空氣理化檢驗(yàn)-電子教材:第八章 空氣中有毒物質(zhì)的快速測(cè)定

第八章  空氣中有毒物質(zhì)的快速測(cè)定

第一節(jié)  概述

一、快速測(cè)定的目的及特點(diǎn)

快速測(cè)定（rapid analysis)是一種應(yīng)用簡(jiǎn)便分析方法或便攜式的簡(jiǎn)易儀器，在現(xiàn)場(chǎng)短時(shí)間內(nèi)測(cè)定出空氣中有害物質(zhì)濃度的測(cè)定方法。空氣理化檢驗(yàn)的常規(guī)方法一般是先在現(xiàn)場(chǎng)采集空氣樣品，然后帶回實(shí)驗(yàn)室分析待測(cè)物的含量，分析時(shí)間較長(zhǎng)，不能立即獲得現(xiàn)場(chǎng)空氣中有害物質(zhì)的濃度。當(dāng)發(fā)生有害氣體泄漏、生產(chǎn)設(shè)備突然發(fā)生故障，需要及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)空氣中有毒物質(zhì)的瞬間濃度和危害程度時(shí)，需要簡(jiǎn)便快捷的分析測(cè)定方法，以滿足現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定的需要。因此，在實(shí)際工作中，快速測(cè)定是處理突發(fā)事故的常用檢驗(yàn)手段，具有重要的意義。

快速測(cè)定具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作、反應(yīng)快速、采樣量少的特點(diǎn)，測(cè)定結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性。因受現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，快速測(cè)定方法的靈敏度和準(zhǔn)確度難以達(dá)到常規(guī)測(cè)定方法要求，通常是半定量測(cè)定方法。隨著技術(shù)進(jìn)步，其靈敏度、準(zhǔn)確度在不斷提高，方法種類也在不斷增加。

二、快速測(cè)定的方法

目前，常用的快速測(cè)定方法主要有以下四大類。

1．試紙法（test papermethod)  將浸漬過(guò)化學(xué)試劑的試紙條放置在現(xiàn)場(chǎng)，或置于試紙夾內(nèi)，與現(xiàn)場(chǎng)空氣中的待測(cè)物質(zhì)作用，顯色后比色定量。

2．溶液法（solutionmethod)  在現(xiàn)場(chǎng)，用顯色液與空氣中待測(cè)物質(zhì)作用，顯色后與標(biāo)準(zhǔn)色管比色定量。

3．檢氣管法（detecting tubemethod)  將固體反應(yīng)試劑裝在玻璃管中，在現(xiàn)場(chǎng)，使適量空氣樣品通過(guò)玻璃管，空氣中的待測(cè)物質(zhì)與試劑作用后直接顯色定量。

通常，檢氣管法的靈敏度優(yōu)于溶液法醫(yī).學(xué)全在線payment-defi.com、低于常規(guī)方法。它具有現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)便、快速、便于攜帶、靈敏度較高和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但制作和標(biāo)定麻煩。

4．儀器法（instrumentmethod)  根據(jù)待測(cè)物質(zhì)的熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)特性而制作的便攜式測(cè)定儀器，用于現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定。

第二節(jié) 試紙法

一、試紙法的原理

試紙法是一種以試紙為反應(yīng)介質(zhì)，空氣中待測(cè)物質(zhì)與試劑在試紙上發(fā)生顏色反應(yīng)，與標(biāo)準(zhǔn)色板比色定量的快速測(cè)定方法。

試紙法有兩種測(cè)定方式：第一種方式是先將化學(xué)試劑浸漬在試紙上，做成試紙條，采樣時(shí)，待測(cè)物質(zhì)在試紙上與試劑迅速進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生顏色變化，與標(biāo)準(zhǔn)色板比色定量。氣態(tài)、蒸氣態(tài)、霧狀物質(zhì)與試劑反應(yīng)迅速，適合于用這種試紙法快速測(cè)定。第二種方式是用沒(méi)有浸漬過(guò)化學(xué)試劑的試紙條采樣，空氣通過(guò)該試紙時(shí)，待測(cè)物質(zhì)被吸附、阻留在濾紙上。采樣后，向試紙條上滴加或噴射顯色劑，產(chǎn)生顏色變化，與標(biāo)準(zhǔn)色板比色定量。煙、塵狀態(tài)的物質(zhì)可被試紙吸附、阻留，可用第二種方法測(cè)定。

二、試紙法的特點(diǎn)

試紙比色法的特點(diǎn)是器材簡(jiǎn)單，攜帶、操作簡(jiǎn)便；但測(cè)定誤差較大，是一種半定量的方法。

由于試紙比色法是以濾紙為基質(zhì)材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，故濾紙的質(zhì)量、致密度和均勻度，對(duì)測(cè)定結(jié)果有很大的影響。一般可用中速或慢速定量濾紙，也可用層析紙。

三、試紙法的應(yīng)用

試紙法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、容易掌握，廣泛用于常見(jiàn)有毒氣體的快速測(cè)定。常用試紙法測(cè)定的有毒物質(zhì)見(jiàn)表8-1。

表8-1  常用試紙法測(cè)定的有毒物質(zhì)

第三節(jié)  溶液法

一、溶液法的原理

溶液快速測(cè)定法的原理和第二章介紹的溶液吸收法的原理相同，當(dāng)空氣樣品通過(guò)吸收管時(shí)，空氣中的待測(cè)物質(zhì)被吸收液吸收，然后與顯色劑顯色后與標(biāo)準(zhǔn)色管或標(biāo)準(zhǔn)色板目測(cè)比色定量。溶液快速測(cè)定法也可分為兩種，一種是吸收液兼作顯色劑，當(dāng)被測(cè)空氣通過(guò)吸收液時(shí)，邊吸收邊顯色，根據(jù)顏色的深淺與標(biāo)準(zhǔn)色管比較，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出待測(cè)物質(zhì)的濃度。另一種是待測(cè)物質(zhì)與顯色劑反應(yīng)速度慢，不能在吸收的同時(shí)完成顯色反應(yīng)，或不宜在采樣時(shí)顯色。這種方法是先用吸收液將待測(cè)物質(zhì)吸收，再加入顯色劑顯色，然后比色定量。

二、溶液法的特點(diǎn)

溶液法的檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度均比試紙法高，采樣量少，反應(yīng)速度快。反應(yīng)溶液一般可預(yù)先配制，有的反應(yīng)溶液需要在臨用前配制�，F(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定要求設(shè)備簡(jiǎn)單，所以溶液法一般用目測(cè)比色，標(biāo)準(zhǔn)色管或標(biāo)準(zhǔn)色板長(zhǎng)時(shí)間存放有可能變色，應(yīng)定時(shí)更新。

溶液法快速測(cè)定多用小體積的吸收液和微量吸收管。當(dāng)待測(cè)物質(zhì)溶解度大、反應(yīng)較快時(shí)，使用體積為0.5～1.0 ml的氣泡式微量吸收管。當(dāng)待測(cè)物質(zhì)在吸收液中溶解度小或反應(yīng)較慢時(shí)，應(yīng)用體積為2～2.5 ml微量多孔板式吸收管。

