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第三章 空气和废气监测1_图文

第三章
空气和废气监测

2013-7-19

环境监测第三章

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? 第一节
? 第二节 ? 第三节 ? 第四节 ? 第五节 ? 第六节 ? 第七节 ? 第八节
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空气污染基本知识 空气污染监测方案的制定 空气样品的采集方法和采集仪器 气态和蒸气态污染物质的测定 颗粒物的测定 降水监测 污染源监测 标准气体的配制
环境监测第三章 2

第一节 空气污染基本知识
一、大气、空气和空气污染 二、空气污染的危害 三、空气污染源 四、空气中的污染物及其存在状态 五、空气污染物的时空分布特点 六、空气污染物的浓度表示方法
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一、大气、空气和大气污染
大气指包围在地球周围的气体,厚度10001400km 。 ? 对人类影响较大的是近地面10km的空气层。 占总大气质量的95%。常把“大气”和 “空气”作为同义词使用。 ? 由于地心引力和气体的压缩性,从垂直地 球方向看,地球大气圈分布是不均匀的。 世界气象组织按大气层温度的垂直分布将 大气分为对流层、平流层、中间层、热成 层、散逸层。
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大气的垂直分布图
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对流层:靠地球表面 的部分。层厚10-18km, 对流层温度随高度上升 而下降,80%-95% 的空气集中在这里。 上限称对流层顶。 平流层:对流层的上面 是温度非常平衡的平流 层,或称同温层.
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大气的垂直分布图
高度:从对流层顶以上 55km左右。 特点: 臭氧能够吸收来自太阳 的紫外线。臭氧被分解 为氧原子和氧分子,重 新组合成臭氧时,放出 大量的热,影响平流层 温度变化。
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大气的垂直分布图
中间层:平流层顶 的上面:温度随 高度上升而下降。 高度从平流层顶 以上35km左右。 ? 热成层:又称暖层, 中间层上面:温度 随高度上升而上 升的一层。高度 至 800km 处。
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大气的垂直分布图
热成层的特点: 带电粒子密度高 又称电离层。将 电磁波反射回地球。 800km以上称散逸层。

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大气的组成成份
气 体 氮(N2) 氧(02) 氩(Ar) 二氧化碳(CO2) 氖(Ne) 体积% 78.06 20.95 0.93 0.03 0.0018 气 体 氦(He) 氪(Kr) 氢(H2) 氙(Xe) 臭氧(O3) 体积% 0.0005 0.0001 0.00005 0.000008 0.000001

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大气污染或空气污染

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二、空气污染的危害
大气污染对人体健康的危害可分为急性 作用和慢性作用。 ? 急性作用是指人体受到污染的空气侵 袭后,在短时间内即表现出不适或中 毒症状的现象。 ? 慢性作用是指人体在低污染物浓度的 空气长期作用下产生的慢性危害。
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二、空气污染的危害
历史上曾发生过数起急性危害事件,例如, 伦敦烟雾事件,造成空气中二氧化硫高达 3.5mg/m3,总悬浮颗粒物达4.5mg/m3,一 周雾期内伦敦地区死亡4703人。 ? 洛杉矶光化学烟雾事件是由于空气中碳氢化 合物和氮氧化物急剧增加,受强烈阳光照射, 发生一系列光化学反应,形成臭氧、过氧乙 酰硝酸酯(PAN)和醛类等强氧化剂烟雾造成 的,致使许多人喉头发炎,鼻、眼受刺激红 肿,并有不同程度的头痛。
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二、空气污染的危害
? 慢性作用的危害途径是污染物与呼吸

道粘膜接触;主要症状是眼、鼻粘膜 刺激、慢性支气管炎、哮喘、肺癌及 因生理机能障碍而加重高血压心脏病 的病情。

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大气污染对植物的危害
大气污染对植物的危害可分为急性、慢性和 不可见三种。 ? 急性危害可导致作物产量显著降低,甚至枯 死。 ? 慢性危害会影响植物的正常发育,受害初期 叶片上出现变色斑点,但大多数症状不明显, 难以判断。 ? 不可见危害只造成植物生理上的障碍,使植 物的生长在一定程度上受到抑制,但从外观 上一般看不出症状。
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三、空气污染源

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各类工业企业向空气中排放的主要污染物

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室内空气污染源
近年来对建筑物室内空气质量(IAQ)的监测及 评估,日益受到重视。 1、室内空气污染分类: (1)化学污染 (2)物理污染 (3)生物性污染 (4)放射性污染 2、室内空气的质量表征: (1)有毒有害污染因子的指标。 (2)舒适性指标。
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四、空气中的污染物及其存在状态 一次污染物
据大气污染物的形成过程,可将其分为一 次污染物和二次污染物。 ? 一次污染物是直接从各种污染源排放到大 气中的有害物质。 ? 常见的主要有:二氧化硫、氮氧化物、一 氧化碳、碳氢化合物、颗粒性物质等。 ? 颗粒性物质中包含苯并(a)芘等强致癌物质、 有毒重金属、多种有机和无机化合物等。
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四、空气中的污染物及其存在状态 二次污染物
二次污染物是一次污染物在大气中相互作 用产生的新污染物。 ? 二次污染物与一次污染物的化学、物理性 质完全不同,多为气溶胶,颗粒小、毒性 一般比一次污染物大。 ? 常见的二次污染物有:硫酸盐、硝酸盐、 臭氧、醛类(乙醛和丙烯醛等)、过氧乙酰 硝酸酯(PAN)等。 ? 二次污染物对人的危害更大。
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四、空气中的污染物及其存在状态
(一)分子状态污染物

空气中污染物质可分为分子状态污染物和 粒子状态污染物两类。 ? 分子状态污染物:二氧化硫、氮氧化物、 一氧化碳、氯化氢、氯气、臭氧等物质的 沸点都很低,在常温、常压下以气体分子 形式分散于大气中。 ? 还有些物质如苯、苯酚等,虽然在常温、 常压下是液体或固体,但挥发性强,以蒸 气态进入大气中。
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分子状态污染物的特点
? 气体分子和蒸气分子,都具有运动速

度较大、扩散快、在大气中分布比较 均匀的特点。 ? 扩散情况与自身的比重有关,比重大 者向下沉降,如汞蒸气等;比重小者 向上飘浮。 ? 受气象条件的影响较大,随气流扩散 到很远的地方。
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四、空气中的污染物及其存在状态 (二)粒子状态污染物
粒子状态污染物:分散在大气中的微小液 体和固体颗粒,粒径在0.01-l00μm 之间, 是一个复杂的非均匀体系。 ? 颗粒物分为降尘和飘尘: ? 粒径大于l0μm的颗粒物能较快地沉降到地 面上,称为降尘。 ? 粒径小于l0μm的颗粒物(PM10)可长期飘 浮在大气中,称为可吸入颗粒物或飘尘 (IP)。
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?



飘尘(IP):具有胶体性质,故又称气溶胶, 它易随呼吸进入人体肺脏,在肺泡内积累, 并可进入血液输往全身,对人体健康危害 大,因此也称可吸入题粒物。 ? 飘尘存在形式: 烟 (Smoke) 雾 ( Fog ) 灰尘( Dust )
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烟 ( Smoke )
? 一些固体物质在高温下由于蒸发或升

华作用变成气体逸散于大气中,遇冷 后又凝聚成微小的固体颗粒悬浮于大 气中构成烟。 ? 例如,高温熔融的铅、锌,可迅速挥 发并氧化成氧化铅和氧化锌的微小固 体颗粒。 ? 烟的粒径一般在 0.01一lμm 之间。
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雾 ( Fog )
? 雾是由悬浮在大气中微小液滴构成的

气溶胶。按其形成方式可分为分散型 气溶胶和凝聚型气溶胶。 ? 常温状态下的液体,由于飞溅、喷射 等原因被雾化而形成微小雾滴分散在 大气中,构成 分散型气溶胶。 ? 液体因加热变成蒸气逸散到大气中, 遇冷后又凝集成微小液滴形成 凝聚型 气溶胶。
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? 烟雾是烟和雾同时构成的固、液混合态

气溶胶,如硫酸烟雾、光化学烟雾等。 ? 硫酸烟雾主要是由燃煤产生的高浓度二 氧化硫和煤烟形成的,而二氧化硫经氧 化剂、紫外光等因素的作用被氧化成三 氧化硫,三氧化硫与水蒸气结合形成硫 酸烟雾。
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烟 雾-光化学烟雾
? 光化学烟雾主要是由汽车排放到大气

中的氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合 物,在强烈阳光照射下,经发生一系 列光化学反应,形成臭氧、PAN和醛类, 悬浮大气中构成光化学烟雾。

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尘 ( Dust )
? 尘是分散在大气中的固体微粒。如:
? 交通车辆行驶时所带起的扬尘。 ? 粉碎固体物料时所产生的粉尘。 ? 燃煤烟气中的含碳颗粒物等。

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大气中颗粒物的粒径范围

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五、空气污染物的时空分布特点
1)

时间性
气象条件如风速、风向和大气湍流等决定 了大气污染物的浓度变化。 有些污染源的排放规律和气象条件随季节 和昼夜的变化而变化。 例如在我国北方地区,由于采暖,冬季烟 尘中 SO2 要比夏季多。在一天内,由于早晨 6-10时和晚间是采暖高峰期,这两个时段的 SO2 比其余时间高。
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2)空间性
大气污染物的空间分布与污染源种类、分 布情况和气象条件等因素有关。 ? 例如烟尘的排放市区比郊区多,郊区又比 农村多。 ? 由于大气污染物在空间的分布不均匀,因 此,在大气污染监测工作中,一是注意选 择适当的时间,二是根据监测目的和污染 物的空间分布特点选择适当的采样点,使 结果更具代表性。
?
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时间分辨率的概念
为反映污染物浓度随时间变化,引入了时间 分辨率的概念。例如: ? 了解污染物对人体的急性危害,时间分辨率 为 3 min。 ? 了解化学烟雾对呼吸道的刺激反应,时间分 辨率 为 10 min。 ? 在《大气环境质量标准》中,要求测定污染 物的瞬时最大浓度及日平均、月平均、年平 均浓度. 也是为了反映污染物随时间变化情 况。
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六、空气中污染物的浓度表示方法
(一)单位体积质量浓度 (二)体积比浓度

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(一)单位体积质量浓度
?

单位体积内所含污染物的质量数 。 即: ( 质量 / 体积 ) 简称质量浓度。 常用单位有: ( mg / L )、 ( mg/m3 )、(μg/m3)
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?

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质量浓度
? 质量浓度表示方法对任何状态的污染

物都适用。 ? 我国大气质量标准中日平均、时平均 及任何一次污染物浓度所用单位为mg /m3(标),指标准状态下单位空气体 积中污染物的质量。

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体积比浓度
? 污染物体积与气样总体积的比值。

即: (体积 / 体积)简称体积浓度。 ? 常用单位有: ( mL/ L)、 (μL / L)、 (n L/L) 等等。 ? 注意: (μL / L) =10-6 = 1 ppm (mL / m3)=10-6 = 1 ppm (n L / L) = 10-9 = 1 ppb (μL / m3)=10-9 = 1 ppb ? 体积浓度仅适用于气态或蒸气态物质。
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质量 / 质量浓度
?

?

?

?

单位质量悬浮颗粒中污染物的质量数表示, 即: (质量 / 质量) 常用单位有: (m g /g )、(μ g /g)、 ( n g /g) 等等。 注意:( 1μg /g )= 10-6=1 ppm (1 n g/g)=10-9= 1 ppb 仅适合于大气悬浮颗粒物的浓度表示。
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质量浓度和体积浓度的换算式
两种单位可以相互换算,换算式如下: 22.4 cV ? ? cm M ? 式中:cv — 以 ml/m3表示的气体浓度; cm — 以 mg/m3 表示的气体浓度 M — 污染物质的分子量 ( g ) 22.4 — 标准状态下 ( 0℃,101.325 k Pa ) 气体的摩尔体积 ( L/mol )
?
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气体体积换算
现场状态下的体积换算成标准状态下的体积 ? 根据气体状态方程 有: 273 P v 0 ?=?vt ? ? ??? ? t 101.325
? ?

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式中:V0 Vt t P

— — — —

标准状态下的体积 ( L 或 m3 ) 现场状态下的体积 ( L 或 m3 ) 温度 ( ℃ ) 大气压力 ( kPa )
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例 题
?

测定采样点大气中的 NOx 时,用装有5 mL 吸收液的筛板式吸收管采样,采样流量为 0.30 L /min ,采样时间为 1 h,采样后用 分光光度法测定并计算得知全部吸收液中 含 2.0 μg NOx ,已知采样点的温度为 5℃, 大气压力为 100 kPa,求气样中 NOx 的含 量。

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(1) 求采样体积 Vt 和 V0
解: (1) 求采样体积 Vt 和 V0 Vt=0.30(L/min)×60(min)=18 (L)

273 P v 0 ?=?vt ? ? ??? ? t 101.325
V0=18×273/(273+5)×100/101.325 =17.445 ( L ) =17.445×10-3 ( m3 )
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( 2 ) 求 NOx 的含量 ( 以 NO2 计 )
用mg/m3表示时 NO2 (mg/m3) = 2.0×l0-3(mg) /17.445×10-3(m3) = 0.11 ( mg/ m3)
?

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用ppm表示时:

NO2 ( ppm ) =所采集?NO x 的微升(μ L)数 / 采集气体的总升数(L)
6 2.0 ? 10-(g) =[ ? 22.4 L / mol )? 10-6](μ L)/ 17.445 L) ( ( 46 g / mol ) (

= 0.056 ppm) (

?

