大气污染检测的研究成果及现状

大气污染是指大气环境中某些物质增多至有害含量或混入一些有毒的物质，对生态系统和生物生存发展所需的自然环境造成破坏，对人类或其他动植物造成危害的现象。大气污染作为当代环境污染问题中一个亟待解决的重要研究课题，已成为全世界人民都无法逃避的一个现实问题，它严重威胁着人类赖以生存的环境条件，改变着全球气候系统，危害着人们的身体健康。

1.有毒有害气体

1）氮氧化合物（NOx）

NOx是一类由氮和氧两种元素组成的化合物的通称，它们中的大部分都具有无色无味的特点。氮氧化合物和挥发性有机化合物在日光下互相作用生成臭氧，对人体产生危害。氮氧化合物还会和空气中的另一些物质互相作用，以雨、雪、雾等形式降到地面上，俗称酸雨。有毒的氮氧化合物主要包括NO和NO2，它们进入人的肺泡后，能形成亚硝酸（HNO2）和硝酸（HNO3），对肺组织产生剧烈的刺激作用，增加肺毛细管的通透性，引起支气管炎、肺炎、肺气肿等疾病。亚硝酸盐则与血红蛋白结合，形成高铁血红蛋白，引起组织缺氧。当它们的含量达到5 ppm^[1]时，将对人体的呼吸系统和免疫功能产生很大危害；若浓度超过100 ppm，则人在其中只要生活0.5~1 h，就会得肺水肿而死亡。

2）臭氧（O3）

O3是一种在大气层和地球表面都存在的气体。它对人们健康可以是有益的，也可以是有害的，这与它所处的位置有关。如果它存在于大气层的最高层——同温层，地表之上高达6~30千米处，则它是一种有益的气体，能够有效阻止太阳发射的强紫外线对地球上生命的危害。如果O3存在于离地表很近的对流层，则它是一种污染气体，对人们的健康有害，会引起呼吸系统疾病，尤其是对于幼儿；它对农作物、树木等植被也有危害，它还是城市烟雾的主要成分。但无论是大气同温层对人体有益的O3，还是对流层有害的O3，它们的化学结构都一样。地表O3主要来源于挥发性有机化合物和NOx在太阳光照射下的化学反应。在天气炎热的情况下，汽车发动机和工厂排放废气、汽油的挥发、化学溶剂挥发等都有助于地表O3的形成，因此它主要被认为是夏季污染物。

3）一氧化碳（CO）

CO是无色无味的有毒气体，它是燃料不完全燃烧的产物。大气中CO的主要排放源是机动车辆的发动机。当发动机内空气不足时，会产生大量的CO。这种情况常常发生在发动机刚刚起动，还没有正常运转时，或在海拔较高处，发动机得不到足够的O2时。室内环境中的CO主要来源于燃烟、取暖设备及厨房。取暖设备和厨房产生的CO主要是燃料的不完全燃烧引起的。CO进入人的肺泡后很快会和血红蛋白产生很强的亲和力，使血红蛋白形成碳氧血红蛋白，阻止氧和血红蛋白的结合。一旦碳氧血红蛋白浓度升高，血红蛋白向机体组织运载氧的功能就会受到阻碍，进而影响对供氧不足最为敏感的中枢神经（大脑）和心肌功能，造成组织缺氧，从而使人产生中毒症状。急性CO中毒是吸入高浓度CO后引起的以中枢神经系统损害为主的全身性疾病，中毒起病急、潜伏期短。

4）二氧化硫（SO2）

SO2是硫化物气体中最常见的一种气体，它易溶于水。硫元素几乎存在于所有的矿产中，包括石油、煤和各种矿石，当这些含硫的矿石被冶炼或汽油、煤等能源被燃烧时就会生成SO2。它与NOx一样，会和空气中的另一些物质互相作用，形成酸雨，危害人类的生存环境。它也会形成薄雾影响道路、机场的可见度。SO2是一种众所周知的有毒气体，患有心脏病和呼吸道疾病的人对这种气体最为敏感。SO2的浓度达到1~5 ppm时就可闻到臭味，如果在5 ppm时长期吸入可引起心悸、呼吸困难等心肺疾病。重者可引起反射性声带痉挛、喉头水肿以致窒息。

5）甲醛（HCHO）(www.xing528.com)

