校 园 空 气 质 量 监 测
综 合 实 验 报 告
学 院 环境与资源学院
学生姓名
专 业 环境科学
年 级
指导教师
二Ο一Ο年 十二月十八日
校园空气质量监测综合实验报告
前言
山西省为产煤燃煤大省，煤和其他化石燃料的的燃烧产生大量的SO2、NOx。山西大学位于山西省省会太原市东南方向的城乡结合带，紧临交通主干道坞城路，附近有许西，北张两个自主燃煤采暖的的城中村，和一个垃圾焚烧厂。煤和垃圾燃烧产生了大量的SO2、NOx，同时汽车尾气液排放了大量的NOx。其中SO2是主要空气污染物之一，它能通过呼吸进入气管，对局部组织产生刺激和腐蚀作用，是诱发支气管炎等疾病的原因之一，特别是当它与烟尘等气溶胶共存时可加重对呼吸道黏膜的损伤。而NOx是引起支气管炎、肺损伤等疾病的有害物质。TSP是大气环境中的主要污染物，它可由燃煤、燃油、工业生产过程等人为活动排放出来，也可以通过土壤、扬尘、沙尘经风力的作用输送到空气中而形成。SO2、NOx和TSP都是环境监测必测项目，通过对它们的测定可以及时全面地反映环境质量现状及发展趋势，为保护人类健康和环境等服务。
一、实验目的和要求
1、根据布点采样原则，选择适宜方法进行布点，确定采样频率及采样时间，掌握测定
空气中SO2、NOx 和TSP 的采样和监测方法。
2、根据三项污染物监测结果，计算空气污染指数(API)，描述空气质量状况。
3、通过实验及计算直观的反映出山西大学校园的空气质量，掌握环境监测的基本方法。
二、空气中SO2的测定
（一）目的：
1.掌握甲醛缓冲溶液吸收——盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定大气中SO2的方法；
2.测量校园中SO2的浓度。
（二）原理：
空气中的二氧化硫被四氯汞钾溶液吸收后，生成稳定的二氯亚硫酸盐络合物，此络合物再与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺发生反应，生成紫红色的络合物，其最大吸收波长为577nm，据其颜色深浅，用分光光度法测定其吸光度，与标准曲线对比，对SO2进行含量回归，从而测得空气中SO2的浓度。
（三）干扰与消除：
1.空气中氮氧化物的存在对测定有影响，加入适量的氨基磺酸钠放置10min来消除；
2.空气中的臭氧也会影响测定，取样后将样品放置20分钟后臭氧可自行消除；
3.某些金属离子（如Fe2+、 Na+、 Mg2+）对测定有干扰，利用磷酸及环己二胺四乙酸二钠盐（EDTA）来消除或减少这些离子的干扰。
（四）实验步骤：
1.采样：
1）吸取4mL吸收液于多孔玻板吸收管中，用硅橡胶管将其串联在空气采样器上，调节采样器流量为0.4L/min。
2）设置采样时间为40分钟。
3）在采样同时，记录现场的温度和大气压力,并设置空白对照组。对照组的吸收管中加入4mL吸收液，将吸收管的进出口用同一根橡胶管连接。
4）记录采样时间，以及其他与采样有关的因素。
5）采样结束后，关闭仪器，将吸收管密封好带回实验室待测。
2.标准曲线的绘制（SO2标准使用液浓度：1μg/mL）
1）取14支10ml具塞比色管分成A、B两组，分别对应编号。
A组7支具塞比色管按下面表格加液，配置标准溶液色列：
2）A管标液配好后加入6.0g/L的氨磺酸铵溶液0.25mL，摇匀，放置10分钟。
3）这十分钟间向B管7支具塞比色管中均加入0.5mL盐酸副玫瑰苯胺（PRA）。
4）10分钟后向A管7支比色管中加入0.25mL氢氧化钠，迅速倒入对应编号的B管中，按顺序加一管氢氧化钠倒一管，尽量将A管中溶液倒干净，摇匀，从加入的第一管开始计时，放置20min（室温是20℃，对应的显色时间是20min）。
5) 显色时间到后，在577nm波长下测吸光度，以SO2含量为横坐标，扣除空白的吸光度为纵坐标作标准曲线。