式中:46——NO2的摩尔质量( g /mol )
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第二节 空气污染监测方案的制订
一、监测目的 二、调研及资料的收集 三、监测项目 四、监测站点的布设 五、采样时间和采样频率 六、采样方法、监测方法和质量保证
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本节内容: ? 1)大气污染监测的目的、有关资料的收集 方法和范围、具体监测项目的确定原则和 项目内容, ? 2)监测网点的优化布点原则、要求和方法 要点、采样时间和频率的确定原则与要求。
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监测方案的制订
《环境监测技术规范》,确定: ? 监测项目 ? 设计布点网络 ? 采样频率 ? 采样方法 ? 监测技术 ? 质量保证措施 ? 监测结果报告要求 ? 进度计划等。
?
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一、监测目的
1)

2)

3)

通过监测,判断大气质量是否符合国家大 气质量标准,为编写大气环境质量状况评 价报告提供数据。 研究大气质量的发展趋势,开展大气污染 的预测预报工作提供依据。 为政府部门执行环境法规,开展环境质量 管理、环境科学研究提供基础资料和依据。

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二、调研及资料的收集
(一)污染源分布及排放情况:类型、数量、位 置等。 (二)气象资料:风向、风速、气温、气压、日 照等。 (三)地形资料:河谷、丘陵、海边、山区等。 (四)功能分区情况:工业区、居民区等。 (五)人口分布及人群健康情况等。

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三、监测项目
? 根据优先监测的原则,选择危害大、

涉及范围广、已建立成熟的测定方法, 并有标准可比的项目进行监测。 ? 我国《环境监测技术规范》中规定的 例行监测项目含必测项目和选测项目。

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空气污染常规监测项目

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四、监测站点的布设
(一) 布设采样点的原则和要求 环境空气质量标准(GB3095-1996)规定: 环境空气质量监测按功能区分类标准进 行,质量标准为三级。

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布设采样点的原则和要求
1)采样点设在监测区域的高、中、低三种不 同污染物浓度的地方。 2)污染源比较集中,主导风向比较明显时, 污染源的下风向为主要监测范围,布设较 多的采样点,上风向布少量点为对照。 3)工业较密集工矿区:适当增设采样点。人口 密度小,少设采样点。

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布设采样点的原则和要求
4)采样点周围应开阔:采样口水平线与周围 建筑物高度的夹角不大于30°;测点周围 无局部污染源,避开树木及吸附能力较强 的建筑物;交通密集区的采样点设在距人 行道边缘1.5m处。 5)采样点的设置条件要标准化,使获得的监 测数据具有可比性。

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布设采样点的原则和要求
6) 采样高度: ? 研究大气污染对人体的危害,采样口离 地面1.5-2m处; ? 研究大气污染对植物的影响,采样口高 度与植物高度相近。 ? 例行监测采样口高度距地面3-15m; ? 屋顶采样时,采样口与基础面有1.5m以 上的高度,减小扬尘的影响。
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(二)采样点数目的确定
世界卫生组织 (WHO) 和世界气象组织 (WMO) 提出按城市人口多少设置城市大气地 面自动监测站(点)的数目:
市区人口(万人) 飘尘 ≤100 100~400 400~800 >800
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SO2 2 5 8 10

NOx 1 2 4 5
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氧化剂 1 2 3 4

CO 1 2 4 5

风向 风速 1 2 2 3
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2 5 8 10

我国大气污染例行监测采样点设置数目
市区人口 (万人) SO2、 NOx、 TSP 灰尘 自然降尘量
硫酸盐化率

<50

3

≥3

≥6

50~100
100~200 200~400

4
5 6

4~8
8~11 12~20

6~12
12~18 18~30

>400
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20~30

30~40
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(三)采样点布设方法
1、功能区布点法 2、网格布点法 3、同心圆布点法 4、扇形布点法

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1、功能区布点法
将监测区域划分为工业区、商业区、居住 区、工业和居住混合区、交通稠密区、清 洁区等。 ? 根据具体污染情况和人力、物力条件,在 各功能区设置一定数量的采样点。各功能 区的采样点数不要求平均,污染集中的工 业区和人口较密集的居住区多设采样点。
?

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2、网格布点法
?

将监测区域地面划分成若干均匀网状方格, 采样点设在方格中心。

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2、网格布点法
网格大小:视污染源强度、人口分布及人 力、物力条件等确定。 ? 主导风向明显的地区,下风向设点应占采 样点总数的60%。 ? 网格布点法反映污染物的空间分布,可将 监测结果绘制成污染物浓度空间分布图。
?

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3、同心圆布点法
?

以污染群中心为圆心在地面上画若干个同心 圆,再从圆心作放射线,放射线与圆周的交 点就是采样点 :

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4、扇形布点法
扇形布点法适用于主导风向明显的地区。以 点源所在位置为顶点,主导风向为轴线,在 下风向划出一个扇形区为布点范围。扇形的 角度为45°,不能超过 90°。 ? 采样点设在扇形平面内的弧线上。每条弧线 上设 3-4 个采样点,相邻两点与顶点连线 的夹角一般取 10-20°。在上风向应设对 照点。
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4、扇形布点法

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以上四种布点方法,可以单独使用,也可 以综合使用,目的就是有代表性地反映污 染物的浓度,为大气环境监测提供可靠的 样品。

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污染物浓度最大值
采用同心圆和扇形布点法时,在不计污染 物本底浓度时,点源脚下的污染物浓度为 零,随着距离增加,很快出现浓度最大值, 然后按指数规律下降。 ? 例如,对平坦地面上50m高的烟囱,污染物 最大地面浓度出现的位置与气象条件的关 系见下表:
?

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50m高的烟囱污染物最大浓度出现的 位置
大气稳定度 最大浓度出现位置

(相当于烟囱高度的倍数)
5~10
20左右 40以上

不稳定
中 稳 性 定

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五、采样时间和采样频率
? 采样时间

指每次采样从开始到结束所经历的 时间,也称采样时段。 ? 采样频率 指在一定时间范围内的采样次数。

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增加采样时间的两种办法
采样时间短,试样缺乏代表性,监测结果 不能反映污染物浓度随时间的变化,仅适 用于事故性污染调查等应急监测。为增加 采样时间,目前采用两种办法: ? 一是增加采样频率。 ? 二是使用自动采样仪器进行连续自动采 样 。
?

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空气质量现状监测制度
内容 一级评价 二级评价 三级评价

监测 季节 监测 时段 采样 时间
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二期(夏、冬)监 一期不利 近3年监测 测 季节 资料 7天有效数据 02时、05时、08时、11 02时、08时、 时、14时、17时、20时、 14时、20时、4 23时、8个小时浓度 个小时浓度
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我国规定的采样时间和采样频率
监测项目 二氧化硫 氮氧化物 采样时间和频率 隔日采样,每天连续采24±0.5h,每月14~16 次,每年12个月 同上 隔双日采样,每天连续采24±0.5h,每月5~6 次,每年12个月

总悬浮颗粒物 灰尘自然降尘量 硫酸盐化速率

每月采样30±2天,每年12个月 每月采样30±2天,每年12个月

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污染物监测数据的有效性规定

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六、采样方法、监测方法和质量保证
?

许多国家根据国际标准化组织(ISO)推荐的 方法,结合自己国情制定出本国的大气污 染监测方法。我国的《空气和废气监测分 析方法》包括80个监测项目,149个监测方 法,并将这些方法分为国标、推荐和试行 三类
根据污染物的存在状态、浓度、理化性质 及监测方法选择采样方法和仪器。 尽可能选择国家标准方法——《空气和废 气监测分析方法》(第四版)

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第三节 空气样品的采集方法和采样仪器

一、直接采样法 二、富集(浓缩)采样法 三、采样仪器 四、采样效率 五、采样记录

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一、直接采样法
当被测组分浓度较高,或者监测方法灵敏 度高时,从大气中直接采集少量气样即可 满足监测分析要求,采用直接采样法 。 ? 直接采样法测得的结果是瞬时浓度或短时 间内的平均浓度,能较快地测知结果。 ? 常用的采样容器有注射器、塑料袋、真空 瓶(管)等 。
?

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一、直接采样法

(一) 注射器采样
? 常用

l00 mL 注射器采集有机蒸气样

品。 ? 采样时,先用现场气体抽洗 2-3 次, 然后抽取 l00 mL,密封进气口,带回 实验室分析。

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一、直接采样法

(二)塑料袋采样
选择不发生化学反应,不吸附、不渗漏的 塑料袋。 ? 常用的有聚四氟乙烯袋、聚乙烯袋及聚酯 袋等。为减小吸附,可在袋的内壁衬银、 铝等金属膜。 ? 采样时,先用现场气体冲洗2~3次,再充 满样气,夹封进气口,带回分析。
?

2013-7-19

环境监测第三章

76

一、直接采样法

(三)采气管采样
?

采气管是两端具有旋塞的管式玻璃容器, 容积为100~500 mL。

?

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采样时,打开两端旋塞,将抽气泵接在管 的一端,抽进比管容积大6-10倍的气体, 使采气管中原有气体被完全置换出,关上 两端旋塞,采气体积即为采气管的容积。
环境监测第三章

77

一、直接采样法

(四)真空瓶采样
真空瓶是一种用耐压玻璃制成的固定容器, 容积为500~1000mL 。 ? 采样前,先用抽真空装置 将采气瓶内抽至剩余压力达 1.33 k Pa 左右,如瓶内预 先装入吸水液,可抽至溶液 冒泡为止,关闭旋塞。
?
2013-7-19 环境监测第三章 78

一、直接采样法

真空瓶采样
采样时,打开旋塞,被采空气即充入瓶内, 关闭旋塞。采样体积为真空瓶的容积。 ? 若采气瓶内真空度达不到 1.33 kPa,实际 采样体积应根据剩余压力进行修正。
?

2013-7-19

环境监测第三章

79

二、富集 (浓缩) 采样法
?

?
? 1. 2.

3.
4. 5.

2013-7-19

大气中的污染物质浓度一般都比较低 (ppm—ppb数量级),必须用富集采样法对 大气中的污染物进行浓缩。 富集采样时间比较长,测得结果代表采样 时段的平均浓度,反映污染的真实情况。 富集 (浓缩) 采样的方法有: 溶液吸收法 填充柱阻留法 滤料阻流法 低温冷凝法 自然积集法等。
环境监测第三章

80

二、富集 (浓缩) 采样法

(一)溶液吸收法
? ?

?

? 1.
2013-7-19 2.

采样前,吸收管(瓶)内装有吸收液。 采样时,用抽气装置将空气抽入装有吸 收液的吸收管(瓶)内。 ? 采样后,倒出吸收液进行测定,根据测 得结果及采样体积计算大气中污染物的 浓度。 提高吸收效率取决于两个因素: 吸收速度 吸收液的接触面积
环境监测第三章

81

二、富集 (浓缩) 采样法

1、提高吸收速度
?

伴有化学反应的吸收溶液的吸收速度比单 靠溶解作用的吸收液吸收速度快的多。 除采集溶解度非常大的气态物质外,一 般都选用伴有化学反应的吸收液。

2013-7-19

环境监测第三章

82

二、富集 (浓缩) 采样法

常用吸收液的两种类型
常用的吸收液有水、水溶液和有机溶剂等。 按照吸收原理可分为两种类型: ? 一种是气体分子溶解于溶液中的物理作用。 如用水吸收大气中的氯化氢、甲醛;用5% 的甲醇吸收有机农药;用10%乙醇吸收硝 基苯等。 ? 一种吸收原理是基于发生化学反应。例如, 用氢氧化钠溶液吸收大气中的硫化氢基于 中和反应;用四氯汞钾溶液吸收SO2 基于络 合反应。
?
2013-7-19 环境监测第三章 83

二、富集 (浓缩) 采样法

吸收液的选择原则
1)

2)

3)

4)

与被采集的物质发生化学反应快或对其 溶解度大。 污染物质被吸收液吸收后,有足够的稳 定时间,满足分析测定所需时间的要求。 污染物质被吸收后,有利于下一步分析 测定,最好能直接用于测定。 吸收液毒性小、价格低、易于购买。
环境监测第三章 84

2013-7-19

二、富集 (浓缩) 采样法

2、增大气液接触面积
? 增大液接触面积的有效措施是选用结

构适宜的吸收管(瓶)。 下面介绍几种常用吸收管:

2013-7-19

环境监测第三章

85

二、富集 (浓缩) 采样法

1、气泡吸收管
? 用于采集气态和蒸气

态物质 ,可装5~l0mL 吸收液,采样流量为 0.5~2.0 L/min。

2013-7-19

环境监测第三章

86

二、富集 (浓缩) 采样法

2、冲击式吸收管
冲击式吸收管有小型(5~l0mL,流量3.0L /min)和大型(50~l00mL,流量30L/min) 两种规格,适宜采集气溶胶态物质。 ? 冲击式吸收管原理: 吸收管的进气管喷嘴孔径小,距瓶底又 很近,当被采气样快速从喷嘴喷出冲向管 底时,气溶胶颗粒因惯性作用冲击到管底 被分散,易被吸收液吸收。
?
2013-7-19 环境监测第三章 87

二、富集 (浓缩) 采样法

冲击式吸收管和冲击式吸收瓶图

2013-7-19

环境监测第三章

88

二、富集 (浓缩) 采样法

3、多孔筛板吸收管(瓶)
? 多孔筛板吸收瓶原理:

气样通过吸收瓶的筛板后,被分散成很小的 气泡,阻留时间长,增加了气液接触面积, 提高吸收效果。适合于采集气态和蒸气态物 质,也能采集气溶胶态物质。 ? 多孔筛吸收管可装 5-l0mL 吸收液,采样流 量为 0.1-1.0 L/min。 ? 小型吸收瓶(装 10-30mL 吸收液,采样流量 为 0.5-2.0L/min ) ? 大型吸收瓶( 装 50-l00 mL 吸收液,采样 流量 30 L/min ) 两种。
2013-7-19 环境监测第三章

89

二、富集 (浓缩) 采样法

多孔筛板吸收管(瓶)图

2013-7-19

环境监测第三章

90

二、富集 (浓缩) 采样法

(二)填充柱阻留法
用长6~l0cm、内径3~5mm的玻璃管或塑料 管,内装颗粒状填充剂制成填充柱。 ? 填充柱阻留法原理: 采样时,让气样通过填充柱,被测物质 因吸附、溶解等反应,被阻留在填充剂上, 达到浓缩的目的。 采样后,通过解吸或洗脱,使被测物质 从填充剂上释放出来进行测定。 有吸附型填充柱、分配型填充柱和反应 型填充柱三种类型。
?
2013-7-19 环境监测第三章 91

颗粒状填充剂 空气
﹡﹡﹡﹡﹡﹡

。。。。。。。 组分

抽气泵

图 填充柱阻留法示意图
2013-7-19 环境监测第三章 92

二、富集 (浓缩) 采样法

1、吸附型填充柱
? ? ? ? ?

