室内、环境和工作场所空气检测技术综述

1 引言

空气质量的优劣直接关系到人体健康、生态平衡以及生产效率。随着工业化进程的加速和人们生活方式的改变，室内、环境（室外）和工作场所的空气污染问题日益受到全球关注。室内空气污染主要源于装修材料、日用化学品和人体活动；环境空气污染则涉及工业排放、交通尾气和光化学反应；工作场所空气污染则与特定生产工艺和原材料密切相关。因此，建立科学、系统的空气检测体系，对于污染源识别、健康风险评估以及污染控制措施的制定具有至关重要的意义。本文旨在全面阐述室内、环境和工作场所空气检测的项目、范围、标准及仪器设备。

2 检测项目与方法原理

空气检测项目通常根据污染物的性质及其对人体健康或环境的影响程度来确定。主要分为无机污染物、有机污染物和物理性指标三大类。

2.1 无机污染物

2.1.1 二氧化硫

• 检测方法： 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法。

• 原理： 二氧化硫被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟基甲基磺酸加成化合物。在样品溶液中加入氢氧化钠使加成化合物分解，释放出的二氧化硫与副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫红色化合物，在577nm波长处测定吸光度。

• 其他方法： 紫外荧光法（用于自动监测），利用二氧化硫分子在紫外光照射下产生特征荧光的原理进行连续测定。

2.1.2 氮氧化物

• 检测方法： 盐酸萘乙二胺分光光度法。

• 原理： 二氧化氮被吸收液吸收后，生成亚硝酸，与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，再与盐酸萘乙二胺偶合生成玫瑰红色偶氮染料，在540nm波长处测定吸光度。若需分别测定一氧化氮和二氧化氮，可先将一氧化氮通过三氧化铬氧化管氧化为二氧化氮后再进行测定。

• 其他方法： 化学发光法，基于一氧化氮与臭氧发生气相化学反应时激发态二氧化氮返回基态所发出的特征发光强度与一氧化氮浓度成正比的原理，具有高灵敏度和高选择性。

2.1.3 一氧化碳

• 检测方法： 非色散红外吸收法。

• 原理： 基于一氧化碳对4.67μm波长红外辐射具有特征吸收。利用气体滤波相关技术或单光束双波长技术，测量通过样品气室后的光强衰减量，根据朗伯-比尔定律计算一氧化碳浓度。

• 其他方法： 汞置换法、电化学传感器法。

2.1.4 臭氧

• 检测方法： 靛蓝二磺酸钠分光光度法。

• 原理： 臭氧在磷酸盐缓冲溶液存在下，与吸收液中蓝色的靛蓝二磺酸钠发生等摩尔反应，褪色生成无色靛红二磺酸钠。在610nm波长处测量吸光度的降低值，计算臭氧浓度。

• 其他方法： 紫外光度法，利用臭氧对254nm波长紫外光的特征吸收进行实时监测。

2.1.5 氨

• 检测方法： 纳氏试剂分光光度法。

• 原理： 氨被稀硫酸吸收后生成硫酸铵。在碱性条件下，铵离子与纳氏试剂（碘化汞钾）反应生成黄棕色胶体化合物，在420nm波长处测定吸光度。

• 其他方法： 靛酚蓝分光光度法、离子色谱法。

2.1.6 颗粒物

• 检测方法： 重量法。

• 原理： 分别通过一定切割特性的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中的PM₁₀（空气动力学当量直径小于等于10μm）、PM₂.₅（小于等于2.5μm）或总悬浮颗粒物（TSP）被截留在已知质量的滤膜上。根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算颗粒物的浓度。此方法是所有颗粒物检测的基准方法。

• 其他方法： 微量振荡天平法、β射线吸收法，用于自动在线监测。

2.2 有机污染物

2.2.1 甲醛

• 检测方法： 酚试剂分光光度法。

• 原理： 甲醛与酚试剂（3-甲基-2-苯并噻唑酮腙盐酸盐，MBTH）反应生成嗪，在酸性溶液中，嗪被高铁离子氧化形成蓝绿色化合物，在630nm波长处测定吸光度。该方法灵敏度高，是室内空气检测的常用方法。

• 其他方法： 乙酰丙酮分光光度法、电化学传感器法、高效液相色谱法。

2.2.2 苯系物

• 检测方法： 气相色谱法。

• 原理： 用活性炭管采集空气中苯、甲苯、二甲苯等苯系物，经热解吸或二硫化碳溶剂解吸后，注入气相色谱仪。样品在色谱柱中被分离，通过氢火焰离子化检测器检测，根据保留时间定性，峰高或峰面积定量。

• 其他方法： 光离子化检测器法，可进行快速现场筛查。

2.2.3 总挥发性有机化合物

• 检测方法： 气相色谱法。

• 原理： 用Tenax TA等吸附剂采集空气中挥发性有机物，经热解吸进入气相色谱仪，用非极性或弱极性色谱柱分离，火焰离子化检测器检测。对保留时间在正己烷到正十六烷之间的所有化合物进行定量，计算总和。结果通常以甲苯或正己烷的响应系数表示。

