大气环境中TSP、SO2和NOx浓度测定

1大气环境中TSP、SO2和NOx浓度测定一、实验目的1．根据布点采样原则，选择适宜方法进行布点，确定采样频率及采样时间，掌握测定空气中SO2、NOx和TSP的采样和监测方法。2、通过对环境空气中主要污染物质进行定期或连续地监测，判断空气质量是否符合《环境空气质量标准》或环境规划目标的要求，为空气质量状况评价提供依据。3、根据三项污染物监测结果计算空气污染指数（API），描述我校空气质量状况。二、测定项目按照我国《空气环境质量标准GB3095-1996》中规定，大气环境污染监测必测项目有：二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物(TSP)、硫氧化物(测定硫酸盐化速率)、灰尘自然沉降量。根据我院实际情况监测开放实验主要监测项目为：二氧化硫，氮氧化物和总悬浮颗粒物。三、空气中污染物的时空分布特点空气中的污染物质具有随时间、空间变化大的特点空气污染物的时空分布及其浓度与污染物排放源的分布、排放量及地形地貌、气象等条件密切相关。武汉属副热带湿润季风气候，雨量充沛，热量丰富，无霜期长，四季分明。年平均气温16.80℃，年平均降水量1093.3毫米。年晴天日数208．9日，海拔高度在39—43米之间。图2-1武汉市风玫瑰图1、风向我们知道理想大陆上的气压带、风带是如此的规则、单一、稳定，但是在现实中，我们是无法找到这样的地区的。为了表示一个地区在某一时间内的风频、风速等情况，就需要更科学、更直观的统计方式──风玫瑰图，用风玫瑰图来反映一个地区的气流情况，更贴近现实。风玫瑰图在气象统计、城市规划、工业布局等方面有着十分广泛的应用。风玫瑰图是以“玫瑰花”形式表示各方向上气流状况重复率的统计图形，所用的资料可以是一月内的或一年内的，但通常采用一个地区多年的平均统计资料，其类型一般有风向玫瑰图和风速玫瑰图。风向玫瑰图又称风频图，是将风向分为8个或16个方位，在各方向线上按各方向风的出现频率，截取相应的长度，将相邻方向线上的截点用直线联结的闭合折线图形。在图中该地区最大风频的风向为北风，约为20％（每一间隔代表风向频率5％）；中心圆2圈内的数字代表静风的频率。以下用武汉市风向玫瑰图简单明了的说明了武汉市一年中主导风向的统计结果。全年主导风向为东北风NNE14%，夏季主导风向及频率：C(静风）12%,NNE9%（即夏季风向以东北偏北风为主）。秋季主导风向为东南风或者南风。污染源的类型、排放规律以及污染源的性质武汉市主要的大气污染源主要有交通车辆、轮船、飞机排除的尾气以及火力发电厂、武汉钢铁厂、中国石化集团武汉石油化工厂、华能武汉发电有限责任公司、武汉市氯碱厂、水泥厂、硫酸厂等。主要的污染物质有二氧化硫，氮氧化合物，烯烃类，烟尘等。因为武汉市武汉市钢铁冶金行业，轮船制造，化工企业都分布在武汉市的青山区以及汉阳地区。其分布都在我校武昌校区的北面偏西和西面方向。图2-2大气污染主要分布图四、采样点设置因为我校武昌校区所处的位置周围为较繁华的地带，校区的北面有武汉武昌区的一大交通命脉珞珈路，南面有另一交通大动脉雄楚大道，而其周围未有大型的重工业以及化工工业等大气污染型巨头，因此较于交通运输产生的大气污染则工业引起大气污染变为次要。但是考虑到大气污染源产生的污染物质具有传播扩散快且广的特点，再考虑到我校可以认为是被多个污染源环抱之中污染源分布就较为均匀。因次我组在确定采样点的时候按网格布点法，这种方法在污染源较为均匀的情况下能较好地反映污染物的空间分布，决定将采样点设在整个监测区域内。此外因为上文提到武汉11月份（秋季）的主导风向为东南风或者南风，考3虑到主导风向比较明显时应该对下风向作为主要监测范围和采样点尽量避开树木，具有良好的开阔的视野，采样点水平线与周围建筑高度夹角小于30°。武昌区拥有常住居民大约有250万左右，根据我国空气环境污染例行监测采样点设置数目规定，测量TSP、SO2、NOX是推荐的采样点数为5。由于考虑到实验设备与仪器的限制，我们设置采样点数为4。