空气中氨含量检测方案(氨气分析仪)

International Centre for Indoor Environment and Energy3105 Patrick Henry Drive Santa Clara， CA 95054 408-962-3900 sales@picarro.com picarro.comO2019 PICARRO，INC.LIT CODE： G2103-CS02-V1.0-190823 新颖、实时测定氨含量，有助于了解室内空气化学 PICARRO 案例研究G2103氨气分析仪 摘要 目前业界对于空气质量的诸多研究，普遍关注于汽车、农业活动、工业及制造业的大规模废气排放。却常常忽视同样重要的室内空气质量，其主要包括家居环境及工作场所内。通过本文，作者研究了室内环境中的衣着、微气候环境与人类活动是如何影响室内人员的呼吸空气。通过采用新颖、实时的分析方法测定室内空气中氨含量，从而获得全新的数据集和结果，能够帮助用户监测各类排放源并提出改善室内空气质量的各种措施。 引言 据美国环境保护署(EPA)统计，一个普通美国人一生93%的时间都是在室内空间和环境中度过，而其中7%的时间则是待在私人车辆内 (Klepeis et al.，20011-Nature)。虽然这些统计数字可能因不同国家和地区的发展水平而有所差异，但它们却说明了理解和定量室内环境的有害排放物和接触量的重要性。旦我们认识到室内空间的广泛性(家居环境、汽车、工作场所等)以及人类可能接触到的化学品的种类(100，000+)，这一问题的复杂性也就更加凸显。 为解决这些问题，多年来人们成立了数不胜数的监管机构、建筑工程公司、仪器制造商以及研究团体。然而，只有其中一小部分机构有兴趣重新评估业界对室内空气质量的基本认识。正是依靠这种类型的基础研究已经并将继续推动危险物接触量与排放法规、建筑设计及危险物测定技术的发展。因此， Picarro以能够为该领域的重要研究工作，即艾尔弗•斯隆基金会 (Alfred P. Sloan Foundation) 的室内环境化学 (CIE)项目 (https：//sloan.org/programs/research/chemistry-of-indoor-environments))提供支持而倍感自豪。 Picarro 已经与几位主要研究人员达成合作关系，他们希望实现该项目的重要战略目标：通过开发用于数据收集、取样、分析和可视化的新工具，提升我们发现问题的能力。 通过本文，作者简要总结了斯隆基金会(SloanFoundation) CIE 项目的两项重要研究工作：室内人体化学物质的排放和反应性 (iCHEAR)及微生物和环境化学的室内监测(HOMEChem)，这两者都是室内化学项目 (https：//indoorchem.org)的组成部分。 为形成一个全新的科学研究领域，以专注于探究室内环境中发生的基础化学变化，以及这种化学变化的形成与建筑物属性和人类居住环境的相关性。 -CIE项目的目标 人类对室内空气的影响-iCHEAR， 丹麦 室内人体化学物质的排放和反应性 (iCHEAR) 是一个由 Sloan 基金会资助的合作研究项目，旨在研究人类及人类排放物对室内空气化学产生的影响。该项目由马克斯-普朗克(Max Planck)化学研究所研究组组长乔纳森·威廉姆斯 (Jonathan Williams) 牵头主导，参与人员包括丹麦技术大学(DTU) 土木工程系的帕维尔•沃戈基(Pawel Wargocki) 和加布里埃尔•倍科(Gabriel Beko)，研究团队在国际室内环境与能源中心 (ICIEE)展开了密切合作。iCHEAR 考察内容包括：在不同的衣着、温度、相对湿度和臭氧条件下，在严格控制的不锈钢双层气候室(见上图)中考察呼出、皮肤排放和人体整体排放及其对OH反应性的影响。 