2.3 物理性指标及其他

2.3.1 温度、相对湿度

• 检测方法： 数显式温湿度计法。

• 原理： 温度测量基于热电阻或热电偶效应，湿度测量基于湿敏电容或湿敏电阻的阻抗变化，通过电子元件将物理量转换为电信号直接读取。

2.3.2 新风量

• 检测方法： 示踪气体浓度衰减法。

• 原理： 在待测空间内释放微量、无毒、本底浓度低、不被室内材质吸附的示踪气体（如六氟化硫），搅拌均匀后，用相关仪器测定示踪气体浓度随时间自然衰减的变化，根据指数衰减曲线计算换气次数，进而求得新风量。

2.3.3 噪声

• 检测方法： 积分平均声级计或噪声统计分析仪。

• 原理： 传声器将声压信号转换为电信号，经计权网络（如A计权）和时间计权特性（如F快档、S慢档）处理，直接读取等效连续A声级（Leq）等噪声评价量。

2.3.4 照度

• 检测方法： 照度计法。

• 原理： 光电池接受光照后，将光能转换为电能，产生的光电流与受光表面的照度成正比，通过微安表或数显表头直接读出照度值（lx）。

2.3.5 放射性氡

• 检测方法： 闪烁室法。

• 原理： 用真空法或泵吸法将空气中氡气采集到已抽真空的闪烁室内，氡及其衰变子体发射的α粒子使闪烁室壁涂覆的硫化锌荧光物质产生闪光，通过光电倍增管将光信号转换为电脉冲，记录单位时间内的脉冲数，进而计算出氡浓度。

• 其他方法： 静电收集法、活性炭盒法。

3 检测范围

空气检测的应用领域极为广泛，不同场所的关注点和检测需求各有侧重。

3.1 室内空气检测

主要关注居住和公共环境中长期低浓度暴露对人体健康的影响。

• 住宅与办公楼宇： 新建或装修后的居室、写字楼，主要检测甲醛、苯系物、TVOC、氨、氡等，以评估装修污染。

• 公共场所： 学校、医院、商场、地铁站、图书馆等，重点关注CO₂（作为通风状况指标）、PM₁₀、甲醛、细菌总数和真菌，确保人员密集区域的卫生安全。

• 交通工具： 汽车、高铁、飞机客舱，由于空间狭小、内饰材料复杂，重点检测甲醛、VOCs和温湿度。

3.2 环境空气检测

主要关注区域环境质量、污染源扩散及对生态系统的影响。

• 城市环境监测： 在城市功能区（居民区、商业区、工业区、交通枢纽）布设固定站点，连续监测SO₂、NO₂、CO、O₃、PM₁₀、PM₂.₅等六项常规污染物，发布空气质量指数。

• 区域背景监测： 在清洁对照点（如自然保护区、高山站点）监测，掌握区域大气本底值。

• 污染源监测： 对工业烟囱、排气筒进行采样，监测颗粒物、SO₂、NOx、重金属、VOCs等有组织排放浓度和速率。

3.3 工作场所空气检测

关注劳动者在职业活动过程中接触的职业病危害因素的浓度或强度，旨在保护劳动者健康。

• 化工行业： 重点关注生产过程中使用的各类化学原料、中间体和副产物，如苯、甲苯、二甲苯、氯气、氨、光气、酸雾等。

• 采矿与冶金行业： 重点关注粉尘（矽尘、煤尘、石棉尘）、重金属（铅、汞、镉、锰）烟尘以及爆破产生的氮氧化物、一氧化碳。

• 制造加工业： 焊接作业产生锰烟、电焊烟尘；喷涂作业产生苯系物、酯类、酮类等有机溶剂；铸造作业产生甲醛、酚类。

• 农业与畜牧业： 关注农药残留、谷物粉尘、氨、硫化氢等。

4 检测标准

空气检测必须遵循严格的技术规范和限量标准，以确保检测结果的科学性、可比性和法律效力。以下为国内外常用标准体系。

4.1 国内标准

4.1.1 室内空气

• GB/T 18883-2022《室内空气质量标准》：这是我国最核心的室内空气质量评价标准，规定了室内空气中物理性、化学性、生物性和放射性指标的限值要求及检测方法。推荐采样前关闭门窗12小时，以模拟日常居住状态。

• GB 50325-2020《民用建筑工程室内环境污染控制标准》：主要适用于新建、扩建和改建的民用建筑工程竣工验收时的污染控制。对Ⅰ类（住宅、医院、学校等）和Ⅱ类（办公楼、商店等）民用建筑规定了甲醛、苯、TVOC、氨、氡的限量，采样前要求关闭门窗1小时。

4.1.2 环境空气

• GB 3095-2012《环境空气质量标准》：规定了环境空气功能区分类、标准分级、污染物项目、平均时间及浓度限值，是环境空气质量评价和管理的基本依据。

• HJ 系列标准：生态环境部发布的一系列环境监测分析方法标准和技术规范，如HJ 482-2009《环境空气 二氧化硫的测定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》、HJ 618-2011《环境空气 PM₁₀和PM₂.₅的测定 重量法》等。