三、溶液法的應(yīng)用

溶液法快速測(cè)定適應(yīng)性廣，對(duì)空氣中常見(jiàn)的有毒物質(zhì)來(lái)說(shuō)，是一種比較有效的快速測(cè)定方法。例如，硫化氫的測(cè)定是以硝酸銀、淀粉為試劑，其顏色由無(wú)色變?yōu)辄S褐色，其靈敏度為1 µg/0.5 m1。二氧化硫測(cè)定以碘、碘化鉀、氯化鈉、淀粉為試劑，顏色從藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，靈敏度為3 µg/ml。常用溶液法測(cè)定的有毒物質(zhì)見(jiàn)表8-2。

表8-2  常用溶液法測(cè)定的有毒物質(zhì)

第四節(jié)  檢氣管法

一、檢氣管法的原理和特點(diǎn)

（一)檢氣管法的原理

檢氣管也稱氣體檢測(cè)管，它是一支內(nèi)裝試劑浸漬過(guò)的載體顆粒制成的指示粉、內(nèi)徑2～4 mm的玻璃管，當(dāng)被測(cè)空氣通過(guò)此管時(shí)，被測(cè)組分與試劑發(fā)生顯色反應(yīng)，根據(jù)顯色情況測(cè)定空氣中待測(cè)組分的濃度。

常用的檢氣管工作原理如下：

1．H₂S檢測(cè)管　以硅膠為載體，醋酸鉛為顯色劑，當(dāng)空氣樣品通過(guò)檢測(cè)管時(shí)，硫化氫與顯色劑反應(yīng)生成黑色的硫化鉛。

2．CO₂檢測(cè)管　以硅膠為載體，NaOH和百里酚酞為顯色劑，當(dāng)被測(cè)空氣通過(guò)檢測(cè)管時(shí)，CO₂與NaOH反應(yīng)使其pH值變化，指示粉由紫色變?yōu)?a class="channel_keylink" href="http://payment-defi.com/pharm/2009/20090113055715_95162.shtml" target="_blank">桃紅色。

3．丙烯腈檢氣管　以玻璃粉為載體，三氧化二鉻、二氯化汞和甲基紅為顯色劑，空氣中的丙烯腈在六價(jià)鉻離子催化下生成氫氰酸，氫氰酸再使氯化汞生成鹽酸，使甲基紅由黃色變?yōu)榧t色。

理論上講，空氣中的各種待測(cè)成分，只要可以發(fā)生顯色反應(yīng)，都能作成相應(yīng)的檢氣管。

檢氣管法可以測(cè)定空氣中近100種無(wú)機(jī)、有機(jī)污染物，包括各種金屬離子，檢測(cè)靈敏度一般為1～10 mg/m³。近十年來(lái)，檢氣管的應(yīng)用有了較大的發(fā)展，目前市場(chǎng)上可以買到上百種測(cè)定空氣中有害物質(zhì)的檢氣管。

（二)檢氣管的種類

檢氣管有比色型和比長(zhǎng)型兩種，見(jiàn)圖8-1。比色型檢氣管根據(jù)指示粉的顏色或顏色深淺的變化進(jìn)行定量，用于精密測(cè)定時(shí)，需要對(duì)照色度-濃度對(duì)照表讀取測(cè)定值。比長(zhǎng)型檢氣管根據(jù)指示粉的變色柱長(zhǎng)度進(jìn)行定量，管上印有濃度刻度，可直接讀取濃度值。二者都可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定性、定量測(cè)定。比長(zhǎng)型檢氣管讀數(shù)誤差小、使用方便，是檢氣管技術(shù)的發(fā)展方向。

檢氣管法適于測(cè)定空氣中氣體或蒸氣狀態(tài)的有毒物質(zhì)。由于指示粉顆粒會(huì)將氣溶膠粒子阻留在檢氣管的進(jìn)氣端，因此，檢氣管法不能用來(lái)檢測(cè)空氣中氣溶膠狀態(tài)的有毒物質(zhì)。

（三)檢氣管的使用方法

檢氣管一般在陰涼避光的環(huán)境存放。使用前應(yīng)認(rèn)真閱讀說(shuō)明書，用專用工具或銼刀將檢氣管兩端鋸開(kāi)，按照管上指示的氣流方向、抽氣速度和抽氣量采樣，采樣后立即讀取濃度值。

檢氣管專用采樣器有檢氣管插入口和自動(dòng)設(shè)定流速、流量的功能，使用很方便。大氣采樣器也適用于檢氣管法采樣，使用前應(yīng)進(jìn)行流量校準(zhǔn)。如果使用100 ml手抽氣筒或玻璃注射器，應(yīng)在測(cè)定地點(diǎn)先用現(xiàn)場(chǎng)空氣將注射器、連接用的橡皮管抽洗2～3次，再抽取被測(cè)空氣，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)推入檢氣管。

當(dāng)顯色劑與待測(cè)物的反應(yīng)速度很慢，不能觀察到檢測(cè)管內(nèi)明顯的顯色界限時(shí)，可以一定的速度往檢測(cè)管內(nèi)送氣直至可觀察到檢測(cè)管內(nèi)明顯的顯色界限，根據(jù)送入試樣空氣的體積求出待測(cè)物質(zhì)濃度。對(duì)比色型檢氣管，往檢測(cè)管內(nèi)輸送試樣空氣直至獲得一定色度的顯色層為止，這叫比色容積法。對(duì)比長(zhǎng)型檢氣管，往檢測(cè)管內(nèi)輸送試樣空氣直至獲得一定長(zhǎng)度的顯色層為止，這叫測(cè)長(zhǎng)容積法。

（四)檢氣管法的特點(diǎn)

1．操作步驟簡(jiǎn)單，容易掌握；

2．測(cè)定迅速，可以在幾分鐘之內(nèi)測(cè)定出工作環(huán)境中有毒物質(zhì)的濃度；

3．靈敏度高，可達(dá)0.01 mg/m³；

4．采氣量小，一般采樣體積為幾十毫升；

5．應(yīng)用范圍廣，可用于評(píng)價(jià)工作場(chǎng)所空氣中有毒物質(zhì)急性中毒的可能性，也可測(cè)定無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物，用于空氣污染研究。

二、影響檢氣管變色柱長(zhǎng)度的因素

（一)抽氣速度的影晌

對(duì)于比長(zhǎng)型檢氣管，在其它條件相同的情況下，抽氣速度的快慢將影響變色柱的長(zhǎng)短、影響變色界限的清晰程度。當(dāng)空氣通過(guò)檢氣管時(shí)，待測(cè)組分與顯色劑反應(yīng)具有時(shí)間效應(yīng)。抽氣速度快，待測(cè)物質(zhì)來(lái)不及與顯色劑反應(yīng)，變色柱加長(zhǎng)，界限不清楚；抽氣速度慢時(shí)，變色界限清楚，但變色柱變短。

由于采樣速度直接影響測(cè)定結(jié)果，因此必須按照標(biāo)準(zhǔn)濃度表上規(guī)定的速度進(jìn)行操作，采樣速度誤差不能超過(guò)標(biāo)定值的10%。

（二)采樣體積的影晌

采樣體積增加，則待測(cè)物含量增加，檢氣管變色柱長(zhǎng)度隨之增加，反之減少。但變色柱長(zhǎng)度與待測(cè)物濃度、采樣體積不一定呈線性關(guān)系，所以當(dāng)待測(cè)物的濃度不在檢測(cè)管測(cè)定范圍內(nèi)時(shí)，不能隨意增加或減少采樣體積，而應(yīng)按照規(guī)定的采樣體積采樣測(cè)定。當(dāng)實(shí)際濃度超過(guò)可測(cè)范圍時(shí)，正確的方法是將空氣樣品加以稀釋后再用檢氣管測(cè)定，將測(cè)出的濃度乘以稀釋倍數(shù)。

