大氣環(huán)境中TSP、SO2和NOx濃度測定

大氣環(huán)境中TSP、SO2和NOx濃度測定大氣環(huán)境中TSP、SO2和NOx濃度測定一、實驗目的1(根據(jù)布點采樣原則，選擇適宜方法進行布點，確定采樣頻率及采樣時間，掌握測定空氣中SO、NO和TSP的采樣和監(jiān)測方法。2x2、 通過對環(huán)境空氣中主要污染物質進行定期或連續(xù)地監(jiān)測，判斷空氣質量是否符合《環(huán)境空氣質量標準》或環(huán)境規(guī)劃目標的要求，為空氣質量狀況評價提供依據(jù)。3、 根據(jù)三項污染物監(jiān)測結果計算空氣污染指數(shù)(API)，描述我?？諝赓|量狀況。二、 測定項目按照我國《空氣環(huán)境質量標準GB3095-1996》中規(guī)定，大氣環(huán)境污染監(jiān)測必測項目有:二氧化硫、氮氧化物、總懸浮顆粒物(TSP)、硫氧化物(測定硫酸鹽化速率)、灰塵自然沉降量。根據(jù)我院實際情況監(jiān)測開放實驗主要監(jiān)測項目為:二氧化硫，氮氧化物和總懸浮顆粒物。三、 空氣中污染物的時空分布特點空氣中的污染物質具有隨時間、空間變化大的特點空氣污染物的時空分布及其濃度與污染物排放源的分布、排放量及地形地貌、氣象等條件密切相關。武漢屬副熱帶濕潤季風氣候，雨量充沛，熱量豐富，無霜期長，四季分明。年平均氣溫16.80?，年平均降水量1093.3毫米。年晴天日數(shù)208(9日，海拔高度在39—43米之間。圖2-1武漢市風玫瑰圖1、風向我們知道理想大陸上的氣壓帶、風帶是如此的規(guī)則、單一、穩(wěn)定，但是在現(xiàn)實中，我們是無法找到這樣的地區(qū)的。為了表示一個地區(qū)在某一時間內的風頻、風速等情況，就需要更科學、更直觀的統(tǒng)計方式??風玫瑰圖，用風玫瑰圖來反映一個地區(qū)的氣流情況，更貼近現(xiàn)實。風玫瑰圖在氣象統(tǒng)計、城市規(guī)劃、工業(yè)布局等方面有著十分廣泛的應用。風玫瑰圖是以“玫瑰花”形式表示各方向上氣流狀況重復率的統(tǒng)計圖形，所用的資料可以是一月內的或一年內的，但通常采用一個地區(qū)多年的平均統(tǒng)計資料，其類型一般有風向玫瑰圖和風速玫瑰圖。風向玫瑰圖又稱風頻圖，是將風向分為8個或16個方位，在各方向線上按各方向風的出現(xiàn)頻率，截取相應的長度，將相鄰方向線上的截點用直線聯(lián)結的閉合折線圖形。在圖中該地區(qū)最大風頻的風向為北風，約為20,（每一間隔代表風向頻率5,）;中心圓圈內的數(shù)字代表靜風的頻率。以下用武漢市風向玫瑰圖簡單明了的說明了武漢市一年中主導風向的統(tǒng)計結果。全年主導風向為東北風NNE14%，夏季主導風向及頻率:C（靜風）12%,NNE9%（即夏季風向以東北偏北風為主）。秋季主導風向為東南風或者南風。污染源的類型、排放規(guī)律以及污染源的性質輪船、飛機排除的尾氣以及火力發(fā)武漢市主要的大氣污染源主要有交通車輛、電廠、武漢鋼鐵廠、中國石化集團武漢石油化工廠、華能武漢發(fā)電有限責任公司、武漢市氯堿廠、水泥廠、硫酸廠等。主要的污染物質有二氧化硫，氮氧化合物，烯烴類，煙塵等。因為武漢市武漢市鋼鐵冶金行業(yè)，輪船制造，化工企業(yè)都分布在武漢市的青山區(qū)以及漢陽地區(qū)。其分布都在我校武昌校區(qū)的北面偏西和西面方向。