环境监测大气和废气监测

环境监测大气和废气监测第1页/共51页西藏天空第2页/共51页第3页/共51页SO2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之一，特别是当它与烟尘等气溶胶共存时，可加重对呼吸道黏膜的损害。能引起呼吸道和心血管疾病。

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。一、二氧化硫

第4页/共51页酸雨（pH＜5.6的降水）成因：形成机理：或：2SO2+O22SO3催化剂SO3+H2O==H2SO4②3NO2+H2O==2HNO3+NO①SO2+H2OH2SO32H2SO3+O2====2H2SO4催化剂人为排放的硫氧化合物和氮氧化合物等酸性气体转化而成。催化剂：大气中的烟尘、O3等。第5页/共51页

我国每年都要排放大量的二氧化硫，主要以硫酸型酸雨为主,最终形成面积惊人的酸雨区。第6页/共51页

2006年，北京一改百年无酸雨历史，已经由无酸雨区转而名列酸雨城市“黑名单”。8月份，北京80%的降雨都属于“酸雨”。酸雨能够腐蚀城市建筑物，钢筋、水泥、大理石在它“耐心”的浇淋下会如酥土般瓦解，同时，它对北京古建筑的影响更是致命的。第7页/共51页酸雨有什么危害？如何防治酸雨？酸雨使大量植物受损第8页/共51页影响建筑物—建筑物腐蚀，文物面目皆非。经历了60年，德国的这座石雕像已经彻底被酸雨毁坏了第9页/共51页湖泊

由于水的流动量低，湖泊很易变酸水体变酸，大部份水生物种便不能生存，生物多样化会減少第10页/共51页国家制定了两个标准方法：一是GB8970-1988四氯汞钾-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法；另一是GB/T16128-1995甲醛吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。二氧化硫的测定第11页/共51页(一)四氯汞钾溶液吸收－盐酸副玫瑰苯胺分光光度法

1、原理

用氯化钾（KCl）和氯化汞（HgCl2）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SO2含量成正比，可用分光光度法测定。（较经典的方法（GB），灵敏、可靠

）

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反应式如下:

HgCl2+2KC1===K2[HgCl4]

[HgCl4]2-+SO2+H2O===[HgCl2SO3]2-+2H++2Cl-[HgCl2SO3]2-+HCHO十2H+===HgCl2+HOCH2SO3H

羟基甲基磺酸

紫色络合物第13页/共51页（二）甲醛缓冲溶液吸收

-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法目前我国普遍采用甲醛缓冲溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。原理:二氧化硫被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟基甲磺酸化合物。在样品溶液中加氢氧化钠使加成化合物分解，释放出的二氧化硫与盐酸副玫瑰苯胺作用，生成紫红色化合物，分光光度计577nm测定。该法优点是避免使用毒性大的四氯汞钾吸收液，在灵敏度、准确度诸方面均可与四氯汞钾吸收液法相媲美，样品采集后相当稳定，但操作条件要求较严格第14页/共51页第15页/共51页

空气中的氮氧化物以一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮、五氧化二氮等多种形态存在，其中二氧化氮和一氧化氮是主要存在形态，为通常所指的氮氧化物(NOx)。

NO为无色、无臭、微溶于水的气体，在空气中易被氧化成NO2。NO2为棕红色具有强刺激性臭味的气体，毒性比NO高4倍，是引起支气管炎、肺损害等疾病的有害物质。

二、氮氧化物第16页/共51页NOx来源第17页/共51页

特点：采样和显色同时进行，操作简便，灵敏度高，是国内外普遍采用的方法。可分别测定NO、NO2、和NOx总量。测定方法：盐酸萘乙二胺分光光度法

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NOX经在氧化剂作用下，一氧化氮被氧化成二氧化氮，被吸收生成亚硝酸和硝酸，亚硝酸再与吸收液中的对氨基苯磺酸起重氮化反应，最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NO2浓度成正比，可用分光光度法定量。第18页/共51页吸收液的倒出：全部倒入比色管中，注意操作，若不足5ml，用吸收液来补充。如采样时污染物浓度较高，超出了所绘制的标准曲线范围，则进行稀释使之在所绘制的标准曲线范围内，最后计算时再乘以所稀释的倍数。分光光度计、比色杯的使用，少量样品润洗比色杯，在540nm波长下测量吸光度。主要化学反应式第19页/共51页第20页/共51页第21页/共51页测定