3．样品测定：
将采样后的吸收液放置20分钟后，转入10mL比色管中，再加入0.5mL氨磺酸钠，摇匀，放置10分钟，以消除NOx的干扰。以下步骤同标准曲线的绘制。按下式计算空气中的SO2的浓度：
式中:
——空气中的SO2的质量浓度，mg/m³；
——样品溶液的吸光度；
——试剂空白溶液的吸光度；
——所绘制标准曲线的截距；
——所绘制标准曲线的斜率，μg；
——换算成标准状况下的采样体积，L；
——样品溶液的总体积，mL；
——测定时所取样品溶液的体积，mL。
（五）数据处理：（标明采样地点、温度、大气压、流量、时间）
1.采样地点：环资楼前空地
温度：4℃
大气压：93.60kpa
流量：0.4L/min
时间: 20##年12月2日15︰15--15︰55
2.绘制标准曲线：
杯程差：0.005
3.
V=0.4×40=16L T=4℃ P=93.60kPa
L
³
（六）结果与讨论：
实验过程中引起误差的原因有很多，为了减小误差应注意：
1.温度对显色影响较大，温度越高，空白值越大。温度高时显色快，褪色也快，所以采样时用恒温加热套控制显色温度，也控制好显色时间；
2.温度对吸收液的吸收效率有影响，采样时将吸收液温度控制在23—29°C可使吸收效率达100%；
3将A组管中的溶液迅速倒入B组管，目的是使碱性溶液在瞬间转变为强酸性溶液，达到显色反应的酸度要求。A组管中的溶液应倒干净，否则会引入分析误差；
4.除去氮氧化物的干扰，需加入氨磺酸钠，不能用氨基磺酸铵，因为铵离子会与NaOH结合为氢氧化铵，不利于分解化合物释放出SO2；
5.如果样品颜色比标准溶液最高浓度颜色还深，则应稀释，但为了减小误差，稀释倍数应不大于6，若稀释倍数大于6，应减小采样时间或吸收液的量；
6.样品溶液中如有混浊物，则应离心分离除去；
7.测定吸光度时，操作要准确、敏捷，不要超过颜色的稳定时间，以免结果偏低；
8.六价铬能使紫红色络合物褪色，产生负干扰，故应避免用硫酸——铬酸洗液洗涤所用玻璃器皿；
9.用过的具塞比色管及比色皿应及时洗涤，否则红色难于洗涤。具塞比色管用（1+4）盐酸溶液洗涤，比色皿用（1+4）盐酸加1/3体积乙酸混合液洗涤；
10.吸收管也应及时洗涤。
11.显色温度与时间的关系
三、空气中NO2的测定
（一）目的：
1、掌握 N-(1-萘基) 乙二胺盐酸分光光度法测定大气中NO2的方法和原理。
2、掌握大气采样器及洗收液采样的操作技术。
（二）原理：
空气中的氮氧化物主要以NO 和NO2 形态存在。用无水乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液。测定时将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，再与盐酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰红色的偶氮染料，其颜色深浅与气样中NO2浓度成正比，可用分光光度法定量。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，用标准气体通过实验测定)。
（三）干扰与消除：
1.当空气中二氧化硫质量浓度为氮氧化物质量浓度的10倍时对测定的干扰不大，当空气中二氧化硫质量浓度为氮氧化物质量浓度的30倍时会使氮氧化物的测定结果偏低；
2.当空气中臭氧质量浓度超过0.250mg/m³时，使二氧化氮的测定结果偏低。采样时在入口端串联长15—20cm的硅胶管，可以消除干扰。
3.当空气中含有过氧乙酰硝酸酯时，使二氧化氮的测定结果偏高。
（四）实验步骤：
1.采样：吸取4.00 mL 显色液于多孔玻板吸收管中，用硅橡胶管将其串联在采样器上，以0.4 L/min 流量采气1h。在采样的同时，应记录现场温度和大气压力，并设置空白对照组。对照组的吸收管中加入4.00 mL 显色液，将吸收管的进出口用同一根橡胶管连接。