圖2-2大氣污染主要分布圖四、采樣點設置因為我校武昌校區(qū)所處的位置周圍為較繁華的地帶，校區(qū)的北面有武漢武昌區(qū)的一大交通命脈珞珈路，南面有另一交通大動脈雄楚大道，而其周圍未有大型的重工業(yè)以及化工工業(yè)等大氣污染型巨頭，因此較于交通運輸產生的大氣污染則工業(yè)引起大氣污染變?yōu)榇我５强紤]到大氣污染源產生的污染物質具有傳播擴散快且廣的特點，再考慮到我校可以認為是被多個污染源環(huán)抱之中污染源分布就較為均勻。因次我組在確定采樣點的時候按網(wǎng)格布點法，這種方法在污染源較為均勻的情況下能較好地反映污染物的空間分布，決定將采樣點設在整個監(jiān)測區(qū)域內。此外因為上文提到武漢11月份(秋季)的主導風向為東南風或者南風，考2慮到主導風向比較明顯時應該對下風向作為主要監(jiān)測范圍和采樣點盡量避開樹木，具有良好的開闊的視野，采樣點水平線與周圍建筑高度夾角小于30?。武昌區(qū)擁有常住居民大約有250萬左右，根據(jù)我國空氣環(huán)境污染例行監(jiān)測采樣點設置數(shù)目規(guī)定，測量TSP、SO2、NOX是推薦的采樣點數(shù)為5。由于考慮到實驗設備與儀器的限制，我們設置采樣點數(shù)為4。市區(qū)人口/萬人SO2、NO2或者NOX、TSP，50350,1004100,2005200,4006，4007表2-1我國空氣環(huán)境污染例行監(jiān)測采樣點設置數(shù)目綜合以上所述我組認為把實驗監(jiān)測點擬設置在學校前門(A)、學生一食堂與鍋爐房之間合適位置(B)、科教大樓前廣場(C)、北大門后的通道上(D)較為符合實驗要求。圖2-3******平面圖及布點分布3時間：2010年10月29日天氣：晴溫度:23?相對濕度:76%風向:北東風2級氣壓：101.925kPa組號監(jiān)測點名稱監(jiān)測點方位A院大操場大操場正中央學生一食堂與鍋爐房之間合B食堂旁邊花壇中央適位置C科教大樓前廣場傳達室門口附近D北大門后的通道上通道中央，傳達室門口附近表2-2監(jiān)測布點設置與記錄（1）五、采樣時間和頻率一個小時（09:00—10:采取間斷采樣方法，采樣一天，每天采樣三次，每次采00,13：—14:0017:00-18:00)。采集TSP時，填采樣紀錄表，表中溫度，氣壓系指采樣口處的溫度、壓力，采樣體積Vs=QsXt(min)，天氣情況指晴、雨、雪、霧、風等情況的描述，1百帕(HPa)為0.75mmHg柱。六、 采樣具體要求1、采樣點的周圍應開闊，采樣口水平線與周圍建筑物高度的夾角應不大于30?。、二氧化硫，氮氧化物，總懸浮微粒的采樣高度為3-15m，以5-10m為宜，2總懸浮物的采樣口應與基礎面有1.5mm以上的相對高度。根據(jù)我院現(xiàn)有條件，采樣高度將以儀器架高度為準。七、 監(jiān)測方法(一)SO的測定:鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法。2【實驗原理】空氣中SO被四氯汞鉀吸收后，生成穩(wěn)定的二氯亞硫酸鹽絡合物，此絡合物2與甲醛及鹽酸副玫瑰苯胺發(fā)生反應，生成紫紅色絡合物，據(jù)其顏色深淺，用分光光度法測定。【實驗儀器】多孔玻板吸收管;多孔玻板吸收瓶；空氣采樣器(流量0?1L/min);分光光度記?！緦嶒炘噭?1、 四氯汞鉀吸收液(0.04mol/L):稱取10.9g氯化汞、6.0g氯化鉀和0.07g乙二胺四乙酸二鈉鹽，溶解于水，稀釋到1000ml。此溶液在密閉容器中貯存，可穩(wěn)定6個月。2、 甲醛溶液(2.0g/L):量取36%,38%甲醛溶液1.1ml，用水稀釋到200ml，臨用時現(xiàn)配。3、氨基磺酸銨溶液(6.0g/L):稱取0.60g氨基磺酸銨溶解于100ml水中，臨用時現(xiàn)配。