标准曲线的绘制：用亚硝酸纳标准溶液配制系列标准溶液，各加入等量吸收液显色、定容，制成标准色列，于540nm处测其吸光度及试剂空白溶液的吸光度。

第22页/共51页三、一氧化碳

一氧化碳(CO)是空气中主要污染物之一，它主要来自石油、煤炭燃烧不充分的产物和汽车排气。

CO是一种无色、无味的有毒气体，燃烧时呈淡蓝色火焰。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。测定方法：非分散红外吸收法、气相色谱法(GC)、汞置换法等。第23页/共51页

CO、CO2等气态分子受到红外辐射（1～25um）时吸收各自特征波长的红外光，引起分子振动和转动能级的跃迁，形成红外吸收光谱。在一定浓度范围内，吸收光谱的峰值（吸光度）与气态物质浓度之间的关系符合朗伯-比耳定律，因此，测其吸光度即可确定气态物质的浓度。此方法广泛用于CO、CO2、CH4、SO2、NH4等气态污染物的监测，测定简便、快速，能够不破坏被测物质，适用于连续自动监测。1.非分散红外吸收法第24页/共51页各方法的采样方法基本相同，都是采集现场空气，用双连橡皮球将空气送入聚乙烯薄膜采样袋或铝箔复合薄膜采气袋内，使之充满后放掉，如此清洗3-4次，采气，密封。记录采样地点、采样日期和时间、采气袋编号，带回实验室。样品采集第25页/共51页非分散红外吸收法光源切光器样品室金属薄膜放大器指示器检测室气样

从红外光源发射出能量相等的两束平行光，同步电机带动切光器交替切断。一为参比光束，测定过程中光强度不变；另一通过样品室，为测量光束。气体通过样品室，其中CO吸收部分特征波长的红外光，使射入检测室的参比光束强度大于测量光束，两室气体温度不同；差异信号转换为电信号，经放大后，由指示器显示测量结果。参比室第26页/共51页2.气相色谱法（GC）第27页/共51页四、臭氧

臭氧是高空大气的正常组分，能强烈吸收紫外线，保护人和生物免受太阳紫外线的辐射。但是，如O3超过一定浓度，对人体和某些植物生长会产生一定危害。第28页/共51页

在距离地面15～50km的大气平流层集中了自然界90％的臭氧，也就是我们说的臭氧层。臭氧层中臭氧的含量虽然很少，但可以吸收来自太阳的大部分紫外线，使地球上的生物免遭伤害。所以臭氧层是地球的保护伞。第29页/共51页第30页/共51页

氟里昂于30年代开发出来。属于氯氟烃化合物（CFCs），氟里昂是它的商品名称。它不易燃烧，不具腐蚀性，无毒，性能稳定，价格便宜，作为一种工业用化学物质，被广泛使用在各种冷冻空调的冷媒、电子和光学元件的清洗溶剂、化妆品等噴雾剂，以及泡沫塑料PU、PS、PE的发泡剂等等。从20世纪的30年代初到90年代的五六十年中，人类总共生产了1500万吨氯氟烃。

在对氟里昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟里昂已达到了2000万吨。由于它们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大部分仍然停留在对流层，一小部分升入平流层。氟氯代烷的功与过科学史话第31页/共51页总反应:

在上述反应中，一个氯原子能破坏10万个O3，含溴的卤代烃对臭氧层的破坏更厉害。Cl

+

O3

→

ClO

+

O2ClO

+

O

→

Cl

+

O2O3

+

O

→

2O2第32页/共51页臭氧的测定

方法有分光光度法、化学发光法、紫外线吸收法等。国家标准中测定臭氧含量有两个标准：一是GB/T15437的靛蓝二磺酸钠分光光度法，另一是GB/T15438-1995的紫外光度法。

