大气环境监测第一章

1、大气环境监测第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 空气污染基本知识空气污染基本知识第三章第三章 空气污染监测方案的制定空气污染监测方案的制定 第四章第四章 采样方法与采样仪器采样方法与采样仪器第五章第五章 气态和蒸汽态污染物的监测气态和蒸汽态污染物的监测第六章第六章 颗粒物及其组分的监测颗粒物及其组分的监测第七章第七章 降水监测降水监测第八章第八章 空气污染源监测空气污染源监测 第九章第九章 空气中放射性污染监测空气中放射性污染监测第十章第十章 自动监测技术自动监测技术 第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 大气环境监测的产生和发展大气环境监测的产生和发展一、大气环境和大气环境质量一、大气环境和大

2、气环境质量 大气环境：大气环境：以人类赖以生存和发展的以人类赖以生存和发展的大气圈大气圈。 大气环境要素：大气环境要素：大气环境整体中各个大气环境整体中各个独立、性质独立、性质不同不同但又服从但又服从整体演化整体演化规律的规律的基本物质基本物质组成。组成。 大气环境质量：大气环境质量：在一个具体的大气环境内，大气在一个具体的大气环境内，大气质量的质量的总体或某些要素总体或某些要素对人群的生存和繁衍以及社对人群的生存和繁衍以及社会经济发展的会经济发展的适宜程度适宜程度。二、大气环境监测的产生二、大气环境监测的产生 大气环境监测：大气环境监测：间断或连续地测定大气环境中间断或连续地测定大气环境中污

3、染物的污染物的种类、浓度、种类、浓度、观察分析器观察分析器变化变化及对大气环及对大气环境境影响影响的过程。的过程。 人类从产生之日起人类从产生之日起，就开始了对地球大气环境，就开始了对地球大气环境的影响。人类在慢长的进化和发展过程中，参与了的影响。人类在慢长的进化和发展过程中，参与了大气环境的大气环境的能量交换和物质循环能量交换和物质循环，不断改变着地球不断改变着地球大气环境。大气环境。 在人类社会发展的在人类社会发展的早期早期，由于，由于生产力低下生产力低下，人，人类向大气中排放的污染物类向大气中排放的污染物种类和数量种类和数量都比较少，因都比较少，因此，大气环境污染的问题并此，大气环境污染

4、的问题并不突出。工业革命不突出。工业革命后，后， 由于机器的广泛使用，使工业生产得以迅速发展，由于机器的广泛使用，使工业生产得以迅速发展，人类随之排放的污染物人类随之排放的污染物大量增加大量增加，造成了大气污，造成了大气污染。染。随着随着工业的高速发展，大气污染造成的灾害更工业的高速发展，大气污染造成的灾害更加严重。据统计，世界加严重。据统计，世界上十座大气污染最严重的城上十座大气污染最严重的城市中，多数集中在中国。市中，多数集中在中国。面对大气环境质量的面对大气环境质量的日趋日趋下降下降，人类社会对大气环境质量关注程度逐步提，人类社会对大气环境质量关注程度逐步提高，大气环境监测科学就高，大气

5、环境监测科学就应运而生应运而生了。了。三、大气环境监测的发展概况三、大气环境监测的发展概况 一）国外一）国外 2020世纪世纪5050年代年代 被动监测被动监测 2020世纪世纪7070年代年代 有目的定时定点监测有目的定时定点监测 7070年代后年代后 自动监测系统自动监测系统 国际性大气污染监测国际性大气污染监测 2020世纪世纪8080年代年代 卫星遥感监测卫星遥感监测二）国内二）国内 2020世纪世纪5050年代年代 卫生和城建部门，工业卫生和城建部门，工业“三废三废”， 被动监测被动监测 2020世纪世纪7070年代年代 有目的定时定点监测有目的定时定点监测 19791979年年 成