、鹽酸副玫瑰苯胺貯備液(0.2%):稱取0.20g經提純的鹽酸副玫瑰苯胺，溶4解于100ml1.0mol/L的鹽酸溶液中。5、 鹽酸副玫瑰苯胺使用液(0.016%):吸取0.2%鹽酸副玫瑰苯胺貯備液20.00ml于250ml容量瓶中，加入3mol/L磷酸溶液200ml，用水稀釋到標線。至少放置24方可使用。6、 磷酸溶液(3mol/L):最取41ml85%的濃磷酸，用水稀釋至200ml。7、 碘貯備液(0.10mol/L):稱取12.7g碘于燒杯中，加入40g碘化鉀和25ml水，攪拌至全部溶解后，用水稀釋至1000ml，貯于棕色試劑瓶中。8、 碘使用液(0.010mol/L):量取50ml碘貯備液，用水稀釋至500ml，貯于棕色試劑瓶中。、淀粉指示劑5g/L:稱取0.5g可溶性淀粉，加5ml水調成糊狀，再加入100ml9沸水，繼續(xù)煮沸，直至透明，冷卻后使用。10、 碘酸鉀標準溶液(0.1000mol/L):稱取3.5668g碘酸鉀，溶解于水，移入1000ml容量瓶中，用水稀釋至標線。11、 硫代硫酸鈉貯備液(0.1mol/L):稱取25g硫代硫酸鈉，溶解于1000ml新煮沸并已冷卻的水中，加入0.20g無水碳酸鈉，貯于棕色瓶中，放置一周后標定其濃度。標定方法:精確量取25.00ml〔c(1/6KIO),0.1000mol/L〕碘酸鉀標準溶液，3于250ml碘量瓶中，加入75ml新煮沸放冷的水，再加入3g碘化鉀及10ml1mol/L鹽酸，搖勻后放于暗處靜置5min。用0.1mol/L硫代硫酸鈉溶液滴定析出的碘，至淡黃色，再加1ml5g/L淀粉指示劑，呈藍色，再繼續(xù)滴定至藍色剛剛消失，即為終點。記錄硫代硫酸鈉溶液的用量(V,ml)。重復滴定一次，兩次滴定所用硫代硫酸鈉溶液體積誤差不超過0.05ml。計算出硫代硫酸鈉標準溶液的準確濃度。12、 硫代硫酸鈉使用溶液(0.0100mol/L):精確量取100ml經標定后的硫代硫酸鈉標準儲備液于1L容量瓶中，用新煮沸放冷的水稀釋至刻度。此溶液不穩(wěn)定，必須在臨用前新配。13、 亞硫酸鈉標準溶液:稱取0.20g亞硫酸鈉用0.010g乙二胺四乙酸二鈉，將其溶解于200ml新煮沸并已冷卻的水中，輕輕搖勻。放置2h后標定。此溶液每毫升相當于含320,400ug二氧化硫，用碘量法標定出其準確的濃度。準確量取適量亞硫酸鹽標準溶液，用四氯汞鉀溶液稀釋成每毫升含2.0ug二氧化硫的標準使用液。標定方法:取兩個碘量瓶A、B，分別加入0.010mol/L碘溶液50.00ml。再在A瓶中準確加入25ml亞硫酸鈉標準儲備液，在B瓶中加入25ml水(空白滴定)，混勻后，放置5min后，用0.0100mol/L硫代硫酸鈉標準溶液滴定至淺黃色，5分別加入1ml0.5%淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至藍色剛好退去，即為終點。分別記錄硫代硫酸鈉溶液的用量。標液滴定和空白滴定各重復做一次，兩次滴定所用硫代硫酸鈉溶液體積誤差不超過0.05ml。用下式計算二氧化硫的濃度：SO(ug/ml),32000*(B-A)*M/252式中:A――，標液滴定所用硫代硫酸鈉標準溶液體積(ml);B 空白滴定所用硫代硫酸鈉標準溶液體積(ml);M 硫代硫酸鈉標準溶液的準確濃度(mol/L);25 亞硫酸鈉標準儲備溶液體積(ml);32000 1ml1mol/L的硫代硫酸鈉溶液相當于二氧化硫的Ug數(shù)?！緦嶒灢襟E】1）標準曲線的繪制:取6支10ml具塞比色管，在以上個比色管中加入6.0g/L氨基磺酸氨溶液0.5ml,搖勻。