空气中NOx的日变化曲线

空气中NOx的日变化曲线实验第四小组实验时间：9月4号实验地点：南实验楼本次实验通过一天不同时间段NO2和NOx的测量，绘制NO、NO2、NOx的日变化曲线，比较不同曲线峰值出现的时间点和差异性，分析曲线形成的原因以及NO、NO2、O3等光化学烟雾的转化规律，更好地理解实验数据，最后对实验的误差分析，总结实验过程。

目录TOC\o"1-4"\h\z\u一、概述 2（一）氮氧化物的来源 2（二）光化学烟雾 2（三）氮氧化物的危害 2（四）NO2的测定方法 2二、实验目的 3三、实验原理 3四、 仪器和试剂 4五、实验步骤 4六、计算和分析 5（一）、标准曲线的绘制 5（二）、绘制和分析NOx、NO2、NO的日变化曲线 71、所需参数的计算： 72、二氧化氮浓度的计算及NO2日变化曲线的绘制 73、氮氧化合物浓度的计算及NOx日变化曲线的绘制 84、一氧化氮浓度的计算及NO日变化曲线的绘制 10（三）NO、NOx、NO2即其他光化学烟雾的日转化过程（常态模拟） 11（四）分析NO、NOx、NO2曲线的成因 12六误差分析 13八实验总结 14九参考文献 14一、概述（一）氮氧化物的来源大气中氮氧化物（NOx）包括多种化合物，如一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮和五氧化二氮，除二氧化氮以外，其他氮氧化物极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮或一氧化氮，一氧化氮不稳定又变成二氧化氮。因此大气污染化学中的氮氧化物主要指的是一氧化氮和二氧化氮。其主要来自天然过程，如生物源、闪电均可产生NOx。NOx的人为源绝大部分来自化石燃料的燃烧过程，其中城市里的大量NO来自于汽油和柴油发动机燃烧产物。（二）光化学烟雾NO在大气中逐渐氧化成NO2，NO2可通过大气化学反应生成气溶胶状的硝酸和硝酸盐颗粒，同时，NO与NO2还可以通过一系列光化学反应生成诸如O3和PAN等强氧化性物质而产生光化学烟雾。因此，NO与NO2是光化学烟雾产生的必要条件之一。（三）氮氧化物的危害NOx对呼吸道和呼吸器官有刺激作用，是导致支气管哮喘等呼吸道疾病不断增加的原因之一。二氧化氮、二氧化硫、悬浮颗粒物共存时，对人体健康的危害不仅比单独NOx严重得多，而且大于各污染物的影响之和，即产生协同作用。大气中的NOx能与有机物发生光化学反应，产生光化学烟雾。NOx能转化成硝酸和硝酸盐，通过降水对水和土壤环境等造成危害。（四）NO2的测定方法NO2的测定方法有比色法及自动监测法。比色法一般是基于NO2-与芳香族胺反应生成偶氮染料。其中广泛采用格里斯—萨尔茨曼(Griess-Saltzman)法，是用盐酸萘乙二胺和对氨基苯磺酸溶液作吸收显色剂，NO2-与其反应生成玫瑰红色偶氮化合物，采用比色法进行定量。此方法灵敏、准确、操作简便、呈色稳定，固为国内外普遍采用。国内现用的方法主要为GB12372《居住区大气中二氧化氮检验标准方法改进的Saltzman法》二、实验目的加深对环境中NOx的日变化趋势的理解及光化学烟雾的产生过程，掌握NOx的分析方法和技术。三、实验原理NO等低价氮氧化物红色偶氮染料NO等低价氮氧化物红色偶氮染料对氨基苯磺酸NO2HNO2盐酸萘乙二胺最后用比色法进行测定，NO定量通过有氧化管与不通过氧化管的两次测定差值获得仪器和试剂仪器：多孔玻板吸收管、空气采样器、具塞比色管、氧化管、分光光度计试剂：去离子水、吸收液、显色液、氧化剂、亚硝酸钠溶液标准溶液（由实验室准备）标准使用液的配制：取上述标准溶液1mL至100mL容量瓶，并用水定容到刻度，即得2.50mg/L标准使用液。五、实验步骤（一）采样：NOx：用一个内装5mL吸收液的普通型多孔玻板吸收管，进气口接上一个氧化管，并使管略微向下斜倾，以免潮湿空气将氧化剂弄湿，污染吸收管。以0.4L/min流量，避光采气30min。NO2：不接氧化管，同上述NOx的采样步骤进行采样。采样时间为8点到17点，逢整点采样，我们组的实验地点是在南实验楼。