氣態(tài)污染物測(cè)定

大氣中的含硫污染物主要有H2S、SO2、SO3、CS2、H2SO4和各種硫酸鹽,主要來源于煤和石油燃料的燃燒、含硫礦石的冶煉、硫酸等化工產(chǎn)品生產(chǎn)排放的廢氣。

1.SO2測(cè)定

作為大氣污染的主要指標(biāo)之一,二氧化硫(sulfur dioxide,SO2)在各種大氣污染物中分布最廣、影響最大。因此,在硫氧化物的檢測(cè)中常常以SO2為代表。

大氣中SO2對(duì)人體健康的主要影響是造成呼吸道內(nèi)徑狹窄,并能刺激黏液分泌量增加。內(nèi)徑狹窄和黏液量增加的結(jié)果是加大呼吸道阻力,使空氣進(jìn)入肺部受到阻礙,導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)的疾病。另外,二氧化硫造成的大氣污染還嚴(yán)重影響著國民經(jīng)濟(jì)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的生活,如它可使金屬材料、房屋建筑、棉紡化纖織品、皮革紙張及工藝美術(shù)品腐蝕和褪色,它還可使農(nóng)作物減產(chǎn),使植物葉子變黃、落葉甚至枯死。

測(cè)定SO2的方法很多,主要有甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法(HJ 482—2009)、四氯汞鉀鹽吸收-副玫瑰苯胺分光光度法(HJ 483—2009)、釷試劑分光光度法、紫外熒光法、電導(dǎo)法、庫侖滴定法、火焰光度法、定電位電解法等。選用何種方法主要取決于分析的目的、時(shí)間及實(shí)驗(yàn)室條件等因素。四氯汞鉀鹽吸收副玫瑰苯胺分光光度法靈敏度高,選擇性好,但吸收液的毒性相對(duì)比較大;釷試劑光光度法所用吸收液無毒,但靈敏度不夠,所需采樣體積大;甲醛吸收副玫瑰苯胺分光光度法避免了使用含汞的吸收液,其靈敏度、選擇性和檢出限等均與四氯汞鉀鹽吸收-副玫瑰苯胺分光光度法相近。

下面分別介紹甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法、四氯汞鉀鹽吸收副玫瑰苯胺分光光度法。

(1)四氯汞鉀鹽吸收-副玫瑰苯胺分光光度法方法原理:空氣中的SO2被四氯汞鉀溶液吸收后,生成穩(wěn)定的二氯亞硫酸鹽絡(luò)合物,再與甲醛及鹽酸副玫瑰苯胺作用,生成紫色絡(luò)合物,在575nm處其吸光度與SO2濃度成正比。

(2)甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法方法原理:空氣中的SO2被甲醛緩沖溶液吸收后生成穩(wěn)定的羥甲基磺酸加成化合物,在樣品溶液中加入氫氧化鈉使加成化合物分解,釋放SO2與副玫瑰苯胺、甲醛作用,生成紫紅色化合物,用分光光度計(jì)在577nm處測(cè)量吸光度,據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量。

SO2濃度計(jì)算公式同四氯汞鉀鹽吸收-副玫瑰苯胺分光光度法。

采短時(shí)間采樣時(shí),采用內(nèi)裝10mL吸收液的多孔玻板吸收管,以0.5L/min的流量采氣45~60min,最佳吸收液溫度為23~29℃。24h連續(xù)采樣時(shí),用內(nèi)裝50mL吸收液的多孔玻板吸瓶,以0.2L/min的流量連續(xù)采樣24h,最佳吸收液溫度為23~29℃。

當(dāng)用10mL吸收液采樣30L時(shí),測(cè)定范圍為0.028~0.667mg/m3;當(dāng)用50mL吸收液牙樣288L,試份為10mL時(shí),測(cè)定范圍為0.014~0.347mg/m3,主要干擾物為氮氧化物、臭氧某些重金屬元素。樣品放置一段時(shí)間可使臭氧自動(dòng)分解;加入氨基磺酸鈉溶液可消除氮氧化物的干擾;加入磷酸及環(huán)己二胺四乙酸二鈉鹽可以消除或減少某些金屬離子的干擾。在10mL樣品溶液中存在50μg鈣、鎂、鐵、鎳、、銅等離子及5μg二價(jià)錳離子時(shí),不干擾測(cè)定。

2.NO2和氮氧化物測(cè)定

氮氧化物(nitrogen oxides)主要來源于石化燃料高溫燃燒和硝酸、化肥等生產(chǎn)排放的廢氣以及汽車排氣。氮氧化物包括NO、NO2、N2、N2O3、N2O4、N2O5等,這些氧化物中占主要成分的是NO和NO2。

氮氧化物對(duì)人眼、皮膚和呼吸器官有刺激作用,是導(dǎo)致支氣管炎、哮喘等呼吸道疾病不斷增加的原因之一。二氧化氮的毒性是一氧化氮的五倍。當(dāng)二氧化氮、二氧化硫和懸浮顆粒共存時(shí)產(chǎn)生的協(xié)同作用,以及由氮氧化物產(chǎn)生的光化學(xué)煙霧等對(duì)人體健康的影響就更為嚴(yán)重。因此,大氣中氮氧化物的檢測(cè)分析是環(huán)境保護(hù)檢測(cè)的重要指標(biāo)之一。

環(huán)境空氣中氮氧化物的測(cè)定方法主要為鹽酸萘乙二胺分光光度法(HJ 479—2009),適用于環(huán)境空氣中氮氧化物、二氧化氮、一氧化氮的測(cè)定。

