,并且受到当时身体状况和喜好的影响,所以缺乏客观性。因此,在《恶臭防止法》中,对众多的数据进行统计处理,在臭气强度25~35的范围内,规定了成分(特定恶臭物质)浓度和臭气指数的限定值。
0:无臭
1:稍稍能够感知到的气味(检测临界值)
2:能够知道是何气味的微弱气味(认知临界值)
3:能够轻松感知的气味
4:较强的气味
5:强烈的气味
1.4适与不适显示法
为了显示气味的适与不适的程度而采用的方法。目前在日本采用的是9级适与不适显示法,见图 3。考虑到个体差别以及可靠性,一般作为辅助数据使用。虽然在反复测试中,个体内部的变动很小,但却会受闻味时间长短的影响。
-4:极度不适
―3:非常不适
-2:不适
-1:稍感不适
0:没有特别的舒适或不适感
1:稍感舒适
2:舒适
3:非常舒适
4:极度舒适
1.5臭气浓度(臭气指数)显示法
“臭气浓度” 的定义是指将气味(原臭)“用无臭的干净空气进行稀释时,正好达到无臭时所需要的稀释倍数”。臭气浓度100是指如果将气味(原臭)用无臭的干净空气进行100倍的稀释,那么气味就会消失。另外,还有一种叫臭气指数的标准,更能对应于人的嗅觉感觉量。它是臭气浓度常用对数的10倍,在日本的《恶臭防止法》中就采用了臭气指数。
臭气指数=10×log臭气浓度
这些臭气浓度或臭气指数的测定,可采用下述的三点比较式臭袋法,但运营成本较高。另外,在日本,臭气指数测定要由拥有嗅辨师资格的人士来进行。
(注:中国公认方法是“臭气浓度”,日本公认方法是“臭气指数”)。
1.6臭气频率显示法
臭气频率显示法,是指显示气味的感知频率的方法,见图 4 。与臭气强度显示法、适与不适显示法、臭气浓度显示法相比较,这种方法多用于长期的水平评测。三点比较式臭袋法,见图5。
0:总闻不到
1:偶尔闻到(每月一次左右)
2:有时闻到(每周一次左右)
3:经常闻到(每日一次左右)
4:总能闻到
2气味传感器(恶臭测试仪)
本公司着眼于“构成气味的气体成分大多是还原性气体” 这一点,开发出了****的能对气味进行灵敏检测的半导体型气味传感器,并向市场推出了对不分长度和重量单位的气味强弱进行数值化的 “便携式气味传感器” XP-329系列,见照片1。
照片1XP-329型
在现场,很多情况都是优先选择能快速得出结果的方法。在上述的测定方法中,如果追求精度,则难以快速地应对现场状况。相反,如果优先速度,则欠缺精度等,都是一利一弊。在此我们要介绍的气味传感器,能够当场对气味的强弱进行数值化显示,虽然在测定精度上逊色于分析仪器,但是作为简易测定法,其精度已足够。并且,不会像人的嗅觉那样,对气味变得适应或习惯,所以可以实时地测定出气味的经时变化。
2.1检测原理
作为气味的检测感应材料,使用的是采用了金属氧化物半导体的半导体型气味传感器。通过进行数百摄氏度的加热,半导体的电阻值会随着其表面气味分子的吸附和表面反应,发生敏感的变化,实际应用中也正是应用了这一原理。因此,能够对微量的气味进行高灵敏度的检测。另外,不受周围温度和湿度等的影响,重复再现性良好。气味传感器使用专线型半导体式传感器(图 6 左图)或基板型半导体式传感器(图 6 右图),通过改变半导体材料或触媒,实现了抑制对无臭气体成分的灵敏度等 “气味传感器” 的特性。
图6传感器构造概略
2.2气味传感器的特点
臭气很少以单一成分存在,通常以多个臭气成分复合的状态存在。人的嗅觉会将臭气作为整体复合臭来识别。臭气指数就是利用了这一特性的强度标准。臭气指数是这样得到的:将实验对象用无臭的干净空气进行稀释,并让多个嗅辨员闻嗅,求出直至无臭时的稀释倍率(臭气浓度),进行对数转换后,乘以10。