颗粒状固体吸附剂,如活性炭、高分子多孔微球等, 属多孔物质,比表面积大,有较强的吸附能力。 表面吸附作用有两种方式: 分子间引力引起的物理吸附,吸附力较弱。 剩余价键(分子亲和力)引起的化学吸附,吸附力 较强。 吸附能力越强,采样效率越高,但给解吸带来困难。 因此,在选择吸附剂时,既要考虑吸附效率,又要 考虑易于解吸。
环境监测第三章 93

2013-7-19

二、富集 (浓缩) 采样法

2、分配型填充柱
填充剂表面涂高沸点有机溶剂的惰性多孔 颗粒物。 ? 分配型填充柱原理: q 当被采集气样通过填充柱时,有机溶剂中 分配系数大的组分留在填充剂上被富集。 例如:大气中的有机氯农药(六六六、DDT 等) 多以蒸气或气溶胶态存在,用溶液吸 收法采样效率低,但用涂渍5%甘油的硅酸 铝采样,采集效率达90~100%
?
2013-7-19 环境监测第三章 94

二、富集 (浓缩) 采样法

3、反应型填充柱
填充剂是由惰性多孔颗粒物或纤维状物制 成,表面涂渍与被测物质发生化学反应的 试剂。 ? 反应型填充柱原理: 气样通过填充柱时,被测组分在填充剂表 面发生化学反应被阻留。采样后,将反应 物用溶剂洗脱或加热吹气解吸下来进行分 析。 例如,空气中的微量氨用涂渍硫酸的石英 砂富集。采样后,用水洗下来测定。
?
2013-7-19 环境监测第三章

95

二、富集 (浓缩) 采样法

吸收液法与填充柱法比较
项 目 吸收液法 填充柱法

不能长时间采 采样时间 样 测定物质 对气溶胶吸收 吸收率 率不高 生成物稳 吸收剂的被测 定性 物不易保存

能长时间采样,适用于日 平均采样 蒸汽和气溶胶有很好的吸 收率,微量物更易测定 浓缩在填充剂上的被测物 稳定,可放置时间长

2013-7-19

环境监测第三章

96

二、富集 (浓缩) 采样法

发展趋势
? 填充柱阻流法有很多优点。目前,环

境监测分析仪器正由湿法化学测定体 系向干法物理或物理化学体系发展, 是环境监测与环境分析的发展趋势。

2013-7-19

环境监测第三章

97

二、富集 (浓缩) 采样法

(三)滤料阻留法
将过滤材料放在采样夹上, 用抽气装置抽气,颗粒 物被阻留在过滤材料上, 称量过滤材料上富集的颗 粒物质量,计算出颗粒物 的浓度。

?

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环境监测第三章

98

二、富集 (浓缩) 采样法

滤料阻留法的特点
采集时,有的滤料以阻截作用为主,有的滤 料以静电引力作用为主,还有的扩散沉降为 主,采集时往往是几种作用同时发生。 ? 低速采样,以扩散沉降为主,对细小颗粒物 的采集效率高; ? 高速采样,以惯性碰撞作用为主,对较大颗 粒物的采集效率高。 ? 采样速度大时,质量重的粒子发生弹回,颗 粒小的粒子穿过滤料被吹走,采集效率偏低。
?
2013-7-19 环境监测第三章 99

二、富集 (浓缩) 采样法

滤料阻留法常用的滤料

2013-7-19

环境监测第三章

100

二、富集 (浓缩) 采样法

(四)低温冷凝法
? 低温冷凝法是将

U 形采样管插入冷阱 中,大气流经采样管时,被测物质因 冷凝而凝结在采样管底部,浓缩收集 后,送实验室移去冷阱即可分析测试。

2013-7-19

环境监测第三章

101

二、富集 (浓缩) 采样法

低温冷凝法原理图

2013-7-19

环境监测第三章

102

二、富集 (浓缩) 采样法

低温冷凝法的致冷方法
?

致冷方法有致冷剂法和半导体致冷器法。 下表列举出常用致冷剂和制冷温度:
名 称 制冷温度(℃) 0 -4 -60 -72 -77 -78.5 名 称 制冷温度(℃) -78.5 -94 -117 -183 -196 干冰 液氮-甲醇 液氮-乙醇 液氧 液氮

冰 冰-食盐 干冰-三氯乙烯 干冰-乙醇 干冰-乙醚 干冰-丙酮

2013-7-19

环境监测第三章

103

二、富集 (浓缩) 采样法

(五)自然积集法
利用自然重力、空气动力和浓差扩散作用 采集大气中的被测物质,如自然降尘量、 硫酸盐化速率、氟化物等大气样品的采集。 ? 特点: 不需要动力设备,简单易行,采样时间长, 测定结果能较好地反映大气污染情况。
?

2013-7-19

环境监测第三章

104

二、富集 (浓缩) 采样法

1、降尘试样采集
? 采集大气中降尘的方法分为湿法和干

法两种,其中湿法应用较普遍。

2013-7-19

环境监测第三章

105

二、富集 (浓缩) 采样法

湿法采样
在圆筒形玻璃缸中加入水,自然收集。 ? 放置高度:5~15m高,附近无高大建筑物。 ? 采样口距基础面高度:1.5m以上。 ? 集尘缸的尺寸:内径 15 cm、高 30 cm。 ? 加水量 1500~3000mL。夏季需加入少量硫 酸铜溶液,抑制微生物及藻类的生长;冬季 节加适量乙醇或乙二醇,以免结冰。 ? 采样时间:30±2天。
?
2013-7-19 环境监测第三章 106

二、富集 (浓缩) 采样法

干法采样
? 干法采样一般使用标准集尘器自然收

集,夏季需加除藻剂。

2013-7-19

环境监测第三章

107

二、富集 (浓缩) 采样法

我国干法采样用的标准集尘器

2013-7-19

环境监测第三章

108

二、富集 (浓缩) 采样法

我国干法采样用的集尘缸图
?

缸底放入塑料 圆环,圆环上再 放置塑料筛板, 筛板上有孔,便 于尘土落下。

2013-7-19

环境监测第三章

109

二、富集 (浓缩) 采样法

2、硫酸盐化速率试样的采集
? 排放到大气中的二氧化硫、硫化氢、

硫酸蒸气等含硫污染物,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过程称为硫酸 盐化速率。 ? 采样方法有二氧化铅法和碱片法。

2013-7-19

环境监测第三章

110

二、富集 (浓缩) 采样法

二氧化铅采样法
? 二氧化铅采样法:

将涂有二氧化铅糊 状物的纱布绕贴在素瓷管上,制成二 氧化铅采样管,放置采样点上,大气 中的二氧化硫、硫酸雾等与二氧化铅 反应生成硫酸铅。

2013-7-19

环境监测第三章

111

二、富集 (浓缩) 采样法

碱片法
? 碱片法:

将用碳酸钾溶液浸渍过的玻 璃纤维滤膜置于采样点上,大气中的 二氧化硫、硫酸雾等与碳酸盐反应生 成硫酸盐而被采集。

2013-7-19

环境监测第三章

112

三、采样仪器
(一)采样仪器的组成部分
主要由收集 器、流量计 和采样动力 三部分组成 。

2013-7-19

环境监测第三章

113

三、采样仪器

1、收集器
收集器是捕集大气中待测物质的装置。主 要有: ? 气体吸收管(瓶) ? 填充柱 ? 滤料采样夹 ? 低温冷凝采样管等
?

2013-7-19

环境监测第三章

114

三、采样仪器

2、流量计
?

常用的流量计有孔口流量计、转子流量计 和限流孔等。

2013-7-19

环境监测第三章

115

三、采样仪器

3、采样动力
手动采样动力: ? 注射器 ? 连续抽气筒 ? 双连球 ? 电动抽气泵有: ? 真空泵 ? 刮板泵 ? 薄膜泵 ? 电磁泵等
?
2013-7-19

环境监测第三章

116

三、采样仪器

薄膜泵
?

薄膜泵是一种轻便的抽气泵,适用于阻力 不大的收集器(如吸收管)采气。采气流量为 0.5~3.0L/min 。体积小、重量轻,便于 携带。

2013-7-19

环境监测第三章

117

三、采样仪器

电磁泵
电磁泵是一种将电磁能量直接转换成被输 送流体能量的小型抽气泵 。 ? 电磁泵的工作动力不用电机,克服了电机 电刷易磨损、发热等缺点,可长时间运转, 其采气流量为 0.5~1.0 L/min,可装配在 抽气阻力不大的采样器和某些自动监测仪 器上。
?

2013-7-19

环境监测第三章

118

三、采样仪器

(二)专用采样器
将收集器、流量计、抽气泵、流量调节、 自动定时控制等部件组装在一起,构成采 样仪器装置。 ? 采样仪器装置按用途可分为: ? 空气采样器 ? 颗粒物采样器 ? 个体采样器三种。
?
2013-7-19 环境监测第三章 119

三、采样仪器

1、空气采样器
? ? 1.

2.

3.

用于采集空气中气态和蒸气态物质,采样流量 为0.5~2.0L/min。 商品仪器有: KB-6A、KB-6B、KB-6C型。单机、双气 路、单泵、定时系统、交直流两用。 DC-2、CH-4、TH-110C型。双机、双泵、 双气路、定时系统、交直流两用。 PG-5N、PG-3N型。活性炭吸附、定时系统、 单机、单泵、直流、个人采样用等。
环境监测第三章 120

2013-7-19

2013-7-19

图 大气采样器实物照片

环境监测第三章

121

三、采样仪器

空气采样器工作原理图

2013-7-19

环境监测第三章

122

三、采样仪器

恒温恒流空气采样器工作原理图

2013-7-19

环境监测第三章

123

三、采样仪器

2、颗粒物采样器
?

颗粒物采样器有两种,一种是总悬浮颗粒 物 (TSP) 采样器,另一种是飘尘(PM10) 采样器。

2013-7-19

环境监测第三章

124

三、采样仪器

(1) 总悬浮颗粒物(TSP)采样器
?

总悬浮颗粒物采样器(TSP)可分为: 大流量 ( 1.1~1.7 m3/min ) 中流量 ( 50~150 L/min ) ——两种类型。

2013-7-19

环境监测第三章

125

大流量(TSP)采样器结构图
滤料夹安装20× 25 cm2的玻璃纤维滤膜, 1.1~1.7m3/min流量 采样8~24小时。 当采气量达1500~ 2000m3时,样品滤膜可 用于颗粒物中的金属、 无机盐及有机污染物等 组分的测定。
2013-7-19 环境监测第三章 126

三、采样仪器

中流量(TSP)采样器
采样夹有效直径 80mm或100mm。 用80mm滤膜采样时, 采气流量控制在7.2~9.6 m3/h,用100mm滤膜采 样时,流量控制在11.3~
15 m3/h。

2013-7-19

环境监测第三章

127

2013-7-19

图 TSP采样器实物照片 环境监测第三章

128

三、采样仪器

( 2 ) 可吸入颗粒物(PM10)采样器
可吸入颗粒物(PM10)采样器不同于采集 总悬浮颗粒物(TSP),由飘尘的粒径决定 的,飘尘飘浮在空气中不沉降。因此,采 集飘尘必须注意以下两点: 1、采集飘尘应使用大流量采样器。 2、采集飘尘必须使用分尘器,将飘尘与降尘 分离开。
?

2013-7-19

环境监测第三章

129

三、采样仪器

分尘器(切割器)
分尘器又称切割器,常用的有旋风式、向 心式、多层薄板式、撞击式等,分为二级 式和多级式。 ? 二级式采集10μm以下的颗粒物 。 ? 多级式可分级采集不同粒径的颗粒物,用 于测定颗粒物的粒度分布。
?

2013-7-19

环境监测第三章

130

三、采样仪器

二级旋风分尘器的工作原理图
高速空气沿180°渐开线 圆筒内,形成旋转气流, 在离心力作用下,将颗粒 物甩到筒壁上并继续向下 运动,粗颗粒落入收集器 内,细颗粒随气流沿气体 排出管上升,被滤膜捕集, 将粗、细颗粒物分开。
2013-7-19 环境监测第三章 131

三、采样仪器

向心式分尘器工作原理图
气流从小孔高速喷出,大的 颗粒物质量大、惯性大,质 量大的颗粒运动轨线接近中 心轴线,进入锥形收集器, 被底部的滤膜收集,小颗粒 物惯性小,离中心轴线较远 偏离锥形收集器入口,随气 流进入下一级分尘器。
2013-7-19 环境监测第三章 132

三级向心式分尘器示意图

2013-7-19

环境监测第三章

133

三、采样仪器

撞击式飘尘采样器工作原理
安德森采样器: 由八级组成,每级 200~400个喷嘴, 最后一级用纤维滤 膜代替捕集板捕集 小颗粒物。 捕集粒径范围为 0.34一11μm。
2013-7-19 环境监测第三章 134

三、采样仪器

3、个体剂量器
样式如胸章、手表、钢笔等。特点是体积 小、重量轻,便于携带在人体上,可以随 人的活动连续地采样,更能反映出人实际 吸入的污染物的剂量。 ? 这种剂量器有: ? 扩散式 ? 渗透式等。
?
2013-7-19 环境监测第三章 135

三、采样仪器

扩散式剂量器
扩散式剂量器由外壳、扩散层和收集剂三 部分组成。 ? 工作原理:空气通过剂量器外壳上的通气 孔进入扩散层,被收集分子经扩散到收集 剂表面被吸附或吸收。 ? 不同的收集剂收集不同的污染物,如活性 炭收集苯、乙酸乙酯、吗啡啉收集SO2、三 乙醇胺收集NO2等。
?
2013-7-19 环境监测第三章 136

三、采样仪器

渗透式剂量器
由外壳、渗透膜和收集剂组成。 ? 工作原理:气体分子通过渗透膜到达收集 剂被收集。 ? 渗透膜:有机合成薄膜,如硅酮膜等。 ? 收集剂:吸收液或固体吸附剂,装在有渗 透膜的盒内。
?

2013-7-19

环境监测第三章

137

三、采样仪器

个体剂量器的特点
1) 2)

3)

被动式吸收,不需要动力。 应用范围窄,不能取代有动力的大型气 体采样器。 便于携带,能反映出人实际吸入的污染 物的剂量。

2013-7-19

环境监测第三章

138

四、采样效率
在规定的采样条件下,采集到的污染物量占 总量的百分数。 ? 评价方法: 不同的存在状态有不同的评价方法,与 污染物在空气中存在的的状态有关 。
?

2013-7-19

环境监测第三章

139

四、采样效率

(一)采集气态和蒸气态污染物质效率 的评价方法
1、绝对比较法
?

精确配制一个已知浓度为C0的标准气体, 用所选用的采样方法采集,测定被采集的 污染物浓度C1,采样效率 K 为

C1 K= ? 100% C0
2013-7-19 环境监测第三章 140

四、采样效率

2、相对比较法
?