（三)溫度的影響

溫度對(duì)檢氣管的測(cè)定結(jié)果有重要影響。如果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定溫度與檢氣管標(biāo)定溫度不同，可引起吸附平衡過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)速度和氣體密度三個(gè)方面的變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，吸附平衡常數(shù)改變，氣體密度變小，化學(xué)反應(yīng)速度加快，同時(shí)載體的物理吸附能力降低，這些變化都會(huì)影響測(cè)定的結(jié)果。因此，當(dāng)實(shí)際測(cè)定時(shí)的溫度與制備標(biāo)準(zhǔn)濃度表或標(biāo)準(zhǔn)比色板時(shí)的溫度不一致時(shí)，需要按照檢氣管說(shuō)明書校正檢測(cè)結(jié)果。

（四)采樣器的影響

最常用采樣器是100 ml注射器，也可使用抽氣泵。采樣器必須與檢氣管配套使用。測(cè)定時(shí)，最好使用與標(biāo)定檢氣管時(shí)使用的相同類型的采樣器。

（五)裝管技術(shù)的影響

指示粉的裝填緊密程度、載體的粒度大小對(duì)變色柱程度也有影響。指示粉裝填太松，抽氣阻力小，變色柱加長(zhǎng)，易出現(xiàn)界面傾斜；反之，變色柱縮短。因此，測(cè)定時(shí)應(yīng)選用同一批檢氣管。

三、檢氣管法的應(yīng)用

由于檢氣管法使用簡(jiǎn)便、測(cè)定快速并具有較高的靈敏度，是空氣中有毒物質(zhì)的主要快速測(cè)定方法。

煤礦和石油化工行業(yè)中，很多工作場(chǎng)所存在可燃性易爆氣體、有毒氣體，使用檢測(cè)管可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)空氣中有毒有害氣體濃度，判定其危害程度。檢測(cè)管可廣泛用于檢查生產(chǎn)設(shè)備、管道泄漏情況；用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)設(shè)備污染監(jiān)測(cè)；也可在汽車尾氣排放、飯店的工作場(chǎng)所和室內(nèi)污染環(huán)境的衛(wèi)生監(jiān)測(cè)中使用。

（一)空氣中甲醛的測(cè)定

甲醛是主要的室內(nèi)空氣污染物之一，新裝修的房屋室內(nèi)空氣中甲醛含量常常高于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值數(shù)十倍，嚴(yán)重污染室內(nèi)空氣。檢氣管法是快速檢測(cè)空氣中甲醛含量的常用方法之一。

1．原理  甲醛檢氣管是由AHMT分光光度法改進(jìn)而來(lái)，即空氣中的甲醛在堿性條件下與AHMT反應(yīng)，經(jīng)高碘酸氧化生成紅色化合物。固體硅膠、分子篩、沸石、氧化鋁等材料具有良好的吸附功能，常用作甲醛檢氣管的多孔性載體。甲醛檢氣管檢測(cè)范圍1～10 mg/m³。

2．測(cè)定方法　參照說(shuō)明書使用，注意氣體進(jìn)入檢氣管的方向。如按送入方式進(jìn)氣，應(yīng)把檢氣管的進(jìn)氣口與采樣器的出氣口相連接；如按吸入方式進(jìn)氣，應(yīng)把檢氣管的出氣口與采樣器的進(jìn)氣口相連接，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成采氣，從紅色環(huán)柱上沿所指示的刻度讀數(shù)。

（二)空氣中一氧化碳的測(cè)定

空氣中一氧化碳的檢氣管法，有硫酸鈀-鉬酸銨檢氣管比色法和發(fā)煙硫酸-五氧化二碘檢氣管比長(zhǎng)度法。

1．硫酸鈀-鉬酸銨比色型檢氣管

（1)原理：指示粉中硅膠和鉬酸銨作用形成規(guī)鉬酸銨黃色化合物。當(dāng)含有一氧化碳?xì)怏w的空氣通過(guò)檢氣管時(shí)，鈀離子被一氧化碳還原成新生態(tài)鈀。新生態(tài)鈀進(jìn)一步將硅鉬酸銨還原成鉬藍(lán)，使指示粉變色。根據(jù)空氣中一氧化碳濃度的大小，指示粉從黃色變?yōu)辄S綠、綠、藍(lán)綠至深藍(lán)，以變色色度與標(biāo)準(zhǔn)色板比較，確定一氧化碳的濃度。

（2)測(cè)定方法：在測(cè)定地點(diǎn)用現(xiàn)場(chǎng)空氣將100 ml注射器抽洗2～3次，再抽取被測(cè)空氣。用銼刀將檢氣管兩端鋸斷，一端用橡皮管與注射器相連，以70～100 ml/min的流量將被測(cè)空氣推入檢氣管中，通氣時(shí)間隨溫度不同而異，見(jiàn)表8-3。推氣完畢，根據(jù)指示粉顏色深淺，立即與標(biāo)準(zhǔn)色版比較，查表8-4，確定一氧化碳的濃度。

表8-3  不同溫度的通氣時(shí)間表

表8-4  一氧化碳標(biāo)準(zhǔn)色列表

例如，設(shè)現(xiàn)場(chǎng)溫度為15℃，查表8-3，通氣時(shí)間為30 s，若指示粉顏色為“淡綠”色，由表8-4可查出空氣中一氧化碳的濃度為180 mg/m³。如果采氣30 s，指示粉還不變色，則可繼續(xù)采氣30 s，前后連續(xù)采氣共60 s，如果此時(shí)指示粉顏色為“黃綠”，查表8-4，一氧化碳的濃度為45 mg/m³。

指示粉與一氧化碳作用后生成的顏色隨放置時(shí)間的延長(zhǎng)而變深。因此，通氣完畢后應(yīng)立即與標(biāo)準(zhǔn)色板比較。

比色型一氧化碳檢氣管有甲、乙、丙三種類型（圖8-2)。不同類型的檢氣管內(nèi)，裝有不同的干擾物質(zhì)去除劑，以適應(yīng)普通環(huán)境和含有特殊干擾物質(zhì)環(huán)境中一氧化碳的測(cè)定。

甲型：管內(nèi)裝有兩段白色保護(hù)劑，一段黃色指示粉。因?yàn)榭諝庵械乃�分�?duì)反應(yīng)有影響，所以在指示粉前后裝有干燥劑（白色保護(hù)劑)，以避免濕氣及一些碳?xì)浠�合物�?duì)指示粉的影響。適用于空氣中不含乙烯和二氧化氮等干擾物質(zhì)的場(chǎng)所。

乙型：管內(nèi)裝有三段白色保護(hù)劑，一段黃色指示粉，一段黃色乙烯去除劑（指示粉)。適用于焦化廠等空氣中含乙烯的場(chǎng)所。

丙型：管內(nèi)裝有四段白色保護(hù)劑，一段黃色指示粉，一段黃色乙烯去除劑，一段橙紅色二氧化氮去除劑（用鉻酸、硫酸浸泡過(guò)的硅膠)。適用于爆破作業(yè)的場(chǎng)所。