臭气指数=10 × log[ 臭气浓度 ](1)
另一方面,由于气味传感器与以往的浓度计不同, 能够对较多的臭气物质做出反应,所以对于复合臭,测定值是各种成分的总量值。气味传感器的灵敏特性可以通过测定值,也就是指示值△V,以及臭气物质的浓度X(限定的浓度域)进行如下表示。
△V= K × log X+a(K,a:常量 )(2)
这些公式实际上是同样的公式,表示可以利用气味传感器测定与臭气指数相当的数值。正是这样,气味传感器在测定复合气味时,与嗅觉测定法的臭气指数有较大的关联性,这也正是气味传感器的特点。
气味传感器的优点,并和其他气味评价方法进行比较。因为气味传感器XP-329系列的机动性非常好,能在现场简单使用并有很好的再现性,且不会像嗅觉那样对气味变得适应或习惯。另外,如果连接记录装置,就可以进行连续监测。虽然不能进**味的定性分析,但是实用性较强。2.3便携式气味传感器「XP-329系列」
2.3.1概要便携式气味传感器的*大特点是体积小、重量轻,机动性出色。通过内置的泵自动吸取气味,以0~2000数值即时显示气味的强弱。测定值具有客观性以及出色的再现性。另外,使用4粒5号碱性电池大约能进行8h的测量,如果使用附属的AC适配器,可以连续地进行几天测量。既有广泛感应各种气味物质且灵敏度较高的普通气味用XP-329,也有对产生恶臭的硫化物臭气特别灵敏的XP-329S,为了适应不同的气味种类和强度,进行了系列化开发。图8 所示的是XP-329S的灵敏度特性。图8XP-329S型灵敏度特性
2.3.2测定示例在解决恶臭投诉时,不论是仪器分析、嗅觉测定,都需要采取现场的臭气。可是随便采取臭气(大气)会与居民的受害程度不相符,需要亲自到现场,掌握恶臭发生的实际状态之后进行采取。一般来说臭气*强时意见*大,需要在那个瞬间采取臭气。图9所示的是化学工厂附近从上午10点到傍晚所监测到的臭气浓度变化。从图中可以看出,下午臭气的浓度变高,特别A点时刻臭气的浓度非常高。虽然实际上需要考虑风向和风速等气象条件,不过通过使用气味传感器,可以测量出臭气采样的时机。
2.4新型气味传感器「XP-329Ⅲ」
便携式XP-329系列使用的是单一元件,所以当气味的性质(成分种类)不同时,仅凭求出的数值不能进**味强弱的比较。这是因为气味的性质不同,传感器的灵敏度也不同。因此,尤其是使用气味传感器进行臭气的定量性测定时,关于测定的臭气,需要事先确定气味传感器的数值和臭气指数的关联性。新型气味传感器“XP-329Ⅲ”,在确保机动性和简便性的同时,简化了和用户端的臭气指数的关联性,实现了臭气指数(对应值)的直接显示,见照片2。
照片2XP-329Ⅲ型
2.4.1特征 ①通过开发新的传感器元件,实现了“预热时间1min”。②使用了活性炭过滤器标准装备,容易进行零基设定。③除水平值外,还可以显示臭气指数(对应值)。④可在用户端制作臭气指数转换表(附属专用软件)。⑤附加了数据记录机能。
2.4.2测定示例为了制作S印刷工厂的臭气指数转换表,在厂房的排气口进行臭气(原气味)采样,分别调制10倍稀释试样和100倍稀释试样,用XP-329Ⅲ进行测定。另外,根据嗅觉测定得出的原气味的臭气指数是39,稀释试样的臭气指数和臭气浓度为计算值,见表1 。
原气味10倍稀释试样100倍希釈试样
臭气指数39(29)(19)
(臭气浓度)(7900)(790)(79)
XP-329Ⅲ等级值92641470
对于同日采样浓度不同的臭气,用嗅觉测定法求出臭气指数,根据前述,将输入了臭气指数转换表的XP-329Ⅲ设定为臭气指数(对应值)显示模式,进行并行测定。图10所示,臭气指数在30以上的4个试样,两者的测定结果非常接近。