配制一个恒定浓度的气体样品(待测污染 物浓度不一定要求准确知道),用 3 个采 样管串联起来采集。分别测定各采样管中 污染物的浓度 ,计算第一个管含量占总量 百分比,采样效率 K 为 :

C1 K= ? 100% C1+C 2+C 3
2013-7-19 环境监测第三章 141

四、采样效率

相对比较法注意事项:
C1、 C2、C3 分别为第一、第二、第三个管 中测得的浓度。 ? 用这种方法评价采样效率,要求第二、第三 管的浓度与第一管比较是极小的。只有这样, 才能保证三个管中的浓度相加近似于所配气 体浓度。 ? 第二、第三管的污染物浓度所占比例越小, 说明采样效率越高。一般要求 K 值在 90% 以上。
?
2013-7-19 环境监测第三章 142

四、采样效率

(二)采集颗粒物(气溶胶颗粒) 效率的评价方法
? 1)

2)

两种采集效率表示方法: 颗粒数采样效率:采集的颗粒物粒数占总 颗粒数的百分数。 质量采样效率:采集的颗粒物质量占颗粒 物总质量的百分数。

2013-7-19

环境监测第三章

143

四、采样效率

颗粒数效率和质量效率
∵ 几微米以下的极小颗粒在颗粒数量上 占大部分,在质量上占很小部分。 ∴质量采样效率>颗粒采样效率。
?

在大气监测评价中,常用质量采样效率表 示。

2013-7-19

环境监测第三章

144

四、采样效率

评价方法
颗粒物与蒸气态物质的采集效率的评价方 法不同。 ? 一是配制已知颗粒物浓度的气体在技术上 较复杂,颗粒物粒度范围很大,很难在实 验室模拟气溶胶各种状态。 ? 二是滤料采样与滤筛一样,能漏过第一张 滤料的细小颗粒物,有可能会漏过第二张 或第三张滤料。 ? 一般用另一个已知采样效率高的方法同时 采样,或串联在它的后面进行比较得出。
?
2013-7-19 环境监测第三章

145

五、采样记录
? 1. 2. 3. 4. 5.

6.
7. 8. 9.

2013-7-19

采样记录的内容有: 所采集样品被测污染物的名称及编号 采样地点和采样时间 采样流量 采样体积、温度、大气压力 采样仪器 吸收液 采样时天气状况及周围情况 采样者 审核者姓名。
环境监测第三章

146

采样记录表格
————————采样记录表

采样者————
号 编 期 日 采 样 地 点 采 样 时 间 ( ) 流 量 (

审核者————
采 样 体 积 ( mL) 温 度 ( ℃ ) 压 力 ( kPa )



标 体准 积状 态 下 采 样

情 况 记 录

L / min

( mL )

min

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环境监测第三章

147

第四节

气态和蒸气态污染物质的测定

一、二氧化硫的测定 二、氮氧化物(NOx)的测定 三、一氧化碳的测定 四、光化学氧化剂的测定 五、臭氧的测定 六、氟化物的测定 七、硫酸盐化速率的测定 八、汞的测定 九、总烃及非甲烷烃的测定 十、挥发性有机物(VOCS)和甲醛的测定 十一、其他污染物质的测定 十二、空气污染指数的计算
2013-7-19 环境监测第三章 148

一、二氧化硫的测定
SO2是主要大气污染物之一。 ? 无色、易溶于水、有刺激性气味。 ? 通过呼吸进入气管,对局部组织产生刺激 作用,当与气溶胶共存时,可加重对呼吸 道粘膜的损害。 ? SO2的味阈值是 0.3 ppm,大气中的平均浓 度0.0006 mg / m3 ? 达30~40ppm时,人呼吸感到困难。
?
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一、二氧化硫的测定

测定SO2常用的方法
测定SO2常用的方法有分光光度法、紫外荧 光法、电导法、定电位电解法和气相色谱 法等。 ? 国家制定了两个标准方法: ? GB 8970-80 四氯汞盐-盐酸副玫瑰苯胺 分光光度法。 ? GB/T 15262-92 甲醛吸收-盐酸副玫瑰苯 胺分光光度法。
?
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一、二氧化硫的测定

两个标准方法的区别:
两个标准方法测定原理一样,差别在于 SO2 的吸收剂上。 ? GB8970-80 二氧化硫的吸收剂是四氯汞 钾(TCM)吸收液。 ? GB/T15262-92二氧化硫的吸收剂是甲醛缓 冲液。

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环境监测第三章

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一、二氧化硫的测定

1、四氯汞钾溶液吸收-盐酸副玫瑰
苯胺分光光度法(GB 8970-80 )
? ?

国内外广泛采用的测定环境空气中 SO2 的方法, 灵敏度高、选择性好,但吸收液毒性较大。 原理: 用氯化钾和氯化汞配制成四氯汞钾吸收液,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,用分光光度法测定。
环境监测第三章 152

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一、二氧化硫的测定

测定要点
方法测定要点: ? 先用亚硫酸钠标准溶液配制标准色列,在 最大吸收波长处以蒸馏水为参比测定吸光 度,用空白修正后的吸光度对 SO2 含量绘 制标准曲线。 ? 然后,以同样方法测定显色后的样品溶液, 经试剂空白修正后,计算样气中SO2的含量。
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注意事项: ①温度,酸度,显色时间等因素影响显色反 应;标准溶液和试样溶液操作条件应保持 一致 ②氮氧化物,臭氧及锰,铁,铬等离子对测 定有干扰。 ——采集后放置片刻,臭氧可自行分解; ——加入磷酸和乙二胺四乙酸二钠盐可消除 或减少某些金属离子的干扰
?
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一、二氧化硫的测定

2、甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰 苯胺分光光度法( GB/T 15262-92 )
?

用甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光 光度法测定SO2 ,避免了使用毒性大的四氯 汞钾吸收液,在灵敏度、准确度方面,与四 氯汞钾溶液吸收法一致,样品采集后稳定, 但操作条件要求较严格。

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环境监测第三章

155

一、二氧化硫的测定

2、甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯 胺分光光度法 ( GB / T 15262-92 )
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最低检出限为 0.20μg/10mL, 当用10mL吸收液采气 10 L 时,最低检出浓度为 0.020mg/m3。

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环境监测第三章

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一、二氧化硫的测定

盐酸副玫瑰苯胺法的特点和测定范围
特点: 对 SO2 吸收效率高,稳定性好,不要求 很低的试剂空白值,可使用未经提纯的盐 酸副玫瑰苯胺(PRA)配溶液。 ? 测定范围:
?

2.5 ~ 500 mg / L

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环境监测第三章

157

一、二氧化硫的测定

3、钍试剂分光光度法
?
? ?

吸收液无毒,样品采集后稳定,但灵敏度较低,所 需采样体积大,适合于测定SO2日平均浓度。 被国际标准化组织 ( I S O )规定为测定 SO2标准方 法之一。 原理: 大气中的 SO2 用过氧化氢溶液(H2O2)吸 收并氧化为硫酸。硫酸根离子与过量的高氯酸钡反 应,生成硫酸钡沉淀,剩余钡离子与钍试剂作用生 成钍试剂—钡络合物 (紫红色)。根据颜色深浅,间 接定量测定
2013-7-19 环境监测第三章 158

一、二氧化硫的测定

钍试剂法的特点和测定范围
?

特点: 准确度和精密度较好,分析操作比较简单 和快捷,测量范围广,高氯酸钡和硫酸的 标准溶液稳定。
测定范围:30~5000 mg/L

?

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环境监测第三章

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一、二氧化硫的测定

(二)定电位电解法
1、原理:建立在电解基础上的检测方法。
传感器:由工作电极(W)、对电极(C)、参 比电极(R)及电解液组成的电解池。 工作电极:由高纯度金属粉末覆在透气憎水膜上 构成,当SO2通过透气膜进入电解池后,在工作 电极上迅速发生氧化反应,产生的极限扩散电流 与SO2浓度成正比。
2013-7-19 环境监测第三章 160

一、二氧化硫的测定

2、定电位电解SO2分析仪组成部分

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环境监测第三章

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二、氮氧化物的测定
?
?
?

常见的氮的氧化物有:
一氧化氮 ( NO ):无色、易氧化、微量、燃烧产物 二氧化氮 ( NO2 ) :褐色、较稳定、刺鼻气味、参与光化学 反应。 一氧化二氮 ( N2O ):俗称笑气、无色、非燃烧生成物、略 有香甜味。 三氧化二氮 ( N2O3 ):俗称亚硝酐、褐色、不稳定、无毒、 有腐蚀性。 四氧化二氮 ( N2O4 );不稳定、易分解、无毒。 五氧化二氮 ( N2O5 ) :俗称硝酐、无毒、具有强腐蚀性。
2013-7-19 环境监测第三章 162

?

?

? ?

二、氮氧化物的测定

大气中的氮氧化物简介
? ?

?

大气中的氮氧化物主要以一氧化氮 ( NO ) 和二氧 化氮 ( NO2 ) 形式存在。 一氧化氮在大气中逐渐被氧化成二氧化氮,如果 被水雾吸收,又会形成气溶胶状的亚硝酸和硝酸 雾滴。 当氮氧化物与碳氢化合物共存在大气中时,经阳 光紫外线的照射,会发生光化学反应,产生光化 学烟雾,这是一种含臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸 酯(PAN)的二次污染物,毒性很强。
环境监测第三章 163

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二、氮氧化物的测定

一氧化氮和二氧化氮
? ? ? ? ? ?

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一氧化氮为无色、无臭、微溶于水的气体,在大 气中易被氧化为 NO2 。 二氧化氮为棕红色气体,具有强刺激性臭味,是 引起支气管炎等呼吸道疾病的有害物质。 大气中的 NO 和 NO2 可以分别测定,也可以测定 二者的总量。 常用的测定方法有: 盐酸萘乙二胺分光光度法 化学发光法 恒电流库仑滴定法 等。
环境监测第三章

164

二、氮氧化物的测定

(一)盐酸萘乙二胺分光光度法
国家制定的三个测定氮氧化物的标准之一(GB 8969-88空气质量标准)。国际通用的检测方法。 1、原理 ? 用冰乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收 液采样,大气中的 NO2 被吸收转变成亚硝酸和硝 酸,在冰乙酸存在条件下,亚硝酸与对胺基苯磺酸 发生重氮化反应,然后再与盐酸萘乙二胺偶合,生 成玫瑰红色偶氮染料,其颜色深浅与气样中 NO2 浓度成正比,因此,可用分光光度法进行测定。
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盐酸萘乙二胺分光光度法
?

酸性高锰酸钾溶液氧化法

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环境监测第三章

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环境监测第三章

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二、氮氧化物的测定

测量方法
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?

NO不与吸收液发生反应,测定 NOx 总量时,必 须先使气样通过三氧化二铬—砂子氧化管,将 NO 氧化成 NO2 后,再通入吸收液进行吸收和显 色。 由此可见,没有通过三氧化铬—砂子氧化管,测 得的是 NO2 含量,通过氧化管,测得的是NOx 总 量,二者之差为 NO 的含量。

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环境监测第三章

168

? ?

注意事项 (1)吸收液应为无色,宜密闭避光保存;如显微红

色,说明已被污染,应检查试剂和蒸馏水的质量。
?

(2)三氧化铬—石英砂氧化管适于相对湿度30%- 70%条件下使用,发现吸湿板结或变成绿色应立 即更换。 (3)空气中O3浓度超过0.250 mg/m3时,会产生正 干扰,采样时在吸收瓶入口端串接一段15—20 cm 长的硅橡胶管,可排除干扰。

?

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环境监测第三章

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二、氮氧化物的测定

(二)原电池库仑法

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环境监测第三章

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三、一氧化碳的测定
? ? ?

一氧化碳(CO)是大气中主要污染物之一 ,全世界 的排放量约为 2.2 亿吨 / 年,是排放最多的物质。 一氧化碳主要来自石油、煤炭燃烧不充分的产物和 汽车排气。火山爆发、森林火灾也是来源之一。 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。中毒较轻时,会出现头痛、疲倦、恶心、 头晕等感觉;中毒严重时,会发生心悸亢进、昏睡、 窒息而死亡。
2013-7-19 环境监测第三章 171

三、一氧化碳的测定

一氧化碳的测定方法
大气中 CO 的测定方法: ? 气相色谱法 ? 汞置换法等。
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环境监测第三章

172

三、一氧化碳的测定

(一)气相色谱法
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空气中的CO、CO2和甲烷经碳分子筛分离后, 在氢气流中, CO、CO2都转化为甲烷,然后 用氢火焰离子化检测器分别测定上述三种物 质,其出峰顺序为: CO、甲烷、 CO2,测 定各组分的峰高,计算出相应的浓度。

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环境监测第三章

173

三、一氧化碳的测定

气相色谱法的特点和测定范围
特点: 测定快速,维护方便,可作连续自动监测。 ? 测定范围: 1~10000 mg/m3 。
?

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环境监测第三章

174

三、一氧化碳的测定

(二)汞置换法
汞置换法也称间接冷原子吸收法。 ? 该方法基于气样中的 CO 与活性氧化汞在 180~200℃ 发生反应,置换出汞蒸气,带 入冷原子吸收测汞仪测定汞的含量,再换 算成CO 浓度。
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环境监测第三章

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三、一氧化碳的测定

汞置换法的特点和测定范围
特点: 灵敏度高。空气中丙酮、甲醛、乙烯、 乙炔、SO2 及水蒸汽会干扰测定,需经特 殊过滤管滤除。 ? 测定范围: 检出限 0.04 mg/m3 。
?

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环境监测第三章

176

四、光化学氧化剂的测定
? ? ?

?

总氧化剂:大气中能氧化碘化钾析出碘的物质。 包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯和氮氧化物等。 光化学氧化剂:除去 NOX 以外的能氧化碘化钾的 氧化剂。与形成光化学烟雾有关的污染物质。 二者的关系为: 总氧化剂 = 光化学氧化剂 — 0.269×氮氧化物 0.269为 NO2 的校正系数,即采样后4 ~ 6 h内,有 26.9% 的 NO2 与碘化钾反应。
环境监测第三章 177

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四、光化学氧化剂的测定

硼酸-碘化钾分光光度法
?
?

采用硼酸-碘化钾分光光度法测定气样中的总氧化 剂浓度,再扣除 NOx 的浓度。 硼酸碘化钾吸收液吸收O3等氧化剂的反应如下 :
O3 + 2 I- + 2 H + = I2 + O2 + H2O 臭氧将硼酸碘化钾吸收液中的碘离子氧化,析出碘 分子,根据置换出碘的量,在352 nm下比色测定碘 的浓度可得知光化学氧化剂的浓度。
2013-7-19 环境监测第三章 178

五、臭氧的测定
?

? ? ? ?

?