方法基本原理:空氣中NO2被串聯(lián)的第一支吸收瓶中的吸收液吸收并反應(yīng)生成粉紅色偶氮染料?？諝庵械腘O不與吸收液反應(yīng),通過氧化管(瓶)時(shí)被酸性高錳酸鉀溶液氧化為NO2,再被串聯(lián)的第二支吸收瓶中的吸收液吸收并反應(yīng)生成粉紅色偶氮染料。生成的偶氮染料在波長540nm處的吸光度與NO2的含量成正比。分別測(cè)定第一支和第二支吸收瓶中樣品的吸光度,可分別計(jì)算兩支吸收瓶內(nèi)NO2和NO的濃度,二者之和即為氮氧化物的濃度(以NO2計(jì))。

3.臭氧測(cè)定

臭氧(O3)有極強(qiáng)的氧化作用,在常溫常壓下無色,但有強(qiáng)烈的刺激性。臭氧主要存在于兩個(gè)地方:一是距離地球表面10~50km的臭氧層,其能吸收對(duì)人體有害的短波紫外線,保護(hù)地球上的生物;二是地表附近空氣中的臭氧,則是地球植被和生命的危害者。地表附近的臭氧,主要是人類活動(dòng)和工業(yè)化的產(chǎn)物。汽車尾氣、工廠排放的煙霧中有著大量的氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物,在陽光輻射下,與空氣中的氧氣結(jié)合形成了臭氧。

臭氧濃度超標(biāo)對(duì)人體造成的危害十分嚴(yán)重,而且由于臭氧的密度約為空氣的1.66倍,身高較矮的兒童往往最容易成為臭氧污染的受害者。臭氧幾乎能與任何生物組織反應(yīng),對(duì)呼吸道的破壞性很強(qiáng);會(huì)刺激眼睛,使視覺敏感度和視力降低;會(huì)阻礙血液輸氧功能,造成組織缺氧;也會(huì)使甲狀腺功能受損、骨骼鈣化。臭氧濃度是衡量城市空氣質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

測(cè)定大氣中臭氧的方法有靛藍(lán)二磺酸鈉分光光度法(HJ 504—2009)、紫外光度法(HJ 590—2010),簡(jiǎn)單介紹如下。

(1)靛藍(lán)二磺酸鈉分光光度法靛藍(lán)二磺酸鈉分光光度法的基本原理:在磷酸鹽緩沖溶液存在下,空氣中的臭氧與吸收液中的靛藍(lán)二磺酸鈉等摩爾反應(yīng),褪色生成靛紅ニ磺酸鈉。在610nm處測(cè)其吸光度,用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量。

采樣時(shí),用內(nèi)裝(10.00±0.02)mL靛藍(lán)磺酸鈉吸收液的多孔玻板吸收管,罩上黑色避光套,以0.5L/min流量采氣5~30L.當(dāng)吸收液褪色約60%時(shí)(與現(xiàn)場(chǎng)空白樣品比較),應(yīng)立即停止采樣。樣品在運(yùn)輸及存放過程中應(yīng)嚴(yán)格避光。當(dāng)確信空氣中的臭氧濃度較低,不會(huì)穿透時(shí),可以用棕色玻板吸收管采樣。樣品于室溫暗處存放至少可穩(wěn)定3天。采樣后,在吸收管的入氣口端串接一個(gè)玻璃尖嘴,在吸收管的出氣口端用洗耳球加壓將吸收管中的樣品溶液移入25mL或50mL容量瓶中,用水多次洗滌吸收管,使總體積為25mL或50mL,以備比色測(cè)定。

4.CO測(cè)定

一氧化碳(carbon monoxide,CO)是大氣中分布廣泛和數(shù)量較多的污染物,是煤、石油等含碳物質(zhì)不完全燃燒的產(chǎn)物。大氣中CO的主要來源是內(nèi)燃機(jī)排氣,其次是鍋爐中化石燃料的燃燒。CO在空氣中不易與其他物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),故可在大氣中停留2~3年之久。通常情況下,CO是一種無色、無味、無臭、難溶于水的氣體。CO進(jìn)入人體之后會(huì)和血液中的血紅蛋白結(jié)合,產(chǎn)生碳氧血紅蛋白,進(jìn)而使血紅蛋白不能與氧氣結(jié)合,從而引起機(jī)體組織出現(xiàn)缺氧,導(dǎo)致人體窒息死亡。因此,CO具有毒性。

我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)將CO列為必測(cè)項(xiàng)目,推薦空氣中CO的常規(guī)分析方法采用非分散紅外法(GB 9801—1988)。

該方法原理:樣品氣體進(jìn)入一氧化碳紅外分析儀,在前吸收室吸收4.67μm譜線中心的紅外輻射能量,在后吸收室吸收其他輻射能量。兩室因吸收能量不同,破壞了原吸收室內(nèi)氣體受熱產(chǎn)生相同振幅的壓力脈沖,變化后的壓力脈沖通過毛細(xì)管加在差動(dòng)式薄膜微音器上,被轉(zhuǎn)化為電容量的變化,通過放大器再轉(zhuǎn)變?yōu)榕c濃度成比例的直流測(cè)量值。

本方法適用于測(cè)定環(huán)境空氣中的一氧化碳,測(cè)定范圍為0.3~62.5mg/m3。該方法可測(cè)定采氣袋中的氣體樣品,并可實(shí)現(xiàn)CO的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

注意,水蒸氣、顆粒物干擾CO測(cè)定,測(cè)定時(shí),樣品需經(jīng)變色硅膠或無水氯化鈣過濾管去除水蒸氣,經(jīng)玻璃纖維濾膜去除顆粒物。