空氣中氮氧化物含量測(cè)定方法探討

空氣中氮氧化物含量測(cè)定方法探討摘  要   本文主要介紹了空氣中氮氧化物的來(lái)源與危害，測(cè)定方法化學(xué)發(fā)光法，鹽酸萘乙二胺分光光度法，傳感器法，庫(kù)侖原電池法，闡述了這幾種方法的原理，并從優(yōu)缺點(diǎn)，適用范圍等方面進(jìn)行了分析對(duì)比，為測(cè)定和防治氮氧化物提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞   氮氧化物  測(cè)定方法  危害

1 引 言

氮氧化物是評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)之一?？諝庵械牡趸镏饕ㄒ谎趸∟O）和二氧化氮（NO₂ ）。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，隨著工業(yè)化生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，特別是煤炭、石油、天然氣的大量開(kāi)采使用，我國(guó)多數(shù)城市已呈現(xiàn)出NO_x深度增加的趨勢(shì)。因此，了解氮氧化物的來(lái)源及危害機(jī)理，建立適合的氮氧化物的分析方法，了解其變化規(guī)律，對(duì)環(huán)保管理及環(huán)境整治，保障人類的生存環(huán)境具有重大意義。

2 氮氧化物危害

NOx 對(duì)環(huán)境的損害作用極大，它既是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，也是形成大氣中光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)和消耗臭氧的一個(gè)重要因子。

氮氧化物對(duì)眼睛和上呼吸道粘膜刺激較輕，主要侵入呼吸道深部的細(xì)支氣管及肺泡。當(dāng)NOx進(jìn)入肺泡后，因肺泡的表面濕度增加，反應(yīng)加快，在肺泡內(nèi)約可阻留80%，一部分變?yōu)镹2O4。N2O4與NO2均能與呼吸道粘膜的水分作用生成亞硝酸與硝酸，對(duì)肺組織產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用，從而增加毛細(xì)血管及肺泡壁的通透性，引起肺水腫。亞硝酸鹽進(jìn)入血液后還可引起血管擴(kuò)張，血壓下降，并可與血紅蛋白作用生成高鐵血紅蛋白，引起組織缺氧。高濃度的NO亦可使血液中的氧和血紅蛋白變?yōu)楦哞F血紅蛋白，引起組織缺氧。因此，在一般情況下當(dāng)污染物以NO2為主時(shí)，對(duì)肺的損害比較明顯，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)以肺水腫為主的病變。而當(dāng)混合氣體中有大量NO時(shí)，高鐵血紅蛋白的形成就占優(yōu)勢(shì)，此時(shí)中毒發(fā)展迅速，出現(xiàn)高鐵血紅蛋白癥和中樞神經(jīng)損害。

3氮氧化物含量測(cè)定

鑒于NOx具有以上危害，有必要進(jìn)行NOx的測(cè)定，以了解和掌握空氣中NOx的濃度情況，進(jìn)行大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出警戒限度。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)還可為修訂或制定國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及其他環(huán)境保護(hù)法規(guī)積累資料，為預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)創(chuàng)造條件。然而NOx的測(cè)定不同于NO2的測(cè)定，NOx包括NO， NO2，測(cè)定時(shí)需在樣品進(jìn)入反應(yīng)室之前把NO轉(zhuǎn)化為NO2，而NO2的測(cè)定不需要此步。

氮氧化物的測(cè)定方法目前主要有化學(xué)發(fā)光法，鹽酸萘乙二胺分光光度法，庫(kù)侖原電池法及傳感器法。

3.1化學(xué)發(fā)光法

該方法利用O₃與NO之間的化學(xué)反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)NO₂。

N0 +0₃ —  N0₂+O₂

N0₂ —  N0₂+hr

激發(fā)態(tài)NO：恢復(fù)到低能級(jí)時(shí)，發(fā)出波長(zhǎng)50O-3000nm的寬帶輔助光，一個(gè)NO分子只能生成一個(gè)NO₂分子。因此，化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度和光電倍增管道輸出電流大小與樣品氣中的NO濃度成正比關(guān)系。因?yàn)橹挥蠳O才能和O₃反應(yīng)，若要分析NO₂，必須在樣品進(jìn)入反應(yīng)室之前，先轉(zhuǎn)化為NO。用二氧化氮標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定儀器的刻度，即得知相當(dāng)于二氧化氮量的氧化氮（NO_x）的濃度。儀器接記錄器。

3.2鹽酸萘乙二胺分光光度法

空氣中的NOx，經(jīng)氧化管后，以NO2的形式在采樣吸收過(guò)程中生成的亞硝酸，再與對(duì)氨基苯磺酰胺進(jìn)行重氮化反應(yīng)，然后與N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽作用生成玫瑰紅色的偶氮染料。并于波長(zhǎng)540nm下測(cè)定吸光度，并根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線定量.利用稱量法校準(zhǔn)的NO2滲透管配置的標(biāo)準(zhǔn)氣體，測(cè)得氣態(tài)NO2并不*轉(zhuǎn)化為亞硝酸根離子，因此在計(jì)算結(jié)果時(shí)，要除以轉(zhuǎn)換系數(shù)，其值與大氣中NO2濃度有關(guān)。不同的濃度范圍，取不同得值。