臭氧是最强的氧化剂之一,它是大气中的氧在太 阳紫外线的照射下或受雷击形成的。臭氧具有强 烈的刺激性,在紫外线的作用下,参予烃类和 NOx 的光化学反应。 臭氧又是高空大气的正常组分,能强烈吸收紫外 光,保护人和生物免受太阳紫外光的辐射。 O3 的测定方法有: 分光光度法 化学发光法: 紫外线吸收法等。
环境监测第三章 179

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五、臭氧的测定

1、硼酸-碘化钾分光光度法
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该方法为用含有硫代硫酸钠的硼酸碘化钾 溶液作吸收液采样,同时采集零空气样品 ( 除去 O3 的空气 ) ,在吸收液中分别加入 碘液,大气中的 O3 等氧化剂氧化碘离子为 碘分子,而碘分子又立即被硫代硫酸钠还 原,剩余硫代硫酸钠加入过量碘标准溶液 氧化,剩余碘于352nm处以水为参比测定吸 光度。
环境监测第三章 180

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六、氟化物的测定
? ?

?

大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 ( Na3AlF6 ) 、萤石( CaF2 )、 氟化铝 ( A1F3 )、氟化钠 ( NaF )及磷灰石 [ 3Ca3(PO4)2 ·CaF2]等。 氟化物污染主要来源于铝厂、冰晶石和磷肥厂、 用硫酸处理萤石及制造和使用氟化物、氟氢酸等 部门排放或逸散的气体和粉尘。

2013-7-19

环境监测第三章

181

六、氟化物的测定

氟化物的危害
?

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氟及其化合物的气体或粉尘属高毒类物质,由呼 吸道进入人体,会引起粘膜刺激、中毒等症状, 并能影响各组织和器官的正常生理功能,在高浓度 下可引起死亡。 氟化物对于植物的生长也会产生危害,例如,当 氟浓度在2μg/m3时,可使水仙菖属植物叶子受损, 可利用水仙菖属植物监测氟化物。

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环境监测第三章

182

六、氟化物的测定

大气中氟化物的测定方法
测定大气中氟化物的方法有 ? 吸光光度法 ? 滤膜(或滤纸)采样—氟离子选择电极法等。 ? 目前广泛采用后一种方法。
?

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环境监测第三章

183

七、硫酸盐化速率的测定
硫酸盐化速率是指大气中含硫污染物演变 为硫酸雾和硫酸盐雾的速度。 ? 测定方法: ? 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
?
2013-7-19 环境监测第三章 184

七、硫酸盐化速率的测定

( 一 ) 二氧化铅-重量法
1、原理
大气中的 SO2、硫酸雾、H2S 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 BaCI2 溶液,生成 BaSO4 沉淀, 用重量法测定 。
2013-7-19 环境监测第三章 185

硫酸盐化速率的测定
?
? ?

2、测定要点
(1)Pb02采样管制备 (2)采样:将PbO2采样管固定在百叶箱中,在采样点上

放置30±2d。注意不要靠近烟囱等污染源;收样时,将
PbO2采样管放入密闭容器中。
? ?

(3)测定 按下式计算测定结果:

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环境监测第三章

186

硫酸盐化速率的测定
? ? ? ? ?

3、影响测定结果的因素
1)PbO2的粒度、纯度和表面活性度; 2)PbO2涂层厚度和表面湿度; 3)含硫污染物的浓度及种类; 4)采样期间的风速、风向及空气温度、 湿度等。

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环境监测第三章

187

七、硫酸盐化速率的测定

(二)碱片—重量法
将用碳酸钾溶液浸渍的玻璃纤维滤膜曝 露于大气中,碳酸钾与空气中的 SO2 反应 生成硫酸盐,加入 BaCI2 溶液将其转化为 BaSO4 沉淀,用重量法测定。

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环境监测第三章

188

七、硫酸盐化速率的测定

( 三 ) 碱片-离子色谱法
?

用碱片法采样,采样碱片经碳酸钠-碳酸 氢钠稀溶液浸取后,获得样品溶液,注入 离子色谱仪测定。

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环境监测第三章

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八、汞的测定
汞具有较大的挥发性,属极度危害毒物,人 吸入后引起中毒、危害神经系统等症状。 ? 汞来源于汞矿开采和冶炼、仪表制造工业、 有机合成化工等排放和逸散的废气和粉尘。 ? 大气中汞的测定方法有: ? 吸光光度法 ? 冷原子吸收分光光度法 ? 冷原子荧光分光光度法 ? 中子活化法等。
?
2013-7-19 环境监测第三章

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八、汞的测定

(一)金膜富集-冷原子吸收分光光度法
?

将元素汞蒸气富集在金膜微粒上,于400℃ 加热释放出来,汞随载气进入冷原子吸收 测汞仪,根据汞蒸气对 253.7nm 光吸收大 小,用标准曲线法进行定量。

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环境监测第三章

191

八、汞的测定

(二)巯基棉富集—冷原子荧光分光光度法
?

在微酸性介质中,用巯基棉富集大气中的汞及其 化合物 。 采样后,用 4.0 mol / L 盐酸-氯化钠饱和溶液解 吸汞及其化合物,经氯化亚锡还原为金属汞,用 冷原子荧光测汞仪测定总汞的浓度。

?

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环境监测第三章

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九、总烃及非甲烷烃的测定
总碳氢化合物两种表示方法: ? 一是包括甲烷在内的碳氢化合物,称为总烃 ( T H C )。 ? 二是除甲烷以外的碳氢化合物,称为非甲烷 烃 ( N M H C )。
?
?

总烃浓度 = 甲烷浓度 + 非甲烷浓度

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环境监测第三章

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九、总烃及非甲烷烃的测定

大气中的碳氢化合物
大气中的碳氢化合物主要来自石油炼制、 焦化、化工等生产过程中逸散和排放的气 体及汽车排气,局部地区也来自天然气、 油田气的逸散。 ? 对大气造成污染的一般是具有挥发性的碳 氢化合物,它们是形成光化学烟雾的主要 物质之一。 ? 测定方法:气相色谱法、光电离检测法。
?
2013-7-19 环境监测第三章 194

十、挥发性有机物(VOCS)和甲醛的测定

VOCS 是指室温下饱和蒸汽压超过 133.32 Pa 的有机物,如苯、卤代烃、氧烃等。 ? VOCS 和甲醛是人们普遍关注的室内空气污 染物,具有毒性和刺激性,主要来自燃料 的燃烧和装饰材料、日用化学品等。 ? 测定VOCS 的方法是;用富集采样法采样, 溶剂洗脱或热解吸出被测组份,用气相色 谱法测定。
?
2013-7-19 环境监测第三章 195

十、挥发性有机物(VOCS)和甲醛的测定

(二)甲醛的测定
1、酚试剂分光光度法 2、乙酰丙醛分光光度法 3、气相色谱法 4、离子色谱法

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环境监测第三章

196

十一、其他污染物质的测定
?

大气中气态和蒸气态污染物质是多种多样 的,在评价大气环境质量时,往往还需要 测定其他污染物质,这些污染物质的来源 及监测方法例表如下:

2013-7-19

环境监测第三章

197

部分气态污染物的监测方法
污染物质 氨 监测方法 1、纳氏试剂分光光度 化肥、焦化等工业生产、氮 法。 肥施用排放、含氮有机物 2、次氯酸钠-水杨酸 腐败等。 分光光度法。 石油化工、焦化、合成纤维 及煤气生产排放、氨基酸 亚甲基蓝分光光度法 腐败分解、火山爆发等。 来 源

硫化氢

硫酸雾

硫酸生产、磷肥、冶金、炼 油、化工等使用硫酸工业 排放的废气及烟气。

乙二胺分光光度法

二硫化碳 2013-7-19

二硫化碳、人造纤维及某些 1、乙二胺分光光度法 环境监测第三章 化工生产的气体排放 2、气相色谱法 198

部分气态污染物的监测方法(续一)
污染物质 来 源 监测方法 五氧化二磷 火药、磷肥、燃料工业排放的 抗坏血酸-钼蓝分 气体等。 光光度法


氯化氢

食盐电解、制药、农药、塑料、 甲基橙分光光度法 氯碱等工业排放气体。
盐酸、漂白粉、农药、燃料、 1、硫氰酸汞分光 橡胶、塑料等工业排放的气 光度法 体。 2、离子色谱法

芳香烃 苯系物、树脂、油漆、橡胶、 气相色谱法 农药、洗涤剂等工业排放的 (苯系物) 气体。
2013-7-19 环境监测第三章 199

部分气态污染物的监测方法(续二)
污染物质 来 源 监测方法 炼油、焦化、石油化 工、有机合成等工 酚类化合物 业排放的气体。汽 车排放气体。

1、4-氨基安替 比林分光光度法 2、气相色谱法

甲基对硫磷生产及杀 1、气相色谱法 甲基对硫磷 虫剂使用中排放气 2、盐酸萘乙二胺 (甲基E605) 体。 分光光度法 敌百虫 敌百虫生产及用作杀 虫剂过程中排放的 气体。
环境监测第三章

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硫氰酸汞分光光 度法

200

十二、空气污染指数计算
?

?

空气污染指数(API)是评价空气质量状况的指 标。将几种主要空气污染物浓度简化为单一的数 值形式,分级表示空气质量和污染程度,具有简 明、直观和使用方便的优点。 根据我国城市空气污染的特点,以SO2、NOX 和 TSP作为计算API的项目,并确定API为50、100、 200时,分别对应于我国空气质量标准中日均值的 一、二、三级标准的污染浓度限值,500则对应于 对人体健康产生明显危害的污染水平。
环境监测第三章 201

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十二、空气污染指数计算

API的计算方法
(1)根据各种污染物的实测浓度和其污染指数分级浓度限值 计算各污染分指数。 (2)某种污染物浓度(ci)处于 ci, j ≤ ci ≤ ci, j+1 时,污染分指 数 Ii 按下式计算:

ci,Ii — 第 i 种污染物的浓度值、污染分指数值。 ci,j,Ii,j — 第 i 种污染物在 j 转折点的极限浓度值和污染分 指 数值。 2013-7-19 202 环境监测第三章 ci, j+1,Ii, j+1 — 第 i 种污染物在 j +1 转折点的浓度极限值和

污染指数分级浓度极限值

各种污染物的污染分指数中最大者为该城市的API。

2013-7-19

环境监测第三章

203

表3.9 空气污染指数范围及相应的空气质量级别
污染指数 质量级别 质量描述 对健康的影响 对应空气质量的适用 范围 自然保护区、风景名 胜区和其他需要特殊 保护的地区 为城镇规划中确定的 居住区、商业交通居 民混合区、文化区、 一般工业区和农村 特定工业区

0~50





可正常活动

51~100





可正常活动

101~200



轻污染

长期接触,易感人群症状有轻度 加剧,健康人群出现刺激症状 一定时间接触后,心脏病和肺病 患者症状显著加剧,运动耐受力 降低,健康人群普遍出现症状 健康人明显强烈症状,降低运动 耐受力,提前出现某些疾病
环境监测第三章

201~300



中污染

≥300



重污染

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204

第五节

颗粒物的测定

一、总悬浮颗粒物 ( TSP ) 的测定 二、可吸入颗粒物 (PM10 ) 的测定 三、灰尘自然沉降量及其组分的测定 四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

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环境监测第三章

205

颗粒物污染的危害
导致癌症、畸形和基因突变、死亡 ? 城市大气能见度降低 (沙尘暴) ? 全球气候变化 ? 大气光化学烟雾事件 ? 酸沉降 ? 臭氧层破坏 ? 在大气中可以停留7天到30天,能长距离 传输造成大范围污染
?
2013-7-19 环境监测第三章 206

一、总悬浮颗粒物 ( T S P ) 的测定
T S P 的测定原理: ? 一定体积的空气通过滤膜,空气中的悬浮 颗粒物被阻留在滤膜上,根据采样前后滤 膜重量之差,可计算T S P 的质量浓度。 ? 滤膜经处理后,可进行化学组分分析。

2013-7-19

环境监测第三章

207

一、总悬浮颗粒物 ( T S P ) 的测定

大流量和中流量采样法
根据采样流量不同,分为大流量采样法和 中流量采样法。 ? 大流量采样流量 ( 1.1~1.7 m3/min ) ? 中流量采样流量 ( 50~150 L/min )
?

2013-7-19

环境监测第三章

208

一、总悬浮颗粒物 ( T S P ) 的测定

大流量采样浓度计算
?

大流量采样,使用大流量采样器连续采样 24 h, 按下式计算 T S P 浓度:

W T SP ( mg / m ) ? ?? Qn ? t
3

?

式中: W — 阻留在滤膜上的 TSP 重量 (mg) Qn — 标准状态下的采样流量 (m3/min) t — 采样时间 (min)
环境监测第三章 209

2013-7-19

一、总悬浮颗粒物 ( T S P ) 的测定

中流量采样方法
中流量 :( 50 ~ 150 L/min ) ? 滤膜直径较大流量法小。 ? 采用和大流量法相同的测定方法和计算公式
?

2013-7-19

环境监测第三章

210

二、可吸入颗粒物( PM10 ) 的测定
粒径小于10μm的颗粒物称为飘尘。 ? 测定飘尘的方法有: ? 重量法 ? 压电晶体振荡法 ? β射线吸收法 ? 光散射法 等。
?
2013-7-19 环境监测第三章 211

二、可吸入颗粒物( PM10 ) 的测定

( 一 ) 重量法
? ? ?

?
?

?
?

大流量重量法:大流量法使用10μm 以上切割器采样: 切割器将粒径大于10μm 的颗粒物分离出去,小于10μm 的颗粒物被收集在滤膜上。 根据滤膜重量之差和采样体积,可计算出飘尘的浓度。 小流量重量法:小流量法使用小流量采样器,我国推荐使 用 13 L/min小流量采样器: 空气通过采样器的分离装置和捕集装置。 大于10μm的颗粒物被阻留,小于10μm飘尘被捕集在玻璃 纤维滤膜上。 根据滤膜重量及采样体积计算飘尘的浓度。
环境监测第三章 212

2013-7-19

二、可吸入颗粒物( PM10 ) 的测定

( 二 ) 压电晶体振荡法
?