HCHO是一种无色气体，本身有着非常强烈的刺激性味道，非常容易挥发，是一种毒性较强的致癌物质。HCHO目前已经被世界卫生组织认定为导致畸形、癌症的物质。HCHO在我国已经被认定为高污染、高毒性化学用品，HCHO会让人的皮肤、黏膜、眼睛等产生非常强烈的刺激，可能会引发系统功能失常的问题，还可能导致神经中枢及肝损伤。HCHO是一种神经毒性物质，可以引起人体的神经功能紊乱。研究长期从事解剖工作的人员的身体状况发现，其在平衡和协调功能、灵敏度、记忆力上都发生了不同程度的降低。而且HCHO能引起接触性皮炎和黏膜刺激。HCHO蒸气在空气中可直接接触皮肤，引起皮肤发红、裂化、皮炎及水疱反应，反复刺激可导致指甲出现软化和黑褐色。

6）苯系物

苯系物已经被相关组织确定为致癌物质，对人的身体会产生严重危害，苯系物产生污染的原理是通过蒸气形式到达人的身体体内，苯系物的液体形态可以被人体皮肤吸收，会对呼吸道与人体破损皮肤产生刺激作用。而慢性苯中毒有时会产生喉头水肿、血小板下降、过敏性皮炎与支气管炎等疾病。长期将苯系物吸入人体，可能会造成人体出现供血障碍，引起人体贫血。短期吸入含苯系物的气体一般会有头痛、眩晕、复视、步态漂移、嗜睡等表现，重症者有抽搐、呼吸中枢麻痹及脑水肿等症状，少数患者出现周围神经损害，苯中毒主要是因为苯系物的亲脂性强，其附于神经细胞表面抑制生物氧化，影响神经递质传递，导致神经元中枢神经系统出现以上症状，若不及时处理最终将导致呼吸衰竭而死亡。

2.温室气体

大气中的温室气体是地球生命重要的屏障，对气候变化、调节地球大气温度起着至关重要的作用。其中大气中水蒸气（H2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）是最重要的3种温室气体。

H2O是大气中重要的温室气体之一，在大气中的浓度为0~4%，其强吸收带主要集中在红外波段，能够吸收20%的太阳能量[4]，H2O所产生的温室效应占总温室效应的60%左右。大气中H2O主要来源于湖泊、地表植被、海洋的蒸发等，在上升过程中由于温度降低使其凝结成液态或者固态，通过气流输送到全球各地，并通过降雨或者降雪的方式回归到海洋和陆地上，从而形成大气水循环，起到调节地球温度的作用。

CO2是大气中浓度第二高的人为排放的温室气体，其贡献的辐射强度占温室气体总辐射强度的63.5%，并且化学性质稳定，在大气中存在的时间可达上百年，是主要减排的温室气体[5]。CO2主要来源于化石燃料的燃烧，如汽车交通、城市供暖、火力发电等行业。另外，CO2主要汇于海洋和生物圈，绿色植被通过光合作用捕获CO2，然而大量森林的砍伐、耕地的开发，降低了其对CO2的捕获能力，导致大气中CO2浓度发生变化，这种变化对包含陆地、海洋以及大气在内的生物化学圈产生重要的影响，其浓度观测周期与碳循环密切相关。

CH4是地球上浓度第三高的温室气体，在大气中约为2ppm，虽然远低于大气中CO2的浓度，但是其辐射强度为CO2的25倍，对全球温室效应的贡献率约为20%[6]，其具有稳定的化学性质，在大气中的寿命约为12年，属于减排温室气体。CH4浓度的增长主要与人类生产生活密切相关，其50%~70%的排放和人为因素有关[7]。生物种群的增长、湿地的排放、化石燃料的开采与使用以及人类活动产生垃圾的焚烧都会使其在大气中的浓度增长。此外，大气中CH4的持续变化导致其源和汇不平衡，主要体现在90%的CH4会与大气中氢氧自由基发生化学反应而被剔除，并转化为CO2，导致CO2浓度上升。

人类生产和社会活动的增多，导致温室气体浓度逐年上升，从而使得全球温度升高。目前，空气污染形势严峻，现已成为人们身体健康的主要杀手，根据世界卫生组织的报道仅在2012年一年中，空气污染直接或间接地导致了多达700万人的死亡，占该年全世界死亡人口的八分之一。因此，开展对大气污染物检测的研究具有非常重要的意义。