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气态和蒸汽态污染物质的测定

更新时间:2017-10-30点击次数:1346

一、二氧化硫的测定 

SO 2 是大气主要污染物 , 为大气环境污染例行监测的必测项目。 

它主要来源于煤和石油等燃料的燃烧,含硫矿石的冶炼,硫酸等化工产品生产排放的废气。 

它是一种无色 , 易溶于水 , 有刺激性气味的气体 , 能通过呼吸进入气管 , 对局部组织产生刺激和腐蚀作用 , 是诱发支气管炎等疾病的原因。特别是当它与烟尘等气溶胶共存时,可加重对呼吸道粘膜的损害。 

SO 2 的阈值是 0.3ppm, 达 30-40ppm 时 , 人会感到呼吸困难。 

常用测定二氧化硫的方法有:分光光度法、紫外荧光法、电导法、库仑滴定法、火焰光度法等。国家制定了两个标准方法 , 一是 GB/T8970-1988 四氯汞盐 - 盐酸副玫瑰苯胺比色法 , 另一是 GB/T15262-1994 甲醛吸收 - 副玫瑰苯胺比色法。 

  

( 一 ) 四氯汞盐-盐酸副玫瑰苯胺比色法 

该方法是广泛采用的测定环境空气中 SO 2 的方法,具有灵敏度高,选择性好等优点。低检出浓度为 0.4 μ g/5mL 。 

1. 原理 

用氯化jia( KCl )和氯化gong( HgCl 2 )配制成四氯汞钾溶液,气样中的二氧化硫用该溶液吸收,生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物,该络合物再与甲醛和盐酸副玫瑰苯胺作用,生成紫色络合物,其颜色深浅与 SO 2 含量成正比,可用分光光度法测定。 

2. 测定要点:先用亚硫酸钠( Na 2 SO 3 )标准溶液配制标准色列,在大吸收波长处以蒸馏水为参比测定吸光度,用经试剂修正后的吸光度对 SO 2 含量绘制标准曲线,然后以同样方法测定显色后的样品溶液,经试剂修正后,按下式计算样气中 SO 2 含量: 

SO 2 (mg/m 3 ) = W × Vt /Vn × Va 

3. 注意事项 

(1) 温度、酸度、显色时间等因素影响显色反应;标准溶液和试样溶液操作条件应保持一致。 

(2) 氮氧化物( NOx )、臭氧( O 3 )及 Mn 2+ 、 Fe 3+ 、 Cr 6+ 等对测定有干扰。采样后放置片刻,臭氧可自行分解;加入磷酸和乙二胺四乙酸二钠盐可消除或减小某些金属离子的干扰。 

为避免四氯汞钾溶液的毒性,可用甲醛缓冲溶液取代,作为吸收液,之后加入 NaOH 溶液,使 SO 2 释放,再与盐酸副玫瑰苯胺显色。 

(二)甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法 

略。 

二、 氮氧化物的测定 

氮的氧化物有一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮、三氧化二氮、四yang化二氮和五氧化二氮等多种形式。 

大气中的氮氧化物主要以一氧化氮 (NO) 和二氧化氮 (NO 2 ) 形式存在。它们主要来源于石化燃料高温燃烧和硝酸、化肥等生产排放的废气 , 以及汽车排气。 

一氧化氮为无色、无臭、微溶于水的气体,在大气中易被氧化为 NO2 。 NO 2 为棕红色气体,具有强刺激性臭味,是引起支气管炎等呼吸道疾病的有害物质。大气中的 NO 和 NO 2 可以分别测定,也可以测定二者的总量。 

