环境监测实验十四 大气中氮氧化物的采集与测试

实验十四.大气中氮氧化物的采集与测试

大气中氮氧化物主要包括一氧化氮和二氧化氮，其中绝大部分来自于化石燃料的燃烧过程，包括汽车及一切内燃机所排放的尾气，也有一部分来自与生产和使用硝酸的化工厂、钢铁厂、金属冶炼厂等排放的废气中。动物实验证明，氮氧化物对呼吸道和呼吸器官有刺激作用，是导致目前支气管哮喘等呼吸道疾病不断增加的原因之一，二氧化氮与二氧化硫和浮游颗粒物共存时，其对人体的影响不仅比单独二氧化氮对人体的影响严重的多，而且也大于各自污染物之和。对人体的实际影响是各污染物之间的协同作用。因此大气氮氧化物的监测分析是环境保护部门日常工作的重要项目之一。测定空气中NOx广泛采用的方法是分光光度法和化学发光法。化学发光法一般用于连续自动监测。本次实验采用盐酸萘乙二胺分光光度法。 一、实验目的：

掌握盐酸萘乙二胺分光光度法测定大气中氮氧化物浓度的分析原理和操作技术。掌握大气采样器的使用与维护。 二、实验原理：

空气中的氮氧化物主要以NO和NO2形态存在。测定时先用三氧化铬氧化管将NO氧化成NO2，用吸收液吸收后，首先生成亚硝酸和硝酸。其中，亚硝酸与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，再与N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐作用，生成紫红色偶氮染料，据其颜色的深浅，在540nm处进行分光光度法比色定量。因为NO2(气)不是全部转化为NO2-(液)，故在计算结果时应除以转换系数(称为Saltzman实验系数，用标准气

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体通过实验测定)。

按照氧化NO所用氧化剂不同，分为酸性高锰酸钾溶液氧化法和三氧化铬-石英砂氧化法。本实验采用后一方法。 三.实验仪器与药剂： 1.实验仪器：

⑴三氧化铬-石英砂氧化管；

⑵多孔玻板吸收管(装10mL吸收液型)； ⑶便携式空气采样器：流量范围0～1L/min； ⑷分光光度计； ⑸比色管10ml 2.实验药剂

所用试剂除亚硝酸钠为优级纯(一级)外，其他均为分析纯。所用水为不含亚硝酸根的二次蒸馏水，用其配制的吸收液以水为参比的吸光度不超过0.005(540nm，1cm比色皿)。

⑴N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐储备液：称取0.50g N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐[C10H7NH(CH2)2NH2〃2HCl]于500 mL容量瓶中，用水稀释至刻度。此溶液贮于密闭棕色瓶中冷藏，可稳定三个月。

⑵显色液：称取5.0 g对氨基苯磺酸[NH2C6H4SO3H]溶解于200 mL热水中，冷至室温后转移至1000 mL容量瓶中，加入50.0 mL N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐储备液和50 mL冰乙酸，用水稀释至标线。此溶液贮于密闭的棕色瓶中，25℃以下暗处存放可稳定三个月。若呈现淡红色，应弃之重配。

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⑶吸收液：使用时将显色液和水按4+1(V/V)比例混合而成。 ⑷亚硝酸钠标准储备液：称取0.3750 g优级纯亚硝酸钠(NaNO2，预先在干燥器放臵24h)溶于水，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至标线。此标液为每毫升含250μgNO2-，贮于棕色瓶中于暗处存放，可稳定三个月。

⑸亚硝酸钠标准使用溶液：吸取亚硝酸钠标准储备液1.00 mL于100 mL容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液每毫升含2.5μgNO2-，在临用前配制。 四.实验步骤：

1.标准曲线的绘制：取6支10mL具塞比色管，按下列参数和方法配制NO2-标准溶液色列：

表15-1分光光度法NO2-标准溶液色列

管 号 标准使用溶液(mL) 水(mL) 显色液(mL) NO2-浓度(μg/mL) 0 0 2.00 8.00 0 1 0.40 1.60 8.00 0.10 2 0.80 1.20 8.00 0.20 3 1.20 0.80 8.00 0.30 4 1.60 0.40 8.00 0.40 5 2.00 0 8.00 0.50 将各管溶液混匀，于暗处放臵20 min(室温低于20℃时放臵40 min以上)，用1cm比色皿于波长540 nm处以水为参比测量吸光度，扣除试剂空白溶液吸光度后，用最小二乘法计算标准曲线的回归方程。 2.采样：吸取5.0 mL吸收液于多孔玻板吸收管中，用尽量短的硅橡胶管将其串联在三氧化铬-石英砂氧化管和空气采样器之间，使管口略微向下倾斜。以0.3mL/min流量采气4～24L。在采样的同时，应记录现场温度和大气压力。