再加入2.0g/L甲醛溶液0.5ml及0.016%鹽酸副玫瑰苯胺使用液1.5ml,搖勻。當室溫為15,20?時，顯色30min;室溫為20,25?時。顯色20min;室溫為25,30?時。顯色15min。用1cm比色皿，與575nm波長處，以水為參比，測定吸光度，試劑空白值不大于0.050吸光度。以吸光度對二氧化硫繪制標準線并計算各點的的SO含量與其吸光度的比值，取各點的2SO含量與其吸光度的比值，取各點計算結果的平均值作為計算因子。2管號0123456亞硫酸鈉標準溶液ml00.601.401.601.802.202.70氯汞鉀吸收液ml5.004.403.603.403.202.802.30二氧化硫含量Ug01.202.803.203.604.405.40吸光度A0.0330.0880.1630.1810.1970.2270.275校準吸光度A00.0550.1300.1480.1640.1940.242校準表2-3標曲數(shù)據(jù)紀錄表SO2的測定:鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法將各管混合均勻，在室溫下放置30min，用1cm比色皿于540nm波長處以水為參比，測定吸光度，以二氧化硫含量為橫坐標，相應的校準吸光度為縱坐標繪制2標準曲線，所得標準曲線：y=0.0446x+0.0020R=0.9989?4系列1?4系列1號性傍列?mQ%沏瓦希前.3=.0￡9g9/圖2~4SO2標準曲線2） 采樣:對吸收管進行編號，A、B、C、D點分別編號1、2、3、4。量取5ml四氯汞鉀吸收液與多空玻璃吸收管內（棕色），通過塑料管連接在采樣器上，在各采樣點以0.5L/min流量采氣10,20L。采樣完畢，避光封閉進出口，帶回實驗室供測定。3） 樣品測定:將采樣后的吸收液放置20min后，轉入10ml比色管中，用少許水洗滌吸收管并轉入比色管中，使其總體積為5ml，在加入0.5ml6g/1的氨基磺酸銨溶液，搖勻，放置10min，以消除Nox的干擾，以下步驟同標準線的繪制。按下列式計算空氣中SO濃度：23C（mg/m）=（A-A）*Bs/V0N式中:A-樣品溶液的吸光度A-試劑空白溶液的吸光度0B-計算因子（ug/吸光度），18.41sV-換算成標準狀況下的采樣體積，LN空氣中的二氧化硫被四氯汞鉀溶液吸收后，生成穩(wěn)定的二氯亞硫酸鹽絡合物，該絡合物再與甲醛及鹽酸副玫瑰苯胺作用，生成紫色絡合物，其顏色深淺與二氧化硫含量成正比。用最小二乘法計算出標準的回歸方程式。其回歸方程式為:y=bx+a（y為標準溶液的洗光度，x為二氧化硫含量（ug），b為回歸方程的斜率，a為回歸方程的截距）。1234管號0.0430.0390.0410.042吸光度A表2-4SO2的數(shù)據(jù)記錄表空白溶液的吸光度:A=0.03007（二）NO的測定:鹽酸萘乙二胺分光光度法X【實驗原理】用冰乙酸、對氨基苯磺酸和鹽酸萘乙二胺配成吸收液采樣，空氣中的NO2被吸收轉變成亞硝酸和硝酸。在冰乙酸存在的條件下，亞硝酸與對胺基苯磺酸發(fā)生重氨化反應，然后再與鹽酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰色偶氨燃料，其顏色深淺與氣樣中NO濃度成正比，因此可用分光光度法測定。2【實驗儀器】三氧化銘-石英砂氧化管;多孔玻板吸收管（裝10ml吸收液）；便攜式空氣采樣器（流量范圍0--1L/min）;分光光度計?！緦嶒炘噭克迷噭┏齺喯跛徕c為優(yōu)級純（一級）外，其他均為分析純。所用水為不含亞硝酸根的二次蒸餾水，用其配制的吸收液以水為參比的吸光度不超過0.005（540nm，1cm比色皿）。