环境空气氮氧化物检测方法中氧化物的氧化效率对比

李峰

摘  要：氮氧化物主要来自土壤、海洋中有机物分解以及化石燃料燃烧，该物质是酸雨、光化学烟雾、臭氧消耗等环境问题的主要因素之一，对环境损害作用极大。因此，该文针对环境空气以及固定污染源废气中氮氧化物检测方案有效性展开对比分析，以期可以为相似项目提供良好参照。

关键词：氮氧化物检测;氧化效率;效率对比

中图分类号： TQ126            文献标志码：A

0 引言

氮氧化物是由氮、氧2种元素组成的一系列的化合物。通常来说， 一氧化氮、一氧化二氮、二氧化氮、五氧化二氮等氮氧化物较为常见。其中，五氧化二氮较为特殊，常态下，该化合物呈现为固体;而常态下，其他氮氧化物基本都呈现为气态。

根据《环境空气质量标准》相关内容，环境空气污染物涉及一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物等。其中，氮氧化物空气污染物通常为一氧化氮和二氧化氮[1]。

氮氧化物的来源可以分为天然排放与人类活动2种。前者主要来自有机物分解所成，后者则主要来自化石燃料的燃烧，例如飞机、锅炉等燃料燃烧，硝酸应用过程等。在高温燃烧条件下，氮氧化物主要以一氧化氮的形式存在，最初排放的氮氧化物中一氧化氮约占95%。 但是，一氧化氮在大气中极易与空气中的氧发生反应，生成二氧化氮，所以大气中氮氧化物普遍以二氧化氮的形式存在[2]。

在温度较大或有云雾存在时，二氧化氮容易与水分子作用形成酸雨。如遇上合适的气象条件，二氧化氮转变成硝酸的速度更加快。氮氧化物与平流层内的臭氧反应生成一氧化氮与氧气，一氧化氮与臭氧反应生成二氧化氮和氧气，从而打破臭氧平衡，使臭氧浓度降低，形成臭氧层空洞。从环境保护角度来看，氮氧化物是造成环境损害的重要因素之一，该化合物不仅是酸雨、大气光化学烟雾的重要组成部分，也会大量消耗臭氧，是臭氧层空洞的主要原因之一[3]。

该实验拟研究废气和环境空气中一氧化氮被2种不同方法中的氧化物氧化的效率的高低，以寻求检测方法最优的氧化物质、最高的氧化效率。

1 实验部分

串联的第一支吸收瓶中的吸收液，可以吸收废气、空气中的二氧化氮，通过系列反应，生成偶氮染料（粉红色）。然而，一氧化氮则不与吸收液相反应，而是与酸性高锰酸钾或重铬酸钾进行氧化反应（在一氧化氮通过氧化瓶或氧化管时），最后在串联的第二支吸收瓶中的吸收液吸收，从而生成偶氮染料（粉红色）。

经过上述步骤生成的偶氮染料，其二氧化氮的含量与波长540 nm处的吸光度呈现为正比关系。通过第二支吸收瓶中的吸光度测定，经过系列计算，可以得到两支吸收瓶内二氧化氮和一氧化氮的质量浓度。通过将二者的质量浓度相加，计算结果即为总的氮氧化物的质量浓度。

2 采样实验

制作氧化管：用12%盐酸浸泡河沙一夜，后用水冲洗烘干至中性。将三氧化铬及河沙按1∶20混合，加水调匀，烘干。烘干后置于氧化管中，两端塞好脱脂棉。

制作氧化瓶：称取 25克高锰酸钾，放于烧杯（1 000  mL）中，随后加入 500 mL 水、1 mol/L 硫酸溶液500 mL，搅拌均匀后，贮于棕色试剂瓶中。

2.1 环境空气

取出一支内装 10 mL 酸性高锰酸钾溶液的氧化瓶以及两支内装 10 mL 吸收液的多孔玻板吸收瓶，使用短硅橡胶管，在二者间串联一个氧化瓶，以 0.4 L/min流量采气 24 L，并采用同步监测手段，使用4台采样机器进行监测。

另取2支内装 10 mL 吸收液的多孔玻板吸收瓶和一支氧化管，用短硅橡胶管将氧化瓶串联在二支吸收瓶之间，以 0.4 L/min 流量采气 24 L。 同时用四台采样机器同时进行同步监测。

2.2 有组织废气

取出一支内装 30 mL 酸性高锰酸钾溶液的氧化瓶以及两支内装 75 mL 吸收液的吸收瓶，按顺序串联一个空的多孔玻板吸收瓶，一支氧化瓶、2个内装 75 mL吸收液的多孔玻板吸收瓶，以 0.2 L/min 流量采气，采至第二个吸收瓶呈微红色停止。 同时用六台采样机器同时进行同步监测。

另取2支内装 75 mL 吸收液的多孔玻板吸收瓶和一支内装三氧化铬的氧化管，按顺序串联一个空的多孔玻板吸收瓶，一支氧化瓶、1个内装 75 mL 吸收液的多孔玻板吸收瓶，以 0.2 L/min 流量采气，采至第二个吸收瓶呈微红色停止。 同时用6台采样机器同时与氧化瓶试验进行同步监测。

采样后放置 20 min后立即测定。

采样前检查采样系统的气密性，用皂膜流量计进行流量校准。采样期间，样品运输和存放过程中应避免阳光照射。运输和存放样品应采取降温措施。每次采样，需要做 2 个以上现场空白测试。采样现场需准备吸收瓶（含有吸收液），且吸收瓶需与样品在同等的条件下运输、保存，运输过程中需要防止污染，直到抵达实验室。

实验室实验部分：使用6 支 1 mL具塞比色管，为制备亚硝酸盐标准溶液系列做好准备。每支管中分别移取一定体积的亚硝酸钠标准工作液，加水至 2.00 mL，加入显色液8.00 mL。将各管液体混匀，在暗处放置，本案取 20 min，使用10 mm 比色皿，在波长 540 nm 处，以水为参比测量吸光度，用最小二乘法计算标准曲线的回归方程。

检测标准曲线见表1。

3 检测结果

从上述试验中得出结论：环境空气氮氧化物测定中氧化瓶氧化效果比氧化管氧化效果好。

固定污染源废气中氮氧化物测定中氧化管氧化效果比氧化瓶氧化效果好。

4 结论

环境空气中包括2点。1）氧化瓶与空气中一氧化氮接触比表面积大，氧化效率高。2）氧化瓶持续氧化效果比氧化管好。3）氧化瓶能克服空气或者吸收瓶中水汽影响，而氧化管需要保持干燥才能发挥氧化效果。否则容易导致氧化效果失效。

固定污染源废气中包括2点。1）固定污染源废气中温度较高，采样时间短，氧化管能克服水汽影响。2）固定污染源废气中氮氧化物浓度较高，氧化管短时间氧化效率比氧化瓶高。

参考文献

[1]中华人民共和国环境保护部.HJ 479-2009，环境空气 氮氧化物（一氧化氮和二氧化氮）的測定[S].北京：中国环境科学出版社—2009：10-13.

[2]国家环境保护总局.HJ/T 43-1999，固定污染源排气中氮氧化物的测定盐酸萘乙二胺分光光度法[S].北京：中国环境科学出版社，1999：5-9.