6、为成为全球大气环境监测系统的成员国。全球大气环境监测系统的成员国。大气环境监测技术的发展主要表现在以下几方面：大气环境监测技术的发展主要表现在以下几方面： 1.监测项目逐渐趋于全面、合理监测项目逐渐趋于全面、合理2.监测范围不断扩大监测范围不断扩大3.监测方法向立体化方向发展监测方法向立体化方向发展第二节第二节 大气环境监测的目的和分类大气环境监测的目的和分类一、大气环境监测的目的一、大气环境监测的目的 1. 1. 判断大气环境质量是否达标。判断大气环境质量是否达标。 2. 2. 评价大气环境质量。评价大气环境质量。 3. 3. 为制定大气环境法规、标准、大气环境规划、为制定大气环境法规、标准

7、、大气环境规划、大气环境污染综合防治对策提供科学依据。大气环境污染综合防治对策提供科学依据。 4. 4. 收集大气环境本底值及其变化趋势数据。收集大气环境本底值及其变化趋势数据。 5. 5. 评价治理设施的效果。评价治理设施的效果。 6. 6. 揭示新的大气环境问题，确定新的污染因素。揭示新的大气环境问题，确定新的污染因素。二、大气环境监测的分类二、大气环境监测的分类一）按监测目的分类一）按监测目的分类1.1.监视性监测监视性监测2.2.特定目的监测：特定目的监测： 包括事故性监测、仲裁监测、考核验证监测包括事故性监测、仲裁监测、考核验证监测和和咨询服务监测。咨询服务监测。3. 3. 背景值监

8、测背景值监测4. 4. 研究性监测研究性监测二二 ）根据污染物性质分类）根据污染物性质分类 化学污染物监测、放射性污染监测。化学污染物监测、放射性污染监测。三、大气污染和大气环境监测的特点三、大气污染和大气环境监测的特点一）大气污染的特点一）大气污染的特点1 1、污染物的时间分布性、污染物的时间分布性2 2、污染物的空间分布性、污染物的空间分布性 污染物在时间和空间上的分布特点，是大气环境污染物在时间和空间上的分布特点，是大气环境监测中监测中安排采样时间、安排采样时间、采样采样频率频率和布设和布设采样点采样点的主要的主要依据，以及获得代表性数据的基础。依据，以及获得代表性数据的基础。3 3、大

9、气环境污染与污染物含量的关系、大气环境污染与污染物含量的关系 大气中有害因子对人体和其它生物体引起毒害的大气中有害因子对人体和其它生物体引起毒害的浓度或强度，与大气环境本底值之间存在一个界限浓度或强度，与大气环境本底值之间存在一个界限（阈值阈值）。当大气污染因子强度）。当大气污染因子强度超过这一阈值超过这一阈值后，后，才对大气环境造成污染。才对大气环境造成污染。 4. 污染物的综合效应污染物的综合效应 单独作用、相加作用、相乘作用、拮抗作用单独作用、相加作用、相乘作用、拮抗作用相乘作用：相乘作用：混合污染物对机体的毒害作用混合污染物对机体的毒害作用超过各个超过各个组分毒害作用的组分毒害作用的总

10、和总和。5.大气环境污染的社会评价大气环境污染的社会评价 ：具有一定的主观色具有一定的主观色 彩。彩。6. 污染物的形态、迁移和转化污染物的形态、迁移和转化二）大气环境监测的特点二）大气环境监测的特点1、大气环境监测的综合性、大气环境监测的综合性 包括包括监测手段监测手段的综合性的综合性 、对监测、对监测数据数据进行综合进行综合分析。分析。2、大气环境监测的连续性、大气环境监测的连续性3. 大气环境监测的追踪性大气环境监测的追踪性 对监测全过程进行对监测全过程进行质量控制质量控制，建立质量保证体，建立质量保证体系，以系，以对监测数据的可靠性进行追踪和监督对监测数据的可靠性进行追踪和监督。第三节