本方法靈敏度：10 mg/m³（通氣時(shí)間300 s)。

2．發(fā)煙硫酸-五氧化二碘檢氣管比長(zhǎng)度法

（1)原理：當(dāng)含有一氧化碳的空氣通過(guò)由硅膠、五氧化二碘和發(fā)煙硫酸制成的指示粉時(shí)，五氧化二碘被一氧化碳還原成游離碘，碘與三氧化硫作用，生成綠色配合物，根據(jù)指示粉變色柱長(zhǎng)度，確定空氣中一氧化碳的濃度。

（2)測(cè)定方法：在測(cè)定地點(diǎn)用現(xiàn)場(chǎng)空氣將100 ml注射器抽洗2～3次，再抽取100 ml被測(cè)空氣。用銼刀將檢氣管兩端鋸斷，一端用橡皮管與注射器相連，以90 ml/min的流量把100 ml被測(cè)空氣推入檢氣管，3 min后用濃度標(biāo)尺量取變色柱長(zhǎng)度，確定空氣中一氧化碳的濃度。

溫度對(duì)顯色長(zhǎng)度有影響，但3～30℃范圍內(nèi)的影響較小，可忽略不計(jì)。濕度對(duì)顯色長(zhǎng)度有影響，可用保護(hù)劑除去；二氧化硫和二氧化氮不干擾測(cè)定；硫化氫對(duì)測(cè)定有干擾，可用保護(hù)劑除去；乙烯濃度在0.1%以下時(shí)，通過(guò)保護(hù)劑后影響很�。灰谎趸�氮濃度小于0.1%時(shí)，可用鉻酸-硫酸浸泡過(guò)的硅膠除去。

本方法靈敏度：20 mg/m³（通氣100 ml)。

第五節(jié)  儀器測(cè)定法

在空氣有毒物質(zhì)快速測(cè)定中，儀器法在靈敏度、準(zhǔn)確度和現(xiàn)場(chǎng)使用的簡(jiǎn)便方面都有獨(dú)特的優(yōu)越性。因而發(fā)展速度較快，應(yīng)用范圍也比較廣�？焖贉y(cè)定儀器的主要是根據(jù)待測(cè)物質(zhì)的電、光、熱特性而對(duì)其測(cè)定。為了能在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定有毒物質(zhì)，快速檢測(cè)儀器就必須進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，其檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度一般低于實(shí)驗(yàn)室分析儀器，而有些專門項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器有很高的靈敏度和準(zhǔn)確度。

儀器測(cè)定法的突出特點(diǎn)是反應(yīng)迅速，主要用于三個(gè)方面：一是現(xiàn)場(chǎng)直接指示有害物質(zhì)的濃度，判斷工作場(chǎng)所急性中毒的可能性，保證工人的安全和健康。二是對(duì)能造成慢性中毒而不易察覺(jué)的有害物質(zhì)，如汞蒸氣等，進(jìn)行連續(xù)或快速測(cè)定，檢測(cè)作業(yè)場(chǎng)所是否超過(guò)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限量。三是對(duì)嚴(yán)重危害生命的有害氣體，如一氧化碳，進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)報(bào)警。

隨著精密制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，越來(lái)越多的智能化檢測(cè)儀器應(yīng)用于空氣中有害物質(zhì)的測(cè)定和控制，以改善人們的生活環(huán)境質(zhì)量、保障人們的健康。

一、熱學(xué)式氣體測(cè)定器

熱學(xué)式氣體測(cè)定器（thermal gas detector)是利用待測(cè)氣體燃燒或氧化時(shí)所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行檢測(cè)，其原理如圖8-3所示。熱敏元件R₁、R₂及電阻R₃、R₄組成測(cè)定電橋；待測(cè)氣體通過(guò)R₁時(shí)，如有還原性氣體存在，氣體燃燒或經(jīng)接觸催化劑氧化而產(chǎn)生熱能，溫度的變化導(dǎo)致R₁電阻變化，此時(shí)電橋產(chǎn)生不平衡電壓，由微安表指出可燃?xì)怏w的含量，或由電橋不平衡電壓?jiǎn)��?dòng)報(bào)警信號(hào)。調(diào)節(jié)可變電阻R₅，可改變電橋兩端所加電壓，因而可改變測(cè)定濃度范圍或報(bào)警濃度。

熱學(xué)式氣體測(cè)定器主要有兩種類型：

1．接觸燃燒式　將一層金屬氧化物半導(dǎo)體（如氧化錫、氧化銦、氧化鍶)覆蓋在鉑電阻線圈上，燒結(jié)后在線圈上形成一個(gè)敏感膜。制作時(shí)應(yīng)根據(jù)待測(cè)氣體的特性選擇氧化物，例如，選擇氧化銅可以增強(qiáng)敏感膜對(duì)硫化氫氣體響應(yīng)的選擇性。

通常對(duì)鉑電阻線圈通電加熱，保持溫度恒定在300～450℃。鉑電阻線圈也作為敏感電阻，測(cè)出可燃?xì)怏w的含量。

2．觸媒氧化式　用一層催化劑（觸媒)覆蓋熱敏元件敏感面，然后使熱敏元件在高溫區(qū)（通常是300～500℃)工作，這樣可使氧化作用加強(qiáng)。氣體氧化時(shí)釋放出熱量，導(dǎo)致溫度升高，使鉑電阻的電阻值發(fā)生變化。

制作方法是在鉑電阻線圈上覆蓋一層氧化鋁，然后燒結(jié)成一個(gè)敏感膜。一氧化碳測(cè)定儀就是應(yīng)用觸媒試劑“霍加拉脫”（活性CuO、MnO₂、Ag₂O、Co₂O₃混合試劑)能使空氣中微量CO與O₂結(jié)合產(chǎn)生CO₂及熱。當(dāng)被檢空氣進(jìn)入測(cè)定儀，利用熱電偶或熱敏電阻組成的電橋即可直接測(cè)定CO的濃度。顯然，觸媒氧化式氣體測(cè)定器有更高的檢測(cè)靈敏度。

熱學(xué)式氣體測(cè)定器可以探測(cè)空氣中許多種類的氣體和蒸氣，包括甲烷、一氧化碳、硫化氫、乙炔和氫氣。但是，它只能測(cè)定可燃性氣體或可燃?xì)怏w的混合氣體，不能分辨其中單獨(dú)的化學(xué)成份。

便攜式可燃?xì)怏w測(cè)定器體積小、價(jià)格低，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、檢漏，適應(yīng)車間、家庭安全監(jiān)控應(yīng)用。家用可燃?xì)怏w報(bào)警器是半導(dǎo)體氧化物α-Fe₂O₃、γ-Fe₂O₃和SnO₂等構(gòu)成敏感元件的可燃?xì)怏w傳感器，它對(duì)濕度、酒精和煙等的靈敏度較低，而對(duì)一氧化碳、丙烷和丁烷等液化石油氣的靈敏度極高。敏感元件是在γ- Fe₂O₃等多孔半導(dǎo)體陶瓷內(nèi)設(shè)置一對(duì)鉑電極線，外部有一個(gè)微型加熱器，可在400℃長(zhǎng)時(shí)間加熱。當(dāng)接觸到可燃?xì)怏w時(shí)，半導(dǎo)體敏感元件的電阻下降、電流增加，自身發(fā)熱量增大，檢測(cè)電橋產(chǎn)生不平衡電壓?jiǎn)��?dòng)報(bào)警信號(hào)。泄漏可燃?xì)怏w達(dá)到大氣中爆炸下限的1/5～1/40時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。在聲光報(bào)警同時(shí)還可自動(dòng)啟動(dòng)排氣設(shè)施或自動(dòng)快速切斷氣源，從而可靠地避免泄漏事故的發(fā)生。

