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臭氣（惡臭）的測(cè)定與氣味傳感器--吉榮康城
日期：2024-12-30 01:53
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摘要：
臭氣（惡臭）的測(cè)定與氣味傳感器--吉榮康城
(2007-9-3 8:24:21)
(2007-9-3 8:24:21)
作者簡(jiǎn)介：吉榮康城（1961 -），男，日本國(guó)東京人，嗅辨師。
臭氣（惡臭）的測(cè)定與氣味傳感器
Odour Determination and Smell Sensor
吉榮康城
（日本國(guó)新宇宙電機(jī)株式會(huì)社）
摘要由于 “氣味” 具有芳香（香味）和惡臭（臭味）等多種多樣的特征，所以很難用同一尺度進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，進(jìn)**味評(píng)價(jià)（量化）時(shí)，需要在明確目的的基礎(chǔ)之上，選擇適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法。在此對(duì)惡臭的相關(guān)測(cè)定方法以及在企業(yè)等現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行自主管理時(shí)使用的簡(jiǎn)易測(cè)定方法，氣味傳感器（惡臭測(cè)試儀）的使用事例進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵詞惡臭（臭味）測(cè)定氣味傳感器
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臭氣（惡臭）的測(cè)定
作為“氣味”評(píng)價(jià)（量化）方法，主要分為兩種。一種是用氣體色譜儀或分光光度計(jì)等進(jìn)行測(cè)定的 "儀器測(cè)定法（成分濃度顯示法）"，另一種是根據(jù)人的嗅覺(jué)來(lái)評(píng)價(jià)氣味強(qiáng)度和適與不適的 “嗅覺(jué)測(cè)定法”見(jiàn)圖1。
圖1氣味的數(shù)值化
1.1單一成分濃度顯示法
利用氣體色譜儀或分光光度計(jì)等分析儀器，通過(guò)構(gòu)成臭氣的化學(xué)物質(zhì)的濃度進(jìn)行顯示（數(shù)值化）的方法。這種方法，在分析特定成分的臭氣時(shí)，非常有效。但是，由于分析精度很高，因此所需費(fèi)用也很高，并且需要高度的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。另外，在對(duì)日本《惡臭防止法》中所規(guī)定的特定惡臭物質(zhì)（22種）進(jìn)行數(shù)值化時(shí)，就采用這種方法。1.2復(fù)合成分濃度顯示法
利用氣體色譜儀等分析儀器，通過(guò)總還原性硫（TRS）及總碳化氫（THC）的組合、對(duì)構(gòu)成臭氣的化學(xué)物質(zhì)的濃度進(jìn)行測(cè)定的方法。
1.3臭氣強(qiáng)度顯示
利用人的嗅覺(jué)，對(duì)臭氣的強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值化的方法。當(dāng)前在日本廣泛使用的是6級(jí)臭氣強(qiáng)度顯示法，見(jiàn)圖2 。但是由于每個(gè)人的嗅覺(jué)都有很大差異，并且受到當(dāng)時(shí)身體狀況和喜好的影響，所以缺乏客觀性。因此，在《惡臭防止法》中，對(duì)眾多的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，在臭氣強(qiáng)度25～35的范圍內(nèi)，規(guī)定了成分（特定惡臭物質(zhì)）濃度和臭氣指數(shù)的限定值。
0：無(wú)臭
1：稍稍能夠感知到的氣味（檢測(cè)臨界值）
2：能夠知道是何氣味的微弱氣味（認(rèn)知臨界值）
3：能夠輕松感知的氣味
4：較強(qiáng)的氣味
5：強(qiáng)烈的氣味
圖2臭氣強(qiáng)度顯示法