11、第三节 大气环境监测技术概述大气环境监测技术概述 一、化学分析法一、化学分析法优点：准确度高、所需仪器设备简单、灵敏度低优点：准确度高、所需仪器设备简单、灵敏度低1、容量分析法、容量分析法（滴定分析）（滴定分析） 酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定、氧化还原滴酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定定2、重量分析法、重量分析法 准确度高，操作复杂准确度高，操作复杂 用于环境空气中总悬浮颗粒物、降尘、烟尘、用于环境空气中总悬浮颗粒物、降尘、烟尘、生产性粉尘的测定生产性粉尘的测定二、仪器分析法二、仪器分析法特点：特点：1）灵敏度高）灵敏度高 2）选择性强、预处理简单）选择性强、预处理简单 3）响）响应

12、速度快应速度快 4）仪器可以组合使用）仪器可以组合使用 5）相对误差大）相对误差大 6）价格昂贵价格昂贵 按照仪器原理可分为以下几类：按照仪器原理可分为以下几类：一）光化学分析法一）光化学分析法1、分光光度法、分光光度法 分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。和定量分析的方法。2、原子光谱法、原子光谱法 1）原子吸收光谱法）原子吸收光谱法 每一种元素的原子不仅可以发射一系列特征每一种元素的原子不仅可以发射一系列特征谱线，也可以吸收与发射线波谱线，也

13、可以吸收与发射线波 长相同的特征谱线。长相同的特征谱线。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度吸光度A，与被测元素的含量成正比。与被测元素的含量

14、成正比。2）原子发射光谱法）原子发射光谱法 依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法。量分析的方法。 物质是由各种元素的原子组成的，原子有结构物质是由各种元素的原子组成的，原子有结构紧密的原子核，核外围绕着不断运动的电子，电子紧密的原子核，核外围绕着不断运动的电子，电子处在一定的能级上，具有一定的能量。从整个原子处在一定的能级上，具有一定的能量。从整个原子来看，在一定的运动状态下，它也是处在一定的能来看，在一定的运动状态下，它也是处在一定的能级上，具有一定

15、的能量。在一般情况下，大多数原级上，具有一定的能量。在一般情况下，大多数原子处在最低的能级状态，即基态。基态原子在激发子处在最低的能级状态，即基态。基态原子在激发光源（即外界能量）的作用下，获得足够的能量，光源（即外界能量）的作用下，获得足够的能量，外层电子跃迁到较高能级状态的激发态，这个过程外层电子跃迁到较高能级状态的激发态，这个过程叫激发。处在激发态的原子是很不稳定的，在极短叫激发。处在激发态的原子是很不稳定的，在极短的时间内（的时间内（10s）外层电子便跃迁回基态或其它较）外层电子便跃迁回基态或其它较低的能态而释放出多余的能量。释放能量的方式可低的能态而释放出多余的能量。释放能量的方式可

16、以是通过与其它粒子的碰撞，进行能量的传递，这以是通过与其它粒子的碰撞，进行能量的传递，这是无辐射跃迁，也可以以一定波长的电磁波形式辐是无辐射跃迁，也可以以一定波长的电磁波形式辐射出去，其释放的能量及辐射线的波长（频率）要射出去，其释放的能量及辐射线的波长（频率）要符合波尔的能量定律。符合波尔的能量定律。 多电子原子中的能级图多电子原子中的能级图能级交错现象3）原子荧光光谱法）原子荧光光谱法 原子荧光原子荧光光谱法（光谱法（AFS）是介于原子发射光谱）是介于原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（）和原子吸收光谱（AAS）之间的光谱分析技）之间的光谱分析技术。它的基本原理是基态原子（一般蒸汽状态）

17、吸收术。它的基本原理是基态原子（一般蒸汽状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。 测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。原子荧光发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。原子荧光的波长在紫外、可见光区。气态自由原子吸收特征波的波长在紫外、可见光区。气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，约经