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3.样品测定：采样后于暗放臵20 min(室温20℃以下放臵40 min以上)后，用水将吸收管中吸收液的体积补充至标线，混匀，按照绘制标准曲线的方法和条件测量试剂空白溶液和样品溶液的吸光度。 五.实验注意事项：

1.吸收液应避光，且不能常时间暴露在空气中，以防止光照使吸收液显色或吸收空气中的氮氧化物而使试剂空白值增加。

2.氧化管适于在相对湿度为30-70%时使用，当空气相对湿度大于70%时应勤换氧化管，小于30%时，则在使用前，用经过水面的潮湿空气通过氧化管，平衡1h。在使用过程中，应经常注意氧化管是否吸湿引起板结，或者变成绿色。若板结会使采样流阻力增大，影响流量，若变成绿色，表示氧化管已失效。

3.亚硝酸钠（固体）应密封保存，防止空气及湿气侵入。部分氧化成硝酸钠或呈粉末状的试剂都不能用直接法配臵标准溶液，若无颗粒状亚硝酸钠试剂，可用高锰酸钾容量法标定出亚硝酸钠贮备溶液的准确浓度后，再稀释为含5.0ugml亚硝酸根的标准溶液。

4.溶液呈黄棕色，表明吸收液已受三氧化铬污染，该样品应报废。 5.绘制标准曲线：向各管中加亚硝酸钠标准使用溶液时，都应用均匀，缓慢的速度加入，曲线的线性较好。 六.实验原始数据记录：

表15-2分光光度法NO2-标准溶液色列

管 号 标准使用溶液(mL) 水(mL) 显色液(mL) 0 0 2.00 8.00 1 0.40 1.60 8.00 2 0.80 1.20 8.00 3 1.20 0.80 8.00 4 1.60 0.40 8.00 5 2.00 0 8.00 4

NO2-浓度(μg/mL) 吸光度A 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 采样地点：

实验环境条件：温度： ℃；湿度： %;大气压强 kPa。 七.实验数据处理： 1.标准曲线数据处理

用最小二乘法计算标准曲线的回归方程

y?bx?a

式中：

Y—标准溶液吸光度（A）与试剂空白吸光度（A０）之差（A-A0）。 X—NO２—含量，（μg）

b、a—回归方程式的斜率和截距。

斜率的倒数为样品测定的校正因子Bs，应为5.25±0.25ugNO2/吸光度〃5ml。

要求：r=0.999标准曲线的斜率在0.190±0.009A/ug（NO2/5ml）范围内，截距a应小于0.008，其变动范围应小于0.005。 2.空气中NOx的浓度的计算：

CNOX?(A?A0?a)?Vb?f?V0

式中：

CNOx—空气中NOx的浓度(以NO2计，mg/m3)； A、A0—分别为样品溶液和试剂空白溶液的吸光度； b—为标准曲线的斜率(吸光度〃mL/μg)； a—为标准曲线的截距；

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V—采样用吸收液体积(mL)；

V0—换算为标准状况下的采样体积(L)；

f—Saltzman实验系数，0.88(空气中NOx浓度超过0.720 mg/m3时取0.77)。

八.实验分析与讨论：

实验数据的精确性与准确度及其可靠性。实验收获与不足。 九.问答思考题：

1.氮氧化物对人体有哪些危害作用？ 2.氮氧化物与光化学烟雾有什关系？ 3.产生光化学烟雾需要哪些条件？

4.通过实验测定结果，你认为大气中氮氧化物的污染状况如何？ 十.空气污染指数的计算：

基于我国城市空气以煤烟型污染为主的现状，规定用SO2、NOx

和TSP三项主要污染物指标计算空气污染指数(API)，表征空气质量状况。本实验为综合性实验，其内容包括：在欲监测环境内进行布点和采样；测定SO2、NOx和TSP日均浓度；计算空气污染指数(API)。根据SO2、NOx和TSP的实测日均浓度、污染指数分级浓度限值及污染指数计算式(见教材第三章)，计算三种污染物的污染分指数，确定校区空气污染指数(API)、首要污染物、空气质量类别及空气质量状况。 分析布点、采样和污染物测定过程中可能影响监测结果代表性和准确性的因素。

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