1.4適與不適顯示法
為了顯示氣味的適與不適的程度而采用的方法。目前在日本采用的是9級(jí)適與不適顯示法，見(jiàn)圖 3?？紤]到個(gè)體差別以及可靠性，一般作為輔助數(shù)據(jù)使用。雖然在反復(fù)測(cè)試中，個(gè)體內(nèi)部的變動(dòng)很小，但卻會(huì)受聞味時(shí)間長(zhǎng)短的影響。
－4：極度不適
―3：非常不適
－2：不適
－1：稍感不適
0：沒(méi)有特別的舒適或不適感
1：稍感舒適
2：舒適
3：非常舒適
4：極度舒適
圖3適與不適顯示法
1.5臭氣濃度（臭氣指數(shù)）顯示法
“臭氣濃度” 的定義是指將氣味（原臭）“用無(wú)臭的干凈空氣進(jìn)行稀釋時(shí)，正好達(dá)到無(wú)臭時(shí)所需要的稀釋倍數(shù)”。臭氣濃度100是指如果將氣味（原臭）用無(wú)臭的干凈空氣進(jìn)行100倍的稀釋?zhuān)敲礆馕毒蜁?huì)消失。另外，還有一種叫臭氣指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，更能對(duì)應(yīng)于人的嗅覺(jué)感覺(jué)量。它是臭氣濃度常用對(duì)數(shù)的10倍，在日本的《惡臭防止法》中就采用了臭氣指數(shù)。
臭氣指數(shù)＝10×log臭氣濃度
這些臭氣濃度或臭氣指數(shù)的測(cè)定，可采用下述的三點(diǎn)比較式臭袋法，但運(yùn)營(yíng)成本較高。另外，在日本，臭氣指數(shù)測(cè)定要由擁有嗅辨師資格的人士來(lái)進(jìn)行。
（注：中國(guó)公認(rèn)方法是“臭氣濃度”，日本公認(rèn)方法是“臭氣指數(shù)”）。
1.6臭氣頻率顯示法
臭氣頻率顯示法，是指顯示氣味的感知頻率的方法，見(jiàn)圖 4 。與臭氣強(qiáng)度顯示法、適與不適顯示法、臭氣濃度顯示法相比較，這種方法多用于長(zhǎng)期的水平評(píng)測(cè)。三點(diǎn)比較式臭袋法，見(jiàn)圖5。
0：總聞不到
1：偶爾聞到（每月一次左右）
2：有時(shí)聞到（每周一次左右）
3：經(jīng)常聞到（每日一次左右）
4：總能聞到
圖4臭氣頻率顯示法
圖5三點(diǎn)比較式臭袋法
2氣味傳感器（惡臭測(cè)試儀）
本公司著眼于“構(gòu)成氣味的氣體成分大多是還原性氣體” 這一點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出了****的能對(duì)氣味進(jìn)行靈敏檢測(cè)的半導(dǎo)體型氣味傳感器，并向市場(chǎng)推出了對(duì)不分長(zhǎng)度和重量單位的氣味強(qiáng)弱進(jìn)行數(shù)值化的 “便攜式氣味傳感器” XP-329系列，見(jiàn)照片1。
照片1XP-329型
在現(xiàn)場(chǎng)，很多情況都是優(yōu)先選擇能快速得出結(jié)果的方法。在上述的測(cè)定方法中，如果追求精度，則難以快速地應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況。相反，如果優(yōu)先速度，則欠缺精度等，都是一利一弊。在此我們要介紹的氣味傳感器，能夠當(dāng)場(chǎng)對(duì)氣味的強(qiáng)弱進(jìn)行數(shù)值化顯示，雖然在測(cè)定精度上遜色于分析儀器，但是作為簡(jiǎn)易測(cè)定法，其精度已足夠。并且，不會(huì)像人的嗅覺(jué)那樣，對(duì)氣味變得適應(yīng)或習(xí)慣，所以可以實(shí)時(shí)地測(cè)定出氣味的經(jīng)時(shí)變化。
2.1檢測(cè)原理
作為氣味的檢測(cè)感應(yīng)材料，使用的是采用了金屬氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體型氣味傳感器。通過(guò)進(jìn)行數(shù)百攝氏度的加熱，半導(dǎo)體的電阻值會(huì)隨著其表面氣味分子的吸附和表面反應(yīng)，發(fā)生敏感的變化，實(shí)際應(yīng)用中也正是應(yīng)用了這一原理。因此，能夠?qū)ξ⒘康臍馕哆M(jìn)行高靈敏度的檢測(cè)。另外，不受周?chē)鷾囟群蜐穸鹊鹊挠绊?，重?fù)再現(xiàn)性良好。氣味傳感器使用專(zhuān)線型半導(dǎo)體式傳感器（圖 6 左圖）或基板型半導(dǎo)體式傳感器（圖 6 右圖），通過(guò)改變半導(dǎo)體材料或觸媒，實(shí)現(xiàn)了抑制對(duì)無(wú)臭氣體成分的靈敏度等 “氣味傳感器” 的特性。