可燃?xì)怏w傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性較高。使用干電池為電源，可以方便地安裝在室內(nèi)或其它有可燃?xì)怏w泄漏危險(xiǎn)的場(chǎng)所。安裝位置應(yīng)距離氣源5 m范圍內(nèi)，離地面或者天花板距離不超過(guò)1 m，不能安裝在墻角等空氣不流通的位置，要防止水、水蒸氣和油煙的污染。為了保證工作的可靠性，應(yīng)定期（3個(gè)月或半年)進(jìn)行性能測(cè)試。如果靈敏度下降，要及時(shí)清洗或更換不銹鋼網(wǎng)罩和半導(dǎo)體敏感元件。

二、光學(xué)式氣體測(cè)定器

光學(xué)式氣體測(cè)定器（optical gas detector)是利用空氣中待測(cè)物質(zhì)本身或待測(cè)物質(zhì)與其它試劑作用后的產(chǎn)物對(duì)某種波長(zhǎng)光線的吸收作用或反應(yīng)產(chǎn)物的發(fā)光作用而制成的測(cè)定儀器。根據(jù)光的波長(zhǎng)范圍可分為紫外線、可見(jiàn)光、紅外線測(cè)定器和化學(xué)發(fā)光測(cè)定器。

（一)紫外線氣體測(cè)定器

紫外線氣體測(cè)定器（ultraviolet ray gas detector)用于測(cè)定對(duì)紫外線有強(qiáng)烈吸收的有害氣體或蒸汽�？諝馕廴疚镏幸谎趸�氮（205 nm、215 nm)二氧化氮（210 nm、390 nm)、二氧化硫（285 nm)、臭氧（250 nm)、氣態(tài)汞等在紫外波段有特征吸收。由于紫外光源和精密的分光系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境要求較高，紫外線氣體測(cè)定器在快速測(cè)定中應(yīng)用并不多。其中紫外熒光法測(cè)定空氣中二氧化硫有很高的靈敏度，以光電管為測(cè)量元件的冷原子吸收測(cè)汞儀也有很高的檢測(cè)靈敏度。

（二)紅外線氣體測(cè)定器

紅外線氣體測(cè)定器（infrared ray gas detector)用于測(cè)定對(duì)一定波長(zhǎng)紅外線的強(qiáng)烈吸收的洋害物質(zhì)。根據(jù)待測(cè)有毒物質(zhì)最大吸收波長(zhǎng)的不同，可分別采用不同波長(zhǎng)紅外線進(jìn)行多種有毒物質(zhì)的測(cè)定。

紅外線氣體測(cè)定器的工作方式主要分為紅外分光光度式檢測(cè)和不分光紅外式檢測(cè)二種。

1．紅外分光光度式氣體測(cè)定器  這類儀器是基于不同氣體對(duì)紅外線具有選擇性的吸收，并遵循Lambert-Beer定律的原理設(shè)計(jì)的，見(jiàn)圖8-4。紅外光源發(fā)出強(qiáng)度為I₀紅外線，它通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)度為L的氣室之后，能量變?yōu)?i>I₁,如果氣室中沒(méi)有吸收紅外線能量的氣體時(shí)，可以認(rèn)為I₀＝I₁，如果氣室中吸收紅外線能量的氣體種類—定時(shí)，則K值就一定。K是氣體吸收特征的一個(gè)系數(shù)。當(dāng)氣室長(zhǎng)度L一定時(shí)，I₁的大小僅與氣體濃度有關(guān)，測(cè)量I₁的大小就等于測(cè)量出氣體濃度的變化。

經(jīng)棱鏡或?yàn)V鏡分光系統(tǒng)可得到單色紅外光，許多紅外分光光度式氣體測(cè)定器設(shè)計(jì)了雙光路檢測(cè)系統(tǒng)，以提高檢測(cè)靈敏度。

幾種空氣污染物的特征紅外吸收波長(zhǎng)為：二氧化硫7.4 µm，一氧化氮5.3 µm，二氧化氮4.70 μm、7.80 μm，一氧化碳4.6 µm，二氧化碳有1.40 μm、1.60 μm等多個(gè)中心波長(zhǎng)，臭氧有4.80 μm、9.60 μm、14.00 μm等多個(gè)中心波長(zhǎng)；石油產(chǎn)品和油煙的中心波長(zhǎng)為3.30 μm、3.38 μm、3.41 μm。水的特征紅外吸收波長(zhǎng)為1.45 μm、1.94 μm及2.95 μm。這些氣態(tài)化合物的特征紅外吸收波長(zhǎng)，是準(zhǔn)確測(cè)定它們?cè)诳諝庵泻�量的理論基礎(chǔ)。

紅外分光光度式氣體測(cè)定器的特點(diǎn)是可以直接進(jìn)行測(cè)定，不需要添加反應(yīng)試劑或?qū)�空氣樣品進(jìn)行任何特殊處理，非常符合空氣中有毒物質(zhì)的快速測(cè)定要求，因而得到迅速發(fā)展。紅外便攜式空氣二氧化碳測(cè)定儀已經(jīng)廣泛用于醫(yī)院、商場(chǎng)、影劇院等公共場(chǎng)所的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)。

2．壓差式紅外氣體測(cè)定器  壓差式紅外氣體測(cè)定器是一種不分光紅外檢測(cè)儀器，其測(cè)定原理如圖8-5所示。檢測(cè)時(shí)，儀器從同一紅外光源發(fā)射出的兩束平行的紅外線，被同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的切光片不斷交替切斷，調(diào)制成每秒數(shù)十周的交變輻射。一路光束通過(guò)參考?xì)馐业竭_(dá)檢測(cè)室的一側(cè)；另一路光束則通過(guò)樣品氣室后到達(dá)檢測(cè)室。由于待測(cè)氣體吸收了紅外線，發(fā)熱膨脹，導(dǎo)致檢測(cè)室兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，此壓力差與待測(cè)物質(zhì)的濃度成正比。經(jīng)薄膜電容器將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，經(jīng)放大、記錄，指示出有害物質(zhì)的濃度。

便攜式紅外氣體分析儀有分光光度式檢測(cè)和不分光式檢測(cè)二種類型，前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合做現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的便攜式分析儀。分光光度式紅外氣體分析儀的工作原理是，各種氣體對(duì)紅外光的選擇性吸收都分布在2~12 μm波長(zhǎng)范圍，為提高選擇性、減少其它氣體的干擾，用濾光器（窄帶濾光片)選出待測(cè)氣體特征吸收波長(zhǎng)的紅外光進(jìn)行測(cè)量；為進(jìn)一步提高選擇性，還可用雙波長(zhǎng)測(cè)量，如測(cè)NO₂可選4.70 μm、7.80 μm兩個(gè)波長(zhǎng)測(cè)定。測(cè)定多種氣體的分析儀則采用濾光片不同組合切換的方式，進(jìn)行單波長(zhǎng)或雙波長(zhǎng)的選擇。為提高檢測(cè)靈敏度，還可采用紅外光多次折返的測(cè)量池，增加待測(cè)氣體的吸收光程�，F(xiàn)在已有多種單一氣體分析儀或多用氣體分析儀，用于連續(xù)分析CO、CO₂、SO₂、NO、NO₂、NH₃、CH₄等23種氣體在混合物中的含量。部分氣體的最小檢測(cè)范圍：CO₂、NO，0～40 mg/L；CO、CH₄、SO₂，0～600 mg/L。亦可在0～100%范圍檢測(cè)其百分含量。

