臭氧的檢測方法研究

黃昌前　張青　劉佳玉

摘要：指出了臭氧對人類健康、全球環境、生態的影響巨大，臭氧的檢測具有極其重要的意義。介紹了臭氧的檢測方法主要有化學法、電化學法和物理法等。闡述了臭氧的檢測領域主要有室內空氣中臭氧的檢測、室外大氣監測中臭氧的檢測、養殖水體中臭氧的監測、自來水中臭氧的監測、醫療領域內臭氧的檢測等。以期為有效控制臭氧濃度提供參考。

關鍵詞：臭氧；人類健康；檢測

中圖分類號：TQ123.2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8008202

1引言

臭氧（O3）是一種不穩定的活性氧，由3個氧原子組成，標準氧化還原電位為 2.07 V，具有極強的滅菌作用。在常溫常壓下，穩定性較差，可自行分解為氧氣。臭氧具有青草的味道，吸入少量對人體有益，吸入過量對人體健康有一定危害。臭氧通過呼吸系統吸入后，會對呼吸道以及肺部產生比較嚴重的炎癥，尤其是老年人和兒童，他們抵抗這種有害物質的能力比較脆弱，所以十分容易受到傷害。同時還能引起人類的皮膚癌、白內障，危害農作物和某些海洋生物等。因此，近年來，臭氧的檢測已逐漸發展成為了研究熱點，人們致力于發展簡單、快速的臭氧檢測方法，努力控制臭氧的濃度或含量，減少人類皮膚癌、白內障等的發病率，同時也減少對植物和水生生物的損傷。有研究表明，僅在美國，每年因地面臭氧造成的糧食減產高達5億美元。 因此無論是從臭氧對人類健康，還是對全球環境、生態的影響來看，臭氧的檢測具有極其重要的意義。

到目前為止，臭氧的檢測方法主要有碘量法、比色法、紫外分光光度法、電位法和電量法[1，2]。碘量法和比色法屬于化學法，紫外分光光度法屬于物理法，電位法和電量法屬于電化學法。人們也致力于多種場合下臭氧的檢測，主要有室內空氣中臭氧的檢測、室外大氣監測中臭氧的檢測、養殖水體中臭氧的監測、自來水中臭氧的監測、醫療領域內臭氧的檢測等。筆者主要概括了臭氧的不同檢測方法和檢測領域，為人們有效控制臭氧濃度提供一定的理論指導。

2臭氧的檢測方法

早期臭氧的檢測方法很多，比較經典的有碘化鉀氧化還原法和靛藍二磺酸鈉褪色法。到20世紀70年代后期，先后出現了與電子技術緊密相關的分析方法，如化學發光法、電化學法、紫外光譜法、熒光法等，這些儀器分析法已經發展成為臭氧測定的主要分析方法。靛藍二磺酸鈉褪色法是基于發光探針5，5-二磺酸鈉靛藍可以與臭氧發生化學反應，導致其顏色逐漸褪去。該顏色褪去可以實現可視化，同時還可以結合紫外可見分光光度計和化學發光儀分別實現吸收法、化學發光法檢測臭氧的目的。在電化學檢測方法中，臭氧在電活化表面上的電化學反應為O3+H2O+2e →O2+2OH- ，因此，利用氧化還原復合電極檢測水中氧化還原的電位變化， 采用電位法，應用能斯特方程和擬合函數曲線達到定量檢測臭氧濃度的目的。2006年，M I Prodromidis等人設計了一種基于醇氧化酶電極的傳感器用于臭氧的檢測，該傳感器主要是檢測臭氧和丁香子酚的烯丙基反應后的產物甲醛[3]。該方法是將丁香子酚固定在疏水的C18柱上，反應產生的甲醛被工作緩沖吸收后輸送到檢測器進行檢測。隨著科研研究的進度，2009 年 K. Kazunori 課題組合成了一種高選擇性和高靈敏度檢測臭氧的熒光探針[4]。該探針本身熒光很弱，由于烯丁基的存在，當烯丁基和臭氧反應之后，熒光素的熒光恢復，熒光產生了明顯的增強，而且其他的自由基也不會產生干擾。這種高選擇性的熒光探針很好地實現了對支氣管上皮細胞內的臭氧進行成像分析檢測，同時還對空氣中的臭氧進行了選擇性檢測。該方法不僅在細胞內臭氧的檢測方面具有重要意義，還邁出了采用熒光探針法檢測大氣臭氧濃度的第一步，極大地推動了熒光分析法在檢測臭氧中的應用。