2.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：
将各管溶液混匀，于暗处放置20 min(室温低于20℃时放置40 min 以上)，用1 cm 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。
3、样品测定：采样后于暗放置20 min(室温20℃以下放置40 min 以上)后，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，按下式计算空气中NOx 的浓度。
CNOx=
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、a—分别为标准曲线的斜率(吸光度·mL/μg)和截距；
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)。
（五）数据处理：（标明采样地点、温度、大气压、流量、时间）
1.采样地点：环资楼前空地
温度：8.8℃
大气压：93.15kpa
流量：0.4L/min
时间: 20##年11月25日14︰45--15︰45
2.绘制标准曲线：
杯程差：0.002
3．样品的测定：
标况下体积：
V
=Vt×
=（0.4×60）×
= 21.37L
CNOX=
=
=0.280mg/m
（六）结果与讨论：
实验中的注意事项：
1.吸收液应为无色，宜密闭避光保存；如显微红色，说明已被污染，应检查试剂和蒸馏水的质量；
2.三氧化铬—石英砂氧化管适于相对湿度30％－70％条件下使用，发现吸湿板结或变成绿色应立即更换；
3. 制作标准曲线时，加亚硝酸钠时应均匀缓慢；
4. 用过的吸收瓶、比色管、比色皿应及时洗涤，比色皿用（1+4）盐酸加1/3体积乙酸混合液洗涤。
四、空气中总悬浮颗粒物（TSP）的测定
（一）目的：
掌握重量法测定空气中TSP的方法和原理。
（二）原理：
滤膜捕集——重量法：
用抽气动力抽取一定体积的空气通过已恒重的滤膜，则空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜质量之差及采样体积，即可计算TSP的浓度。根据采样流量不同分为大流量流量、中和小流量采样法。本实验采用中流量采样器法。
（三）干扰与消除：
1.风力和其它气象条件会干扰测定，应控制以一定的流量采一定时间的样；
2.空气中水分会对滤膜称重造成干扰，故称重前先将滤膜干燥易消除干扰；
3.滤膜不能有物理损伤，否则会影响称量；
4.聚氯乙烯带电，称量时应先用镊子碰一下天平以放电；
5.滤膜流量过大也会采样。
（四）实验步骤：
1.用孔口流量计校正采样器的流量；
2.滤膜准备：首先用X 光看片机检查滤膜是否有针孔或其他缺陷，然后放在恒温恒湿箱中于15～30℃任一点平衡24 h，并在此平衡条件下称重(精确到0.1 mg)，记下平衡温度和滤膜重量，将其平放在滤膜袋或盒内。
3.采样：用镊子取出称过的滤膜平放在采样器采样头内的滤膜支持网上(绒面向上)，用滤膜夹夹紧。以100 L/min 流量采样1 小时，记录采样流量和现场的温度及大气压。用镊子轻轻取出滤膜，绒面向里对折，放入滤膜袋内。
4.称量和计算：将采样滤膜在与空白滤膜相同的平衡条件下平衡24 h 后，用分析天平称量(精确到0.1 mg)，记下重量(增量不应小于10 mg)，按下式计算TSP 含量：
TSP 含量(μg/m)=
式中：W1—采样后的滤膜重量(g)；
W0—空白滤膜的重量(g)；
Q—采样器平均采样流量(L/min)；
T—采样时间(min)。
（五）数据处理：（标明采样地点、温度、大气压、流量、时间）