1、N-（1-奈基）乙二胺鹽酸鹽貯備液:稱取5.0gN-（1-奈基）乙二胺鹽酸鹽[C10H7NH（CH2）2NH2?2HCl]于500ml容量瓶中，用水稀釋至刻線。此溶液貯于密閉棕色瓶中冷藏，可穩(wěn)定存在三個月。2、顯色液:稱取5.0g對氨基苯磺酸（NH2C6H4SO3H）溶解于200ml熱水中，冷至室溫后轉移至1000ml容量瓶中，加入50.0mlN-（1-奈基）乙二胺鹽酸鹽貯備液和50ml冰乙酸，用水稀釋至刻線。此溶液貯于密閉的棕色瓶中，25?以下暗處存放可穩(wěn)定三個月。若呈現(xiàn)淡紅色，應棄之重配。3、 吸收液:使用時將顯色液和水按體積比4:1比例混合而成。4、 亞硝酸鈉標準貯備液:稱取0.3750g優(yōu)級純亞硝酸鈉（NaNO2，預先在干燥箱內放置24小時），溶解于水，移入1000ml容量瓶中，用水稀釋至標線。此溶液每毫升含250ugNO2-，貯于棕色瓶中于暗處存放，可穩(wěn)定存在三個月。5、 亞硝酸鈉標準溶液:吸取亞硝酸鈉貯備液1.00ml于100ml容量瓶中，用水稀釋至標線。此溶液每毫升含2.5ugNO2-，在臨用前配置?！緦嶒灢襟E】標準曲線的繪制:取6支10ml具塞比色管，按下列參數(shù)和方法配制標準色列：8管號012345標準使用液ml00.400.801.201.602.00水ml2.001.601.200.800.400顯色液ml8.008.008.008.008.008.00吸光度0.0800.1290.2090.2950.3710.448校準吸光度00.0490.1290.2150.2910.368NO含量（ug）00.100.200.300.400.50表2-5標曲數(shù)據(jù)紀錄表NOX的測定:鹽酸萘乙二胺分光光度法o將各管溶液混勻，于暗處放置20min，（室溫低于20C時放置40min以上），用1cm比色皿于540nm波長處以水為參比，測定吸光度，以吸光度為縱坐標，-相應的標準溶液中NO含量為橫坐標，繪制標準曲線22所得標準曲線：y=0.0777x-0.0141R=0.9956。T-系列IT-系列I—線性（系列戶U.待叫茂-0.。山1_^2=0,9956Q.(.80.6C.40.2-0.2G-&4^40_60.811.圖2-5NOX標準曲線2）采樣:對吸收管進行編號，A、B、C、D點分別編號1、2、3、4。將一支內裝10.00毫升吸收液的多孔玻板吸收管進氣口接三氧化銘一砂子氧化管，并使管口略微向下傾斜，以免當濕空氣將三氧化銘弄濕時污染后面的吸收液。將吸收管的出氣口與空氣采樣器相連接。以0.4mL/min的流量避光采樣至吸收液呈微紅色為止，記下采樣時間，密封好采樣管，帶回實驗室，日測定。若吸收液不變色，應延長采樣時間，采樣量應不少于1L再采樣的同時，應測定采樣現(xiàn)場的大氣壓和溫度，并做好紀錄。9o3）樣品的測定:采樣后，放置于暗處20min（室溫低于20C時放置40min以上）后，用水將吸收管中吸收液的體積補充至標線，混勻，將樣品溶液移入1cm比色皿中，按繪制標準曲線的方法和條件測量試劑空白溶液和樣品溶液的吸光度。按下式計算空氣中NO的濃度：XC=（A,A,a）?V,（b?f?V）NOx003式中：C——空氣中NO的濃度（以NO計），mg/m;NOX22A——樣品溶液的吸光度；A——試劑空白溶液的吸光度；0b、a——分別為標準曲線的斜率（吸光度?mL/ug）0.7577和截距-0.0141;采樣用吸收液體積，10.00ml;換算為標準狀態(tài)下的采樣體積；0Saltzman實驗系數(shù)，0.88。