18、高能态，约经10-8秒，又跃迁至基态或低能态，同时秒，又跃迁至基态或低能态，同时发射出荧光。若原子荧光的波长与吸收线波长相同，发射出荧光。若原子荧光的波长与吸收线波长相同，称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。共振荧称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。共振荧光强度大，分析中应用最多。光强度大，分析中应用最多。 3、分子光谱法、分子光谱法 光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的吸收、发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所形成的演变关系，称为分子光强度对频率作图所形成的演变关系，称为分子光谱

19、。谱。 根据吸收电磁波的范围不同，可分为根据吸收电磁波的范围不同，可分为远红外光远红外光谱、谱、红外光谱红外光谱及紫外、可见光谱。及紫外、可见光谱。根据光谱产生的根据光谱产生的机理不同，分子光谱又可以分为分子吸收光谱和分机理不同，分子光谱又可以分为分子吸收光谱和分子发光光谱。子发光光谱。二）电化学分析法二）电化学分析法电导分析法电导分析法电位分析法电位分析法库仑分析法库仑分析法伏安和极谱法伏安和极谱法电解分析电解分析(Electrolytic Analysis) ： （1）应用外加直流电源电解试液，电解后直接称量电极上析出被测物的质量的分析方法，称为电重量法(Electrolytic Grav

20、imetry)。 （2）将电解分析用于物质的分离，则称为电解分离法(Electrolytic Separation)。库仑分析法库仑分析法(Coulometry): 根据电解过程中消耗的电量求得被测物质的含量。1、电解分析的基本原理、电解分析的基本原理1）电解过程中电流与电压的关系）电解过程中电流与电压的关系 电解是在电解池的两个电极上电解是在电解池的两个电极上施加直流电压，使物质在电极上发施加直流电压，使物质在电极上发生氧化还原反应而引起物质分解的生氧化还原反应而引起物质分解的过程。典型的电解过程是在电解池过程。典型的电解过程是在电解池中有一对面积较大的电极如铂，外中有一对面积较大的电极如铂

21、，外加直流电压，改变电极电位，使电加直流电压，改变电极电位，使电解质溶液在电极上发生氧化还原反解质溶液在电极上发生氧化还原反应。右图为典型的电解装置。应。右图为典型的电解装置。2 2 库仑分析法库仑分析法1）库仑分析的基本原理）库仑分析的基本原理 库仑分析法库仑分析法 ：以测量电解过程中被测物质在电极：以测量电解过程中被测物质在电极上发生电化学反应所消耗的电量为基础的分析方上发生电化学反应所消耗的电量为基础的分析方法，又称为法，又称为电量分析法电量分析法。 基本条件基本条件：反应电极必须单纯，用于测定的电极：反应电极必须单纯，用于测定的电极反应应该具有反应应该具有100%的电流效率，而无其它副

22、反应的电流效率，而无其它副反应发生。发生。 基本依据基本依据：法拉第：法拉第(Faraday)定律。定律。三）色谱分析法三）色谱分析法1.气相色谱法气相色谱法2.高效液相色谱法高效液相色谱法3.离子色谱法离子色谱法4.纸色谱和薄层色谱纸色谱和薄层色谱1、气相色谱法、气相色谱法2 2、高效液相色谱法、高效液相色谱法3、Ion exchange chromatography Ion exchange chromatography retains analyte molecules on the column based oncoulombic (ionic) interactions. The s

23、tationary phase surface displays ionic functional groups (R-X) that interact with analyte ions of opposite charge. This type of chromatography is further subdivided into cation exchange chromatography and anion exchange chromatography. The ionic compound consisting of the cationic species M+ and the

24、 anionic species B- can be retained by the stationary phase.Cation exchange chromatography retains positively charged cations because the stationary phase displays a negatively charged functional group: Anion exchange chromatography retains anions using positively charged functional group: 4、Thin-la

25、yer chromatographynThin layer chromatography (TLC) is a chromatography technique used to separate mixtures.Thin layer chromatography is performed on a sheet of glass, plastic, or aluminum foil, which is coated with a thin layer ofadsorbent material, usually silica gel, aluminium oxide, or cellulose

