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臭气(恶臭)的测定与气味传感器--吉荣康城
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臭气(恶臭)的测定与气味传感器--吉荣康城

臭气(恶臭)的测定与气味传感器--吉荣康城

(2007-9-3 8:24:21)


作者简介:吉荣康城(1961 -),男,日本国东京人,嗅辨师。
臭气(恶臭)的测定与气味传感器

Odour Determination and Smell Sensor

吉荣康城
(日本国新宇宙电机株式会社)

摘要由于 “气味” 具有芳香(香味)和恶臭(臭味)等多种多样的特征,所以很难用同一尺度进行评价。因此,进行气味评价(量化)时,需要在明确目的的基础之上,选择适当的评价方法。在此对恶臭的相关测定方法以及在企业等现场进行自主管理时使用的简易测定方法,气味传感器(恶臭测试仪)的使用事例进行介绍。
关键词恶臭(臭味)测定气味传感器
AbstractSmell has various characteristics such as aroma,odour and etc.,so
 it is difficult to evaluate smell with the same standard.It needs to ascertain 
the aim to select suitable method to evaluate (quantitate) smell.This paper introduced 
the relative determination method of odour,the simple method for enterprises to manage
 on the spot and the using cases of smell sensor.
Key wordsOdourDeterminationSmell Sensor

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。
图1气味的数值化
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
图2臭气强度显示法

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
图3适与不适显示法
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
图4臭气频率显示法

图5三点比较式臭袋法
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,开发出了世界领先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。气味传感器使用热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。
图7气味传感器的优势
图7表示的是气味传感器的优点,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。虽然不能进行气味的定性分析,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蕞大特点是体积小、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。一般来说臭气蕞强时意见蕞大,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。
图9XP-329监测示例
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行气味强弱的比较。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 。
表1印刷工厂建筑排气口臭气(原气味及稀释试样)

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。
图10印刷工厂厂房排气口臭气
(下转第136页)

(上接第73页)
3结语
在前面已经提到人的嗅觉存在个人差异。为了能得到正确的测定结果,《恶臭防止法》规定需要采用“三点比较式臭袋法”,并实行嗅辨师制度及嗅辨员管理。嗅辨师设立嗅辨师协会(任意团体),为了能应对各种各样的恶臭投诉,为了提高技能,定期举行信息交流会。另外,(社团法人)臭味·香味环境协会实施各测定机构之间的交叉确认,以提高嗅觉测定的精度;另一方面发行《臭气简易测定手册》,并积极开展普及活动,以便更有效地实施臭气对策。作者也是一名嗅辨师,如果能有效利用这些测定技术,将恶臭投诉稍微降低一点的话,这也是我们从事此项工作的目的。
参考文献
1.岩崎好阳.臭气的嗅觉测定法,(社团法人)臭味·香味环境协会.
2.福井清.臭气的研究,1989,20:71~77.
3.铃木健吾,酒井才,高田义,中根正典.第12次化学传感器研究发表会预备稿集,1991.
4.高田义,丹上博雅.第20回化学传感器研究发表会预备稿集.1995.
5.吉荣康城.臭气对策讲座演讲资料集.2004.
6.盐泽浩明.食品机械装置,1995,32(10):76~85.
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