环境监测技术课件2(2012).ppt

1、Environmental Monitoring Technology第二章第二章 大气环境监测大气环境监测2.1 大气痕量气体的污染与监测大气痕量气体的污染与监测2.1.1 SO2的污染与监测的污染与监测1）SO2能通过呼吸进入气管，对局部组织产生刺激和腐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，可加重对呼吸道粘膜的当它与烟尘等气溶胶共存时，可加重对呼吸道粘膜的损害。损害。2）SO2自动监测方法：紫外荧光检测仪自动监测方法：紫外荧光检测仪 利用脉冲化的紫外光（利用脉冲化的紫外

2、光（190-230nm）激发）激发SO2分子，分子，激发态激发态SO2分子返回基态时发射出特有的荧光，由光分子返回基态时发射出特有的荧光，由光电倍增管将荧光信号转换成电信号，通过电压电倍增管将荧光信号转换成电信号，通过电压/频率频率转换成数字信号送给转换成数字信号送给CPU进行数据处理。进行数据处理。2.1.2 NOx的污染与监测的污染与监测TextTextNOx的的测定测定TextText盐酸萘乙二胺分光光度法盐酸萘乙二胺分光光度法化学发光自动监测法化学发光自动监测法原电池库伦滴定法原电池库伦滴定法l 盐酸萘乙二胺分光光度法是利用冰醋酸、对氨基盐酸萘乙二胺分光光度法是利用冰醋酸、对氨基苯磺酸

3、和盐酸萘乙二胺配成吸收液，采样时，大苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液，采样时，大气中的气中的NOx经氮化管后以经氮化管后以NO2形式被吸收，生成亚形式被吸收，生成亚硝酸和硝酸。亚硝酸与对氨基苯磺酸起重氮化反硝酸和硝酸。亚硝酸与对氨基苯磺酸起重氮化反应，然后再与盐酸萘乙二胺耦合成玫瑰红色的偶应，然后再与盐酸萘乙二胺耦合成玫瑰红色的偶氮化合物，其颜色深浅与气样中氮化合物，其颜色深浅与气样中NO2浓度成正比，浓度成正比，然后，用分光光度法进行测定。然后，用分光光度法进行测定。v化学发光法化学发光法 是基于是基于NO被被O3氧化成激发态氧化成激发态NO2*,当其返回基态时当其返回基态时，放出与，放出与N

4、O浓度成正比例的光，用红敏光电倍增浓度成正比例的光，用红敏光电倍增管接收可测出管接收可测出NO的浓度。对于总氮氧化物的浓度。对于总氮氧化物NOx的的测定，需先将测定，需先将NO2通过钼催化剂（通过钼催化剂（315）还原成）还原成NO，再与，再与O3反应进行测定。反应进行测定。NOx对人对人体的危体的危害害NO通过气管和肺通过气管和肺进入血液中后，进入血液中后，会与红血球发生会与红血球发生反应对血液产生反应对血液产生毒害，同时，它毒害，同时，它会作用于人体中会作用于人体中枢神经系统而产枢神经系统而产生麻痹作用，引生麻痹作用，引起痉挛、运动失起痉挛、运动失调。调。NO2是剧毒的氧是剧毒的氧化剂，能

5、侵入到化剂，能侵入到肺脏伸出及肺毛肺脏伸出及肺毛细血管，数小时细血管，数小时便能引起肺水肿，便能引起肺水肿，或持续性闭塞性或持续性闭塞性支气管炎而致死。支气管炎而致死。TextText2.1.3 CO的监测的监测vCO的国标测定方法为的国标测定方法为GB 9801-88，为非分散红外，为非分散红外线吸收法。线吸收法。v当当CO其他分子受到红外光其他分子受到红外光(1-25m)照射时，将吸照射时，将吸收自己特征特长的红外光，从而引起分子振动能收自己特征特长的红外光，从而引起分子振动能级和转动能级的跃迁，产生振级和转动能级的跃迁，产生振-转吸收光谱。在一转吸收光谱。在一定浓度范围内，吸收光谱的峰值

6、与气态物质浓度定浓度范围内，吸收光谱的峰值与气态物质浓度之间符合郎伯之间符合郎伯-比尔定律，因此，可通过测定吸光比尔定律，因此，可通过测定吸光度确定气态物质的浓度。度确定气态物质的浓度。2.1.4 大气中大气中O3的监测的监测化学化学发光发光法法硼酸硼酸碘化碘化钾法钾法靛蓝靛蓝二磺二磺酸钠酸钠法法紫外紫外吸收吸收法法化学发化学发光法光法大气大气O3的测定方法的测定方法O O3 3浓度较高时，浓度较高时，浓度较高时，浓度较高时，会刺激粘膜和损会刺激粘膜和损会刺激粘膜和损会刺激粘膜和损害中枢神经系统，害中枢神经系统，害中枢神经系统，害中枢神经系统，引起支气管炎和引起支气管炎和引起支气管炎和引起支气