以石英谐振器为测定飘尘的传感器 ,工作 原理如下:

2013-7-19

环境监测第三章

213

二、可吸入颗粒物( PM10 ) 的测定

工作原理图
气样经粒子切割器剔 除粒径大于 10μm 的 颗粒物,小于10μm 的飘尘进入测量气室。 测量气室内有高 压放电针、石英谐振 器及电极构成的静电 采样器。
2013-7-19 环境监测第三章 214

二、可吸入颗粒物( PM10 ) 的测定

工作原理图
气样中的飘尘因高压电 晕放电作用而带上负电 荷,继之在带正电的石 英谐振器电极表面放电 并沉积,除尘后的气样 流经参比室内的石英谐 振器排出。
2013-7-19 环境监测第三章 215

二、可吸入颗粒物( PM10 ) 的测定

工作原理图
因参比石英谐振器没有 集尘作用,当没有气样 进入仪器时,两谐振器 固有振荡频率相同 ( fⅠ= fⅡ ), 差值Δf= fⅠ- fⅡ=0, 无信号送入电子处理系统, 数显屏幕上显示零。
2013-7-19 环境监测第三章 216

二、可吸入颗粒物( PM10 ) 的测定

工作原理图
当有气样进入仪器时, 则测量石英谐振器因集尘 而质量增加,使其振荡频 率( fⅠ)降低,两振荡器频 率之差(Δf )经信号处理系 统转换成飘尘浓度并在数 显屏幕上显示。
2013-7-19 环境监测第三章 217

二、可吸入颗粒物( PM10 ) 的测定

工作原理
测量石英谐振器集尘越多,振荡频率 ( fⅠ) 降低也越多,二者具有线性关系,即: Δf = K·ΔM
式中: K — 常数 ΔM —石英晶体质量增值(采集的飘尘质 量 )。
2013-7-19 环境监测第三章 218

三、灰尘自然沉降量及其组分的测定
降尘测定: 降尘量、降尘中的可燃性物质、 水溶性物质、非水溶性物质、灰分和某些化 学组分(如硫酸盐、硝酸盐、氯化物、焦油) 等。 ? 通过测定,分析判断污染因子、污染范围和 程度 。
?

2013-7-19

环境监测第三章

219

三、灰尘自然沉降量及其组分的测定

( 一 )灰尘自然沉降量的测定
布点、采样。 ? 剔除集尘器中的异物。 ? 移至 1000 mL 烧杯中,加热蒸发浓缩至10 -20mL,转移瓷坩埚中。 ? 用水冲洗粘附在烧杯壁上的尘粒,并入瓷 坩埚中,在电热板上蒸干,在105±5℃烘 箱内烘至恒重,测定。
?
2013-7-19 环境监测第三章 220

三、灰尘自然沉降量及其组分的测定

降尘量的计算
?

计算降尘量:
2

W1-W0-Wa 降尘量[ t/(km ? ? 月)] ?= ? 30 ? 10 4 S ? n
?

2013-7-19

式中: W1 — 降尘和瓷坩埚的重量 ( g ) W0 — 瓷坩埚的重量 ( g ) Wa — 加入的硫酸铜溶液经蒸发和烘干后的重量 (g) S — 集尘缸口的面积 ( cm2 ) n — 采样天数 ( 精确到 0.1d )
环境监测第三章 221

三、灰尘自然沉降量及其组分的测定

(二)降尘中可燃物的测定
?

将已测降尘总量的坩埚,放于600℃的马福炉内灼 烧至恒重,减去坩埚重量以及等量乙二醇水溶液 蒸干并经灼烧后的重量,既为降尘中可燃物质燃 烧后剩余残渣量,计算出可燃物重量。

2013-7-19

环境监测第三章

222

三、灰尘自然沉降量及其组分的测定

(三)降尘中其它组份的测定
? ? ?

灰分总量=水溶性物质灰分量+非水溶性物质灰 分量 灰分量结果以 [ g/(m2· ] 表示 。 月) 水溶性物质、非水溶性物质、pH值等降尘组分的 测定:见下页表:

2013-7-19

环境监测第三章

223

降尘组分的分析过程

2013-7-19

环境监测第三章

224

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定
(一) 金属元素和非金属化合物的测定 (二) 有机化合物的测定

2013-7-19

环境监测第三章

225

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

(一)金属元素和非金属化合物的测定
? 金属元素和非金属化合物主要有:

铍、铬、铅、铁、铜、锌、镉、镍、钴、 锑、锰、砷、硒、硫酸根、硝酸根、氯化 物等。 ? 含量较低,常选用灵敏度高的测定方法。

2013-7-19

环境监测第三章

226

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

1、金属元素和非金属化合物样品预处理方法
(1)湿式分解法:用酸溶解样品,或将酸与样品二 者共热消解。常用的酸有:盐酸、硝酸、硫 酸、磷酸、高氯酸等。 (2)干式灰化法:样品在坩埚中,置马福炉内, 400~800℃下分解。用酸溶解灰分,测定金 属或非金属元素。 (3)水浸取法:用于硫酸盐、硝酸盐、氯化物、六 价铬等水溶性物质的测定。

2013-7-19

环境监测第三章

227

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定
2、金属元素和非金属化合物测定方法简介表
元 铍 素 测定方法 测定范围

1、原子吸收分光光度法 2、桑色素分光光度法

检出限5×10-7 mg/m3

玻璃纤维滤膜采样,热水浸取,加酸性二苯碳 六价铬 酰二肼,生成紫红色化合物,用分光光度法 检出限4×10-5mg/m3 测定. 过氯乙烯滤膜采样,干灰法消解,酸性介质 中高价铁还原为亚铁离子,与4,7-二苯 检出限2.3×10-4 基-1,10菲罗啉生成红色螯合物,对 mg/m3 535nm光吸收,用分光光度法测定。
环境监测第三章 228



2013-7-19

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定
2、金属元素和非金属化合物测定方法简介表
元 素

测定方法
1、氨基甲酸银分光光度法 2、新银盐分光光度法 3、原子吸收分光光度法 1、紫外分光光度法 2、荧光分光光度法 1、原子吸收分光光度法 2、双硫腙分光光度法
环境监测第三章

测定范围
检出限 1.6×10-4 mg/m3 检出限 5×105μ g/m3 检出限 8×10-5mg/m3
229






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四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定
2、金属元素和非金属化合物测定方法简介表





测定方法

测定范围

铜Cu、 锌Zn、 镉Cd、 铬Cr、 锰Mn、 镍Ni
2013-7-19

过氯乙烯滤膜采集, 硫酸-灰化法消解: 1、火焰原子法测定 2、石墨原子法测定
环境监测第三章

测定范围见下页: 《火焰原子吸收法测 定各元素的浓度范 围》

230

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

火焰原子吸收法测定各元素的的浓度范围
元素 范围 μ g/m3 Cu Zn Cd Cr Mn Ni

0.2~8 0.3~3 0.05~0.5 0.4~5

0.2~5

0.5~5

2013-7-19

环境监测第三章

231

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

(二)有机化合物的测定
?
?

颗粒物中的有机组分-多环芳烃-蒽、菲、芘等, 具有致癌作用。 例如:3,4-苯并芘( 简称苯并(a)芘或BaP ),是 一种强致癌物质 。

2013-7-19

环境监测第三章

232

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

1、多环芳烃的提取
?

?
?

常用索氏提取器提取。 索氏提取器的全称是索格斯列特(Soxhlet)式脂肪 提取器,简称索氏提取器或脂肪提取器。 索氏提取器常用于提取生物、土壤样品中的农药、 石油类、苯并(a)芘等有机污染物质。

2013-7-19

环境监测第三章

233

索氏提取器结构图
1-蒸馏烧瓶 2-样品滤纸筒 3-提取筒 4-虹吸管 5-冷凝管

2013-7-19

环境监测第三章

234

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

索氏提取器使用方法
?

使用方法: 将制备好的生物样品放入滤纸筒中或用滤纸包 紧,置于提取筒内。 在蒸馏烧瓶中加入适量溶剂,连接好回流装置, 在水浴上加热。 溶剂蒸气经侧管进入冷凝器,凝集的溶剂滴入 提取筒,对样品进行浸泡提取。 当提取筒内溶剂液面超过虹吸管的顶部时,就 自动流回蒸馏瓶内,如此重复进行。
2013-7-19 环境监测第三章 235

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

索氏提取器使用方法
?

由于样品与纯溶剂接触,所以提取效率高,溶剂 用量小,提取液中被提取物的浓度大,有利于分 析测定。

2013-7-19

环境监测第三章

236

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

多环芳烃的另一种提取方法
?

真空充氮升华法,装置见下图。

2013-7-19

环境监测第三章

237

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

真空充氮升华法
? ? ?

将滤膜放在烧瓶内,系统内抽真空后充入氮气,反 复几次,除去残留氧。 用冰纱布冷却升华管,开启电炉加热至300℃,保 持0.5h,多环芳烃升华并在升华管中冷凝。 用注射器喷入溶剂,洗出升华物。

2013-7-19

环境监测第三章

238

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

2、多环芳烃的分离
? ?

多环芳烃提取液中含各种同系物,要测定某一组 分,必须进行分离, 分离方法两种:纸层析法、薄层层析法。

2013-7-19

环境监测第三章

239

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

纸层析法
? ?

用适当的溶剂,在层析滤纸上对各组分进行分离 的方法: 例如,分离苯并(a)芘时,层析滤纸的制作:苯、 乙酸酐和浓硫酸按一定比例配成混合溶液,浸渍 滤纸后,将纸条用水漂洗、晾干。再用无水乙醇 浸渍,晾干、压平,制成乙酰化滤纸。

2013-7-19

环境监测第三章

240

层析缸:
?

将浓缩的样品溶液 点在距离滤纸下沿 3cm处,用冷风吹干。 挂在层析缸中,

2013-7-19

环境监测第三章

241

加入展开剂:
?
?

沿玻璃棒加入甲醇、乙醚和蒸馏水 配制的展开剂 (体积比为4:4:1), 滤纸下沿浸入展开剂l cm 左右,加盖密封层析缸, 放于暗室中进行层析。

2013-7-19

环境监测第三章

242

层析原理:
?

?

层析缸中的乙酰化试剂作为固定相,加入的展开 剂作为流动相。 试样中的各组分在两相中进行反复多次分配,按 分配系数大小依次分开,在滤纸条的不同高度处 留下不同组分的斑点。

2013-7-19

环境监测第三章

243

纸层析后分离的不同组分:
?

取出滤纸、晾干。 即得到各种组分的样品。

2013-7-19

环境监测第三章

244

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

3、苯并(a)芘的测定
苯并(a)芘的测定有两种方法, ? 乙酰化滤纸层析-荧光分光光度法 ? 高压液相色谱法

2013-7-19

环境监测第三章

245

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

( 1 )乙酰化滤纸层析—荧光分光光度法
? ? ? ?

先将颗粒物中的苯并(a)芘及有机溶剂,在索氏提 取器中用环己烷提取,再浓缩。 层析分离。 苯并(a)芘斑点用丙酮洗脱。 荧光分光光度法测定。

2013-7-19

环境监测第三章

246

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

乙酰化滤纸层析—荧光分光光度法的 特点和测定范围
?

?

特点: 设备简单,操作容易,易于推广和掌握,灵敏度 高,准确度好,但时间较长,分离效果较差。 测定范围: 采气体积为40m3时,最低检出浓度:2×10-5μg/ m3

2013-7-19

环境监测第三章

247

四、总悬浮颗粒物(TSP)中主要组分的测定

( 2 )高压液相色谱法( HPLC )
?

?

?

(HPLC)法是在气相色谱基础上发展起来的,所用流动相是 液体。当液体流经色谱柱时,受到的阻力大,需要用高压 泵输送,故名高压液相色谱法 特点: 可分离、分析沸点高、热稳定性差、分子量大于400的有 机化合物,并具有分离效能好、灵敏度高、测定速度快等 特点,是分离、分析芳香烃类化合物的理想方法。 测定范围: 最低检出限度:2.5×10-5μg/m3。
环境监测第三章 248

2013-7-19

第六节

降 水 监 测

本节内容: 1)了解大气降水的监测的目的; 2)了解布设采样点的原则,样品的采集, 水样的保存,降水中的主要组分:PH值,电 导率,硫酸根,硝酸根,氯离子,铵离子, 钾、钠、钙、镁等离子的测定方法、原理、 操作要点、注意事项等。
2013-7-19 环境监测第三章 249

3.6.1采样点的布设
根据我国《大气降水样品的采集与保存》 (GB13580.2—92)标准中规定: (1)采样点数目,根据研究的目的和需要来确定。 一般常规监测,人口在五十万以上的城市布三个点, 人口在五十万以下的城市布设二个点,采样点的布设 应兼顾城区、农村和清洁对照点。要尽可能照顾到气 象地形、地貌。 (2)采样点位应尽可能的远离局部污染源,四周 无遮挡雨、雪的高大树木或建筑物。
2013-7-19 环境监测第三章 250

3.6.2样品的采集
(一)采样器

图3.39 雨水自动采样器示意图
2013-7-19 环境监测第三章

图3.40 降水采样器实物照片
251

(二)采样方法

(1)从每次降雨(雪)开始,要采集全过程(开始 到结束)雨(雪)样。如遇连续几天降雨(雪),每天上午 8:00开始,连续采集24 h为一次样。 (2)采样器应高于基础面1.2m以上。 (3)样品采集后,应贴上标签,编好号,记录 采样地点、日期、采样起止时间、雨量等。
(三)水样的保存 采样后应尽快测定;如需要保存,一般不主 张添加保存剂,水样密封后放于冰箱中。
2013-7-19 环境监测第三章 252

3.6.3降水组分的测定
(一)测定项目和测定频次
?

I级测点为:pH、电导率、K+ 、Na+ 、Ca2+ 、Mg2+ 、 NH4+、SO42-、NO2-、NO3-、F-、Cl-。每月测定不 少于一次,每月选一个或几个随机降水样品分析上 述项目。 省、市监测网络中的Ⅱ、Ⅲ级测点视实际需要和可 能决定测定项目。

?

2013-7-19

环境监测第三章

253

(二)测定方法
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. pH的测定 电导率的测定 硫酸根的测定 亚硝酸根和硝酸根的测定 氟离子的测定 氯离子的测定 铵根离子的测定 钾、钠、钙、镁离子的测定

2013-7-19

环境监测第三章

254

第七节
?

污染源监测

污染源包括固定污染源和流动污染源。 ? 流动污染源:汽车、柴油机车等交通运输工具,排 放废气中也含有烟尘和某些有害物质。 ? 固定污染源:工业企业的烟囱。固定污染源排放 的废气,有固态的烟尘和粉尘,有气态和气溶胶 态的有害物质。 ? 本节主要内容有: 一、固定污染源排气监测 二、流动污染源监测
2013-7-19 环境监测第三章 255

一、固定污染源排气监测
(一)监测目的和要求 (二)采样点的布设 (三)基本状态参数的测量 (四)含湿量的测定 (五)烟尘浓度的测定 (六)烟尘排放速率的计算 (七)烟气黑度的测定 (八)烟气组分的测定
2013-7-19 环境监测第三章 256

一、固定污染源排气监测

(一) 监测目的和要求
?

?