（二）标准曲线的绘制取6个25mL容量瓶，按下表制备标准系列。表1NO2-的标准系列瓶号123456标准工作液，mLNO2-含量，μg/mL000.70.071.00.13.00.35.00.57.00.7各瓶中，加入12.5mL显色液，再加水到刻度，混匀，放置15min。用10mm比色皿，在波长540nm处，以水作参比，测定各瓶溶液的吸光度，以NO2-含量（μg/mL）为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，并计算回归直线的斜率。以斜率的倒数作为样品测定时的计算因子Bs[μg/(mL·吸光度)]。（三）样品测定采样后，用水补充到采样前的吸收液体积，放置15min，。用10mm比色皿，在波长540nm处，以水作参比，测定各样品溶液的吸光度，装有氧化管的样品记为A1，不装氧化管的记为A2。在每批样品测定的同时，用未采过样的吸收液按相同操作步骤作试剂空白的测定，记为A0。若样品溶液吸光度超过测定范围，应用吸收液稀释后再测定，计算浓度时，要乘以样品溶液的稀释倍数。六、计算和分析（一）、标准曲线的绘制实验测得NO2—的标准序列数据如下：标准曲线浓度（ug/mL)NO2吸光度（ABS）00.0080.070.0720.10.1020.30.2760.50.4690.70.643分析：数据在测吸光度的时候都加入了空白组的差值进行计算，数据真实可靠。由专业作图软件Origin得到NO2—的标准曲线如下：从数据栏可以看出：Intercept(常数)=0.00854,Slope（斜率）=0.90942，而且数据的拟合度R2=0.99971，拟合程度非常好，方程的表达式为：y=所以BS=1/Slope=1.0996[ug/(ml*吸光度)]（二）、绘制和分析NOx、NO2、NO的日变化曲线1、所需参数的计算：标准状态下采样体积（V0）的计算：已知：V=0.5*30=15L所以有：V即V0=13.51L2、二氧化氮浓度的计算及NO2日变化曲线的绘制二氧化氮浓度的计算：A2、A0将数据代入一下公式即可求得NO2的数据c(求解得NO2的数据如下：取样时间不接氧化管（A2）吸收液空白测定（A0）C(NO2)(mg/m3)10:000.0410.0040.01711311:000.0520.0040.02220112:000.0340.0050.01341313:000.0460.0060.01850114:000.0340.0060.0129515:000.0370.0060.01433816:000.0510.0060.02081317:000.0590.0080.023588分析：测得的数据均偏小NO2的日变化曲线如下：分析：可以看出在白天的时候，NO2的变化曲线呈双峰的变化曲线，两个峰值时间点分别在11:00和13:00，两个谷值分别在12:00和14:00出现。3、氮氧化合物浓度的计算及NOx日变化曲线的绘制A1、A0将数据代入一下公式即可求得NO2的数据c(求解得NOx的数据如下：取样时间接氧化管（A1）吸收液空白测定（A0）C(NOx)(mg/m3)10:000.0580.0040.02497611:000.0370.0040.01526312:000.0520.0050.02173813:000.0370.0060.01433814:000.0330.0060.01248815:000.0410.0060.01618816:000.0460.0060.01850117:000.0460.0080.017576分析：数值都偏小，而且某些时刻的NOx比NO2还小，可能是测量时候的操作不当引起的，但也可能是整体数据较小，系统误差引起的这种数据波动，导致NOx比NO2小。NOx的日变化曲线如下：分析：可以看出在白天的时候，NOx的变化曲线呈双峰的变化曲线，两个峰值时间点分别在12:00和16:00，两个谷值分别在11:00和14:00出现。