第33页/共51页1.靛蓝二磺酸钠分光光度法

空气中的臭氧在磷酸盐缓冲剂存在下，与吸收液中黄色的靛蓝二磺酸钠等物质反应后，褪色生成靛红二磺酸钠，在610nm处测量吸光度。本法适用于测量高含量环境空气中的臭氧，当采样体积为5～30L时，测定范围为0.030～1.200mg/m3。第34页/共51页2.紫外分光光度法臭氧对254nm波长的紫外光有特征吸收，规定零空气（不含能使臭氧分析仪产生可检测响应的空气，也不含与臭氧发生反应的一氧化碳、乙烯等物质）样品通过吸收池时被光检测器检测的光强度为I0，臭氧样品通过吸收池时被检测的光强度为I，I/I0为透光率。每经过一个循环周期，仪器的微处理系统就求出臭氧的浓度。第35页/共51页五、总烃及非甲烷烃污染环境空气的烃类一般指具有挥发性的碳氢化合物(C1～C8)，常用两种方法表示：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)。测定方法：气相色谱法、光电离检测法。第36页/共51页色谱法测定总烃流程示意图1.气相色谱法第37页/共51页空气中的气态氟化物主要是氟化氢，也可能有少量氟化硅(SiF4)和氟化碳(CF4)。含氟粉尘主要是冰晶石(Na3A1F6)、萤石(CaF2)、氟化铝(A1F3)、氟化钠(NaF)及磷灰石[3Ca3(PO4)2·CaF2]等。氟化物属高毒类物质，由呼吸道进入人体，会引起黏膜刺激、中毒等症状，并能影响各组织和器官的正常生理功能。对于植物的生长也会产生危害。测定方法：滤膜采样-离子选择电极法、石灰滤纸采样-氟离子选择电极法。六、氟化物第38页/共51页滤膜采样-氟离子选择电极法

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，颗粒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。第39页/共51页七、硫酸盐化速率的测定

污染源排放到空气中的SO2、H2S、H2SO4蒸气等含硫污染物，经过一系列氧化演变和反应，最终形成危害更大的硫酸雾和硫酸盐雾的速度称为硫酸盐化速率。

测定方法有二氧化铅-重量法、碱片-重量法、碱片-铬酸钡分光光度法、碱片-离子色谱法等。

第40页/共51页二氧化铅－重量法原理：

大气中的SO2、硫酸雾、硫化氢等与二氧化铅反应生成硫酸铅，用碳酸钠溶液处理，使硫酸铅转化为碳酸铅，释放出硫酸根离子，再加入氯化钡溶液，生成硫酸钡沉淀，用重量法测定，结果以每日在100cm2二氧化铅面积上所含SO3的毫克数表示。第41页/共51页八、总悬浮颗粒物(TSP)TSP采样器

测定方法：GB/T15432-1995测定总悬浮颗粒物的方法，适合于大流量或中流量总悬浮颗粒物采样器进行空气中总悬浮颗粒物的测定。

第42页/共51页第43页/共51页

滤膜捕集——重量法

通过具有一定切割特性的采样器，用抽气动力抽取一定体积的空气通过已恒重的滤膜，则空气中一定粒径范围的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜质量之差及采样体积，即可计算TSP的浓度。

测定原理第44页/共51页TSP与PM10使用的监测仪器和方法完全相同。只有采样时采用的切割器不同。颗粒物采样器第45页/共51页九、可吸入颗粒物(PM10)的测定

可吸入颗粒物主要是指通过人的咽喉进入肺部的气管、支气管区和肺泡的那部分颗粒物，具有D50(质量中值直径)=10μm到上截止点30μm的粒径范围，常用PM10表示。第46页/共51页十、自然降尘

自然降尘简称降尘，系指大气中自然降落于地面上的颗粒物，其粒径多在10μm以上。

虽然灰尘在地面上的自然沉降能力主要决定于其自身重量及粒度大小，但风力、降水、地形等自然因素也起着一定的作用，因此，要把自然降尘和非自然降尘区分开是很困难的。

降尘是大气污染的参考性指标，通过其测定结果，可观察大气污染的范围和污染程度。

第47页/共51页测定大气中降尘量最常用的方法是重量法。首先按一定原则布点，将一个一定规格的容器（集尘缸）放置在户外空旷的地方，大气中的灰尘自然沉降在集尘缸