采用不同的方法对化学组分进行鉴定，包括最先进的质子转移反应-飞行时间质谱仪 (PTR-TOF-MS) 和在线气相色谱-质谱仪 (GC-MS)， 以及传统的吸附剂取样结合 GC-MS分析方法。该研究的其它检测项目包括测定低至1nm的颗粒物浓度、吸附在表面的污染物以及生物物质。最后，实验人员定量测定了不同环境条件下人类二氧化碳和氨的排放总量。总的来说，所有这些测定结果可以首次估算出人为影响响室内环境 OH总反应性。该研究能够分别计算出人类呼出和皮肤排放的污染物的各自比重，并将统计可被测定的人类排放物比例以及仍然是“未知来源”的排放物比例，还将考察衣着在影响室内环境各个方面所发挥的作用。 当地时间 Picarro G2103氨气分析仪能够在设定条件下实时测定志愿者的氨气排放量(红线)。虽然氨气是由人体排出并且对室内酸/碱化学产生较大影响，但到目前为止人们尚未对人类产生的氨气排放进行充分研究。通过这些实验，研究人员能够确定志愿者在不同温度和相对湿度条件下氨排放速率，还能够分别测定志愿者呼吸产生的氨排放与皮肤的氨排放。早期结果表明，当处于较高温度条件下且暴露更多皮肤时，志愿者排放的氨的浓度明显更高(与下图相比，上图的排放氨更高))。 微生物和环境化学的室内监测-HOMEChem， 科罗拉多 影响人类家居环境中氨浓度的因素有哪些?最近发表在《环境科学与技术》“HOMEChem 实验考察室内氨浓度的实时监测和来源分析”也试图解答该问题。这项研究由以下研究人员共同完成：来自德雷塞尔大学土木、建筑与环境工程系及化学系的劳拉·安波利尼(Ampollini)、迈克尔·华林 (Michael Waring) 和彼得•戴卡洛 (Peter F. DeCarlo)， 来自加利福尼亚大学土木与环境工程系及环境科学、政治与管理系的田以林(音译， Yilin Tian) 和艾伦·戈尔茨坦 (Allen Goldstein)， 来自德克萨斯州大学奥斯汀分校土木、建筑与环境工程系的斯蒂芬博尔内 (Stephen Bourne) 和阿蒂拉·诺沃瑟拉卡，以及来自比科有限公司 (Picarro Inc) 的格雷戈尔•鲁西奇 (Gregor Lucic)。氨 (NH，)是 HOMEChem 实验所考察的几种污染物之一，该实验涉及了烹饪、清洁及人类居住等诸多日常活动，以便更好地了解我们在家居环境中所进行的各种活动对我们呼吸的空气的影响。氨往往是通过清洁用品、建筑材料、烟草烟雾、烹饪及人类自身(通过呼气和排汗)排放到室内。这种化学物质在室外普遍浓度为 1-5 ppb， 并在中和人类活动所排出的酸性气体及形成二次无机气溶胶的过程中发挥重要作用。然而，这些反应也同样发生在室内，这也就是为什么我们迫切地想要了解室内氨浓度的来源与影响。 据美国环境保护署(EPA)统计，人们大约90%的时间都在室内度过；仅此一点，我们已有足够的理由来深入研究室内化学，这也正是为什么 HOMEChem实验如此重要。 以往常常采用扩散取样器或带扩散管的主动取样器来考察家居环境、学校、办公室的室内氨浓度，这就需要更好的氨含量测定的精确度和高时间分辨率。 本研究案例首次在室内空间运行搭载光腔衰荡光谱 (CRDS) 技术 Picarro G2103 氨气分析仪。该仪器能够以 ppb 精度来实时测定氨含量。将 G2103放置在建筑能源与环境实验室 (UTest House) 厨房内的冰箱上方，距离地面高度约为2米，距离炉灶和烤箱约4米。将 G2103 连接成功后，实验就正式开始了，此时我们能够实时观察到在建筑能源与环境实验室 (UTestHouse) 内同不同活动时出现氨含量增加情况。 使用 Igor Pro 7 分析 Picarro G2103 氨气分析仪所采集的数据。对氨含量进行分析并将其与环境的温度和相对湿度以及供应空气、CO，、人类活动(门窗打开/关闭、房间内的人数以及所发生的活动)进行比较。 当空调设定在25.5°℃时，室内无人且不发生任何实验活动时的平均背景氨浓度为 31.9 ppb， 当空调设置为 32.2℃时则为 67.8 ppb。