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空气中氮氧化物含量测定方法探讨

浏览次数:1697发布日期:2013-04-26
空气中氮氧化物含量测定方法探讨摘  要   本文主要介绍了空气中氮氧化物的来源与危害,测定方法化学发光法,盐酸萘乙二胺分光光度法,传感器法,库仑原电池法,阐述了这几种方法的原理,并从优缺点,适用范围等方面进行了分析对比,为测定和防治氮氧化物提供了依据。

关键词   氮氧化物  测定方法  危害

1 引 言

氮氧化物是评价空气质量的控制标准之一。空气中的氮氧化物主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2 )。据有关部门统计,随着工业化生产的迅猛发展,特别是煤炭、石油、天然气的大量开采使用,我国多数城市已呈现出NOx深度增加的趋势。因此,了解氮氧化物的来源及危害机理,建立适合的氮氧化物的分析方法,了解其变化规律,对环保管理及环境整治,保障人类的生存环境具有重大意义。

2 氮氧化物危害

NOx 对环境的损害作用极大,它既是形成酸雨的主要物质之一,也是形成大气中光化学烟雾的主要物质和消耗臭氧的一个重要因子。
氮氧化物对眼睛和上呼吸道粘膜刺激较轻,主要侵入呼吸道深部的细支气管及肺泡。当NOx进入肺泡后,因肺泡的表面湿度增加,反应加快,在肺泡内约可阻留80%,一部分变为N2O4。N2O4与NO2均能与呼吸道粘膜的水分作用生成亚硝酸与硝酸,对肺组织产生强烈的刺激及腐蚀作用,从而增加毛细血管及肺泡壁的通透性,引起肺水肿。亚硝酸盐进入血液后还可引起血管扩张,血压下降,并可与血红蛋白作用生成高铁血红蛋白,引起组织缺氧。高浓度的NO亦可使血液中的氧和血红蛋白变为高铁血红蛋白,引起组织缺氧。因此,在一般情况下当污染物以NO2为主时,对肺的损害比较明显,严重时可出现以肺水肿为主的病变。而当混合气体中有大量NO时,高铁血红蛋白的形成就占优势,此时中毒发展迅速,出现高铁血红蛋白症和中枢神经损害。
3氮氧化物含量测定
鉴于NOx具有以上危害,有必要进行NOx的测定,以了解和掌握空气中NOx的浓度情况,进行大气质量评价,进而提出警戒限度。通过长期监测还可为修订或制定国家卫生标准及其他环境保护法规积累资料,为预测预报创造条件。然而NOx的测定不同于NO2的测定,NOx包括NO, NO2,测定时需在样品进入反应室之前把NO转化为NO2,而NO2的测定不需要此步。
氮氧化物的测定方法目前主要有化学发光法,盐酸萘乙二胺分光光度法,库仑原电池法及传感器法。
3.1化学发光法

该方法利用O3与NO之间的化学反应生成激发态NO2

N0 +03 —  N02+O2

N02 —  N02+hr

激发态NO:恢复到低能级时,发出波长50O-3000nm的宽带辅助光,一个NO分子只能生成一个NO2分子。因此,化学发光强度和光电倍增管道输出电流大小与样品气中的NO浓度成正比关系。因为只有NO才能和O3反应,若要分析NO2,必须在样品进入反应室之前,先转化为NO。用二氧化氮标准气体标定仪器的刻度,即得知相当于二氧化氮量的氧化氮(NOx)的浓度。仪器接记录器。

3.2盐酸萘乙二胺分光光度法
空气中的NOx,经氧化管后,以NO2的形式在采样吸收过程中生成的亚硝酸,再与对氨基苯磺酰胺进行重氮化反应,然后与N-(1-萘基)-乙二胺盐酸盐作用生成玫瑰红色的偶氮染料。并于波长540nm下测定吸光度,并根据相应的标准曲线定量.利用称量法校准的NO2渗透管配置的标准气体,测得气态NO2并不完全转化为亚硝酸根离子,因此在计算结果时,要除以转换系数,其值与大气中NO2浓度有关。不同的浓度范围,取不同得值。
3.3 库仑原电池法
氮氧化物分析仪是根据库仑原电池法原理制作的。阴极铂网为原电池正极,阳极活性炭为原电池负极,电解液为pH=7的0.1mol/L磷酸盐缓冲溶液中含0.3mol/L碘化钾溶液。在两个电极间有一个很小的电位差。当被测空气经过选择性过滤器,除去干扰物后,抽入电解池中,是电解液经过阴极连续循环流动。如果空气中含有二氧化氮(空气中NO在经过氧化管时,氧化成NO2),则与电解液中碘离子发生反应,生成碘分子。析出的碘分子随电解液带到铂网阴极时,立即在铂网阴极上被电化还原为碘离子,接通电路就产生微弱的电流,同时活性炭电极也有电化氧化作用。若原电池中电流效率为100%,则电流大小与NO2浓度成正比,并可用法拉第电解定律计算。由于NO2在水中化学反应较复杂,而氧化氮的转化率只有70%,所以理论电流计算式应乘以这个转换效率。
3.4传感器法
温青等人已经研究出突破常规的测定方法---传感器法,并对NOx气敏元件的气敏特性进行了较全面深入的研究,因为气敏元件的气敏性能的好坏直接影响到测定结果的准确性和气敏元件测定方法的可信性,因此进行了一系列选择性,一致性,重复性及其使用寿命等十分重要的实验研究,并优选出气敏性优良的元件,以保证测定结果的准确性。将优选的气敏元件用于实验室空气中NOx有害气体的监测,并通过与国家推荐方法---盐酸萘乙二胺分光光度法做对照实验,建立了计算空气中NOx浓度校正公式。

4 总结

化学发光法分析NOx是一种好的直接方法,为建立空气监测的自动监测系统网络提供了条件。对于多种污染物共存的大气,通过化学发光反应和发光波长的选择,不经过分离便能有效地进行各种污染物的测定。所以很多国家和卫生组织全球监测系统把此法作为监测大气氮氧化物的标准方法。目前,在我国一些比较发达的城市也比较常用。

采用气敏元件测定空气中NOx有害气体的方法适用于现场快速测定,且灵敏度高,选择性好,一致性和重复性较好,抗老化能力强,使用寿命可达两年,无噪声和二次污染。

盐酸萘乙二胺分光光度法具有分析简便、显色稳定、准确度和灵敏度较高等优点。并且费用低,操作简单,测定快速应用比较广泛。
采用库仑原电池法可以测得NOx的小时平均浓度和日平均浓度。这种方法仪器的维护量较大,连续运行能力较差,使其应用受到限制。
总之,在对空气中的氮氧化物进行分析时,要根据不同的要求选择相应的测定方法,以达到测定的可靠性与准确性。同样在氮氧化物的控制和治理时,也要根据具体情况选择比较适合的方法,争取达到既经济又效果良好的目的。在此基础上我们应该探索出效率更高,综合效益更好的测定与控制治理氮氧化物的方法。

中铁*勘察设计院集团有限公司     赵留辉

作者简介:男,1978年8月生,河南柘城人,工程师,主要污染防治与环保设计。

选自:《科技传播》第九期。

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