监测目的: 检查污染源排放废气中的有害物质是否符合排 放标准的要求; 评价净化装置的性能和运行情况及污染防治措 施的效果; 为大气质量管理与评价提供依据。 监测要求: 生产设备处于正常运转状态下,根据变化的周 期进行监测。
2013-7-19 环境监测第三章 257

一、固定污染源排气监测

监测内容
污染源监测的内容包括: ? 废气中有害物质的浓度(mg/m3)。 ? 有害物质的排放量(kg/h)。 ? 废气排放量(m3/h)。

2013-7-19

环境监测第三章

258

一、固定污染源排气监测

(二)采样点的布设
1、采样位置 采样位置应选在气流分布均匀稳定的平直管段上,避开 弯头、变径管、三通管及阀门等易产生涡流的阻力构件。 ? 一般原则: 下游:大于 6 倍管道直径处。 上游:大于 3 倍管道直径处。 ? 断面气流流速应在5m/s以下。 ? 有垂直管道的,优先考虑垂直管道。 ? 方便、安全。

2013-7-19

环境监测第三章

259

一、固定污染源排气监测

2、采样点数目
位置和数目要根据烟囱断面的形状、大 小和流速分布确定。

2013-7-19

环境监测第三章

260

( 1 ) 圆形烟囱:
在断面上设两个相 互垂直的采样孔,将 烟囱断面分成同心等 面积圆环,沿着两个 采样孔中心线设四个 采样点。

2013-7-19

环境监测第三章

261

圆形烟囱
采样断面上气 流速度较均匀,设 一个采样孔,采样点 数减半。 当烟囱直径小于 0.3m,流速均匀时, 在烟囱中心设一 个采样点。
2013-7-19 环境监测第三章 262

圆形烟囱的分环数 和采样点距烟囱内壁的距离表

2013-7-19

环境监测第三章

263

( 2 ) 矩形烟囱
断面分成一定数目的等面积矩形小块,中 心即为采样点位置 。

2013-7-19

环境监测第三章

264

一、固定污染源排气监测

矩形烟囱的分块和测点数
小矩形的数目按照下表所列数据确定。矩 形小面积一般不应超过0.6m。

2013-7-19

环境监测第三章

265

( 3 ) 拱形烟囱
烟囱的上部为半 圆形,下部为矩形, 分别按圆形和矩形烟囱 的布点方法确定。

2013-7-19

环境监测第三章

266

一、固定污染源排气监测

采样孔开设原则
在能满足测压管和采样管达到各采样点位 置的情况下,要尽可能地少开采样孔。一 般开两个互成900的孔,最多开四个。 ? 采样孔的直径应不小于80mm。 ? 当采集有毒或高温烟气,采样点处烟气呈 正压时,采样孔应设置防喷装置。
?

2013-7-19

环境监测第三章

267

一、固定污染源排气监测

( 三 ) 基本状态参数的测定
体积、温度、压力--烟气的基本状态常 数和依据。 ? 烟气体积由采样流量和采样时间的乘积求 得。 ? 采样流量由烟囱断面乘以烟气流速得到。 ? 流速由烟气压力和密度决定。
?
2013-7-19 环境监测第三章 268

一、固定污染源排气监测

1、温度的测量
? 直径小、温度不高的烟囱,可使用长

杆水银温度计。 ? 对于直径大、温度高的烟囱,要用热 电偶测温计测量。

2013-7-19

环境监测第三章

269

一、固定污染源排气监测

2、压力的测量
? ? ? ? ?

烟气的压力分为全压(Pt)、静压(PS)和动压(Pv)。 静压:单位体积气体所具有的势能,表现为气体 在各个方向上作用于器壁的压力(PS) 。 动压:单位体积气体具有的动能,是使气体流动 的压力(Pv) 。 全压:气体在管道中流动具有的总能量,是动能 和势能的总和(Pt) 。 三者的关系为: Pt=PS + Pv
环境监测第三章 270

2013-7-19

一、固定污染源排气监测

( 1 ) 测压管
? 测量烟气压力常用测压管和压力计。
? 测压管有两种-标准皮托管和S ? 标准皮托管:

皮托管。

标准皮托管是一根弯成 900 的双层同心 圆管,其开口端与内管相通,用来测量全 压。 在靠近管头的外管壁上开有一圈小孔, 用来测量静压。
2013-7-19 环境监测第三章 271

一、固定污染源排气监测

标准皮托管

2013-7-19

环境监测第三章

272

一、固定污染源排气监测

标准皮托管使用注意事项
?

标准皮托管具有较高的测量精度,校正系 数近似等于l,但测孔很小,如果烟气中烟 尘浓度大,易被堵塞,因此只适用于含尘 量少的烟气。

2013-7-19

环境监测第三章

273

一、固定污染源排气监测

S 型皮托管
S 型皮托管由两根相同的金属管并 联组成,测量端有两个大小相等、方 向相反的开口,测量烟气压力时,一 个开口面向气流,接受气流的全压, 另一个开口背向气流,接受气流的静 压。

2013-7-19

环境监测第三章

274

一、固定污染源排气监测

S 型皮托管示意图

2013-7-19

环境监测第三章

275

一、固定污染源排气监测

S 型皮托管
S 型皮托管由于气体绕流的影响,测 得的静压比实际值小,因此,在使用 前必须用标准皮托管进行校正。 ? 因开口较大,适用于测烟尘含量较高 的烟气。
?

2013-7-19

环境监测第三章

276

S形皮托管

热电偶

2013-7-19

采样头

环境监测第三章

采样管

277

一、固定污染源排气监测

( 2 ) 压力计
? 常用的压力计有两种:

?
?

U 形压力计 斜管式微压计。

2013-7-19

环境监测第三章

278

一、固定污染源排气监测

U 形压力计
U 形压力计是一个内装工作液体的 U 形玻 璃管。常用的工作液体有水、乙醇、汞。 ? 使用时,将两端或一端与测压系统连接,测得 压力 ( P ) 用下式计算: P =ρ· g · h ? 式中ρ— 工作液体的密度 ( kg/m3 ) g — 重力加速度 ( m/s2 ) h — 两液面高度差 ( m )
?
2013-7-19 环境监测第三章 279

一、固定污染源排气监测

倾斜式微压计
倾斜式微压计构造: 由一截面积 (F) 较大 的容器和一截面积 (f) 很小的玻璃管组成,内 装工作溶液,玻璃管 上的刻度表示压力读 数。
?

2013-7-19

环境监测第三章

280

一、固定污染源排气监测

倾斜式微压计
? 测压时,将微压计容器开口与测压系

统中压力较高的一端相连,斜管与压 力较低的一端相连,作用在两个液面 上的压力差使液柱沿斜管上升 ,由斜 管内液柱的长度可计算出压力(P)。

2013-7-19

环境监测第三章

281

一、固定污染源排气监测

倾斜式微压计计算公式:

?

2013-7-19

式中 L — 斜管内液柱长度 (m) α — 斜管与水平面夹角 (度) f — 斜管截面积 ( mm2 ) F — 容器截面积 ( mm2 ) ρ — 工作液密度 ( kg/m3 ) 若用乙醇: (ρ = 0.81 )
环境监测第三章 282

一、固定污染源排气监测

( 3 ) 测量方法
先把仪器调整到水平状态,检查液柱内是否 有气泡,并将液面调至零点。 ? 将皮托管与压力计连接,把皮托管的测压口 伸进烟道内测点上,并对准气流方向, ? 从U 形压力计上读出液面差,或从微压计上 读出斜管液柱长度,按相应公式计算测得压 力。
?
2013-7-19 环境监测第三章 283

一、固定污染源排气监测

皮托管与 U 形压力计连接方法

2013-7-19

环境监测第三章

284

一、固定污染源排气监测

动压和静压测量方法

2013-7-19

环境监测第三章

285

一、固定污染源排气监测

3、流速和流量的计算
测出烟气的温度、压力等参数后,按下式 计算各测点的烟气流速(vs):

vs ? Kp ?

2 Pv ρ

式中:vs — 烟气流速(m/s) Kp — 皮托管校正系数 Pv — 烟气动压(Pa) ρ— 烟气密度(kg/m3)
2013-7-19 环境监测第三章

286

一、固定污染源排气监测

烟气流速简化计算公式
?

当干烟气组分与空气近似,露点温度在35 -55℃之间,烟气绝对压力在100- 102.6kPa之间时,烟气流速计算式可简化 为下列形式:

v S ? ? ???? KP ?

Pv ?

??? ? t S

式中:Pv -烟气动压。 tS -测试温度(℃)
2013-7-19 环境监测第三章

287

一、固定污染源排气监测

断面上各采样点烟气平均流速计算式
?

平均流速计算式:
v1 ? v 2 ? ? ? v n v S ?? n 或:v S =K P ? 2RS ? TS ? BS

Pv

- 烟气平均流速(m / s) v 1、 v 2 、…、vn- 断面上各测点烟气流速 (m/s) n - 测点数 - 烟气动压方根平均值
?
2013-7-19 环境监测第三章 288

一、固定污染源排气监测

烟气流量计算公式
?

测量状态下的烟气流量按下式计算:

QS ? 3600vS ? S
?

式中:QS — 烟气流量(m3/h) S — 测点烟道横截面面积( m2 )
环境监测第三章 289

2013-7-19

一、固定污染源排气监测

标准状态下干烟气流量计算公式
?

标准状态下干烟气流量按下式计算:

Ba+PS ??? Q nd = QS ?(1-X SW)? ? 101325 ???+t S
?

2013-7-19

式中:XSW -湿烟气的体积百分含量 Qnd - 标准状态下烟气流量(m3/h) Ps - 烟气静压 ( Pa ) Ba - 大气压力 ( Pa )
环境监测第三章

290

一、固定污染源排气监测

( 四 )含湿量的测定
与大气相比,烟气中的水蒸气含量较高, 变化范围较大。 监测方法规定,用除去水蒸气后的标准 状态下的干烟气为基准表示烟气中有害物 质的测定结果。 含湿量的测定方法有: ? 重量法 ? 冷凝法 ? 干湿球法等。
2013-7-19 环境监测第三章 291

一、固定污染源排气监测

?

测定装置如图所示:

1、重量法

2013-7-19

环境监测第三章

292

一、固定污染源排气监测

烟气中的含湿量的计算
1.24GW X W ?= ? 100% PA ? Pr 273 Vd ? ? ? 1.24GW 273 ? t r 101.3
?

2013-7-19

式中:XW — 烟气中水蒸气的体积百分含量 GW — 吸湿管采样后增重(g) Vd — 测量状态下抽取干烟气体积(L) t — 流量计前烟气温度(℃) PA — 大气压力(kPa) Pr — 流量计前烟气表压(kPa) 1.24 — 标准状态下1g水蒸气的体积(L)
环境监测第三章

293

一、固定污染源排气监测

2、冷凝法
抽取一定体积的烟气,通过冷凝器,根据 获得的冷凝水量和从冷凝器排出烟气中的 饱和水蒸气量计算烟气的含湿量。 ? 该方法测定装置是将重量法测定装置中的 吸湿管换成专制的冷凝器,其他部分相同。
?

2013-7-19

环境监测第三章

294

一、固定污染源排气监测

冷凝法含湿量计算公式
?

冷凝法含湿量按下式计算:

PZ PA ? Pr 273 1.24GW+VS ? ? ? PA ? Pr 273 ? t r 101.3 X W= ? 100% PA ? Pr 273 1.24GW ? VS ? ? 273 ? t r 101.3
?

2013-7-19

式中:Gw — 冷凝器中的冷凝水量( g ) VS — 测量状态下抽取烟气的体积( L ) PZ— 冷 凝 器 出 口 烟 气 中 饱 和 水 蒸 气 压 ( kPa )
环境监测第三章

295

一、固定污染源排气监测

3、干湿球温度计法
?

烟气以一定流速通过干湿球温度计,根据 干湿球温度计读数及有关压力计算烟气含 湿量。

2013-7-19

环境监测第三章

296

一、固定污染源排气监测

(五)烟尘浓度的测定
1、原理: 抽取一定体积烟气通过已知重量的捕尘 装置,根据捕尘装置采样前后的重量差和 采样体积计算烟尘的浓度。 必须采用等速采样方法:烟气进入采样 嘴的速度要和烟气流速相等。采样流速大 于或小于采样点烟气流速都会给测量造成 误差。
2013-7-19 环境监测第三章 297

一、固定污染源排气监测

不同采样速度下尘粒运动状况示意图
当:vn>vs : 采样嘴边缘以外的 气流被抽入采样嘴, 测量结果偏低。 ? 当: vn <vs: 情况正好相反,使 测定结果偏高。 ? 当: vn = vs: 采集浓度与实际浓度 相同
?
2013-7-19 环境监测第三章 298

一、固定污染源排气监测

2、采样类型:
分为移动采样、定点采样和间段采样。 ? 移动采样:用一个捕集器上下移动采样。 各点采样时间相同,计算平均烟尘浓度。 ? 定点采样:在一个采样点上采一个样品, 求出断面上烟尘平均浓度。 ? 间段采样:适用于周期性变化的排放源, 分段采样,求出时间加权平均浓度。
2013-7-19 环境监测第三章 299

一、固定污染源排气监测

3、等速采样方法
(1)预测流速法: 先测出烟气温度、压力、含湿量,计算出烟气流速和流量。 采样时,通过调节流量调节阀按照计算出的流量采样。适 用烟气流速比较稳定的污染源。 ? (2)平行采样法: 将 S 型皮托管和采样管固定在一起采样,与皮托管相连 的微压计指示出动压后,立即算出等速采样流量,调整采 样。 ? (3)动态平衡型等速管采样法: 用特制的压力平衡型等速采样管采样。不需要预先测出烟 气流速、状态参数和计算等速采样流量,通过调节压力进 行等速采样,跟踪烟气速度变化,随时保持等速采样条件, 2013-7-19 300 环境监测第三章 采样精度高于预测流速法。
?

一、固定污染源排气监测

采样装置
采样装置由: ? 采样管 ? 捕集器 ? 流量计 ? 抽气泵等组成。

2013-7-19

环境监测第三章

301

一、固定污染源排气监测

预测流速法采样装置

2013-7-19

环境监测第三章

302

一、固定污染源排气监测

常见的采样管介绍
常见的采样管有: 超细玻璃纤维滤筒采样管 刚玉滤筒采样管 ? 由:采样嘴、滤筒夹及滤筒、连接管组成。
?

2013-7-19

环境监测第三章

303

一、固定污染源排气监测

玻璃纤维滤筒采样管图

?

2013-7-19

超细玻璃纤维滤筒适用于500℃以下的烟气,对 0.5μm 以上的尘粒捕集效率在 99.9% 以上。
环境监测第三章

304

一、固定污染源排气监测

刚玉滤筒采样管图

?

刚玉滤筒由氧化铝粉制成,适用于1000℃ 以下的 烟气,对 0.5μm 以上的尘粒捕集效率在 99.9% 以上。
环境监测第三章 305

2013-7-19

滤筒

玻璃纤维滤筒采样管

刚玉滤筒采样管

2013-7-19

环境监测第三章

306

一、固定污染源排气监测

硅酸铝滤筒采样管
?

