大气SO2检测方法研究

王婷 高伟峰 梁姬君 陈存广

摘 要：文章首先分析了二氧化硫的来源和危害，重点分析了目前有关二氧化硫浓度检测的方法，并分析了每种方法的优缺点。二氧化硫作为主要的大气污染物之一，对环境造成严重的危害。因此对二氧化硫浓度检测方法的研究，具有十分重要的意义。

关键词：大气SO2；检测方法；研究

引言

进入21世纪，人类进入又一个文明时代，各种工业技术迅速发展，给人们生活带来极大的方便，各种智能电器和交通工具逐步改变着人们的生活习惯。但是在智能电气生产和制造过程中产生大量工业尾气，另外，人类重要的交通工具——汽车也排放大量尾气到大气中，这些尾气中含有大量的有毒有害气体，造成了严重的环境污染，这些有毒有害气体主要包括：硫氧化物、NOX、有机化合物、PM2.5等。其中危害最大的是二氧化硫，它是环境污染的主要物质，造成空气质量严重下降，对人们的人体健康造成极大的危害，因引，对大气中二氧化硫浓度的检测是十分必要的。

1 二氧化硫的来源

由于二氧化硫的来源十分广泛，对环境污染最严重，对人们生活的影响最大，很多国家把二氧化硫在空气中的含量作为衡量空气污染的主要指标。产生的二氧化硫的源头有很多，但主要包括以下几个方面。

火山爆发是二氧化硫的一个重要源头，火山爆发主要产生的气体就是二氧化硫和水蒸气，它们夹杂在火山灰中随大气流动到较远的地方，根据有关部门估算，全球火山爆发每年释放出数百亿千克的二氧化硫。

生物腐烂过程同样产生大量的二氧化硫气体，而世界上各种浮游植物、各种鱼类及活动在地球表面的动物种类繁多，数量巨大，在它们腐烂的过程中都会直接产生二氧化硫气体。或者先产生其它气体。例如：硫化氢、有机硫化物，这些物质在大气中经过各种化学反应，最终被氧化成二氧化硫气体，排放到大气中。

2 二氧化硫的危害

SO2的危害直接表现是酸雨，在中国近四成的面积已经受到酸雨的污染和危害。我们国家酸雨形成的主要是由SO2引起的，这些SO2主要来源于人为排放，很多地方的生态环境已经被酸雨造成不同程度的损害，人类的生活环境受到严重影响，归根到底，这些都是随意排放SO2造成的，因此，对SO2造成的环境污染受到社会各界的广泛关注。

人若在含有SO2的环境中，身体的各部位会有明显的不适，而人能闻到的SO2深度仅为4umol/mol，如果环境中的SO2浓度达到8-12umol/mol时，就会刺激人体的咽喉，引发剧烈咳嗽；如果环境中的SO2浓度达到20umol/mol时，就会影响到人的视觉神经，造成眼睛流泪；如果SO2浓度更高时会引起人的呼吸系统疾病，严重时造成肺癌。目前，人们的很多身体健康问题都与SO2的污染息息相关。SO2除了对动物造成危害外，对植物同样存在危害，并且很小浓度的SO2就会对植物造成危害，如果环境中的SO2浓度达到0.2umol/mol临界浓度时，就会造成植物枯萎，严重时能造成大面积死亡。

针对SO2的强危害性，我国已经把治理SO2污染，减小SO2排放量，列为环境治理的重要任物，并在相当长的时间内严格执行下去。目前，我们需要做的就是找到理想的监测SO2浓度的方法，确定SO2排放的各个要点，控制排放源。特别是针对排放比较多的地方，例如，电厂烟气排放。采用合适的监测方法能有效控制SO2的排放量，减少环境污染。

3 SO2的检测方法

在国内SO2在大气中的含量通常用质量体积比mg/m3表示，国际上采用体积比ppm来表示，近年来我国也采用气体体积比umol/mol来表示，国际上对SO2含量的测量，主要有以下几种方法。

3.1 电量法

电量法，顾名思义就是通过测量电荷的多少来确认样品中气体浓度的含量，该方法早在几十年前就被用于测量二氧化硫的浓度。其基本原理是利用二氧化硫与碘相互反应的机理，将取样气体通入到电解液中，加外一个恒流源，恒流源的阳极上发生氧化反应，源源不断的产生元素碘，同时在恒流源的阴极上反生还原反应，使电解液中的碘元素达到一个平衡状态，在另一个参比电极上就没有电荷流过。如果样气中含有二氧化硫时，碘与二氧化硫就发生化学反应，这样在电解液中的碘元素就会减少，破坏了电解液中的平衡，部分电荷就会流向参比电极，电荷的移动形成电流，电流的大小与样气中二氧化硫浓度成正比，通过检测参比电极电流的大小就可以确认样气中二氧化硫的含量。这种方法的测量范围为0-10umol/mol，检测下限为0.01umol/mol。这种方法相对实验室测量液体试剂的量要方便很多，但由于采用的是化学反应的方法，所有可以与碘反应的气体例如硫化物，都会被误认为是二氧化硫，该方法选择性相对较差，但如果能做出过滤器来过滤掉干扰气体，该方法也较为实用。

