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随着全球气候持续变暖，干旱和高温等气候条件加剧野火蔓延的风险，空气质量指数 (AQI) 成为了世界各地天气预告的常规指标。AQI用于报告空气中颗粒物（如灰烬和汽车尾气）和其他污染物的浓度，并在当达到危险级别时提醒人们减少外出。我们通常用AQI来衡量室外空气质量，但要如何监测室内空气质量呢？
不健康的室外空气质量状况通常可以不通过技术手段检测到（例如，空气中可见的烟雾或刺激的气味），但较差的室内空气质量却不那么容易检测到。如果你大部分时间都呆在家里、学校或办公楼里，室内空气质量比室外更容易影响你的健康。
虽然来自外部的污染空气会影响室内空气质量，但只有通过空气质量监测技术才能检测和量化几种常见的室内空气污染物。反复接触一氧化碳 (CO)、二手烟和空气中的霉菌或细菌等污染
物会导致严重的健康问题。保护员工及学生的健康和安全是任何公司或机构的首要责任，而监测室内空气质量是维持室内环境安全健康的主要方法。
空气污染是可能会危害到人类健康的严峻问题，尤其是在室内环境下。为此，工程师和开发人员一直致力于开发各种AQ传感器，以检测这些污染物，创建更健康的工作环境。本文将探讨这些传感器可以监测的空气污染物种类，以及为什么室内空气质量对工作场所的整体健康和生产力至关重要。
测量空气质量
如上所述，常见的空气污染物通常是指不知不觉中吸入的颗粒物，即固体物质燃烧产生的微小颗粒。当室外空气中的颗粒物高度饱和时，将建议人们尽可能留在室内，关闭门窗，如果必须长时间呆在室外，则应佩戴呼吸面罩。许多家庭、学校和办公楼都采用空气过滤系统来过滤空气中的颗粒物。尽管如此，还是存在少量的颗粒物，当然无尘室除外。
室内空气质量经常受到其他空气污染物的影响，如果不进行适当的监测，这些污染物可能会导致严重的健康问题。例如，CO浓度过高会导致严重疾病、昏迷甚至死亡。CO引起的疾病和死亡事故通常与使用燃烧化石燃料的加热设备或其他电器有关；不完全燃烧会产生一种闻不出、看不见的气体，在通风不良的情况下，这种气体会积聚在建筑物中。
此外，我们还需监测空气中的二氧化碳 (CO2) 浓度。虽然CO2浓度偏高对人类造成的影响通常没有CO那么严重，但其长期影响也不容忽视。在富含CO2的环境中，人们通常更容易昏昏欲睡，并可能出现头痛和恶心的症状。目前，美国有38个州和哥伦比亚特区通过法规或立法要求在所有私人住宅中安装CO/CO2探测器，但只有5个州要求学校安装。CO中毒通常发生在较小的密闭空间，因此大型办公楼或生产车间通常不需要使用CO监测器。
霉菌和霉菌孢子也是常见的空气污染物，通常生长在潮湿的地方，而且很难被发现。我们可以通过监测室内湿度和冷凝情况来采取预防措施，防止在难以触及的地方滋生霉菌。过量的水分也容易滋生出某些通过空气传播的有害细菌，所以也需要密切监测室内湿度水平。
挥发性有机化合物 (VOC) 几乎存在于人们生活或工作场所中，但通常室内浓度更高。VOC是指从化学品或其他液体或固体中以气体形式排放出来的化学化合物， 存在于从清洁用品和油漆到办公设备和家具材料等各种物品中。降低接触VOC的风险通常需要妥善储存危险材料并改善整体气流和通风问题。但即使空气中某些VOC（如甲醛）的浓度很低，也可能会对人体健康产生危害。
某些材料出于安全考虑而被严禁使用，在使用了这类材料的建筑物中，可以检测出氡和石棉等致癌物质。尽管长期处于这种环境下对健康的不利影响可能不像CO那样直接，但它们可能同样会造成严重的问题，甚至致命，这是因为氡和石棉都会增加患癌的几率。
空气质量监测技术
在市面上可以找到各种形状和功能的AQ监测器。考虑到安装位置和环境的不同，较小的AQ监测器可能是一种不错的选择， 但功能也可能会受到一些限制。此外，大多数AQ传感器只能检测到部分空气污染物，要检测所有污染物就要用到组合传感器。
有些AQ监测器使用锥形元件振荡微量天平 (TEOM) 来测量空气中颗粒物的含量。这些设备采用一端开孔较大的中空玻璃管，以允许微小的颗粒进入。这些颗粒物质积聚在管内时会发生振荡，并且随着颗粒物质的增多，振荡频率也会增加，进而计算出颗粒物的浓度。然而，孔径的大小是固定的，这意味着TEOM只能测量小于孔径大小的颗粒物，这就在一定程度上限制了使用范围。颗粒物也可以使用光电探测器进行检测和光学测量。光电探测器测量的是空气中颗粒物反射的光量， 而由于颗粒物大小不同反射的光量也不同，所以可测量各种尺寸的颗粒物。