由于空气中氮氧化物的浓度不同,所处的状态也不同,国家制定了三个测定氮氧化物的标准。 

GB8969-88 中氮氧化物的测定使用盐酸萘乙二胺比色法(空气质量标准)。该方法采样和显色同时进行,操作简便,灵敏度高。 

GB/T139606-92 氮氧化物的测定,用于火炸yao生产过程中排出的硝酸尾气中的 NO 、 NO 2 。 

GB/T15436-1995 氮氧化物的测定,即 Saltzman 法,用于测定环境空气中的 NO X 。 

实际工作中常用的测定方法有盐酸萘乙二胺分光光度法、化学发光法及恒电流库仑滴定法。 

(一) 盐酸萘乙二胺分光光度法 
1 、 特点 :采样和显色同时进行,操作简便,灵敏度高,是外普遍采用的方法。可分别测定 NO 、 NO 2 、和 NO X 总量。 
2 、 原理 :用冰乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液。采样时大气中的 NO X 经氧化管后以 NO 2 的形式被吸收,生成亚硝酸和硝酸,再与吸收液中的对氨基苯磺酸起重氮化反应,后与盐酸萘乙二胺偶合,生成玫瑰红色的偶氮化合物,其颜色深浅与气样中 NO 2 浓度成正比,可用分光光度法定量。 
用此法后测定的是溶液亚硝酸盐的量,在吸收液中并不能将气样里的 NO 2 气体全部转化为亚硝酸盐,这里存在着一个转换系数 K 。不少学者研究认为 K 应在 0.72-0.76 之间,而世界卫生组织监测系统推荐值为 0.74 。所以计算时需除以该系数。 

(二) 化学发光法 
1 、 特点 :灵敏度高、可达 ppb 级,甚至更低;选择性好;线性范围宽,通常可达 5-6 个数量级。 
2 、 原理 :某些化合物分子吸收化学能后,被激发到激发态,再由激发态返回基态时,以光量子的形式释放出能量,这种化学反应称化学发光反应。利用测量化学发光强度对物质进行分析测定的方法,称为化学发光分析法。 
化学发光反应可在液相、气相或固相中进行。液相化学发光多用于天然水、工业废水中有害物质的测定;而气相化学发光反应主要用于大气中 NOx 、 SO 2 、 H 2 、 O 3 等气态有害物质的测定。 

利用化学发光法测定 NOx ,即是根据 NO 和臭氧气相发光反应的原理制成的。 把被测气体连续抽入仪器,其中的 NOx 经过 NO 2 -NO 转化器后,都变成 NO 进入反应室,在反应室内与臭氧反应生成激发态 NO 2 ( NO 2 * ),当 NO 2 * 回到基态时,就会放出光子 , 光子通过滤光片和光电倍增管后转变为电流,电流的大小与 NO 的浓度成正比。记录器上可以直接显示出 NOx 的含量。如果气样不经过转化器而经旁路直接进入反应室,则测得的是 NO 量,将 NOx 量减去 NO 量就可得到 NO2 量。 
这种化学发光法 NOx 监测仪的测量范围为 0-8mg/m 3 ,检出下限为 0.02mg/m 3 。 

三、 一氧化碳的测定 

一氧化碳 (CO) 是大气中主要污染物,它主要来自于石油,煤炭燃烧不充分的产物和汽车排气;一些自然灾害如火山爆发,森林火灾等也是来源。 

CO 是无色、无味的一种有毒气体,对人体有强烈的窒息作用,它容易与人体血液中的血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,使血液输送氧的能力降低,造成缺氧症,会出现头痛、恶心、心悸亢进,甚至出现虚脱、昏睡,严重时会致人死亡。所以, CO 是大气污染监测的常用指标。 

非色散红外吸收法 

1 、 特点 :测定简便、快速,不破坏被测物质,能连续自动监测。 

2 、 原理 :当 CO 、 CO 2 等气态分子受到红外辐射( 1-25 μ m )照射时,将吸收各自特征波长的红外光,引起分子振动能级和转动能级的跃迁,产生振动 - 转动吸收光谱,在一定浓度范围内,吸收光谱的峰值(吸光度)与气态物质浓度成比例关系。 

3 、 注意事项 : 
1 )注意消除 CO 2 和水蒸气的干扰; 
2) 测量时,先通入纯氮气进行零点校正,再用标准 CO 气体校正,后通入气样,便可直接显示、记录气样中 CO 浓度( C ),以 ppm 计,然后换算成标准状态下的质量浓度( mg/m 3 ) : 
     CO(mg/m 3 ) = 1.25 × C 