分光光度式紅外氣體分析儀的特點(diǎn)是測(cè)量范圍寬，穩(wěn)定性、選擇性和抗震性好。儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，還可制成微型便攜式個(gè)體監(jiān)測(cè)器�？捎糜诠ぷ鲌�(chǎng)所、公共場(chǎng)所中各種有害氣體濃度的快速衛(wèi)生監(jiān)測(cè)。使用中應(yīng)注意光學(xué)部件的防塵、防潮，避免氣樣劇烈的冷熱變換，以防水蒸氣在檢測(cè)池內(nèi)凝集。

（三)可見(jiàn)光氣體測(cè)定器（visible light gas detector)

可見(jiàn)光氣體測(cè)定器（visible light gas detector)的測(cè)定原理是被測(cè)空氣通過(guò)吸收管時(shí)，待測(cè)物質(zhì)被吸收液吸收，生成有色化合物，在可見(jiàn)光波段進(jìn)行測(cè)定。該方法技術(shù)成熟、適應(yīng)范圍廣。

（四)化學(xué)發(fā)光氣體測(cè)定器（chemiluminescence gas detector)

物質(zhì)分子在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，由于吸收了反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能而處于激發(fā)態(tài)；返回基態(tài)時(shí)以光輻射的方式釋放出能量，通過(guò)測(cè)定光輻射的強(qiáng)度，可以測(cè)定樣品中待測(cè)物質(zhì)的含量。應(yīng)用化學(xué)發(fā)光氣體測(cè)定器測(cè)定大氣中微量臭氧、工作場(chǎng)所空氣中乙烯時(shí)，二者原理相同，都是依據(jù)以下同一反應(yīng)原理設(shè)計(jì)的：

化學(xué)發(fā)光氣體測(cè)定器檢測(cè)靈敏度高。

三、電化學(xué)式氣體測(cè)定器

電化學(xué)式氣體測(cè)定器有電導(dǎo)法、庫(kù)侖法和定電位電解法等多種類型，它們具有各自的檢測(cè)特點(diǎn)、適用對(duì)象和工作條件要求。

（一)電導(dǎo)式氣體測(cè)定器

電導(dǎo)式氣體測(cè)定器（conductance gas detector)可用于測(cè)定一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等氣體。它們的基本測(cè)定原理是，吸收液吸收空氣中的待測(cè)物質(zhì)后，溶液電導(dǎo)率發(fā)生改變，根據(jù)電導(dǎo)率的改變量測(cè)定出待測(cè)物質(zhì)的濃度。例如二氧化硫檢測(cè)儀的工作原理是，當(dāng)空氣中的二氧化硫通過(guò)微酸性的稀H₂O₂吸收液時(shí)，SO₂被H₂O₂氧化成H₂SO₄，H₂SO₄的離解使溶液的導(dǎo)電性增加，其電導(dǎo)率與二氧化硫的濃度成線性關(guān)系，測(cè)定器直接顯示SO₂的濃度。

（二)庫(kù)侖式氣體測(cè)定器

庫(kù)侖式氣體測(cè)定器（coulomb gas detector)主要用于測(cè)定能與溴或碘發(fā)生氧化還原反應(yīng)的有毒物質(zhì)，根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)生電流的大小進(jìn)行定量。空氣中氯氣、二氧化硫、硫化氫、氧化氮等都可以用此法測(cè)定。便攜式微量硫化氫檢測(cè)儀就屬于庫(kù)侖式氣體測(cè)定器。

（三)定電位電解式氣體測(cè)定器

定電位電解式氣體測(cè)定器（control-potential electrolysis gas detector)的工作原理是，使電極與電解質(zhì)溶液的界面保持一定電位進(jìn)行電解，通過(guò)改變其設(shè)定電位，有選擇地使某種氣體進(jìn)行氧化或還原，從而定量檢測(cè)該種氣體。某一具體氣體的設(shè)定電位，由其固有的氧化還原電位（即所謂極譜電位)決定，但又隨電解時(shí)作用電極的材質(zhì)、電解質(zhì)的種類不同而變化。電解電流I受電解質(zhì)溶液中電解的氣體濃度c、氣體擴(kuò)散面積A、擴(kuò)散系數(shù)D和擴(kuò)散層的厚度δ的影響。在同一測(cè)定器中，A、D及δ是一定的，所以電解電流與氣體濃度c成正比。

定電位電解法可以根據(jù)待測(cè)氣體精確地設(shè)定電解電位，因此具有氧化還原性質(zhì)的氣體物質(zhì)都可檢測(cè)�，F(xiàn)已有檢測(cè)氟、氯化氫、氨、一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、甲醛、乙烯等有害氣體的便攜式測(cè)定儀，其中許多已經(jīng)制成小型或微型檢測(cè)儀，用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有毒氣體進(jìn)行快速測(cè)定中，通常還要測(cè)定空氣中氧的濃度。便攜式氧氣濃度檢測(cè)儀的工作原理也是定電位電解法，電化學(xué)檢測(cè)器為伽伐尼電池（Galvani cell)氧氣傳感器，通過(guò)測(cè)量電解電流來(lái)檢測(cè)氣體濃度。由于傳感器本身就是電池，所以不需要由外界施加電壓。這種傳感器主要用于O₂的檢測(cè)，檢測(cè)氧的儀器均為這種傳感器。

圖8-6是電化學(xué)甲醛測(cè)定器的工作原理示意圖。當(dāng)空氣中的甲醛透過(guò)聚四氟乙烯膜電極（涂上貴金屬催化劑燒成)時(shí)，通過(guò)電解液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)（電解)。此時(shí)，在工作電極上進(jìn)行甲醛的氧化反應(yīng)，在對(duì)電極上進(jìn)行氧的還原反應(yīng)，最終反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化碳。反應(yīng)得失電子數(shù)在兩邊電極上是一致的，并與甲醛濃度成比例，所以通過(guò)測(cè)定電流就可測(cè)得甲醛的濃度。

測(cè)定甲醛時(shí)，先把采氣管插入儀器的吸氣口，檢查采氣管有無(wú)堵塞；在采氣管進(jìn)氣端連接專用過(guò)濾器，在采樣點(diǎn)將現(xiàn)場(chǎng)氣體過(guò)濾成零氣，當(dāng)讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，用調(diào)零旋鈕將讀數(shù)調(diào)節(jié)到顯示零值；取下過(guò)濾器，開(kāi)動(dòng)氣泵，使分析儀處在取樣氣方式，儀器穩(wěn)定后，顯示的即為甲醛氣體的濃度值，取樣流量大約為1 L/min。