26、(blotter paper). This layer of adsorbent is known as the stationary phase.nAfter the sample has been applied on the plate, a solvent or solvent mixture (known as the mobile phase) is drawn up the plate via capillary action. Because different analytes ascend the TLC plate at different rates, separati

27、on is achieved5、其他仪器分析方法、其他仪器分析方法n质谱法、中子活化法等质谱法、中子活化法等n放射性污染强度测定放射性污染强度测定1）Mass spectroscopyThe MS principle consists of ionizing chemical compounds to generate charged molecules or molecule fragments and measuring their mass-to-charge ratios.In a typical MS procedure: nA sample is loaded onto the M

28、S instrument, and undergoes vaporizationnThe components of the sample are ionized by one of a variety of methods (e.g., by impacting them with an electron beam), which results in the formation of charged particles (ions)nThe ions are separated according to their mass-to-charge ratio in an analyzer b

29、y electromagnetic fieldsnThe ions are detected, usually by a quantitative methodnThe ion signal is processed into mass spectra二十九烷的质谱图三、生物监测法三、生物监测法 利用生物利用生物个体、种群或群落个体、种群或群落对大气环境污染或对大气环境污染或变化产生的反应，阐明大气环境污染状况，从生物变化产生的反应，阐明大气环境污染状况，从生物学角度为大气环境质量的监测和评价提供依据的一学角度为大气环境质量的监测和评价提供依据的一种方法。种方法。1.观察植物的伤害症状观察植物

30、的伤害症状2.测定植物体内污染物含量测定植物体内污染物含量3.观察植物的生理生化反应观察植物的生理生化反应3.测定树木的生长量和年轮测定树木的生长量和年轮4.利用敏感植物地衣、苔藓监测利用敏感植物地衣、苔藓监测四）遥测技术四）遥测技术 遥测技术是利用监测仪器遥测技术是利用监测仪器定性或半定量定性或半定量地对远地对远距离研究对象传感有关物理参数的特殊技术。距离研究对象传感有关物理参数的特殊技术。 遥测技术的主要优点是可以对污染源或污染流遥测技术的主要优点是可以对污染源或污染流进行无干扰监侧，而且可以监测三维空间的环境质进行无干扰监侧，而且可以监测三维空间的环境质量参数，其监测范围可遍及量参数，其

31、监测范围可遍及广大地区的大气空间广大地区的大气空间，这是其他监测技术无法比拟的。目前该技术的主要这是其他监测技术无法比拟的。目前该技术的主要缺限是所能监测的的缺限是所能监测的的污染因子少，很多技术还不成污染因子少，很多技术还不成熟。熟。Automatic and continuous monitoring system第四节第四节 大气环境标准大气环境标准 大气环境标准：大气环境标准：一个国家为了保护人群健康，防治一个国家为了保护人群健康，防治环境污染，保护生态环境，促进经济发展，依据环环境污染，保护生态环境，促进经济发展，依据环境保护法和有关政策，在综合分析自然环境特点、境保护法和有关政策，

32、在综合分析自然环境特点、控制污染物的现有技术水平、经济条件和社会要控制污染物的现有技术水平、经济条件和社会要求的基础上，求的基础上，对有关大气环境的各项工作所做的规对有关大气环境的各项工作所做的规定。定。 大气环境标准的体系大气环境标准的体系六类六类2. 污染物控制标准（污染物排放标准）污染物控制标准（污染物排放标准）1. 环境质量标准环境质量标准4. 环境方法标准环境方法标准3. 环境基础标准环境基础标准5. 环境标准物质标准环境标准物质标准6. 环保仪器、设备标准环保仪器、设备标准两级两级2. 地方级地方级1. 国家级国家级（包括行业标准）（包括行业标准）一、大气环境质量标准一、大气环境质量标准 大气环境质量标准规定了大气中各种污染物大气环境质量标准规定了大气中各种污染物在在一一定时间和空间范围内的最高允许浓度。定时间和空间范围内的最高允许浓度。 我国己颁布的大气环境