市区人口/万人SO2、NO2或者NOX、TSP﹤5050～100100～200200～400﹥40034567表2-1我国空气环境污染例行监测采样点设置数目综合以上所述我组认为把实验监测点拟设置在学校前门(A)、学生一食堂与锅炉房之间合适位置（B）、科教大楼前广场（C）、北大门后的通道上（D）较为符合实验要求。图2-3******平面图及布点分布4时间：2010年10月29日天气：晴温度：23℃相对湿度：76%风向：北东风2级气压：101.925kPa组号监测点名称监测点方位A院大操场大操场正中央B学生一食堂与锅炉房之间合适位置食堂旁边花坛中央C科教大楼前广场传达室门口附近D北大门后的通道上通道中央，传达室门口附近表2-2监测布点设置与记录(1)五、采样时间和频率采取间断采样方法，采样一天，每天采样三次，每次采样一个小时(09：00—10：00，13：—14：0017:00-18:00)。采集TSP时，填采样纪录表，表中温度，气压系指采样口处的温度、压力，采样体积Vs=Qs×t(min)，天气情况指晴、雨、雪、雾、风等情况的描述，1百帕(HPa)为0.75mmHg柱。六、采样具体要求1、采样点的周围应开阔，采样口水平线与周围建筑物高度的夹角应不大于30°。2、二氧化硫，氮氧化物，总悬浮微粒的采样高度为3-15m，以5-10m为宜，总悬浮物的采样口应与基础面有1.5mm以上的相对高度。根据我院现有条件，采样高度将以仪器架高度为准。七、监测方法(一)SO2的测定：盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。【实验原理】空气中SO2被四氯汞钾吸收后，生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物，此络合物与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺发生反应，生成紫红色络合物，据其颜色深浅，用分光光度法测定。【实验仪器】多孔玻板吸收管；多孔玻板吸收瓶；空气采样器（流量0~1L/min）；分光光度记。【实验试剂】51、四氯汞钾吸收液（0.04mol/L）：称取10.9g氯化汞、6.0g氯化钾和0.07g乙二胺四乙酸二钠盐，溶解于水，稀释到1000ml。此溶液在密闭容器中贮存，可稳定6个月。2、甲醛溶液（2.0g/L）：量取36%－38%甲醛溶液1.1ml，用水稀释到200ml，临用时现配。3、氨基磺酸铵溶液（6.0g/L）：称取0.60g氨基磺酸铵溶解于100ml水中，临用时现配。4、盐酸副玫瑰苯胺贮备液（0.2%）：称取0.20g经提纯的盐酸副玫瑰苯胺，溶解于100ml1.0mol/L的盐酸溶液中。5、盐酸副玫瑰苯胺使用液（0.016%）：吸取0.2%盐酸副玫瑰苯胺贮备液20.00ml于250ml容量瓶中，加入3mol/L磷酸溶液200ml，用水稀释到标线。至少放置24方可使用。6、磷酸溶液（3mol/L）：最取41ml85%的浓磷酸，用水稀释至200ml。7、碘贮备液（0.10mol/L）：称取12.7g碘于烧杯中，加入40g碘化钾和25ml水，搅拌至全部溶解后，用水稀释至1000ml，贮于棕色试剂瓶中。8、碘使用液（0.010mol/L）：量取50ml碘贮备液，用水稀释至500ml，贮于棕色试剂瓶中。9、淀粉指示剂5g/L：称取0.5g可溶性淀粉，加5ml水调成糊状，再加入100ml沸水，继续煮沸，直至透明，冷却后使用。10、碘酸钾标准溶液（0.1000mol/L）：称取3.5668g碘酸钾，溶解于水，移入1000ml容量瓶中，用水稀释至标线。11、硫代硫酸钠贮备液（0.1mol/L）：称取25g硫代硫酸钠，溶解于1000ml新煮沸并已冷却的水中，加入0.20g无水碳酸钠，贮于棕色瓶中，放置一周后标定其浓度。标定方法：精确量取25.00ml〔c(1/6KIO3)＝0.1000mol/L〕碘酸钾标准溶液，于250ml碘量瓶中，加入75ml新煮沸放冷的水，再加入3g碘化钾及10ml1mol/L盐酸，摇匀后放于暗处静置5min。用0.1mol/L硫代硫酸钠溶液滴定析出的碘，至淡黄色，再加1ml5g/L淀粉指示剂，呈蓝色，再继续滴定至蓝色刚刚消失，即为终点。