基于嗅觉的臭气浓度测定方法综述

国内外的标准方法均采用嗅觉测定法获取臭气浓度，即依赖人的嗅觉感官来量化臭气气味，直观地了解气味对人的影响。嗅觉测定法主要包括4个步骤：采样、稀释、嗅辨、数据储存与处理，即对目标区域内的气体进行采样，利用无臭空气对臭气样品进行一定比例的稀释，稀释后的样品由合格的嗅辨员进行嗅辨，根据嗅辨仪设置的臭气判定模式对样品进行判定，对判定结果进行处理，计算获得臭气浓度。

根据采样和稀释的方法不同，嗅觉测定法可分为动态嗅觉测定法、静态嗅觉测定法以及现场嗅觉测定法。

动态嗅觉测定法是指使用样品容器采样，利用动态嗅觉仪的稀释系统对臭气样品按照设定的比例利用无味空气进行稀释，稀释倍数由高到低变化，在符合标准的嗅辨室内由一组嗅辨员对样品进行嗅辨和判定，直到嗅辨员嗅到臭味后停止，对一组嗅辨员的数据处理后得到臭气浓度。目前采用此方法并制定标准化文件的国家主要有欧盟国家（EN 13725∶2003）[19]、美国（ASTM E679-04）[20]和德国（VDI 3881）[21]等。

由于气味单位是很难定义的单位，为便于臭气浓度的表述，欧洲规定了气体浓度单位为OUE·m−3，将臭气样品稀释至50%的人无法嗅出气味，此时的臭气浓度规定为1 OUE·m−3，达到该浓度时的稀释倍数为X，则气体样品的臭气浓度为X OUE·m−3。

Hansen等[22]利用取样袋收集气体，利用动态嗅辨仪稀释才采集的气体，使用动态嗅觉法测定样品的臭气浓度，评估生物空气净化器对于育肥猪舍排放臭气的去除效果，并利用PTR-MS在现场测定10种挥发性化合物（VOCs）的浓度。研究表明猪舍空气通过生物空气净化器后，各臭味气体浓度出现不同程度的下降，其中5种挥发性化合物（三甲胺、丁酸、吲哚、对甲苯酚、甲基吲哚）低于检测限，硫化氢浓度从868 $ {\text{μ}}\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}^{-3} $降低至94 $ {\text{μ}}\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}^{-3} $，臭气浓度从628降低至97。 Capelli等[23-24]使用动态嗅觉法测定了意大利钢铁工业区、化工区和其他工业区的臭气浓度和气体排放速率，将臭气浓度、地形、气象数据导入CALPUFF大气扩散模型模拟气味排放的扩散获得了一定区域范围内每小时的气味浓度值。作者将嗅觉分析和排放扩散模拟的结果相结合，量化了气味源的排放量，确定了3个工业区中钢铁工业区为最重要的臭气源。Romain等[25]通过动态嗅觉法测定了猪舍中猪的整个生长周期的臭气排放，评估了猪的体重与臭气浓度之间的关联性，并利用这些测得的臭气浓度数据校准电子鼻的气味排放因子，以实现对猪舍臭气浓度的连续监测。除此以外，动态嗅觉法还用于检测气味源臭气浓度[26-27]、气味溯源、评估除臭技术的效率[22, 28-29]和获取臭气时空分布信息[30]等。

动态嗅觉法的优势在于可在短时间内完成样品稀释，动态嗅辨仪自动记录并处理数据，自动化程度高，嗅辨完成后即可获得臭气浓度值。尽管动态嗅觉法已经在欧美国家得到了广泛的应用，但其作为一种不连续的测定方法缺陷也十分明显。首先在采样时，需使用采样袋在目标区域内进行约三十分钟的采样，测定的结果为采样时间内臭气浓度的均值，无法获得短时间可能产生的高臭气浓度值[31]。其次，样品从采集到嗅辨之间往往间隔几个小时甚至达到三十个小时，存在臭气在采样袋中的气体损失或污染问题，往往使实验室的测定结果与实际臭气浓度存在较大偏差[32]。

静态嗅觉测定法由配气员在专门的配气室按照稀释梯度向无臭袋中手动注射一定量的臭气样品。中国（GB/T14675-93）[18]、日本（恶臭防止法）[33]及韩国使用三点比较式臭袋法，即稀释倍数由低到高变化，某一稀释浓度下提供3个嗅辨袋，其中一个嗅辨袋注射有臭气样品，另外两个嗅辨袋内为无臭空气，在嗅辨室内嗅辨员进行嗅辨，合格嗅辨员的数量不少于6名，并要求嗅辨员指出其中有臭气样品的嗅辨袋，逐级递加稀释倍数，直至嗅辨员无法判定出臭气样品时停止实验。