在檢測(cè)環(huán)境中存在高濃度的甲苯、二甲苯、乙醇等物質(zhì)時(shí)，顯示值會(huì)比實(shí)際值高，要盡量消除干擾氣體的發(fā)生源。車輛廢氣、香煙煙霧、香水等酒精類、涂料等揮發(fā)性有機(jī)化合物、高濃度臭氣等也干擾測(cè)定。如果用清潔空氣調(diào)零，應(yīng)注意保證清潔空氣和檢測(cè)場(chǎng)所的溫度、濕度一致。

便攜式甲醛測(cè)定儀的主要技術(shù)指標(biāo)為：檢測(cè)范圍0.00～4.02 mg/m³，分辨率0.0134 mg/m³，檢測(cè)時(shí)間≥5 min（90％響應(yīng))，檢測(cè)誤差±10％�？捎檬须娀螂姵刈麟娫础�

第六節(jié)  空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

在許多公共場(chǎng)所和室內(nèi)環(huán)境中，需要連續(xù)監(jiān)控氧氣、二氧化碳等有害氣體濃度的空氣質(zhì)量指標(biāo)，以保證人們的健康、舒適和安全。這種對(duì)空氣中某些物質(zhì)進(jìn)行的連續(xù)、自動(dòng)測(cè)定，就是對(duì)空氣質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)不僅是一種快速測(cè)定技術(shù)，而且它能在很大范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)期地、自動(dòng)進(jìn)行衛(wèi)生理化檢驗(yàn)工作，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，目前世界上許多國(guó)家都建立了空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（air quality monitoringsystem, AQMS)，對(duì)城市乃至更廣大區(qū)域的空氣質(zhì)量進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)報(bào)告主要污染物的濃度，也可進(jìn)行短期預(yù)報(bào)。這對(duì)開(kāi)展空氣污染的監(jiān)測(cè)、治理和防治工作都有重要意義。

空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物PM10、臭氧、一氧化碳、烴（甲烷和非甲烷烴)等，其中前三項(xiàng)為必測(cè)項(xiàng)目。配以自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，以城市區(qū)域組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)，再進(jìn)行全國(guó)聯(lián)網(wǎng)組成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)�？諝赓|(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了“濕法”和“干法”兩個(gè)階段。濕法測(cè)定原理是庫(kù)侖法和電導(dǎo)法等，被測(cè)空氣樣品需要轉(zhuǎn)化成溶液狀態(tài)進(jìn)行測(cè)定，需要大量試劑，存在消耗試劑和廢液處理等問(wèn)題。操作繁瑣，故障率高，維護(hù)量大。濕法測(cè)定將被逐漸淘汰。干法測(cè)定基于電、光測(cè)定原理，被測(cè)空氣樣品始終保持在本來(lái)的氣體狀態(tài)，沒(méi)有試劑的損耗，維護(hù)量較小。干法測(cè)定是空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。

二、空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器

1．脈沖熒光法SO₂監(jiān)測(cè)儀  該儀器的測(cè)定原理是用脈沖紫外光（190～230 nm)激發(fā)SO₂分子，處于激發(fā)態(tài)的SO₂分子返回基態(tài)時(shí)發(fā)出熒光（240～420 nm)，其熒光強(qiáng)度與SO₂含量呈線性關(guān)系。

紫外光源采用脈沖技術(shù)，可直接獲得交流信號(hào)，保證零點(diǎn)和測(cè)定值的穩(wěn)定性，同時(shí)可延長(zhǎng)紫外燈的使用壽命。該法響應(yīng)快，靈敏度高，最低檢出限可達(dá)3 µg/m³，在＜1380 µg/m³的量程范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系。對(duì)溫度、流量的波動(dòng)不敏感，穩(wěn)定性好。

該法的主要干擾物質(zhì)是水分和有機(jī)物，水分子使熒光淬滅造成負(fù)誤差，芳烴等有機(jī)物產(chǎn)生熒光造成正誤差。儀器采用氟塑料半透膜氣相滲透法除去水分的干擾，采用裝有特殊吸附劑的過(guò)濾器，僅吸附芳烴而允許SO₂分子通過(guò)，以除去芳烴的干擾。

2．化學(xué)發(fā)光法NO/NO₂/NO_x監(jiān)測(cè)儀  該儀器依據(jù)的工作原理是基于NO和O₃進(jìn)行化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，生成的激發(fā)態(tài)二氧化氮（NO₂^*)在返回基態(tài)時(shí)，產(chǎn)生中心波長(zhǎng)為1200 nm的化學(xué)發(fā)光，發(fā)光強(qiáng)度與NO濃度成正比。用紅敏光電倍增管接收，即可測(cè)出NO的濃度。

測(cè)定總氮氧化物NO_x（NO_x＝NO＋NO₂)時(shí)，須先經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器，將NO₂定量轉(zhuǎn)換成NO，再與O₃反應(yīng)，測(cè)得NO_x濃度，以上兩次測(cè)定的差值（NO_x－NO)即為NO₂濃度。

化學(xué)發(fā)光法氮氧化物測(cè)定儀靈敏度高，選擇性好，響應(yīng)也快，最低檢出限達(dá)2 µg/m³，響應(yīng)時(shí)間＜1 min。只要選用高靈敏光電倍增管，應(yīng)用致冷器使光電管降低噪聲，該方法就能獲得良好的穩(wěn)定性。

3．β射線吸收法PM10顆粒監(jiān)測(cè)儀  儀器的工作原理如圖8-7所示，在大流量采樣器的入口有一個(gè)PM10的切割器。將低能量的β射線源（C¹⁴)，首先照射到清潔的濾紙帶上，用蓋克（Geiger)計(jì)數(shù)器測(cè)定透過(guò)濾紙的β射線強(qiáng)度，采用加法計(jì)數(shù)器記下照射時(shí)間a分鐘內(nèi)的脈沖數(shù)為空白值。停止照射，將濾紙帶移至空氣樣品進(jìn)口處取塵樣，取樣結(jié)束后，將吸有塵粒的濾紙帶移至β射線源處再進(jìn)行照射，采用減法計(jì)數(shù)器，從空白值的總脈沖數(shù)逐漸減去直到指示為零。由于灰塵對(duì)β射線的吸收，顯然透過(guò)吸塵濾紙帶的射線脈沖數(shù)將比空白值少，減至零所須的時(shí)間b與空白所須時(shí)間a將出現(xiàn)差值（)，此時(shí)間差與樣品灰塵濃度成正比。將時(shí)間信號(hào)標(biāo)定為濃度值（µg/m³)，即可測(cè)出PM10顆粒物的濃度。

4．紫外光度法O₃監(jiān)測(cè)儀 該法利用O₃對(duì)波長(zhǎng)254 nm紫外光的吸收，直接測(cè)定紫外光通過(guò)O₃后減弱的程度，根據(jù)Lambert-Beer定律求出O₃濃度。

首先，用無(wú)O₃的零氣通過(guò)儀器的吸收池，讀數(shù)為I₀，然后通過(guò)含O₃的空氣，讀數(shù)為I，可測(cè)出I/I₀，由計(jì)算機(jī)按上式并對(duì)溫度、壓力進(jìn)行修正，計(jì)算出O₃濃度。

