空气和废气监测.ppt

2023/6/23,环境监测第三章,1,第三章,空气和废气监测,2023/6/23,环境监测第三章,2,第一节 空气污染基本知识第二节 空气污染监测方案的制定第三节 空气样品的采集方法和采集仪器第四节 气态和蒸气态污染物质的测定第五节 颗粒物的测定第六节 降水监测第七节 污染源监测第八节 标准气体的配制,2023/6/23,环境监测第三章,3,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,2023/6/23,环境监测第三章,4,一、大气、空气和大气污染,大气指包围在地球周围的气体，厚度1000-1400km。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。,2023/6/23,环境监测第三章,5,大气的垂直分布图,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.,2023/6/23,环境监测第三章,6,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。,2023/6/23,环境监测第三章,7,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。,2023/6/23,环境监测第三章,8,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。,2023/6/23,环境监测第三章,9,大气的组成成份,2023/6/23,环境监测第三章,10,大气污染或空气污染,2023/6/23,环境监测第三章,11,二、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。,2023/6/23,环境监测第三章,12,二、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3.5mgm3，总悬浮颗粒物达4.5mgm3，一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。,2023/6/23,环境监测第三章,13,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。,二、空气污染的危害,2023/6/23,环境监测第三章,14,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。,2023/6/23,环境监测第三章,15,三、空气污染源,2023/6/23,环境监测第三章,16,各类工业企业向空气中排放的主要污染物,2023/6/23,环境监测第三章,17,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。,2023/6/23,环境监测第三章,18,四、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。,2023/6/23,环境监测第三章,19,四、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。,2023/6/23,环境监测第三章,20,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。,四、空气中的污染物及其存在状态(一)分子状态污染物,2023/6/23,环境监测第三章,21,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。,2023/6/23,环境监测第三章,22,四、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-l00m 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l0m的颗粒物能较快地沉降到地面上，称为降尘。粒径小于l0m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）。,2023/6/23,环境监测第三章,23,飘 尘,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),2023/6/23,环境监测第三章,24,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lm 之间。,2023/6/23,环境监测第三章,25,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。雾的粒径一般在 10m 以下。,2023/6/23,环境监测第三章,26,烟 雾,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。,2023/6/23,环境监测第三章,27,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。,2023/6/23,环境监测第三章,28,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。,2023/6/23,环境监测第三章,29,大气中颗粒物的粒径范围,2023/6/23,环境监测第三章,30,五、空气污染物的时空分布特点,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。,2023/6/23,环境监测第三章,31,2）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。,2023/6/23,环境监测第三章,32,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。,2023/6/23,环境监测第三章,33,六、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,2023/6/23,环境监测第三章,34,（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)、（mgm3）、（gm3）,2023/6/23,环境监测第三章,35,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mgm3(标)，指标准状态下单位空气体积中污染物的质量。,2023/6/23,环境监测第三章,36,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）、(L/L)、(n L/L)等等。注意：（L/L）106 1 ppm（mL/m3）106 1 ppm(n L/L)109 1 ppb(L/m3）109 1 ppb 体积浓度仅适用于气态或蒸气态物质。,2023/6/23,环境监测第三章,37,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)、（g g）、（n g g）等等。注意：（1g/g）1061 ppm（1 n gg）109 1 ppb仅适合于大气悬浮颗粒物的浓度表示。,2023/6/23,环境监测第三章,38,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：式中：cv 以 mlm3表示的气体浓度；cm 以 mgm3 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),2023/6/23,环境监测第三章,39,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：式中：V0标准状态下的体积(L 或 m3)Vt现场状态下的体积(L 或 m3)t温度()P大气压力(kPa),2023/6/23,环境监测第三章,40,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 g 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。,2023/6/23,环境监测第三章,41,解:(1)求采样体积 Vt 和 V0 Vt0.30（L/min）60(min)18(L)V018273/(273+5)100/101.325 17.445(L)=17.44510-3(m3),(1)求采样体积 Vt 和 V0,2023/6/23,环境监测第三章,42,(2)求 NOx 的含量(以 NO2 计),用mgm3表示时NO2(mgm3)=2.0l0-3(mg)/17.44510-3(m3)=0.11(mg m3),2023/6/23,环境监测第三章,43,用ppm表示时：,式中：46NO2的摩尔质量(g/mol),2023/6/23,环境监测第三章,44,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,2023/6/23,环境监测第三章,45,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。,2023/6/23,环境监测第三章,46,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。,2023/6/23,环境监测第三章,47,一、监测目的,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。,2023/6/23,环境监测第三章,48,二、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。,2023/6/23,环境监测第三章,49,三、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。,2023/6/23,环境监测第三章,50,空气污染常规监测项目,2023/6/23,环境监测第三章,51,四、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(GB30951996)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。,2023/6/23,环境监测第三章,52,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。,2023/6/23,环境监测第三章,53,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。,2023/6/23,环境监测第三章,54,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315m；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。,2023/6/23,环境监测第三章,55,(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：,2023/6/23,环境监测第三章,56,我国大气污染例行监测采样点设置数目,2023/6/23,环境监测第三章,57,(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,2023/6/23,环境监测第三章,58,1、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。,2023/6/23,环境监测第三章,59,2、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。,2023/6/23,环境监测第三章,60,2、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。,2023/6/23,环境监测第三章,61,3、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：,2023/6/23,环境监测第三章,62,4、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 34 个采样点，相邻两点与顶点连线的夹角一般取 1020。在上风向应设对照点。,2023/6/23,环境监测第三章,63,4、扇形布点法,2023/6/23,环境监测第三章,64,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。,2023/6/23,环境监测第三章,65,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：,2023/6/23,环境监测第三章,66,50m高的烟囱污染物最大浓度出现的位置,2023/6/23,环境监测第三章,67,五、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。,2023/6/23,环境监测第三章,68,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。,2023/6/23,环境监测第三章,69,空气质量现状监测制度,2023/6/23,环境监测第三章,70,我国规定的采样时间和采样频率,2023/6/23,环境监测第三章,71,污染物监测数据的有效性规定,2023/6/23,环境监测第三章,72,六、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）,2023/6/23,环境监测第三章,73,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,2023/6/23,环境监测第三章,74,一、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。,2023/6/23,环境监测第三章,75,(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。,一、直接采样法,2023/6/23,环境监测第三章,76,(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23次，再充满样气，夹封进气口，带回分析。,一、直接采样法,2023/6/23,环境监测第三章,77,(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100500 mL。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。,一、直接采样法,2023/6/23,环境监测第三章,78,(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5001000mL。