在开始嗅辨前，配气员优先进行嗅辨尝试，从中选择一个既能明显嗅出气味又不强烈刺激的样品，以此稀释倍数作为初始稀释倍数。

静态嗅觉法的优势在于设备和技术简单，完成整个嗅辨过程需要的工具为注射器和无臭袋，适用范围广。常用于测定气味阈值[34]、检测臭气排放源的臭气浓度、确定气味源释放恶臭的主要气体成分[35]、臭气溯源等。例如，Lu等[36]选择一天中5个时间点，利用三点比较式臭袋法测定垃圾填埋场距地面1.5 m高度区域的臭气浓度，探究垃圾填埋场臭气排放的时间规律，并使用GC-MS测定各臭气成分浓度，确定提高臭气浓度的主要气体成分。结果表明在春季和秋季的臭气浓度最高可达到3304和3954，普遍高于夏季和冬季，在春季的主要产生含硫化合物、醛、酮等气味阈值较低的化合物。肖洋等[37]使用三点比较式臭袋法在居民投诉异味频发区域以及化工厂厂界测定臭气浓度，发现在化工企业故障设备采样点臭气浓度值为100，超过国标中所规定的70，对臭气浓度较高的点使用便捷式GC-MS确定引起异味的有机化合物种类并测定浓度，根据风向，对照企业污染物名单实现对超标气体污染物快速溯源。Cui等[38]使用三点法测定了北京五家火葬场烟囱出口、焚化炉烟囱出口以及火化车间的臭气浓度以确定火葬场的气味排放水平，其中有工人长期作业的火化车间臭气浓度范围为97—732（平均504），此状态下工人能明显嗅到异味不利于健康，作者结合现场环境指出臭气浓度超标的原因，即火化设备密封性差，火化过程产生的异味泄露到车间，且车间通风条件差，异味无法及时排出。

此方法全程使用人工进行测试[39]，操作简单但耗时耗力，且需要保证大量数据的准确性并进行复杂的计算，样品测试效率低[40-41]。同时，完成每个样品的测定需要几十甚至上百个嗅辨袋，资源浪费严重。此外，由于静态嗅觉法是一种不连续的测定方法，故也存在无法获得即时的臭气浓度，并存在样品在采样和运输过程中的损失和污染问题。

现场嗅觉测定法包括两种方式，一种是建立移动嗅辨室[42]，利用拖车将嗅辨室设立在采样点附近，采样后在移动实验室内完成嗅辨工作，由于移动嗅辨室的条件要求较高，且拖车费用高昂，应用中一般采用第二种方式。第二种方式具体是指在需要测定臭气浓度的场所，由一名嗅辨员开启现场嗅辨仪，并用嗅辨仪自带的面罩覆盖嗅觉器官。嗅辨仪可吸入环境气体并将其与无味空气按一定比例混合后输送到面罩，环境气体的稀释倍数一般由低到高设置。嗅辨员判断面罩内的气体样品是否有臭味，在无法嗅到臭味时停止并记录此时嗅辨仪对应的稀释倍数，换算后得到臭气浓度。本节主要根据第二种方式展开介绍和讨论。

由于现场嗅觉测定法需要在现场进行嗅辨，从成本和方便性考虑，嗅辨仪需要具有便携性，因此体积和质量应尽量小。目前常用的现场嗅辨仪有Nasal Ranger Field Olfactometer[43]（以下简称NR）和 Scentroid SM100系列[44]两种。

NR由美国的St. Croix Sensory设计，如图1（a）所示，主要由稀释拨盘、气味过滤器、带止回阀的面罩组成。利用嗅辨员自身的呼吸吸入环境空气，一部分环境空气通过活性炭过滤，形成无味空气。另一部分环境空气与无味空气混合，通过调整稀释拨片控制环境空气的稀释倍数。

Scentroid SM100为IDES Canada Inc.设计的便携式嗅辨仪，如图1（b）所示，主要由便携式压缩空气罐、文丘里泵、滑动阀、面罩等组成。自带的气罐内储存压缩的无味空气，在嗅辨时以20 L·min−1的流量释放无味空气，流速较快的无味空气通过文丘里泵产生真空压强，环境空气在压差的作用下通过限流板进入文丘里泵，混合后得到稀释的气体样品。限流板上钻有15个直径不同的小孔，嗅辨员利用可调节的滑阀，选择实际通过环境空气的小孔，从而改变稀释倍数。

目前还没有标准化文件对于进行现场嗅辨前所需要做的准备工作进行描述，也没有对进行现场嗅辨时的条件进行限制和规定。嗅辨员在进行现场嗅辨时主要是按照嗅辨仪生产公司所规定的流程进行，而不同的公司之间对其产品的使用规定并不相同。

现场嗅辨是对臭气浓度的实时测定，更贴近居民闻到臭气的情境，易察觉某时刻由于气象条件等的变化造成即时性的恶臭[45]。且嗅辨过程完成后即可获得臭气浓度的数据，减少了监管者的时间成本。现场嗅辨是实地的测定，无需进行样品的采集、运输和保存，因此该方法无气体损失的问题[46]。对比动态嗅觉法和静态嗅觉法，现场嗅辨法更可能获得真实的臭气浓度值。虽然现场嗅辨法并未作为一个标准化方法，但已经运用于许多的工作中并提供可用的数据，如用于寻找气味源[47]；监测气味源的臭气浓度[26]；获取臭气空间分布信息并确定气味排放的影响范围[48-50]；作为扩散模型的输入数据，在局部空间规划过程中提供有用的信息[51]；评估除臭技术的效率等[22, 52- 53]。Byliński等[47]利用Nasal Ranger 现场嗅辨仪对炼油厂附近五个采样点进行臭气浓度测定，30 min完成了臭气浓度数据的获取，在第二采样点得到最高的臭气浓度值（9.3 D/T），有两个采样点的臭气浓度明显高于其余采样点，发现两采样点均靠近污水处理厂，从而快速锁定了气味源。

现场嗅辨的劣势在于目前已有的现场嗅辨仪价格高昂且同时只支持一名嗅辨员进行嗅辨，无法忽略嗅觉差异对测定结果的影响。此外，由于受到仪器的设计缺陷和实时变化的气象情况的双重影响，嗅辨仪的实际稀释倍数与设定值之间一般存在着差异。