近年來，利用這些化學法、紫外線吸收法、熒光法或電化學法原理做出的多種小型檢測器，更加便于攜帶和使用。主要包括有多孔玻璃傳感器、安森美半導體氣體傳感器、電化學臭氧傳感器以及被動采樣器等。其中，多孔玻璃傳感器是利用靛藍胭脂紅與臭氧的褪色反應，根據吸光度對數與臭氧濃度成反比來檢測臭氧濃度。其檢測的靈敏度較高， 常被用來檢測空氣中的臭氧濃度。電化學臭氧傳感器具有可視化、穩定、連續在線測量、體積小、功耗低等特點。被用于衡量和監測空氣環境中的臭氧濃度。在人們的日常生活中， 由于基本方法檢測臭氧濃度已顯得有點笨拙， 越來越多的地方開始使用各種傳感器來檢測臭氧濃度，它們體積小、靈敏度高而且使用方便。在一些臭氧治療儀中， 大多還是直接使用臭氧濃度檢測方法，隨著技術的發展，傳感器技術在臭氧治療儀中的使用必將會越來越多。

3臭氧的檢測領域

臭氧存在的領域比較廣泛。室內氣體中過量的臭氧會對人身體健康造成極大威脅。近幾年來，家庭空氣消毒中，將臭氧發生裝置移植于空調中，利用室內循環風對空氣進行消毒、凈化，分解后的氧氣和負離子可以使室內空氣保持清新。這類空氣消毒用臭氧發生器也可在賓館、飯店、商場、劇院等公共空間使用，冰箱內部殺菌中將臭氧發生裝置放入冰箱，可以滅殺各種低溫病菌。殺滅物體表面和冰箱隔板表面的細菌。這些需要嚴格的質量控制防止臭氧過量損害人體健康。同時，比較常見的還是室內打印店里，打印機在打印過程中產生過量的臭氧，如果不及時通風處理，會對人們的健康構成威脅。因此，嚴格監測打印店里的臭氧是否超標也是一個很好地研究領域。此外，環境大氣中臭氧的監測已經列為環境監測站自動檢測項目之一，目前為止，我國主要采用線紫外線吸收法測定臭氧濃度，實時匯報某個地區的臭氧含量有利于人們的戶外活動，保護身體健康。大氣中臭氧的含量受海拔高低、植被覆蓋、不同季節等因素影響。近年來，在水產養殖中應用臭氧進行深度氧化降解有機物、凈化水質等方面的研究有了新的進展，人們認為使用臭氧能有效降低病菌危害并能凈化水質。然而在實際應用過程中，特別在循環水養殖系統中，臭氧濃度是一項重要的控制指標，濃度太低則達不到理想處理效果，濃度過高不僅造成浪費，而且對養殖對象甚至人體都會造成毒害。因此，采用準確的測量方法及時測定了解養殖水體中臭氧的濃度是十分重要的。此外，臭氧還可以用于自來水深度處理，可以有效地去除水中的溶解性有機物， 改善自來水的嗅味和致突變性，明顯提高自來水水質，因此，自來水中臭氧的在線儀表監測也是有必要的，同時還要對其進行定期維護、保養或者進行濃度校正，保證測試精度和正常運行。近年來，臭氧在醫療領域應用也比較廣泛。由于臭氧能迅速有效地滅活細菌、真菌和病毒、原蟲等，因此早在一戰時期人們就利用臭氧的強氧化性來治療感染傷口、壞疽、芥子氣所引起的燒傷等，人們利用臭氧滅菌的操作簡單，常用于器械的浸泡消毒，在口腔治療中應用前景廣泛。而對臭氧使用的濃度、劑量、作用時間、適用對象、潛在的危害性以及對其經濟適用性的評估等方面還有待深入研究。臭氧治療還可以通過誘導細胞產生細胞因子來有效地調節免疫系統 ， 應用臭氧的免疫系統調節和氧化應激調節可以有效地治療特應性哮喘，通過激活抗氧化系統來控制血糖等，在醫療領域正確的使用臭氧能夠達到為人類健康服務的目的[5，6]。同時也得提高警惕，臭氧的濃度如果超標，將會起到反作用，因此在醫療領域及時監控臭氧的濃度也意義重大。

4結論

臭氧的檢測方法多種多樣，人們利用這些原理發展起來的便攜式的臭氧傳感器也很多，正確運用這些臭氧的檢測方法，實現對大氣中、室內空氣中、水體中以及醫療領域內臭氧濃度的有效監控，對人類身體健康至關重要。

參考文獻：

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[2]丁蔭祥. 關于目視比色法原理的討論[J]. 龍巖師專學報， 1991：129～130.

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[4]A. L. Garner， ， M. S. C. Claudette， R. P. Bruce， et al. Specific fluorogenic probes for ozone in biological and atmospheric samples [J]. Nat. Chem，2009（1）：316～321.

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[6]董建勛， 何英凱.醫用臭氧治療腰椎間盤突出癥[J]. 中國社區醫師醫學專業半月刊， 2009：80～81.