3.2 电导法

科学家们发现溶液导体靠的是溶液中的浓度，如果液体中离子浓度大时，其电导率就大。依靠这种原理，把含有二氧化硫的样气通入到弱酸性过氧化氢溶液中，二氧化硫被氧化成硫酸，这样溶液中的离子浓度就会增加，溶液的电导率就会变强，通过计算电导率的变化得知二氧化硫的浓度。这种方法的测量范围为0-1umol/mol，此方法简便、快捷、可靠，适合在线连续测量，目前主要应用于自动仪表，主要干扰因素是对电导率有影响的其它物质。

3.3 比色法

该方法主要用于微量二氧化硫的测量，主要应用于空气质量监测，是相对标准的二氧化硫检测方法。其原理是过氧化氢-高氯酸吸收，高氯酸钡沉淀，过量钡与钍试剂生成有色络合物，用比色法测量该络合物体系在一定波长（显示溶液磷酸含量少、红紫色548nm；显示溶液磷酸含量多，蓝紫色575nm：甲醛吸收、紫红色577nm）的吸收，来确认二氧化硫的浓度。该方法优点是灵敏度高，准确。缺点是操作复杂，伴生物含有污染物质，易受温度和时间影响，重复性不好。

3.4 离子色谱法[2]

该方法是利用离子交换原理，对硫酸根离子定量分析得知二氧化硫浓度大小。把采样气体通入到含有碳酸钠-碳酸氢钠的溶液中，再经过双氧水氧化成硫酸根离子，再用电导检测器测量酸性阴离子的电导值，经过数据处理，测定峰值面积，得知硫酸根离子含量，再推算出二氧化硫的含量，该方法主要用于实验室的精确测量，精度高。

3.5 紫外荧光法[1、4]

由于物质分子具有吸收光谱和荧光光谱能级跃迁能力，所以在紫外光的照射下，具有吸收光子能力的物质可在瞬间发射出荧光，其荧光强度与物质浓度呈线性关系，从而可测出该物质浓度。二氧化硫分子受紫外光照射后会发出荧光，浓度越高，荧光强度越强，两者成正比关系，由此测量出二氧化硫的浓度。紫外荧光法的优点是抗干扰性强，检测速度快，分辨率高，并且能够实现自动连续监测，应用前景十分广泛。

3.6 光谱吸收法[3]

红外技术用于检测气体的浓度有成熟的理论基础，并且已经得到广泛应用。其基本原理是利用大气分子吸收红外辐射光谱特性，不对分子吸收波长在不同位置出现极值，利用谱线位置来确定分子的数量和种类。通过在实验发现，二氧化硫在7.30um红外区域吸收波最强，当一束恒定的7.30um红外光通过含有二氧化硫的气体时，部分光会被二氧化硫吸收，光强变弱，通过测量光强来确认二氧化硫浓度。该方法以响应时间快，抗干扰能力强等优点得到迅速应用，但成本偏高制约了它的推广。

3.7 电化学传感器法

电化学气体传感器是利用电化学控制电位电解的基本原理，将电极恒定在选定的电位下（不同气体在某电位下的反应信号较大），使被测气体在该电极上发生氧化还原反应，产生氧化还原电流，该电流与气体浓度成正比，可以实现精确定量检测，在宽的浓度范围内呈现良好的线性关系，因此测量准确度高，又因其体积小、使用维护简单，可现场连续检测，得到极为广泛的应用，二氧化硫电化学传感器目前主要应用于工业安防现场、空气质量检测、污水治理等。

4 结束语

综上所述，关于二氧化硫的危害比较清晰，二氧化硫的检测方法也比较多，文章分析了七种常用的检测方法，它们有各自的应用场所和环境，可根据实际的应用来选择合适的检测方法。例如，对于目前应用最为广泛的燃料燃烧或工艺尾气中高浓度SO2的检测，紫外吸收法和红外法以灵敏度高、稳定性好、抗干扰性强得到广泛应用，由于此类仪器设计复杂，费用高，专业性强等特点，主要以发达国家产品为主，主要用于特定场所的测量。目前，电化学传感器法具有低价位、高实用性的特点，无论是在大型锅炉企业，还是中小型污染源排放企业应用最为广泛，有较高的性价比，易于推广普及。SO2的检测方法可能还有很多，需要我们不懈的研究，找到更加实用的检测方法，更加准确的检测出二氧化硫的浓度，为控制二氧化硫的排放提供更多有效的工具。

参考文献

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