监测PM2.5与空气污染的关键之钥匙—物联网气体传感器

物联网即将来临的时代,如何透过遍布各处的传感器,随时随地监测环境异常状态,借助传感器彼此连动与应急处理,以达到充份保障人类生活安全无虞,已成为物联网应用最主要的精神所在。

监测PM2.5与空气污染的关键之钥匙—物联网气体传感器

 

时序进入秋冬季节转换期,在PM2.5细悬浮微粒及源自各工业区排放之污染物同时发威下,已使近来天空逐渐蒙上一层灰色面纱,为免将来...
 
一、PM2.5细悬浮微粒发威、空气污染威胁加剧
 
时序进入秋冬季节转换期,在PM2.5细悬浮微粒及源自各工业区排放之污染物同时发威下,已使近来天空逐渐蒙上一层灰色面纱,为免将来呼吸新鲜空气成为一种奢望,目前气象环保单位与科技业界皆已积极致力投入气体感测技术研发,以期透过随时随地监测身处环境空气污染状态,进而实时展开应变措施,借此确保自身健康与人身安全。
 
二、环境污染来源VOCs无所不在
 
PM2.5系指空气中气动粒径等于或小于2.5微米(μm)的粒状污物,其形成可分为原生性(primary)及衍生性(secondary),型态有固态与液态,PM2.5之前趋物主要由碳、硫氧化物、氮氧化物、氨、VOCs(固定污染源挥发性有机物)构成,其中VCOs被认为是导致室内空气质量不佳的主要微量化学组成成份,相关有机物对人体健康容易造成慢性、长期的不利影响,产生喉咙/眼睛刺激过敏、头昏眼花、头痛与倦怠感,且长期曝露在VOCs (如甲醛) 下,更可能伤害神经系统、助长癌症发展与肝肾毒素累积。
 
整体而言,VOCs环境污染源可说无所不在,且多以无色无味状态存在于环境周围,使人们无意间不断吸入而不自知。除遍布于居家之建材、清洁用品、家俱附带之黏着剂、地毯尘螨、地板材料之外;厂房与汽车之器具设备与引擎/发动机,也常掩藏诸多燃烧物、氧化物等发射源与各种碳氢化合物。更有甚者,包括人们每日上班的办公室,及其所摆置之PC与多功能事务机,也多蕴含许多苯、苯乙烯、石碳酸…等有毒物质,一旦吸入过多VOCs,将明显影响人体新陈代谢,导致胆固醇过高、肝脏运作状态异常、并衍生糖尿病等慢性疾病,而由肺泡所吸吐之有毒气体,也往往容易长久停留在肺部甚至渗入呼吸系统,对人体造成永久的伤害。
 
因应此一环境污染对人体健康产生的潜在威胁,也使监测各种化学成份浓度的气体传感器应运而生,希望针对各种有毒物质进行有效监测,使人们得以及早因应并进行各项防范措施。
 

监测PM2.5与空气污染的关键之钥匙—物联网气体传感器

图1、气体传感器-开启消费者健康安全应用大未来

数据源:IEK整理(2015/11)

 
三、气体传感器-空污防治新利器、开启消费者健康安全应用大未来
 
举例而言,未来家中如有过敏体质婴幼儿,可透过加装气体传感器于婴儿房,监测过敏源与尘螨,一旦监测到浓度异常,则自行启动空气清净机进行空气有毒物质过滤(见图1)。而对于常需于浴厕厨房烹饪洒扫之家庭主妇,也可透过手持式或嵌入式气体传感器,监测潜藏于厨具、浴厕、天花板/地板之甲醛、甲苯、丙酮,进而在成份过浓或异常时展开应急处理。如家中有独居老人时,也可安装CO/CO2传感器于浴厕周围,在其卫浴过程中因一氧化碳/二氧化碳过浓导致身体不适时,自动开启全热交换机进行空气调节与通风设备控制。而对于常需开车上班的家中成员,也可借助加装气体传感器于车内椅背,监测不易察觉的内燃机损坏衍生之有毒气体外泄,以及早处理避免可能的行车安全疑虑。除此之外,目前也已有业者开发出以docking连接器插入智能手机方式的酒精监测器,透过对手机呼气方式于4秒内完成酒精浓度检测,并由专属APP提供低/中/高层次的警告指标。
 
而在预防医学与自主建康管理观念日益普及的年代,未来透过加装气体传感器于智能手机或穿戴装置,以监测新陈代谢率变化并持续追踪后续改善状况,同时借助量测皮肤丙酮计算燃烧脂肪,或搭配流量计进行呼吸鉴定,皆是气体传感器协助运动纪录/健康管理的可能应用情境。
 
除了居家安全健康监测之外,气体传感器更可进一步将触角延伸至工安、食品安全与医疗领域;将小型气体质谱分析系统应用于半导体化学制程控制,监测厂区有毒气体/制冷剂是否外泄,或将气体传感器嵌入RFID标签,监测腐败肉品产生的腐胺和尸胺。更有甚者,由于人类呼吸包含1,000种以上化学成份,因此未来透过气体传感器可有效撷取粒子数量,以监测呼吸中微量化学成份浓度,借此分析生命体征与疾病征兆;如监测氨浓度以判断肺部疾病、肾衰竭征兆,监测异戌二烯浓度判断疲劳或睡眠呼吸中止症征兆,监测丙酮浓度监控糖尿病患者病情变化,监测呼气及体味进行癌症诊断。
 
凡此种种,皆显示出气体传感器可观的发展前景,及未来有效对抗环境污染确保人类健康安全的无限潜力。
 
四、结论
 
在物联网即将来临的时代,如何透过遍布各处的传感器,随时随地监测环境异常状态,借助传感器彼此连动与应急处理,以达到充份保障人类生活安全无虞,已成为物联网应用最主要的精神所在。回顾过往,量测各种物理量变化的力学Sensor与磁学Sensor,已在3C/智能手持装置发展鼎盛的年代开创一波空前的市场商机,环顾手边的智能手机、游戏机,无不可见透过人机接口感测操控使娱乐生活更便利的成功案例。
 
而展望未来,人类面对的将是更多环境安全、食品安全、医疗安全等社会层面的艰巨挑战,特别对于无处不在的空气污染威胁,更需仰赖更多精密的感测技术来进行有效防范,而具备化学成份浓度监测特性的气体传感器,正好符合此一市场的急切需求,可以预见在不久的将来,此一技术也将扮演开启污染防治的关键之钥,透过更多多重气体感测技术的交互运用,使人们得以及早因应处理,借此重新找回洁净环境,享受人人皆有健康安全的美丽未来。














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