AQ监测器借助非色散红外光吸收技术检测CO和CO2等气体。当红外光穿过气体时，有部分会被吸收。因此，通过发射红外光，然后测量另一侧的光强度，AQ监测器就可以确定该空间中CO和CO2的浓度（用ppm表示）。
而要测量大气中VOC的浓度就要复杂的多了，因为如果不将其与空气中的其他元素分离，就无法得到准确的测量结果。因此，通常通过一种称为气相色谱的化学反应来测量，其原理是将空气样品与惰性气体（通常是氦气或氮气）混合，并导入管中， 因物理或化学性质（或两者兼有）的不同，单个化学成分会以不同的速率通过色谱柱，这样就能便于监测器单独测量各成分。
AQ监测器也存在一个潜在的缺点，即其传感器在不同操作方式或环境下进行校准所需的时间会有所不同，有时可能需要长达一个月的时间。因此，在我们查看时所收集到的数据可能并不准确。
另一个潜在的缺点是信息过载，因为全天候运行的AQ监测器会收集大量数据。一个持续运行的AQ监测器会每秒读取一次读数，每周将产生50多万个数据点。
市场上有一部分AQ监测器具有内置数字显示屏，而有的只能通过电脑或智能手机上的应用程序进行配置， 甚至还有一些是预先编程的，可以与数字家庭助手（如Alexa或Google助手）、智能家居或建筑网络搭配使用。另外，还要考虑到成本因素，一些工业AQ监测器的零售价为数百美元，而家庭或住宅用AQ监测器售价则不到100美元。
空气质量、健康和生产力息息相关 尽管目前还没有联邦或国际公认的健康空气质量标准，但美国联邦环保署 (EPA) 和疾病控制与预防中心 (CDC) 等机构已经制定了一套关于常见空气污染物安全暴露水平的推荐指南。空气中的化学污染物（如CO和CO2）以百万分之一 (ppm) 为测量单位。室内CO2的正常浓度一般在400–650ppm，而达到800ppm或更高时可能会对人体产生影响。空气中CO2的浓度过高不仅对人体健康不利，还会严重影响工作场所的生产力。
如果你曾经去过一个拥挤、闷热的房间，你可能会熟悉这种感觉：眼睑开始变得沉重，房间里的其他声音变成背景噪音，人也有些迷糊。如果在会议中出现了这种感觉，可能是因为会议很无聊，但也可能是CO2含量过高造成的。研究表明，空气中的CO2浓度与工作场所的生产力和精神面貌直接相关；也就是说，通风环境好员工才能快乐高效的工作。因此，赌场也会监测CO2浓度，以确保顾客不会太累，甚至还会向大楼注入氧气让人精力充沛。
其他空气污染物只有在浓度很低（如甲醛，建议浓度不超过0.2ppm）时才是安全的，或者在任何浓度下都不安全（例如氡或石棉纤维）。我们通常采用微克/立方米 (µg/m³) 来测量空气中颗粒物。美国联邦环保署建议PM2.5（直径不大于2.5微米的颗粒物）浓度保持在12µg/m³以下，PM10（直径大于10微米的较大颗粒物）保持在54µg/m³或以下，因为较大的颗粒物更容易被人体过滤出来。
保持供暖、通风和空调 (HVAC) 系统以最佳水平运行也有助于防止通过空气传播疾病，如新冠肺炎 (COVID-19)，进而减少病假现象，降低成本，提高生产力。可以检测空气传播病原体的AQ监测器还没有广泛的商业化，但监测CO2等空气传播污染物也可以帮助改善整体气流和通风情况，降低疾病传播的风险。
结语
监测室内空气质量对于促进安全健康的工作或学习环境至关重要。近年来，空气质量监测技术取得了重大进展，可以检测到因反复暴露而严重影响人类健康的各种空气污染物。虽然室外空气质量通常不需要通过技术手段就可以检测到，但较差的室内空气质量却并不容易被察觉，这时监测就变得至关重要了。我们可以通过保持暖通空调系统的最佳运行水平和降低疾病传播风险来改善整体气流和通风情况，从而提高生产力和工作场所的精神面貌。随着技术的不断发展，希望能够推出更先进的空气质量监测器来检测各种污染物，并帮助保持室内环境安全和健康。
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