4、一氧化氮浓度的计算及NO日变化曲线的绘制由上面的计算可以得到NO2和NOx的数据，由此代入以下公式计算NO的浓度：c求解得NO的数据如下：取样时间C(NOx)(mg/m3)C(NOx)(mg/m3)C(NOx)(mg/m3)10:000.0171130.0249760.00512711:000.0222010.015263-0.0045212:000.0134130.0217380.00542813:000.0185010.014338-0.0027114:000.012950.012488-0.000315:000.0143380.0161880.00120616:000.0208130.018501-0.0015117:000.0235880.017576-0.00392分析：数值都非常小，有些值是负值，有可能是因为测量或仪器误差引起的。NO的日变化曲线如下：分析：可以看出在白天的时候，NO的变化曲线呈双峰的变化曲线，两个峰值时间点分别在12:00和15：00，两个谷值分别在11:00和13:00出现。（三）NO、NOx、NO2即其他光化学烟雾的日转化过程（常态模拟）光化学烟雾形成示意图光化学烟雾NO、NOx、NO2、O3以及碳氢化合物的相互转化关系：清晨大量的碳氢化合物和NO由汽车尾气及其他源排入大气。由于晚间NO氧化的结果，已有少量NO2存在。当日出时，NO2光解离提供原子氧，然后NO2光解反应及一系列次级反应发生，·OH基开始氧化碳氢化合物，并生成一批自由基，它们有效地将NO转化为NO2，使NO2浓度上升（这是积累O3的关键），碳氢化合物及NO浓度下降；当NO2达到一定值时，O3开始积累，而自由基与NO2的反应又使NO2的增长受到限制；当NO向NO2转化速率等于自由基与NO2的反应速率时，NO2浓度达到极大，此时O3仍在积累之中；当NO2下降到一定程度时，就影响O3的生成量；当O3的积累与消耗达成平衡时，O3达到极大。通过各种污染物的转化关系我们可以推测一天中NO、NOx、NO2的变化规律（根据上述化学反应自己的一些推导）：清晨随着大量的碳氢化合物和NO由汽车尾气排入大气，NO的浓度是逐渐升高的，在NO2光解之前NO都是一直增加的，并会达到一个峰值，随着阳光照射，NO2光解的O促使一批自由基的生成，它们有效地将NO转化为NO2，这时NO2浓度应该上升，NO浓度应该下降，所以NO的浓度峰值应该比NO2浓度峰值提早出现。而NOx的浓度刚开始应该是随着NO的增加而增加的，因为NO和NO2之间的转化并不会影响到NOx总量的变化（而且这时NO2量较少与自由基的反应可以忽略），所以NOx应该是先随着NO的增加而增加，当NO下降的时候（NO向NO2转化的时间段），NOx应该是变小的（因为自由基会与NO2反应，导致NOx变小），所以NOx的变化曲线会和NO较为相似。当自由基与NO2的反应等于NO转化为NO2的反应（这个反应会随着NO的减少而逐渐减慢）时，NO2便达到峰值，这时NO2逐渐减少。这个规律推测是建立在汽车尾气只在清晨大量NO排入大气的前提下设想的，当一天不同的时间段有NO排入大气，情况就会有所变化。（四）分析NO、NOx、NO2曲线的成因NO、NOx、NO2的日变化曲线如下：由三条曲线最明显的特征是NOx和NO的变化在上午的时候浓度的变化情况极为相似，这和上面的推导是一致的，有了上面的推导，我们可以来分析三条曲线变化的原因：可以猜想在10:00前，NO已经达到了峰值，因为10点前是老师上班的高峰期，有很多NO排放到了大气中，这时我们可以根据上面的推导得出NOx的变化情况是与NO一致的，即在10点前NOx也达到了峰值，但随着NO转化为NO2，以及NO2与自由基反应，NO和NOx逐渐减少，而NO2浓度是一个上升的过程，在11:00的时候，自由基与NO2的反应等于NO转化为NO2的反应时，NO2便达到峰值，随后NO2逐渐减少。11:00—12：00是老师们的下班高峰期，NO继续排入大气，开始了下一个周期，所以整个图像是一个双峰的趋势，但是12点后的情况较为复杂，分析的因素较多，不再赘述。六误差分析通过实验数据我们可以看出，我们测的实验数据较小，仪器和操作的误差都可能引起比较大的数据波动，最后导致NO有些值是负的，所以很有必要进行整个实验的误差分析。本次实验所用的采样器并不能非常精准地保证流速在0.5L/min，