当平均温度升高7.6℃，氨平均浓度就会增加一倍。在没有其它氨来源的情况下，氨含量的变化趋势与环境温度成正比。氨也会随暖通空调(HVAC) 系统进行循环，即在空调接通时减小，在空调关闭时增加。该行为与邓肯(Duncan)等人于2019年获得的研究结果相一致，那时实验人员研究了冷却盘管用水中水溶性组分的循环吸收。 烹饪活动(感恩节晚餐)和清洁活动(用醋擦拭地板同时在地面上喷洒氨)期间的NH，浓度、NH，预期浓度、温度、相对湿度和冷却盘管开关情况。图A)1、2、3：打开烤箱在火鸡上涂料；4：开始在炉灶上炸制火鸡；5：将火鸡从烤箱中取出；6：将意式培根放入烤箱；7：将意式培根从烤箱中取出；8：开始清理；图B)1、3：开始喷洒NH，(拖地后)；2：开始喷洒NH，(拖地前)。打开门/窗和窗时的时间间隔用“D+W打开”和“W打开”表示。因纯空气交换损失所导致的 NH，衰减如图B所示(安波利尼 (Ampollini)等人，2019年)。 感恩节晚餐的烹饪最影响氨含量，因为该活动需要制作典型的美式火鸡晚餐、培根烤球芽甘蓝、洒有棉花糖的甜土豆泥以及蔓越莓果酱和馅料。在烹饪感恩节晚餐活动期间，氨浓度达到最大值130.1 ppb (比背景氨浓度高4倍)，并且每次打开装有肉类食物(火鸡或培根)的烤箱时，氨浓度都会上升。这使我们得出以下结论：肉类中所含氨基酸的热分解是烹饪过程中氨的主要来源。此外，我们在素食煸炒实验中并未看到氨浓度增加，这一事实也进一步证实了这一假设。 清洁实验包括在地面喷洒氨并用醋擦拭地板。在清洁活动期间，氨浓度达到最大值1591.9 ppb， 是平均背景氨浓度的50倍!这也是在整个 HOMEChem 实验期间所检测到的最大氨浓度。这表明了在进行清洁活动时对房间进行通风的重要性。 本研究所考察的最后一项活动是开放日，即三个15至25人的旅行团参观建筑能源与环境实验室(UTest House)， 以了解 HOMEChem 实验的更多详情。在此“人群密度提高”实验期间，氨浓度达到最大值99 ppb， 比平均背景氨浓度高出3倍。这是一个重要结果，它凸显了定量人类氨排放的重要性，尤其是在拥挤的室内空间。 如需了解该项研究的更多详情，请访问：h上ttps：//pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.9b02157     据美国环境保护署 (EPA) 统计，一个普通美国人一生 93% 的时间都是在室内空间和环境中度过，而其中 7% 的时间则是待在私人车辆内 (Klepeis et al., 2001 – Nature)。虽然这些统计数字可能因不同国家和地区的发展水平而有所差异，但它们却说明了理解和定量室内环境的有害排放物和接触量的重要性。一旦我们认识到室内空间的广泛性（家居环境、汽车、工作场所等）以及人类可能接触到的化学品的种类(100,000+)，这一问题的复杂性也就更加凸显。　　为解决这些问题，多年来人们成立了数不胜数的监管机构、建筑工程公司、仪器制造商以及研究团体。然而，只有其中一小部分机构有兴趣重新评估业界对室内空气质量的基本认识。正是依靠这种类型的基础研究已经并将继续推动危险物接触量与排放法规、建筑设计及危险物测定技术的发展。因此，Picarro 以能够为该领域的重要研究工作，即艾尔弗•斯隆基金会 (Alfred P. Sloan Foundation) 的室内环境化学 (CIE) 项目提供支持而倍感自豪。Picarro 已经与几位主要研究人员达成合作关系，他们希望实现该项目的重要战略目标：“通过开发用于数据收集、取样、分析和可视化的新工具，提升我们发现问题的能力。”    通过本文，作者简要总结了斯隆基金会 ( S l o a n Foundation) CIE 项目的两项重要研究工作：室内人体化学物质的排放和反应性 (iCHEAR) 及微生物和环境化学的室内监测 (HOMEChem)，这两者都是室内化学项目的组成部分。