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。,一、直接采样法,2023/6/23,环境监测第三章,79,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。,一、直接采样法,2023/6/23,环境监测第三章,80,二、富集(浓缩)采样法,大气中的污染物质浓度一般都比较低(ppmppb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。,2023/6/23,环境监测第三章,81,（一）溶液吸收法,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,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,82,1、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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,83,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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,84,吸收液的选择原则,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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,85,2、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：,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,86,1、气泡吸收管,用于采集气态和蒸气态物质，可装5l0mL 吸收液，采样流量为 0.52.0 Lmin。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,87,2、冲击式吸收管,冲击式吸收管有小型(5l0mL，流量3.0Lmin)和大型(50l00mL，流量30Lmin)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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,88,冲击式吸收管和冲击式吸收瓶图,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,89,3、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 Lmin。小型吸收瓶(装 10-30mL 吸收液，采样流量为 0.5-2.0Lmin)大型吸收瓶(装 50-l00 mL 吸收液，采样流量 30 Lmin)两种。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,90,多孔筛板吸收管(瓶)图,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,91,（二）填充柱阻留法,用长6l0cm、内径35mm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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,92,。,颗粒状填充剂,抽气泵,组分,空气,图 填充柱阻留法示意图,2023/6/23,环境监测第三章,93,1、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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,94,2、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：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90100,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,95,3、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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,96,吸收液法与填充柱法比较,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,97,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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,98,(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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,99,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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,100,滤料阻留法常用的滤料,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,101,(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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,102,低温冷凝法原理图,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,103,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：,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,104,(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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,105,1、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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,106,湿法采样,在圆筒形玻璃缸中加入水，自然收集。放置高度：515m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 15003000mL。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：302天。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,107,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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,108,我国干法采样用的标准集尘器,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,109,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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,110,2、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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,111,二氧化铅采样法,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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,112,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。,二、富集(浓缩)采样法,2023/6/23,环境监测第三章,113,三、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。,2023/6/23,环境监测第三章,114,1、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,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,115,2、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。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,116,3、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,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,117,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0.53.0Lmin。体积小、重量轻，便于携带。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,118,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 0.51.0 Lmin，可装配在抽气阻力不大的采样器和某些自动监测仪器上。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,119,(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。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,120,1、空气采样器,用于采集空气中气态和蒸气态物质，采样流量为0.52.0Lmin。商品仪器有：KB6A、KB6B、KB6C型。单机、双气路、单泵、定时系统、交直流两用。DC2、CH4、TH110C型。双机、双泵、双气路、定时系统、交直流两用。PG5N、PG3N型。活性炭吸附、定时系统、单机、单泵、直流、个人采样用等。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,121,图 大气采样器实物照片,2023/6/23,环境监测第三章,122,空气采样器工作原理图,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,123,恒温恒流空气采样器工作原理图,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,124,2、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。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,125,(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(1.11.7 m3min)中流量(50150 Lmin)两种类型。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,126,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，1.11.7m3min流量 采样824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。,2023/6/23,环境监测第三章,127,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7.29.6m3h，用100mm滤膜采样时，流量控制在11.315 m3h。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,128,图 TSP采样器实物照片,2023/6/23,环境监测第三章,129,(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。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,130,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10m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。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,131,二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。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,132,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。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,133,三级向心式分尘器示意图,2023/6/23,环境监测第三章,134,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200400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0.34一11m。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,135,3、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。,三、采样仪器,2023/6/23,环境监测第三章,136,扩散式剂量器,扩散式剂量器由外壳、扩散层和