圖6傳感器構(gòu)造概略
2.2氣味傳感器的特點(diǎn)
臭氣很少以單一成分存在，通常以多個(gè)臭氣成分復(fù)合的狀態(tài)存在。人的嗅覺(jué)會(huì)將臭氣作為整體復(fù)合臭來(lái)識(shí)別。臭氣指數(shù)就是利用了這一特性的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。臭氣指數(shù)是這樣得到的：將實(shí)驗(yàn)對(duì)象用無(wú)臭的干凈空氣進(jìn)行稀釋?zhuān)⒆尪鄠€(gè)嗅辨員聞嗅，求出直至無(wú)臭時(shí)的稀釋倍率（臭氣濃度），進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后，乘以10。
臭氣指數(shù)＝10 × log［ 臭氣濃度 ］（1）
另一方面，由于氣味傳感器與以往的濃度計(jì)不同， 能夠?qū)^多的臭氣物質(zhì)做出反應(yīng)，所以對(duì)于復(fù)合臭，測(cè)定值是各種成分的總量值。氣味傳感器的靈敏特性可以通過(guò)測(cè)定值，也就是指示值△Ｖ，以及臭氣物質(zhì)的濃度X（限定的濃度域）進(jìn)行如下表示。
△Ｖ＝ K × log X＋a（K，a:常量 ）（2）
這些公式實(shí)際上是同樣的公式，表示可以利用氣味傳感器測(cè)定與臭氣指數(shù)相當(dāng)?shù)臄?shù)值。正是這樣，氣味傳感器在測(cè)定復(fù)合氣味時(shí)，與嗅覺(jué)測(cè)定法的臭氣指數(shù)有較大的關(guān)聯(lián)性，這也正是氣味傳感器的特點(diǎn)。
圖7氣味傳感器的優(yōu)勢(shì)
圖7表示的是氣味傳感器的優(yōu)點(diǎn)，并和其他氣味評(píng)價(jià)方法進(jìn)行比較。因?yàn)闅馕秱鞲衅鱔P-329系列的機(jī)動(dòng)性非常好，能在現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單使用并有很好的再現(xiàn)性，且不會(huì)像嗅覺(jué)那樣對(duì)氣味變得適應(yīng)或習(xí)慣。另外，如果連接記錄裝置，就可以進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。雖然不能進(jìn)**味的定性分析，但是實(shí)用性較強(qiáng)。2.3便攜式氣味傳感器「XP-329系列」
2.3.1概要便攜式氣味傳感器的*大特點(diǎn)是體積小、重量輕，機(jī)動(dòng)性出色。通過(guò)內(nèi)置的泵自動(dòng)吸取氣味，以0～2000數(shù)值即時(shí)顯示氣味的強(qiáng)弱。測(cè)定值具有客觀性以及出色的再現(xiàn)性。另外，使用4粒5號(hào)堿性電池大約能進(jìn)行8h的測(cè)量，如果使用附屬的AC適配器，可以連續(xù)地進(jìn)行幾天測(cè)量。既有廣泛感應(yīng)各種氣味物質(zhì)且靈敏度較高的普通氣味用XP-329，也有對(duì)產(chǎn)生惡臭的硫化物臭氣特別靈敏的XP-329S，為了適應(yīng)不同的氣味種類(lèi)和強(qiáng)度，進(jìn)行了系列化開(kāi)發(fā)。圖8 所示的是XP-329S的靈敏度特性。圖8XP-329S型靈敏度特性
2.3.2測(cè)定示例在解決惡臭投訴時(shí)，不論是儀器分析、嗅覺(jué)測(cè)定，都需要采取現(xiàn)場(chǎng)的臭氣?？墒请S便采取臭氣(大氣)會(huì)與居民的受害程度不相符，需要親自到現(xiàn)場(chǎng)，掌握惡臭發(fā)生的實(shí)際狀態(tài)之后進(jìn)行采取。一般來(lái)說(shuō)臭氣*強(qiáng)時(shí)意見(jiàn)*大，需要在那個(gè)瞬間采取臭氣。圖9所示的是化學(xué)工廠附近從上午10點(diǎn)到傍晚所監(jiān)測(cè)到的臭氣濃度變化。從圖中可以看出，下午臭氣的濃度變高，特別A點(diǎn)時(shí)刻臭氣的濃度非常高。雖然實(shí)際上需要考慮風(fēng)向和風(fēng)速等氣象條件，不過(guò)通過(guò)使用氣味傳感器，可以測(cè)量出臭氣采樣的時(shí)機(jī)。