3.3 庫(kù)侖原電池法

氮氧化物分析儀是根據(jù)庫(kù)侖原電池法原理制作的。陰極鉑網(wǎng)為原電池正極，陽(yáng)極活性炭為原電池負(fù)極，電解液為pH=7的0.1mol/L磷酸鹽緩沖溶液中含0.3mol/L碘化鉀溶液。在兩個(gè)電極間有一個(gè)很小的電位差。當(dāng)被測(cè)空氣經(jīng)過(guò)選擇性過(guò)濾器，除去干擾物后，抽入電解池中，是電解液經(jīng)過(guò)陰極連續(xù)循環(huán)流動(dòng)。如果空氣中含有二氧化氮（空氣中NO在經(jīng)過(guò)氧化管時(shí)，氧化成NO2），則與電解液中碘離子發(fā)生反應(yīng)，生成碘分子。析出的碘分子隨電解液帶到鉑網(wǎng)陰極時(shí)，立即在鉑網(wǎng)陰極上被電化還原為碘離子，接通電路就產(chǎn)生微弱的電流，同時(shí)活性炭電極也有電化氧化作用。若原電池中電流效率為100%，則電流大小與NO2濃度成正比，并可用法拉第電解定律計(jì)算。由于NO2在水中化學(xué)反應(yīng)較復(fù)雜，而氧化氮的轉(zhuǎn)化率只有70%，所以理論電流計(jì)算式應(yīng)乘以這個(gè)轉(zhuǎn)換效率。

3.4傳感器法

溫青等人已經(jīng)研究出突破常規(guī)的測(cè)定方法---傳感器法，并對(duì)NOx氣敏元件的氣敏特性進(jìn)行了較全面深入的研究,因?yàn)闅饷粼臍饷粜阅艿暮脡闹苯佑绊懙綔y(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和氣敏元件測(cè)定方法的可信性,因此進(jìn)行了一系列選擇性，一致性，重復(fù)性及其使用壽命等十分重要的實(shí)驗(yàn)研究,并優(yōu)選出氣敏性優(yōu)良的元件,以保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。將優(yōu)選的氣敏元件用于實(shí)驗(yàn)室空氣中NOx有害氣體的監(jiān)測(cè),并通過(guò)與方法---鹽酸萘乙二胺分光光度法做對(duì)照實(shí)驗(yàn),建立了計(jì)算空氣中NOx濃度校正公式。

4 總結(jié)

化學(xué)發(fā)光法分析NO_x是一種好的直接方法，為建立空氣監(jiān)測(cè)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供了條件。對(duì)于多種污染物共存的大氣，通過(guò)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)和發(fā)光波長(zhǎng)的選擇，不經(jīng)過(guò)分離便能有效地進(jìn)行各種污染物的測(cè)定。所以很多國(guó)家和衛(wèi)生組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)把此法作為監(jiān)測(cè)大氣氮氧化物的標(biāo)準(zhǔn)方法。目前，在我國(guó)一些比較發(fā)達(dá)的城市也比較常用。

采用氣敏元件測(cè)定空氣中NO_x有害氣體的方法適用于現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定，且靈敏度高，選擇性好，一致性和重復(fù)性較好，抗老化能力強(qiáng)，使用壽命可達(dá)兩年，無(wú)噪聲和二次污染。

鹽酸萘乙二胺分光光度法具有分析簡(jiǎn)便、顯色穩(wěn)定、準(zhǔn)確度和靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)。并且費(fèi)用低，操作簡(jiǎn)單，測(cè)定快速應(yīng)用比較廣泛。

采用庫(kù)侖原電池法可以測(cè)得NOx的小時(shí)平均濃度和日平均濃度。這種方法儀器的維護(hù)量較大，連續(xù)運(yùn)行能力較差，使其應(yīng)用受到限制。

總之，在對(duì)空氣中的氮氧化物進(jìn)行分析時(shí)，要根據(jù)不同的要求選擇相應(yīng)的測(cè)定方法，以達(dá)到測(cè)定的可靠性與準(zhǔn)確性。同樣在氮氧化物的控制和治理時(shí)，也要根據(jù)具體情況選擇比較適合的方法，爭(zhēng)取達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又效果良好的目的。在此基礎(chǔ)上我們應(yīng)該探索出效率更高，綜合效益更好的測(cè)定與控制治理氮氧化物的方法。

中鐵*勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司     趙留輝

作者簡(jiǎn)介：男，1978年8月生，河南柘城人，工程師，主要污染防治與環(huán)保設(shè)計(jì)。

選自：《科技傳播》第九期。