有毒有害气体的介绍

人类活动大量排放各种有毒有害气体，这些有毒有害气体受到各种物理的、化学的、生物的、地球过程的作用并参与生物地球化学的循环，对全球大气环境及生态引起重大的影响，例如光化学烟雾、酸雨、温室效应、臭氧层破坏等无不与有毒有害气体有关。根据危害，将有毒有害气体分为可燃气体和有毒气体两大类[2]。

可燃气体是石油化工等工业场合遇到最多的危险气体，它主要是烷烃等有机气体和某些无机气体：如甲烷、一氧化碳等。可燃性气体甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及瓦斯的主要成分。天然气是21世纪的清洁能源，但使用不当也会给人们带来灾害。

通常情况下，天然气少量泄漏不会引起着火、爆燃等事故，但如果处理不及时，室内泄漏的燃气就会慢慢聚集，达到一定浓度，遇明火可能引发局部爆燃着火，造成一定的损失。当燃气泄漏量较大时，泄漏的燃气与空气混合达到爆炸极限，遇明火就会发生爆炸，造成人身伤亡和财产损失，严重的还会殃及左邻右舍。

瓦斯是煤矿中有毒有害气体的总称，在煤矿中这种有毒有害气体以甲烷为主，所以狭义的瓦斯往往泛指甲烷。

一般来说，如果瓦斯在空气中的含量大，会降低空气中的氧含量，人员呼吸后会因缺氧而发生窒息。此外甲烷还是典型的易燃易爆气体，在大气中爆炸的浓度下限为5.3%。如果空气中瓦斯含量在5%～16%，氧含量超过12%，遇到高温热源就会发生瓦斯爆炸。在煤矿中具备一定条件的区域会发生瓦斯突出事故。国家《煤矿安全规程》中规定的甲烷传感器的断电浓度更是低到0.5%～1.5%。及时检测甲烷的产生源、泄漏源及浓度，对工矿安全运行、人身安全及环境保护有着十分重要的作用。在我国瓦斯事故历来是煤矿的主要安全事故。因此设计灵敏度高、选择性好、响应快的甲烷气体传感器是使瓦斯事故防患于未然的主要手段。

此外甲烷也是继二氧化碳后的第二大温室气体，是导致气候变暖的重要因素。随着地球环境气候的变化，科学家们探测到北极海洋中存在大量甲烷气泡，证实了全球变暖会使海底释放大量甲烷的说法[3]。研究人员认为，这些甲烷可能会反过来加剧全球变暖。如果全北极海域都出现类似情况，那么每年将会释放出数千万吨甲烷，将加剧全球变暖。此外，溶于海水中的甲烷会导致海水酸度增加，对生态环境造成影响。因此检测大气中甲烷的含量也是环境科学的重中之重。

有毒气体既可以存在于生产原料中，如大多数的挥发性有机化学物质（Volatile Organic Compounds，VOC），也可能存在于生产过程的各个环节的副产品中，如氨、一氧化碳、硫化氢等等。

VOC是挥发性有机化合物的简称，它是非工业环境中最常见的空气污染物之一。WHO将VOC定义为室温下饱和蒸汽压超过133.322Pa、沸点在50℃～260℃之间的易挥发性有机化合物[4]。VOC是室内外空气中普遍存在的、且组分复杂的一类有机污染物。它的室外来源主要是汽车尾气以及工业企业释放水蒸气等；室内来源主要包括:新的建筑材料、室内装潢材料、有机涂料、清洁用品以及香料、除臭剂等等，这些物品的出现造成了室内空气的污染，并且它们都以微量和痕量出现。据最新报道，在建筑和装饰材料中已鉴定出307种VOC。

VOC毒性可概括为非特异毒性和特异毒性。非特异毒性主要表现为建筑物综合征：头痛、注意力不集中、厌倦、疲乏等。特异毒性涉及某些VOC单体，它导致过敏和癌症。有些特异毒性效应由VOC的代谢产物引起，如正已烷和某些酮类具有的神经毒性，甲醇产生毒性症状可表现在感官方面（视觉或听觉受损），认识方面（长期和短期的记忆消失、混淆、迷向等），情感方面（神经质、应激性、压抑症、冷淡症等）和运动功能方面（握力变弱、协调和震颤等）。美国能源部、EPA总署和加州大学曾进行环境污染的生命风险评价，对导致早卒的各种环境因素作了评价。评价数据显示VOC引起生命风险率为0.1，二手烟0.1，自来水污染0.001，即VOC污染引起生命风险与二手烟相等，比自来水污染生命风险大100倍。所以通过对有毒气体VOC的检测来提高人们的健康水平刻不容缓。

21世纪，全球各国都将可持续发展作为所面临的首要问题而给予高度关注，环境污染是其中最主要的困难之一。各国对各种有毒有害气体的探测，对大气污染、工业废气的监控以及对人居环境质量的检测都提出了更高的要求，因此开发低功耗、高灵敏度、高选择性及良好稳定性的有毒有害气体传感器势在必行。

经过多年的发展，现在在工业发达的国家，如美国、日本、德国、英国等，气体传感器均已发展成为品种系列齐全、技术综合发展的高新技术产业。国外气体传感器发展很快主要是两方面的原因，一方面是由于物质生活水平的提高，人们的安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性都提出了更高的要求；另一方面是由于政府的安全法规推动了传感器市场的增长。国内气体传感器的发展较为缓慢，市售的气体传感器也大多以国外进口为主，由于缺乏对有毒有害气体的科学监测而出现的安全事故也时有发生，因而在当前以人为本的优越政策环境下对于有毒有害气体的检测也引起了充分的重视。