空氣污染物分析實驗.ppt

2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 1 空氣污染物採樣分析基本概念 A 空氣污染物濃度變化特性空氣污染物在大氣中之濃度隨大氣環境狀況如風速 風向 溫度 溼度等及排放源本身之特性而變 故大氣環境中空氣污染物之濃度在本質上為一隨機變數 在考慮空氣污染物在大氣中之濃度與時間之關係時 理想的空氣污染物採樣分析方法應是以自動監測設備進行連續監測而無需以化學法進行逐批採樣分析 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 2 但由於自動監測站之設置費用高昂 且部分空氣污染物尚無自動監測設備 以及不同樣品狀態受到不同採樣方法之限制 使得以化學法進行逐批採樣分析能有其必要性 以化學法進行逐批採樣分析將受到分析靈敏度之限制 在採樣分析時需要採集足夠之樣品以供分析 欲採集足夠數量之空氣污染物時 採樣時間應加長 因此 採樣時間長短亦會影響測定值之時間解析度 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 3 在規劃採樣方法時 評估採樣目的所需之時間解析度是極重要的一點 若採樣目的是為瞭解累積性效應如腐蝕 或慢性毒物如重金屬 多環芳香族碳氫化合物等之健康影響評估 及不需要連續性之自動監測儀提供詳細之時間解析度 當採樣分析資料係用於污染源評估或污染物在大氣中反應之研究時 則須考慮較佳時間解析度 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 4 B 樣品採集方式依空氣污染物的型態來分類 粒狀污染物氣狀污染物依採樣設備的種類來分類 化學分析法連續自動分析法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 5 依化合物的濃度 揮發性與穩定性來分類 過濾器收集固態顆粒法真空瓶 採樣瓶 採樣法採樣袋採樣法吸附劑吸著法吸附液採樣法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 6 1 過濾器收集固態顆粒法使用過濾器收集空氣中的微粒 如灰 dusts 煙 fumes 霧 mists 和煙霧質 aerosols 這些微粒子經收集後可以使用重量分析法或萃取方法等方法 測定其中的污染物 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 7 2 真空瓶 採樣瓶 採樣法3 採樣袋採樣法利用壓力原理慢慢地將空氣樣品吸至採氣袋內 此採樣方法容易造成氣壁吸附 而造成因漏失所引起的負誤差 故採樣袋內試樣應避免日光或高溫直射 並儘可能及早進行分析 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 8 4 吸附劑吸著法影響吸附劑捕集效率之兩個因素 1 採樣環境的影響 如流速 空氣的溫度及溼度 2 吸附劑的性質影響 如表面積大小 粒子大小 孔洞大小 吸附的機構與溶質親合力的程度 一般常用的吸附劑有Charcoal Silicagel Tenax TA XADresin 以及玻璃纖維濾紙等 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 9 對於吸附大氣中氣體和氣狀污染物方面 整體來說活性碳具較大之吸附量 而矽膠吸附劑對欲吸附物則較具選擇性 被吸附的氣體可以自活性碳脫附之 其方法有 1 以熱空氣脫附被吸附的蒸氣 2 在真空中加熱活性碳 以冷凝器蒸餾被脫附之物質 3 以液體脫附劑脫附之 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 10 5 吸收液採樣法吸收液採樣法是將空氣樣品以起泡方式通過吸收液 使空氣樣品中之化學物質被吸收液所收集 吸收液是裝在吸收瓶中 吸收瓶可串聯固定於採樣裝置 採樣管內之空氣可利用分路先以氣體樣品置換之 再開始通氣採樣 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 11 以吸收器收集氣體或蒸氣之濃縮試樣時 必須先去除顆粒狀物質 避免顆粒性物質隨同欲分析之化合物存在 其原因為 微粒物質可能干擾採樣後之化學分析微粒物質會干擾收集 使流量計之小孔阻塞 有此之虞時 可先用過濾法去除之 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 12 簡易起泡式氣體吸收器 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 13 附有散氣器之起泡式吸收器 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 14 螺旋型吸收器 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 15 玻璃填充吸收器 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 16 C 一般注意事項1 樣品之均勻性2 容器壁和連接管道的吸附問題 玻璃對水 二氧化氮 苯 苯胺 異氰酸鹽等都有頗高之親和力 欲降低這種誤差可以先使容器盛裝較高濃度一段時間 讓容器壁先吸附飽和以減少吸附之損失量 不過須注意的是在脫附時也可能造成所得結果之增加 溶液中之重金屬離子 尤其是鉛 汞 銀 鎘和銻 即很容易被玻璃或塑膠吸附 欲減少吸附可用硝酸調整pH為2以下 則可使誤差變小至可忽略 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 