硅酸铝材质滤筒可承受 1000℃ 高温,对 0.5μm 以上的尘粒捕集效率也在 99.9% 以上。

2013-7-19

环境监测第三章

307

一、固定污染源排气监测

采样管的采样嘴形状
采样管的采样嘴形状以不扰动气口内外气 流为原则。因此,其入口角度呈小于 45° 的锐角,嘴边缘的壁厚不超过 0.2mm。为 防止烟气的腐蚀,采样嘴和采样管均为不 锈钢制造。 ? 与采样管连接的一端内径应与连接管内径 相同:为适应不同采样流量,采样嘴内径 通常有 6、8、10 和 12mm 等几种固定型 号。
?
2013-7-19 环境监测第三章 308

一、固定污染源排气监测

4、烟尘浓度计算
( 1 )计算出采样管采样前后重量之差 G ( 2 )计算出标准状态下的采样体积:
Vnd=0.050Q
'

PA ? Pr ?τ Tr

( 3 ) 计算出烟尘的浓度: ? 移动采样时: G
?? Vnd

? 106

?

定点采样时:

2013-7-19

c1v1S1 ? c 2 v 2S2 ? ? ? c n v nSn ?? ? v1S1 ? v 2S2 ? ? ? v n Sn
环境监测第三章 309

一、固定污染源排气监测

(六)烟尘排放速率的计算
?

排放速率( kg / h )=ρ ?Qm?10-6

? 式中:

ρ -烟尘浓度(mg/m3) Qm -标准状态下的干烟气流量 (m3/h)
2013-7-19 环境监测第三章 310

一、固定污染源排气监测

(七)烟气黑度的计算
?

主要方法有:林格曼黑度图法、测烟望远 镜法、光电测烟仪法。

2013-7-19

环境监测第三章

311

一、固定污染源排气监测

1、林格曼黑度图法

2013-7-19

环境监测第三章

312

一、固定污染源排气监测

2、测烟望远镜法
?

在望远镜内安装一个圆形光屏板,一半是 透明玻璃,另一半是林格曼黑度标准图。 观测时,与林格曼黑度标准图进行比较, 确定出烟气的黑度。

2013-7-19

环境监测第三章

313

一、固定污染源排气监测

3、光电测烟仪法
?

利用测烟仪中的光学系统搜集烟气图像,将 烟气的透光率与仪器内安装的标准黑度板透 光率进行比较,用光电检测系统把光信号转 换成电信号,自动显示林格曼黑度级数。

2013-7-19

环境监测第三章

314

一、固定污染源排气监测

(八)烟气组分的测定
烟气组分包括:主要气体组分和微量有害气 体组分。 ? 主要气体组分为氮、氧、二氧化碳和水蒸气 等。测定这些组分的目的是考察燃料燃烧情 况和提供计算烟气气体常数的数据。 ? 有害组分为一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物 和硫化氢等。
?

2013-7-19

环境监测第三章

315

一、固定污染源排气监测

1、烟气样品的采集
由于气态和蒸气态物质的分子在烟道内分 布均匀,不需要多点采样,只要在靠近烟 囱中心位置采样即可。 ? 由于气体分子质量极小,可不考虑气体分 子的惯性作用,所以也不需要等速采样。
?

2013-7-19

环境监测第三章

316

一、固定污染源排气监测

1、烟气样品的采集
?

烟气采样装置图:

2013-7-19

环境监测第三章

317

一、固定污染源排气监测

1、烟气样品的采集
?

需气样量较少时,可使用适当容积的注射器采样。

2013-7-19

环境监测第三章

318

一、固定污染源排气监测

2、烟气主要组分的测定
烟气中的主要组分可采用以下方法测定: 奥氏气体分析器吸收法 和 仪器分析法

2013-7-19

环境监测第三章

319

一、固定污染源排气监测

奥氏气体分析器法-奥萨特法
奥氏气体分析器法的原理:利用选择性吸 收液分别吸收烟气中的某一成份,通过测 定吸收前后气样的体积变化计算该气体在 烟气中的体积含量。 ? 例如:用氢氧化钾溶液吸收CO2 用焦性没食子酸溶液吸收O2 用氯化亚铜氨溶液吸收CO等
?
2013-7-19 环境监测第三章 320

一、固定污染源排气监测

奥氏气体分析仪示意图

2013-7-19

环境监测第三章

321

一、固定污染源排气监测

仪器分析法
用仪器分析法可分别测定烟气中的成分, 其准确度比奥氏气体吸收法高。 ? 例如,用红外线气体分析仪或热导式分析 仪测定CO2 ? 用磁氧分析仪或氧化锆氧量分析仪(测高温 烟气)测定O2等。
?
2013-7-19 环境监测第三章 322

一、固定污染源排气监测

3、有害组分的测定
烟气中有害组分的含量较低时,用富集浓缩 采样方法;含量较高时,选用化学分析法。 ? 下表中列出《空气和废气监测分析方法》中 推荐的部分烟气有害成分的测定方法。 ? 《空气和废气监测分析方法》国家环保局编, 环境科学出版社出版,1990年。
?

2013-7-19

环境监测第三章

323

烟气中有害组份测定方法表
组份 测定方法 奥氏气体分析法 红外气体分析法 检气管法 碘量法 甲醛缓冲溶液吸收法 -盐酸副玫瑰苯胺 分光光度法 定电位电解法
环境监测第三章

测定范围 >0.5% 0~1000ppm >20mg/m3 140~5700mg/m3 2.5~500mg/m3 5~200 mg/m3
324

一氧化碳

二氧化硫
2013-7-19

烟气中有害组份测定方法表
组份
氮氧 化 物 硫化 氢
2013-7-19

测定方法
1、中和滴定法 2、二磺酸酚分光光度法 3、盐酸萘乙二胺分光光 度法 碘量法 亚甲基蓝分光光度法
环境监测第三章

测定范围
>2000 mg/m3 20~2000mg/m3 2~500 mg/m3

>3 mg/m3 3~6 mg/m3
325

烟气中有害组份测定方法表
组 份 测定方法 测定范围
>300 mg/m3 3~60 mg/m3

二硫化 碘量法 乙二胺分光光度法 碳 汞 冷原子吸收分光光度法 双硫腙分光光度法
碘量法 甲基橙分光光度法
环境监测第三章

0.01~300mg/m3 0.01~100mg/m3
>35 mg/m3 3~200mg/m3
326


2013-7-19

烟气中有害组份测定方法表
组 份 测定方法 测定范围
>400 mg/m3 0.5~65 mg/m3 0.05~100mg/m3 硝酸银容量法 氯化氢 硫氰酸汞分光光度法

异烟酸-吡唑啉酮分光 氰化氢 光度法
光气
2013-7-19

碘量法 紫外分光光度法
环境监测第三章

50~2500 mg/m3 0.5~50mg/m3
327

二、流动污染源监测
(一)汽车怠速排气中一氧化碳、碳氢化物 的测定。 (二)汽车排气中氮氧化物的测定 (三)柴油车排气烟度的测定

2013-7-19

环境监测第三章

328

二、流动污染源监测

(一)汽车怠速排气中一氧化碳、 碳氢化物的测定。
测定方法:使用组合式非色散红外吸收监测 仪,直接显示CO和碳氢化合物的结果。 ? 测定时,先要将发动机由怠速工况加速至0.7 额定转速,维持30秒后降至怠速,然后将探 头插入排气管中,维持10秒后,在30秒内读 出最高值和最低值,取平均值既为测定结果。
?
2013-7-19 环境监测第三章 329

二、流动污染源监测

排放标准

2013-7-19

环境监测第三章

330

二、流动污染源监测

(二)汽车中氮氧化物的测定
?

用取样管将废气进出,经冷却、玻璃棉过 滤后,抽到100 mL注射器中,经氧化管注 入冰乙酸-对氨基苯磺酸-盐酸萘乙二胺 溶液吸收和显色,用分光光度法测定。

2013-7-19

环境监测第三章

331

二、流动污染源监测

(三 )柴油车排气烟度的测定
柴油车排气含有多种颗粒物,组分复杂, 但主要是碳的聚合体,还吸附有SO2及多环 芳烃等有害物质。 ? 柴油车排气烟度常用滤纸式烟度计测定。
?

2013-7-19

环境监测第三章

332

二、流动污染源监测

1、测定原理
?

用一只活塞式抽气泵从排气管中抽取一定 体积的排气,让其通过一定面积的白色滤 纸,碳粒附着在滤纸上,滤纸被染黑,用 光电测量装置测量白纸和染黑滤纸对入射 光的反光强度,确定排气的烟度值。规定 白纸的烟度为零,全黑的烟度为10。

2013-7-19

环境监测第三章

333

二、流动污染源监测

2、滤纸式烟度计
由取样探头、抽气装置及光电检测系统组 成。 ? 当抽气泵活塞受脚踏板控制上行时,排气 管中的排气依次通过取样探头、取样软管 及一定面积的滤纸被抽入抽气泵,排气中 的黑烟被阻留在滤纸上,然后用步进电机 将滤纸送到光电检测系统测量,由仪表直 接指示烟度值。
?
2013-7-19 环境监测第三章 334

二、流动污染源监测

滤纸式烟度计工作原理示意图

2013-7-19

环境监测第三章

335

第八节
一、静态配气法 二、动态配气法

标准气体的配制

2013-7-19

环境监测第三章

336

一、静态配气法
? 在大气监测中,标准气体和标准物质一样,

是检验监测方法、分析仪器、监测技术及 进行质量控制的依据。 ? 不同性质的物质,有不同的制取方法: ? 挥发性较强的液态物质:利用挥发作用制 取。 ? 不易挥发的液态物质:使用化学反应法制 取。
2013-7-19 环境监测第三章 337

一、静态配气法
静态配气法是把一定量的原料气加入已知容 积的容器中,再充入稀释气体,混匀制成。 ? 浓度:根据原料气和稀释气量及容器容积计 算。 ? 优点:设备简单、操作容易。但不适合于化 学性质较活泼的气体。 ? 常用静态配气方法有: ? 注射器配气法、配气瓶配气法、高压钢瓶配 气法等。
?
2013-7-19 环境监测第三章

338

一、静态配气法

(一)注射器配气法
配制少量标准气时,可用l00mL注射器吸取 原料气,再经数次稀释可制得。 ? 例如:用l00mL注射器取10mL纯度99.99% 的CO气体,用净化空气稀释至100mL,摇动 注射器,使之混合均匀后,排出90mL,剩 余l0mL混合气再用净化空气稀释至100mL, 如此连续稀释六次,最后获得浓度为lppm 的CO标准气体。
?
2013-7-19 环境监测第三章 339

一、静态配气法

(二)配气瓶配气法
?

配气瓶配气又可分为常压配气、正压配气 和高压配气三种方法。

2013-7-19

环境监测第三章

340

一、静态配气法

1、常压配气
20L玻璃瓶洗净、烘干,精确标定容积后,瓶 内抽成负压。配制标准气的装置如下图。

2013-7-19

环境监测第三章

341

一、静态配气法

挥发液体的配气
用带细长毛细管的薄壁玻璃小安瓿瓶,洗 净、烘干、称重,再稍加热,立即将安瓿 瓶毛细管插入挥发液中,则挥发液体被吸 入安瓿瓶,取出并迅速熔封管口,冷却, 称重后放入配气瓶内。 ? 配气瓶内抽成负压,摇动打破安瓿瓶,液 体挥发,向配气瓶充入净化空气至大气压 力、混匀。
?
2013-7-19 环境监测第三章 342

挥发液体的配气图
1-配气瓶 2-安瓿瓶

2013-7-19

环境监测第三章

343

一、静态配气法

2 、正压配气
所配气压略高于一个大气压,配气瓶由耐 压玻璃制成,预先校准容积。 ? 配气时,将瓶中气体抽出,充入近于大气 压力的净化空气,再用注射器注入所需体 积的原料气,继续向配气瓶内充入净化空 气达一定压力,放置1h后即可使用。
?

2013-7-19

环境监测第三章

344

一、静态配气法

正压配气装置图

2013-7-19

环境监测第三章

345

一、静态配气法

3、高压钢瓶配气法
高压配气需用钢瓶作容器。按配气计量方法 不同分为压力配气法、流量配气法、体积配 气法和重量配气法,其中,以重量配气法最 准确,被广泛应用。 ? 重量配气法是用高负载荷精密天平称量装入 钢瓶中的气体组分重量,求出相应的体积和 配气总体积,计算出标准气体的浓度。
?
2013-7-19 环境监测第三章 346

二、动态配气法
? 浓度已知的原料气体与稀释气体按恒

定的比例, 连续不断地进入混合器混 合,两股气体的流量比即稀释倍数, 根据稀释倍数计算出标准气的浓度。 ? 所用仪器设备较静态配气法复杂,不 适合配制高浓度的标准气体。 ? 介绍几种常用动态配气方法:
2013-7-19 环境监测第三章 347

二、动态配气法

(一)连续稀释法
下图是高压钢瓶为气源的连续配气装置。 将原料气小流量送入混合器,被较大流量的 净化空气稀释,用流量计测量出两种气体的 流量,计算出标准气体的浓度 。

2013-7-19

环境监测第三章

348

二、动态配气法

(二)负压喷射法
?

当稀释气流 F 以 Q ( L/min ) 的速度进 入固定喷管 A,再从狭窄的喷口处向外放 空时,造成毛细管 B 的右端压力 P’ 低于 P0

2013-7-19

环境监测第三章

349

二、动态配气法

负压喷射法原理图
?

此时 B 管处于负压状态。容器 D 内压力为大气压, 装有已知浓度 c0 的原料气,它通过毛细管 R 与 B 管相连。原料气以Q0 (mL/min) 速度从容器 D 经 毛细管及从 B 管左端喷出,混合于稀释气流中, 经充分混合,配成一定浓度的标准气体。

2013-7-19

环境监测第三章

350

二、动态配气法

(三)渗透管法
? ? ? ?

主要由装有原料液的小容器和渗透膜组成。 小容器由耐腐蚀、耐压力的惰性材料制成,渗透 膜由聚四氟乙烯塑料制成,套在小容器的顶端。 气体分子在蒸汽压力的作用下,通过渗透膜向外 扩散,可以配制成不同浓度的标准气体。 渗透管法配制低浓度的标准气体是一种比较精确 的方法,适用于易挥发的液体配制标准气体。还 可以将不同组分的渗透管放在同一气体发生器中 配制多组份混合标准气体。
环境监测第三章 351

2013-7-19

本章结束 谢谢同学们!

2013-7-19

环境监测第三章

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