氮氧化物的數(shù)據(jù)記錄表空白溶液的吸光度:A=0.08001234管號0.2120.2570.3150.183吸光度A表2-6NOX分光度實驗數(shù)據(jù)(三)空氣中總懸浮顆粒物(TSP)的測定:重量法【實驗原理】以恒速抽取定量體積的空氣，使之通過采樣器中已恒重的濾膜，則TSP被截留在濾膜上，根據(jù)采樣前后之差及采氣體積計算TSP的濃度。該方法分為大流量采樣器法和中流量采樣器法。本次實驗采用中流量采樣器法?！緦嶒瀮x器和材料】中流量采樣器;分析天平:稱量范圍大于或等于10g,感量0.1mg;玻璃纖維濾膜;鑷子和濾膜袋(或盒)；恒溫恒濕箱:箱內空氣溫度15-30?可調，控溫精度?1?,箱內空氣相對濕度控制在(50?5),;中流量孔口流量計:量程70-160L/min?！緦嶒灢襟E】10將濾膜放入恒溫箱中恒溫24小時。用孔口流量計校正采樣器的流量。插上電源，打開采樣器，設定好各數(shù)。稱重并記錄濾膜夾與濾膜總質量。按設定流量25L/min采樣1小時，待采樣完畢后，記錄現(xiàn)場采樣流量和溫度及大氣壓。按照步驟4在一天中分三次采樣。每次實驗完畢后，稱濾膜夾與濾膜總質量，進而求得濾膜增重質量。按下式計算TSP含量：39TSP含量3g/m)=(W-W)?10/(Q?t)01式中:W——采樣后的濾膜重量，g;1W——空白濾膜的重量，g;0Q——采樣器平均采樣流量，L/min;T 采樣時間，min。273P標準體積換算:V=V??標準測量101.325(273+t)V=Q*T測量八、數(shù)據(jù)記錄與處理天氣:晴氣溫：16?壓強：101.925KPa時間：10月29日采樣采樣時間TSP流量Qs采樣點體積L/min/gW/gW/g開始結束W01V(L)209:0010:00院大操場13:0014:000.20521.33071.125517:0018:0009:0010:00學生一食13:0014:000.20142.29792.0965堂17:0018:00252400009:0010:00科教大樓13:0014:000.20631.48621.2799前廣場17:0018:0009:0010:00北大門后13:0014:000.20861.55471.3461的通道上17:0018:00九、大氣監(jiān)測結果與評價：天氣：晴氣溫：16?壓強：101.35KPa時間：10月29日采樣采樣時間標況下TSP采樣點體積W/g3體積Lmg/m開始結束V(L)209：0010：00院大操1.12550.05113:0014:00場17:0018:0009：0010：00學生一食13:0014:002.09650.095堂17：0018：00240002206809：0010：00科教大樓13:0014:001.27990.058前廣場17:0018:0009:0010:00北大門后13:0014:001.34610.061的通道上17:0018:00表2-8測量結果記錄表一天氣：晴氣溫：16?壓強：101.35KPa時間：10月29日采樣時間C(mg/m3)采樣標況平均采樣點V/LV/L開始結束10SONOx209:0010:00院大操13:0014:000.0130.1場17:0018:0009:0010:00學生一13:0014:000.0090.13食堂17:0018:00242209:0010:00科教大樓前廣13:0014:000.0110.17場17:0018:0009:0010:00北大門后的通13:0014:000.0120.08道上17:0018:00表2-9測量結果記錄表二12模糊評價：1、 建立因子集:u={SO，NOx，TSP);22、 建立評價集:V={1，2，3);濃度限制污染物名稱取值時間一級標準二級標準三級標準