17 3 用固體吸附劑之收集系統 常用之表面吸附劑有活性矽膠 Activatedsilicagels 鋁膠 Aluminagels 活性碳及其他高分子聚合物如TenaxTA XAD 2 XAD 5 XAD 7等 可用以收集濃縮大氣中之氣相污染物 吸附之後於分析時要能簡單地脫附出來 否則會造成嚴重之錯誤 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 18 4 塑膠器之擴散5 採樣設備的機械性缺失6 分壓問題7 溶解度之影響8 溫度的影響9 體積測定誤差10 觀察上之誤差 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 19 D 有機空氣污染物採樣分析 影響大氣中有機物採樣成功與否之關鍵主要在其蒸氣壓與極性兩項因素 對於有中至高蒸氣壓之有機化合物 通常用固體吸附劑進行濃縮採樣 而低蒸氣壓之物質通常與粒狀物結合在一起 因此其採樣方法為過濾收集空氣中之粒狀物 有機物可依其揮發區分為揮發性 10 2KPa 半揮發性10 2 10 8KPa 非揮發性 10 8KPa 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 20 揮發性有機物 VOCs 揮發性有機物是有機物中最受注意的 例如多環芳香族 含鹵素碳氫化合物 醛類及酮類均屬此類 這類物質最常用之大氣採樣方法是利用固態吸附物質吸附 固體吸附劑可分為三類 有機聚合物 無機吸附劑與活性碳 有機聚合物包括Tenax及XAD 這類吸附劑具有低吸水性之特性 因此 可採集大量之空氣樣品 無法吸附高揮發性氣體 例如氯乙烯 與某些極性物質為其主要缺點 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 21 無機吸附劑則包括矽膠 活性鋁土 活性土及分子篩 這類吸附劑具有較大之極性 可有效吸收極性有機物質 但因吸水性較高易降低吸附效率 所以不常用於揮發性有機物質之採樣 活性碳為非極性 且吸水性也較低 其吸附效較有機聚合物佳 為可有效收集氯乙烯之類的有機物 但過強之吸附作用在有機物進行脫附分析時則成為一項缺點 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 22 半揮發性有機物例如多環芳香族碳氫化合物 硝基衍生物 氯苯類 氯甲苯類 多氯聯苯 有機氯化物及有機磷殺蟲劑等 聚尿酯泡棉是最常用之半揮發性有機物吸附劑 其吸附效率良好且氣流阻力低 因此 可用以收集大量之空氣樣品 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 23 非揮發性有機物通常附著在粒狀物質 其採樣通常使用大氣中粒狀物之採樣方法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 24 E 樣品分析方法依上述之採樣方法型態可分為化學分析法及連續自動分析法 若以分析過程所使用之儀器設備 可將化學分析方法分為重量法 滴定法 電極法 原子吸收光譜法 分光光度計法 氣相層析法 液相層析法 離子層析法及氣相層析質譜儀法等九項分析方法 連續自動分析法亦可依儀器設備設計原理分為非分散性紅外光法 紫外光法 螢光法 化學發光法及電極法等分析方法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 25 綜觀環境分析化學原理的範疇 大致涵蓋傳統分析 光譜分析 色層分析及電化學分析等四大領域 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 26 環境空氣品質分析 第八章粒狀污染物 落塵 收集 筒 收集落塵 dustfall 反應較粗大粒狀污染物之污染程度距地面10 2公尺內裝2L蒸餾水與0 1gCuSO4 避免藻類微生物滋生 HgCl2 殺藻及殺黴劑 收集時間 30天 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 27 計算 D 落塵量 g m2 月或公噸 km2 月 a 落塵筒筒口面積 m2 W 落塵分析重 g C 硫酸銅重 g 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 28 環境空氣品質總懸浮微粒測定法TSP與PM10裝置 高量採樣器 HighVolumeSampler 旋風離心器 利用空氣吸引部所產生的吸引氣流 產生離心效果 將大於10 m粒徑的粒子打入下層承接杯中 濾紙只收集小於10 m的粒子 Textp 86 PM10 TSP比值 般約0 5 但會隨時間地點而改變 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 29 粒狀污染物的自動檢測方法1 慣性質量法 粒狀污染物 PM10 經由粒徑篩分器 以適當的吸引量採集到濾紙上 濾紙直接裝在擺動式錐狀微量天平上 直接測出瞬間重量的變化 再經由儀器自動換算出即時濃度 2 貝他射線衰減法 以 射線照射捕集微粒之濾紙 量測採樣前後 ray的衰減量 再根據微粒濃度與輻射強度衰減比率關係 來換算粒狀物之濃度 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 30 慣性質量法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 31 貝他射線衰減法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 32 粒狀污染物中之無機鹽類的檢測方法粒狀污染物中之氯鹽檢驗法 