7、管炎和头痛等症状。头痛等症状。头痛等症状。头痛等症状。在紫外线的作在紫外线的作在紫外线的作在紫外线的作用下，用下，用下，用下，O O3 3参与烃参与烃参与烃参与烃类和类和类和类和NONOx x的光化的光化的光化的光化学反应形成光化学反应形成光化学反应形成光化学反应形成光化学烟雾。学烟雾。学烟雾。学烟雾。v硼酸碘化钾分光光度法：硼酸碘化钾分光光度法：是利用硼酸碘化钾吸收液吸收是利用硼酸碘化钾吸收液吸收O3等氧化剂，析出等氧化剂，析出碘分子，根据测定碘的量，计算碘分子，根据测定碘的量，计算O3浓度。浓度。O3+2I-+2H+I2+O2+H2Ov靛蓝二磺酸钠分光光度法：靛蓝二磺酸钠分光光度法：O3在

8、磷酸盐缓冲剂存在下，与吸收液中黄色的靛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量反应后，褪色生成靛红二磺酸钠，蓝二磺酸钠等量反应后，褪色生成靛红二磺酸钠，然后在然后在610nm处测定吸光度。处测定吸光度。v紫外分光光度法紫外分光光度法 臭氧对臭氧对254nm波长的紫外光有特征吸收，由光检波长的紫外光有特征吸收，由光检测器检测进入气路系统的光强度变化值，从而计测器检测进入气路系统的光强度变化值，从而计算出样品气体中臭氧的浓度。算出样品气体中臭氧的浓度。v化学发光法化学发光法 气体被连续抽进仪器的反应室与乙烯反应产生激气体被连续抽进仪器的反应室与乙烯反应产生激发态的甲醛发态的甲醛(HC

9、HO*)，当，当HCHO*回到基态时，放回到基态时，放出的光子被光电倍增管接受，转变为电流，经放出的光子被光电倍增管接受，转变为电流，经放大后测量，其大小与大后测量，其大小与O3浓度成正比，即可计算出浓度成正比，即可计算出O3浓度。浓度。2.2 大气中颗粒物的污染与监测大气中颗粒物的污染与监测l大气气溶胶（大气气溶胶（Aerosol）、大气颗粒物）、大气颗粒物（Particulates）定义）定义l大气颗粒物大气颗粒物 颗粒物的外观颗粒物的外观 颗粒物的粒径颗粒物的粒径 颗粒物的来源颗粒物的来源 颗粒物对环境、气候和人体的影响颗粒物对环境、气候和人体的影响 颗粒物的化学组成颗粒物的化学组成2.

10、2.1大气颗粒物定义和性质大气颗粒物定义和性质大气颗粒物定义大气颗粒物定义大气气溶胶大气气溶胶 人类赖以生存的环境大气人类赖以生存的环境大气,实际上就是由各种固体实际上就是由各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成的一个庞大或液体微粒均匀地分散在空气中形成的一个庞大分散体系分散体系,即大气气溶胶体系。即大气气溶胶体系。大气颗粒物大气颗粒物 大气气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒大气气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物。颗粒物的粒径范围为物。颗粒物的粒径范围为0.001100m。颗粒物外观颗粒物外观颗粒物的形状很复杂，液体颗粒物近似球形，固颗粒物的形状很复杂，液体颗粒物近似球形，固体颗粒

11、物形状不规则，有球状、片状、柱状、结体颗粒物形状不规则，有球状、片状、柱状、结晶体、针状等。晶体、针状等。颗粒物的外观颗粒物的外观燃煤及机动车尾气排放烟尘燃煤及机动车尾气排放烟尘 基本形：球形、椭球形，粒径为基本形：球形、椭球形，粒径为50100nm50100nm左右的超细粒左右的超细粒子，烟尘集合体从较小的链状到较大的子，烟尘集合体从较小的链状到较大的“蓬松状蓬松状”。燃煤飞灰燃煤飞灰 粒径从几百纳米到几微米，圆球形，表面光滑，表面可吸粒径从几百纳米到几微米，圆球形，表面光滑，表面可吸附超细颗粒物或二次颗粒物。附超细颗粒物或二次颗粒物。矿物颗粒矿物颗粒 一次矿物扬尘具有不规则形态，二次大气化