四、臭氧的测定 

臭氧是强的氧化剂,它是大气中的氧在太阳紫外线的照射下或受雷击形成的。高空的臭氧层直接照射地球表面。目前由于碳氢化合物污染大气破坏了臭氧层,紫外线直接照射地球表面增大,皮肤病人增多。臭氧与紫外线混合,与烃类和氮氧化物发生光化学反应形成光化学烟雾,臭氧有强烈的氧化作用,可以起消毒作用。但量大时又会刺激黏膜和损害中枢神经系统,引起支气管炎和头痛等症状。 

臭氧的测定的方法有分光光度法、化学发光法、紫外光度法等。国家标准中测定臭氧含量有两个标准:一是 GB/T 15437 - 1995 的靛蓝二磺酸钠分光光度法,另一是 GB/T15438-1995 的紫外光度法。 

(一)靛蓝二磺酸钠分光光度法 

原理:臭氧在磷酸盐缓冲剂存在下,与吸收液中蓝色的靛蓝二磺酸钠等摩尔反应,褪色生成靛红二磺酸钠。在 610nm 处测量吸光度。 

(二)紫外光度法 

紫外臭氧分析仪示意图 

五、总烃的测定 

总碳氢化合物 常以两种方法表示,一种是包括甲烷在内的碳氢化合物,称为 总烃( THC ) ,另一种是除甲烷以外的碳氢化合物,称为 非甲烷烃( NMHC ) 。 

大气中的碳氢化合物主要是甲烷,其浓度范围为 2-8ppm 。但当大气严重污染时,会大量增加甲烷以外的碳氢化合物,甲烷不参予光化学反应。所以,测定不包括甲烷的碳氢化合物对判断和评价大气污染具有实际意义。 

测定总烃和非甲烷烃的主要方法有:气相色谱法、光电离检测法等。 

1. 气相色谱法 

•  原理:由于不同物质在相对运动的两相中具有不同的分配系数,当这些物质随流动相移动时,就在两相之间进行反复多次分配,使原来分配系数只有微小差异的各组分得到很好的分离,再依次送入检测器,将浓度或质量信号转换成电信号,经阻抗转化和放大,送入记录仪记录色谱峰,如果分离*,则每个色谱峰代表一种祖分。我们可以根据色谱峰出峰时间进行定性分析,也可根据色谱峰峰高或峰面积进行定量分析。 

•  测定步骤:①采样。②制作标准曲线。③ 查出气样浓度。 

光电离检测法 

原理 :有机化合物分子在紫外光照射下可产生光电离现象,用 PID 离子检测器收集产生的离子流,其大小与进入电离室的有机化合物的质量成正比。凡是电离能小于 PID 紫外辐射能(多用 10.2ev ) 的物质(至少低 0.3ev )均可被电离测定。 
特点 :方法简单,可进行连续监测,所检测的非甲烷烃是指四碳以上的烃。 

六、氟化物的测定 

大气中的气态氟化物主要是 HF ,也可能有少量的 SiF4 和 CF4 ,含氟的粉尘主要是冰晶石( Na3AlF6) 、萤石( CaF2) 、氟化铝 (AlF3) 、氟化钠( NaF) 及磷灰石等。氟化物属高毒类物质,由呼吸道进入人体,会引起粘膜刺激、中毒等症状,并能影响各组织和器官的正常生理功能,对植物的生长、发育也会产生危害。 
测定大气中氟化物的方法有分光光度法、氟离子选择电极法等。目前广泛采用后一种方法。 

(一)石灰滤纸 - 氟离子选择电极法 

原理:采用浸渍过 Ca(OH) 2 溶液的滤纸采样,大气中的氟化物与 Ca(OH) 2 反应,生成氟化钙或氟硅酸钙被固定在滤纸上。用总离子强度缓冲液浸取后,氟离子选择电极法测定。 

(二) 滤膜采样 - 氟离子选择电极法 

原理:用磷酸氢二钾溶液浸渍的玻璃纤维滤膜或碳酸氢钠 - 甘油溶液浸渍的玻璃纤维滤膜采样,则大气中的气态氟化物被吸收固定,尘态氟化物同时被阻留在滤膜上,采样后的滤膜用水或酸浸取后,用氟离子选择电极法测定。

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