硝酸汞滴定法原理 蒸餾水加熱回流萃取Cl 以硝酸汞溶液滴定萃取液 指示劑 二苯卡巴淙 溴酚藍 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 33 2 粒狀污染物中之硝酸鹽檢驗法 2 4 二甲苯酚法 原理 蒸餾水加熱回流萃取NO3 標準品 KNO3 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 34 3 粒狀污染物中之硫酸鹽檢驗法 濁度法 原理 蒸餾水加熱回流萃取SO42 標準品 Na2SO4orK2SO4 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 35 大氣中二氧化硫檢驗法 比色法氯汞酸鉀TCM吸收 甲醛 薔薇苯胺 玫瑰紅色552nmSO2分析儀 自動連續監測設備 紫外光螢光法H2S 採樣袋 瓶 GC FID flameionizationdetector火焰離子化偵測器 或GC FPD flamephotometricdetector 環境空氣品質分析 第九章硫化物 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 36 來源 固定污染源 如鍋爐燃燒 或移動污染源 如汽機車排放 會參與光化學反應 形成二次污染物分析方法 大氣中之NO2 Griess SaltzmanmethodNO2 azodyeformingreagent 粉紅色 550nm檢量線樣品 NaNO2亞硝酸鈉溶液 環境空氣品質分析 第十章二氧化氮 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 37 2 自動連續監測 化學發光法ChemiluminescenceMethod原理 1 NO O3 NO2 O2 h 2 NO NO2 reduction NO 1 2 之結果 1 之結果 NO23 固定污染源中的NOx 酚二磺酸比色法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 38 環境空氣品質中之臭氧濃度分析法 比色法自動連續監測 紫外光吸收法 254nm 環境空氣品質分析 第十 章臭氧 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 39 來源 1 天然 2 汽機車排放CO HC與NOx之趨勢相反airfuelratio 空氣燃料比 A F richA F highCO HCleanA F highNO 3 固定污染源 工廠 焚化爐 分析 紅外線自動監測儀器 環境空氣品質分析 第十二章 氧化碳 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 40 來源 1 天然 2 汽機車排放 3 固定污染源 工廠 焚化爐 分析 GC FID 氣相層析儀 gaschromatography 搭配火焰離子化偵測器 flameionizationdetector 可將HC分為CH4和NMHC 或稱TGNMO totalgaseousnonmethaneorganics 環境空氣品質分析 第十三章碳氫化合物 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 41 環境空氣品質分析 第十四章惡臭物質 臭氣及異味官能測定法 三點比較式嗅袋法採樣 採樣袋 真空瓶或採樣瓶嗅覺判定員 Panel 之選擇試驗基準嗅液官能測定的實施步驟 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 42 基準嗅液 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 43 固定污染源測定 第十五章污染源測定概論 基本概念 煙道採樣分析 手動法 自動儀器法 textp 165 採樣流程 Fig15 1 a ontextp 165 1 選擇採樣 測定 位置2 測定孔 採樣孔 的設置 textp 168 3 等速吸引 isokineticsuction 取得具代表性的污染物 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 44 等速吸引 控制pump的流量大小 使透過吸氣嘴前端口徑 截面積m2 的流速 排氣流速 m3 sec textp 172 173 Fig15 6 若無等速吸引 其所測結果的誤差 textp 174 175 Fig15 7 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 45 採樣設備 1 採樣管 textp 176 2 導管 textp 178 3 採氣部 1 衝擊瓶Impinger Fig15 9onp 180 181 2 採氣瓶 或注射筒 少量採氣 Fig15 10onp 181 183 3 水銀壓力計 4 氣體乾燥劑 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 46 煙道中粒狀污染物之採樣分析常見的誤差因素 1 抽氣速度 未符合等速吸引的原則2 微粒易被吸附或沉積在管壁及彎曲處3 採樣條件之變化4 氣固相發生反應5 溼度 水分凝結 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 47 固定污染源測定 第十六章粒狀污染物 廢氣溫度測定廢氣含水量測定 吸溼管法 凝縮法 廢氣流速測定廢氣氣體組成分析 CO2 CO O2 N2 粒狀污染物濃度測定 