12、学反应形成的一次矿物扬尘具有不规则形态，二次大气化学反应形成的矿物颗粒以长条状石膏矿物为代表。矿物颗粒以长条状石膏矿物为代表。生物颗粒物（特殊形态）生物颗粒物（特殊形态）图图 1 北京大气中典型颗粒物显微相貌北京大气中典型颗粒物显微相貌（Shi et al,2003）(a)烟尘集合体烟尘集合体,(bar:5m)；(b)湿态烟尘聚集体湿态烟尘聚集体,(bar:1m)；(c)燃煤飞灰，燃煤飞灰，(bar:500nm)；(d)表面沾附有细颗表面沾附有细颗粒物的燃煤飞灰，粒物的燃煤飞灰，(bar:500nm)；(e)不规则状矿物颗不规则状矿物颗粒，粒，(bar:2m)；(f)长条状石膏颗粒，长条状石膏

13、颗粒，(bar:2m)；(g)条状石膏颗粒，条状石膏颗粒，(bar:2m)；(h)生物质颗粒生物质颗粒,(bar:200nm)；(i)生物质颗粒生物质颗粒,(bar:3m)。颗粒物粒径颗粒物粒径采用等效直径的方法度量颗粒物的粒径；采用等效直径的方法度量颗粒物的粒径；当标准颗粒物和不规则颗粒物表现出相同的物理测定性能，当标准颗粒物和不规则颗粒物表现出相同的物理测定性能，如体积、光散射性能或空气动力学效应时，我们就认为我如体积、光散射性能或空气动力学效应时，我们就认为我们测定的不规则颗粒物的粒径等同于那个规则的颗粒物，们测定的不规则颗粒物的粒径等同于那个规则的颗粒物，即采用规则颗粒物的粒径来代替和

14、表示不规则颗粒物的粒即采用规则颗粒物的粒径来代替和表示不规则颗粒物的粒径。径。颗粒物的粒径是一个粒子群的统计概念，颗粒物的粒径是一个粒子群的统计概念，不是指单个粒子的粒径。不是指单个粒子的粒径。颗粒物的粒径颗粒物的粒径几何粒径几何粒径(Geometrical size)如果所研究的不规则形状粒子的体积与直径为如果所研究的不规则形状粒子的体积与直径为Dp的球形粒的球形粒子体积相同子体积相同,则定义则定义Dp为所研究粒子的体积等效粒径或几为所研究粒子的体积等效粒径或几何粒径。何粒径。光学等效粒径光学等效粒径(Optical size)如果所研究的不规则形状粒子的体积与直径为如果所研究的不规则形状粒

15、子的体积与直径为Dp的球形粒的球形粒子具有相同的光散射能力子具有相同的光散射能力,则定义则定义Dp为所研究粒子的光学为所研究粒子的光学等效粒径。等效粒径。空气动力学粒径空气动力学粒径(Aerodynamic size)空气动力学粒径空气动力学粒径v在气流中，如果所研究的不规则形状粒子与直径为在气流中，如果所研究的不规则形状粒子与直径为Dp球形球形粒子（具有单位密度）的空气动力学效应相同，则定义所粒子（具有单位密度）的空气动力学效应相同，则定义所研究粒子的空气动力学粒径为研究粒子的空气动力学粒径为Dp。de=5.0mds=4.3 mda=8.6 m=4g/cm3 =4g/cm3 =1g/cm3V

16、s=0.22cm/sVs=0.22cm/s Vs=0.22cm/s空气动力学粒径反空气动力学粒径反映粒子大小与沉降映粒子大小与沉降速率的关系，直接速率的关系，直接表达出粒子的性质表达出粒子的性质和行为，如粒子在和行为，如粒子在空气中的停留时间，空气中的停留时间，以及不同大小的粒以及不同大小的粒子在人体呼吸道中子在人体呼吸道中的沉积部位。的沉积部位。根据惯性原理设计根据惯性原理设计的撞击式测量仪器的撞击式测量仪器所测量的粒子直径所测量的粒子直径就是空气动力学粒就是空气动力学粒径。径。图图 2 大气采样设备采集颗粒物的基本原理大气采样设备采集颗粒物的基本原理不同粒径颗粒物的分类不同粒径颗粒物的分类 按粒径的大小，气溶胶颗粒物可分为以下几类：按粒径的大小，气溶胶颗粒物可分为以下几类：总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物（Total suspended particulates,TSP,0.003100m)飘尘（飘尘（10m)降尘（降尘（30m)可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（PM10）细粒子（细粒子（PM2.5)颗粒物来源颗粒物来源颗粒物的来源颗粒物的来源天然来源天然来源 植物碎片、植物花粉、岩石风化、地表