圖9XP-329監(jiān)測(cè)示例
2.4新型氣味傳感器「XP-329Ⅲ」
便攜式XP-329系列使用的是單一元件，所以當(dāng)氣味的性質(zhì)(成分種類(lèi))不同時(shí)，僅憑求出的數(shù)值不能進(jìn)**味強(qiáng)弱的比較。這是因?yàn)闅馕兜男再|(zhì)不同，傳感器的靈敏度也不同。因此，尤其是使用氣味傳感器進(jìn)行臭氣的定量性測(cè)定時(shí)，關(guān)于測(cè)定的臭氣，需要事先確定氣味傳感器的數(shù)值和臭氣指數(shù)的關(guān)聯(lián)性。新型氣味傳感器“XP-329Ⅲ”，在確保機(jī)動(dòng)性和簡(jiǎn)便性的同時(shí)，簡(jiǎn)化了和用戶端的臭氣指數(shù)的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)了臭氣指數(shù)(對(duì)應(yīng)值)的直接顯示，見(jiàn)照片2。
照片2XP-329Ⅲ型
2.4.1特征 ①通過(guò)開(kāi)發(fā)新的傳感器元件，實(shí)現(xiàn)了“預(yù)熱時(shí)間1min”。②使用了活性炭過(guò)濾器標(biāo)準(zhǔn)裝備，容易進(jìn)行零基設(shè)定。③除水平值外，還可以顯示臭氣指數(shù)(對(duì)應(yīng)值)。④可在用戶端制作臭氣指數(shù)轉(zhuǎn)換表(附屬專(zhuān)用軟件)。⑤附加了數(shù)據(jù)記錄機(jī)能。
2.4.2測(cè)定示例為了制作S印刷工廠的臭氣指數(shù)轉(zhuǎn)換表，在廠房的排氣口進(jìn)行臭氣(原氣味)采樣，分別調(diào)制10倍稀釋試樣和100倍稀釋試樣，用XP-329Ⅲ進(jìn)行測(cè)定。另外，根據(jù)嗅覺(jué)測(cè)定得出的原氣味的臭氣指數(shù)是39，稀釋試樣的臭氣指數(shù)和臭氣濃度為計(jì)算值，見(jiàn)表1 。
表1印刷工廠建筑排氣口臭氣（原氣味及稀釋試樣）
原氣味10倍稀釋試樣100倍希釈試樣
臭氣指數(shù)39(29)(19)
（臭氣濃度）(7900)(790)(79)
XP-329Ⅲ等級(jí)值92641470
對(duì)于同日采樣濃度不同的臭氣，用嗅覺(jué)測(cè)定法求出臭氣指數(shù)，根據(jù)前述，將輸入了臭氣指數(shù)轉(zhuǎn)換表的XP-329Ⅲ設(shè)定為臭氣指數(shù)(對(duì)應(yīng)值)顯示模式，進(jìn)行并行測(cè)定。圖10所示，臭氣指數(shù)在30以上的4個(gè)試樣，兩者的測(cè)定結(jié)果非常接近。
圖10印刷工廠廠房排氣口臭氣
（下轉(zhuǎn)第136頁(yè)）
（上接第73頁(yè)）
3結(jié)語(yǔ)
在前面已經(jīng)提到人的嗅覺(jué)存在個(gè)人差異。為了能得到正確的測(cè)定結(jié)果，《惡臭防止法》規(guī)定需要采用“三點(diǎn)比較式臭袋法”，并實(shí)行嗅辨師制度及嗅辨員管理。嗅辨師設(shè)立嗅辨師協(xié)會(huì)(任意團(tuán)體)，為了能應(yīng)對(duì)各種各樣的惡臭投訴，為了提高技能，定期舉行信息交流會(huì)。另外，(社團(tuán)法人)臭味·香味環(huán)境協(xié)會(huì)實(shí)施各測(cè)定機(jī)構(gòu)之間的交叉確認(rèn)，以提高嗅覺(jué)測(cè)定的精度；另一方面發(fā)行《臭氣簡(jiǎn)易測(cè)定手冊(cè)》，并積極開(kāi)展普及活動(dòng)，以便更有效地實(shí)施臭氣對(duì)策。作者也是一名嗅辨師，如果能有效利用這些測(cè)定技術(shù)，將惡臭投訴稍微降低一點(diǎn)的話，這也是我們從事此項(xiàng)工作的目的。
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