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 48 固定污染源中廢氣溫度測定法 密封惰性氣體式水銀溫度計或熱電偶式溫度計 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 49 固定污染源中廢氣含水量測定法1 吸溼管法 含水量較低者2 凝縮管法 含水量較高者吸溼管法 CaCl2 之前之後稱重吸溼管法之含水量測定裝置 水分採取部 氣體吸引部及吸引流量測定部凝縮管法 以冷凝裝置 取代吸溼管 冷凝下來之水分稱重 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 50 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 51 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 52 廢氣流速測定法 皮托管 壓力計廢氣氣體組成分析 Orsat分析儀Orsat分析儀 以不同吸收液吸收各種廢氣 CO2 CO O2 其結果以體積百分比表示之 Table16 1 p 218 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 53 粒狀污染物濃度測定 粒狀物採樣裝置由粒狀物捕集部 氣體吸引部及吸引流量測定部所組成 本裝置可依粒狀物捕集部擺放位置 區分為1型及2型 1型 粒狀物捕集器放在排放管道之內部 2型 粒狀物捕集器放在排放管道之外部 使用2型時 粒狀物捕集部應加熱至120 14 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 54 總硫氧化物 SO2 SO3 沈澱滴定法SO2 SO3 3 H2O2吸收液 SO42 SO42 Ba2 滴定液 BaSO4 Ba2 Pb2 ArsenazoIIIindicator 砷萘紫III指示劑 complex 紅 藍色 標準品 H2SO4 固定污染源測定 第十七章總硫氧化物 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 55 排放管道中二氧化硫抽取式自動檢測方法 非分散性紅外光法 紫外光法 螢光法從排放管道中連續抽出氣體 引入非分散性紅外光 Non dispersiveinfrared NDIR 紫外光 Ultraviolet 或螢光 Fluorescence 分析儀內 以測定其中所含二氧化硫之濃度 比較 大氣中SO2 比色法 氯汞酸鉀 SO2 自動連續監測 紫外線螢光法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 56 排放管道中H2S之檢驗 甲烯藍比色法H2S Zn NH3 6 OH 2 鋅氨醋塩吸收液 Zn OH3 6S 鋅氨錯塩之硫化物 N N dimethyl 1 4 phenylenediammoniumdichloride N N 二甲基對苯二胺二塩酸塩 DPDA 氯化鐵 甲烯藍顏色 665nm 標準品 硫化鈉Na2S 以Na2S2O3硫代硫酸鈉標定 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 57 排放管道中總氮氧化物檢驗法 酚二磺酸比色法排放管道中氮氧化物自動檢測方法 儀器分析法使用非分散性紅外線法氣體分析儀時 樣品氣體中水氣 CO和CO2可能造成干擾 使用化學發光法氣體分析儀時 樣品氣體中CO2可能造成干擾 使用紫外光法氣體分析儀時 樣品氣體中SO2可能造成干擾 固定污染源測定 第十八章總氮氧化物 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 58 排放管道中氮氧化物自動檢測方法 儀器分析法 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 59 排放管道中CO2自動檢測方法 NDIR法 非分散性紅外光 Non dispersiveInfrared NDIR 分析儀器之樣品槽 samplecell 易受水氣干擾 其干擾並會逐漸降低訊號值 應加裝除濕裝置去除干擾 在二氧化碳吸收波長範圍內會呈現許多干擾物的吸收波峰 如CO SO2 CH4或HC等 定量時要特別注意 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 60 自動連續監測技術 第十九章自動監測概論 自動監測的採樣原理 袋式採樣分析 現場即行分析 氣體校正的相關名詞解釋 1 零點標準氣體 不含任何可引起分析儀應答之物質的氣體 Zeroair 2 全幅濃度標準氣體 Spanstandard 含測定範圍上限濃度80 的標準氣體 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 61 3 零點偏移 Zerodrift 連續12及24小時以上 未經調整的操作情況下 分析儀對零點標準氣體測試應答的變化量 4 全幅偏移 Spandrift 連續24小時以上 未經調整之操作情況下 分析儀對全幅濃度標準氣體測試應答的變化量 5 遲滯時間 Lagtime 輸入一樣品至其可觀測應答出現之經過時間 6 偵測極限 Lowerdetectablelimit 可引起分析儀產生兩倍雜訊訊號的污染物濃度 2005Fall AnalysisofEnvironmentalPollutants 62 空氣中二氧化硫自動檢驗方法 紫外光螢光法原理 利用波長介於190 230nm之紫外光來激發SO2 再量測其降回基態時所發出350nm的螢光強度 以測定氣體中SO2的濃度 干擾 芳香族碳氫化合物會吸收由二氧化硫所