记录硫代硫酸钠溶液的用量(V，ml)。重复滴定一次，两次滴定所用硫代硫酸钠溶液体积误差不超过0.05ml。计算出硫代硫酸钠标准溶液的准确浓度。12、硫代硫酸钠使用溶液(0.0100mol/L)：精确量取100ml经标定后的硫代硫酸钠标准储备液于1L容量瓶中，用新煮沸放冷的水稀释至刻度。此溶液不稳定，必须在临用前新配。13、亚硫酸钠标准溶液：称取0.20g亚硫酸钠用0.010g乙二胺四乙酸二钠，将其溶解于200ml新煮沸并已冷却的水中，轻轻摇匀。放置2h后标定。此溶液每毫升相当于含320－400μg二氧化硫，用碘量法标定出其准确的浓度。准确量取适量亚硫酸盐标准溶液，用四氯汞钾溶液稀释成每毫升含2.0μg二氧化硫的标准使用液。标定方法：取两个碘量瓶A、B，分别加入0.010mol/L碘溶液50.00ml。再在A瓶中准确加入25ml亚硫酸钠标准储备液，在B瓶中加入25ml水（空白滴定），混匀后，放置5min后，用0.0100mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定至浅黄色，6分别加入1ml0.5%淀粉指示剂，继续滴定至蓝色刚好退去,即为终点。分别记录硫代硫酸钠溶液的用量。标液滴定和空白滴定各重复做一次，两次滴定所用硫代硫酸钠溶液体积误差不超过0.05ml。用下式计算二氧化硫的浓度：SO2（μg/ml）＝32000*(B-A)*M/25式中：A――－标液滴定所用硫代硫酸钠标准溶液体积（ml）；B―――空白滴定所用硫代硫酸钠标准溶液体积（ml）；M―――硫代硫酸钠标准溶液的准确浓度（mol/L）；25―――亚硫酸钠标准储备溶液体积（ml）；32000―――1ml1mol/L的硫代硫酸钠溶液相当于二氧化硫的μg数。【实验步骤】1）标准曲线的绘制：取6支10ml具塞比色管,在以上个比色管中加入6.0g/L氨基磺酸氨溶液0.5ml，摇匀。再加入2.0g/L甲醛溶液0.5ml及0.016%盐酸副玫瑰苯胺使用液1.5ml，摇匀。当室温为15～20℃时，显色30min；室温为20～25℃时。显色20min；室温为25～30℃时。显色15min。用1cm比色皿，与575nm波长处，以水为参比，测定吸光度，试剂空白值不大于0.050吸光度。以吸光度对二氧化硫绘制标准线并计算各点的的SO2含量与其吸光度的比值，取各点的SO2含量与其吸光度的比值，取各点计算结果的平均值作为计算因子。管号0123456亚硫酸钠标准溶液ml00.601.401.601.802.202.70氯汞钾吸收液ml5.004.403.603.403.202.802.30二氧化硫含量μg01.202.803.203.604.405.40吸光度A0.0330.0880.1630.1810.1970.2270.275校准吸光度A校准00.0550.1300.1480.1640.1940.242表2-3标曲数据纪录表SO2的测定：盐酸副玫瑰苯胺分光光度法将各管混合均匀，在室温下放置30min，用1cm比色皿于540nm波长处以水为参比，测定吸光度，以二氧化硫含量为横坐标，相应的校准吸光度为纵坐标绘制标准曲线，所得标准曲线：y=0.0446x+0.0020R2=0.99897图2-4SO2标准曲线2）采样：对吸收管进行编号，A、B、C、D点分别编号1、2、3、4。量取5ml四氯汞钾吸收液与多空玻璃吸收管内（棕色），通过塑料管连接在采样器上，在各采样点以0.5L/min流量采气10～20L。采样完毕，避光封闭进出口，带回实验室供测定。3）样品测定：将采样后的吸收液放置20min后，转入10ml比色管中，用少许水洗涤吸收管并转入比色管中，使其总体积为5ml，在加入0.5ml6g/l的氨基磺酸铵溶液，摇匀，放置10min，以消除Nox的干扰，以下步骤同标准线的绘制。按下列式计算空气中SO2浓度：C(mg/m3)=(A-A0)*Bs/VN式中：A-样品溶液的吸光度A0-试剂空白溶液的吸光度Bs-计算因子（ug/吸光度），18.41VN-换算成标准状况下的采样体积，L空气中的二氧化硫被四