4.1.3 工作场所空气

• GBZ 2.1-2019《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》：规定了工作场所空气中339种化学物质的职业接触限值，包括时间加权平均容许浓度、短时间接触容许浓度和最高容许浓度。

• GBZ/T 160系列及GBZ/T 300系列：工作场所空气中有毒物质及粉尘的标准检测方法。

4.2 国际标准

• ISO 16000系列：国际标准化组织发布的关于室内空气质量的系列标准，涵盖了采样策略、分析方法、VOCs、甲醛、微生物、氡等多个方面，是国际上广泛参考的技术规范。

• ASTM D系列：美国材料与试验协会制定的相关标准，如ASTM D5197《用采样器和高效液相色谱分析仪测定空气中甲醛及其他羰基化合物的标准试验方法》。

• EPA方法：美国环保署发布的一系列环境空气和排放源采样分析方法，如EPA TO-17《用活性炭吸附管测定挥发性有机物的方法》。

• NIOSH方法与OSHA方法：美国国家职业安全卫生研究所和职业安全与健康管理局发布的工作场所空气中有害物质的标准检测方法。

• WHO指南：世界卫生组织发布的《空气质量指南》，为全球各国制定空气质量标准提供了科学依据和参考值。

5 检测仪器

现代空气检测依赖于多种精密仪器，从简单的现场直读设备到复杂的实验室分析系统。

5.1 现场快速检测仪器

这类仪器轻便、响应快，适用于初步筛查和应急监测。

• 电化学传感器气体检测仪： 内置多个电化学传感器（如CO、H₂S、O₂、SO₂、NO₂等），通过气体在电极上发生氧化还原反应产生的电流来测定浓度。常用于工作场所安全报警和有限空间准入检测。

• 光离子化检测器： 使用紫外灯作为光源，将气体分子电离成正离子和电子，通过测量离子流强度来确定气体浓度。主要用于现场快速检测VOCs总量。

• 便携式红外气体分析仪： 利用非色散红外吸收原理，现场测量CO、CO₂等。

• 便携式粉尘仪： 基于光散射原理，实时显示PM₁₀、PM₂.₅质量浓度，用于快速评估颗粒物污染水平。

• 温湿度计、风速计、声级计、照度计： 分别用于测量物理性指标。

5.2 采样设备

用于将空气中的污染物收集到介质上，带回实验室进行分析。

• 大气采样器： 包括恒流采样泵、流量计、定时器。可配备吸收管（用于采集气态污染物）、采样滤膜（用于采集颗粒物）。

• 个体采样器： 体积小、重量轻，由劳动者佩戴，用于评估其在整个工作班次中接触污染物的时间加权平均浓度。分为主动式（带微型泵）和被动式（扩散原理）两种。

• 颗粒物采样器： 包括大流量、中流量和小流量采样器，配备PM₁₀、PM₂.₅切割头，用于颗粒物质量浓度监测及后续组分分析。

5.3 实验室分析仪器

具有高灵敏度、高分辨率，能对复杂混合物进行定性和定量分析。

• 气相色谱仪： 配备氢火焰离子化检测器和质谱检测器（GC-MS），是分析VOCs和苯系物的核心设备。气相色谱-质谱联用技术结合了色谱的高分离能力和质谱的强定性能力，是未知物定性确证的最佳手段。

• 高效液相色谱仪： 配备紫外或二极管阵列检测器，主要用于分析沸点高、热不稳定或极性强的化合物，如甲醛（衍生后分析）、异氰酸酯类、多环芳烃等。

• 离子色谱仪： 用于测定空气中气溶胶和气体中的水溶性离子，如硫酸根、硝酸根、氯离子、铵根、钾离子等，是分析PM₂.₅化学组分的关键设备。

• 原子吸收分光光度计/电感耦合等离子体质谱仪： 用于分析采集在滤膜上的重金属元素，如铅、镉、汞、砷、铬等。ICP-MS具有灵敏度极高、多元素同时分析的特点。

• 分光光度计： 用于经过显色反应后的样品溶液吸光度测定，是甲醛、氨、SO₂、NOx等常规项目手工法检测的必备设备。

• 电子显微镜： 如扫描电镜结合能谱仪，可用于观察单颗粒物的形貌特征，并分析其元素组成，用于颗粒物来源解析和石棉纤维检测。

6 结论

室内、环境和工作场所空气检测是一个涉及多学科、多领域的综合性技术体系。从经典的化学分析到现代化的仪器分析，从现场快速筛查到实验室精确确证，各种方法互为补充。检测范围的不断扩展，从传统的化学污染物延伸至物理因素和微生物；检测标准的日益严格和国际化，对检测技术提出了更高的要求。未来，空气检测技术将向着实时化、微型化、网络化和高灵敏度的方向发展，结合大数据分析，为精准治污和保障公众健康提供更有力的技术支撑。