1. 采样地点：环资楼前空地
温度：3.5℃
大气压：93.15kpa
流量：100L/min
时间:20##年11月25日16︰30--17︰30
2.样品的测定：
W
= 0.39874g
W= 0.3949g
V=100×60=6000L
Q=
TSP 含量(μg/m)=
=
ug/m
=705.3 ug/m
=0.705 mg/m
（六）结果与讨论：
1.实验测得的TSP值偏高，是由于采样地点附近的图书馆建筑工地施工产生的大量粉尘以及周围居民区燃煤产生的飞灰，导致空气中的总悬浮颗粒物含量较高。
2.采样当天空气湿度较大，采样滤膜会有一定的水存在，采样后没有恒温衡重，测得的TSP的质量偏高。
3.采样后应注意将采样头直立带回实验室测量，不可将其倒置，以防止采集的样品遗失。
五.空气污染指数（API）的计算
空气污染指数（API）是一种向社会公众公布的反映和评价空气质量状况的指标。它将常规监测的几种主要空气污染物浓度经过处理简化为单一的数值形式，分级表示空气质量和污染程度，具有简明、直观和使用方便的优点。
空气污染指数（API）是指将空气中的污染物的质量浓度依据适当的分级质量浓度限值进行等标化，计算得到简单的量纲为一的指数，可以直观、简明、定量的描述和比较污染的程度。
根据我国城市空气污染的特点，以SO2、NOx和TSP作为计算API的暂定项目，并确定API为50、100、200时，分别对应于我国空气质量标准中日均值的一、二、三级标准的污染浓度限值，500则对应于对人体健康产生明显危害的污染水平。
API的计算方法：1、内插法计算各污染物的分指数In；2、APImax(I1,I2…Ii,…In)；3、该指数所对应的污染物即为该区域或城市的首要污染物。
某种污染物的污染分指数(Ii)按下式计算：
式中：Ci，Ii——分别为第i种污染物的浓度值和污染分指数值；
Ci,j，Ii,j ——分别为第i种污染物在j转折点的极限浓度值和污染分指数值(查表1)；
Ci,j+1，Ii,j+1 ——分别为第i种污染物在j+1转折点的浓度极限值和污染分指数值。
表1 空气污染指数分级浓度限值
表2 空气污染指数范围及相应的空气质量级别
计算：
1. SO2 0.150 mg/m³<C(SO2)=0.163mg/m³<0.250mg/m³
SO2属于Ⅲ 级空气质量，轻污染。
2. NO2 0.120 mg/m³< C(NO2)=0.280 mg/m³<0.565 mg/m³
NO2属于Ⅳ级空气质量，中污染。
3. TSP 0.625 mg/m³< C(
TSP)=0.705 mg/m³<0.875 mg/m³
TSP属于V级空气污染，重度污染。
六．结果分析
1.由以上计算结果知可SO2、NO2、 TSP的API值TSP的最大，所以校园空气首要污染物是总悬浮颗粒物。
2.实验结果看，NO2污染比SO2污染严重，主要原因可能是许西等城中村冬季自主燃煤采暖和校园内来回车辆的尾气排放。
3.实验结果表明校园空气质量很差，属于国家五级标准，重度污染，尤其是TSP的污染。这可能与当时附近正在焚烧垃圾有关。
4.在实验过程中，由于采样位置特殊，受人为的干扰较大。此外，在测定SO2的浓度时， 由于加热保温装置出现故障，导致吸收液对SO2的吸收不完全，导致测得的值偏低。
整体而言，测得校园中空气污染较严重，将对我们的身体健康造成危害。
5.影响空气质量的因素有很多，例如气象条件，风雪雨对污染物的迁移扩散和转化有显著影响。
6.为了使校园内的空气质量有所提高，建议更多的植树，增加绿化面积；减少校园内汽车的行驶，以减少尾气的排放；政府尽快改造许西的供热设施，最好实行集中供热。
参考文献
1.《环境监测》（第四版） 奚旦立 孙裕生主编 高等教育出版社
2.《环境空气质量标准》（GB 3095—1996）