該法設(shè)備簡(jiǎn)單，沒(méi)有試劑和氣體消耗，避免了乙烯化學(xué)發(fā)光法測(cè)O₃的不安全因素。靈敏度高、響應(yīng)快，最低檢出限可達(dá)2 µg/m³，在2 mg/m³范圍內(nèi)有良好的線性，適于低濃度O₃的連續(xù)測(cè)定。

5．紅外氣體相關(guān)光譜法CO監(jiān)測(cè)儀  該法是一種改進(jìn)的不分光紅外光度法，采用了氣體濾光器相關(guān)技術(shù)，其基本原理是在有干擾氣體存在下，比較樣品氣中被測(cè)CO紅外吸收光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，達(dá)到測(cè)定目的。圖8-8是紅外氣體相關(guān)光譜法CO監(jiān)測(cè)儀的工作原理示意圖。

儀器中裝有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的氣體濾光器轉(zhuǎn)輪，此濾光器一半充入純CO，另一半充入純N₂。當(dāng)紅外線通過(guò)氣體濾光器轉(zhuǎn)輪CO一側(cè)時(shí)，高濃度的CO吸收了所有相關(guān)波長(zhǎng)的紅外光，作為參比光束；紅外線通過(guò)N₂一側(cè)時(shí)，CO相關(guān)波長(zhǎng)沒(méi)有被吸收，作為樣品光束。氣體濾光器轉(zhuǎn)輪后接一個(gè)多次反射光程吸收池（池長(zhǎng)40 cm，反射32次，光程12.8 cm)，以獲得足夠的靈敏度。氣體濾光器轉(zhuǎn)輪按一定頻率旋轉(zhuǎn)，從時(shí)間上分割為交替的樣品光束和參比光束，這樣吸收池可獲得交變信號(hào)，以利于放大處理。而對(duì)干擾氣來(lái)說(shuō)，樣品光束和參比光束是相同的，可相互抵消。該法的靈敏度可達(dá)10 µg/m³，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了薄膜電容檢測(cè)器易受震動(dòng)影響的缺點(diǎn)，使儀器運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

三、空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式

建立大氣污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需要在全國(guó)組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)，連接各省、市監(jiān)測(cè)中心站。各監(jiān)測(cè)中心站又連接一系列的監(jiān)測(cè)子站（監(jiān)測(cè)點(diǎn))，監(jiān)測(cè)子站與中心站之間保持自動(dòng)的信息聯(lián)系，并接受中心站的控制。

1．監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局  設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)的目的，一是評(píng)價(jià)地區(qū)整體的大氣污染，二是掌握汽車排氣和固定污染源的污染狀況，三是為某一地區(qū)的特定目的而進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置應(yīng)在選擇地區(qū)范圍內(nèi)具有代表性，即應(yīng)能反映該地區(qū)范圍內(nèi)空氣污染物的濃度及其波動(dòng)范圍。對(duì)人體的健康關(guān)系而言，監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在地的空氣應(yīng)能代表居民所呼吸的空氣�？刹捎猛�心圓布點(diǎn)、阿基米德螺旋線布點(diǎn)的幾何圖形布點(diǎn)法，或者按工業(yè)區(qū)、居民稠密區(qū)、商業(yè)繁華區(qū)、交通頻繁區(qū)、公園游覽區(qū)等分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的功能分區(qū)布點(diǎn)法。

2．子站  監(jiān)測(cè)子站設(shè)在各選定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要由樣品采集設(shè)備、各種空氣自動(dòng)分析儀、氣象參數(shù)傳感器、動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)以及條件保證系統(tǒng)等組成。

空氣樣品采集設(shè)備主要有采樣泵和過(guò)濾裝置、帶有10 µm切割器分離器的大流量采樣器�？諝庾詣�(dòng)分析儀主要有SO₂、NO_x、PM10顆粒監(jiān)測(cè)儀，根據(jù)監(jiān)測(cè)需要再配以O(shè)₃、CO及其它監(jiān)測(cè)儀。氣象參數(shù)傳感器包括氣溫、氣濕、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速等測(cè)定儀器。

對(duì)自動(dòng)分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)通過(guò)動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)完成，該系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準(zhǔn)儀、零氣發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)氣源。

子站數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)主要有專用計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)通信接口、調(diào)制解調(diào)器、有線電話或無(wú)線電臺(tái)等通信設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖8-9所示。

子站運(yùn)行方式：子站內(nèi)各臺(tái)監(jiān)測(cè)儀器自動(dòng)從空氣采樣系統(tǒng)采集空氣樣品，并連續(xù)監(jiān)測(cè)出當(dāng)?shù)匚廴疚餄舛燃皻庀髤��?shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。子站內(nèi)的計(jì)算機(jī)以每1/10 s一次向各臺(tái)儀器采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)校準(zhǔn)修正，算出每5 min平均值，存貯于計(jì)算機(jī)器中。當(dāng)子站數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)收到控制中心的輪詢指令時(shí)，即向中心發(fā)送最新的分組5 min均值。采集存貯新的數(shù)據(jù)，等待下一周期的輪詢。

子站按照中心站的校準(zhǔn)指令，自動(dòng)進(jìn)行各臺(tái)儀器的零點(diǎn)校正、跨度校正或執(zhí)行某臺(tái)儀器的停止或起動(dòng)等動(dòng)作。同時(shí)，將子站運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等狀態(tài)信息及報(bào)警信息（如站房溫度、電源電壓、儀器流量等)向中心站發(fā)送，以保持中心站對(duì)子站運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控；

一般情況下，子站在中心站控制下按被動(dòng)工作方式運(yùn)行。當(dāng)中心站的計(jì)算機(jī)或通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障，為使數(shù)據(jù)不丟失，子站計(jì)算機(jī)即進(jìn)入自主工作方式，承擔(dān)采集、存貯數(shù)據(jù)等功能。子站計(jì)算機(jī)至少應(yīng)能存貯16 h以上的5 min數(shù)據(jù)，待中心站或通信系統(tǒng)正常后，將子站己存貯的數(shù)據(jù)傳至中心，從而使數(shù)據(jù)損失減至最小。

3．中心站  中心站配有較強(qiáng)功能的計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)軟件和通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測(cè)子站的數(shù)據(jù)采集、保存、數(shù)據(jù)處理、對(duì)子站的遠(yuǎn)程測(cè)控和故障診斷，以及其它擴(kuò)展功能。

中心站運(yùn)行方式：中心站的計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)通信對(duì)各子站的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。中心站控制人員可向各子站發(fā)出各種指令，如調(diào)取子站任一時(shí)刻的瞬時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、修改子站參數(shù)、發(fā)出零點(diǎn)、跨度校準(zhǔn)指令，令某子站開(kāi)始、停止工作等。定時(shí)向各子站發(fā)送輪詢指令，以一定時(shí)間間隔，順序輪詢各子站，將存貯的監(jiān)測(cè)數(shù)踞傳至中心。

中心站對(duì)收集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從積累的5 min數(shù)據(jù)文件，算出相應(yīng)的小時(shí)均值，建立小時(shí)數(shù)據(jù)文件。中心站計(jì)算機(jī)根據(jù)收集、存貯的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，完成各種報(bào)表和檢索。通常報(bào)表的形式有各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的時(shí)報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表，超標(biāo)率統(tǒng)計(jì)表和污染物濃度變化曲線等。檢索的內(nèi)容有一個(gè)月內(nèi)任一時(shí)段的污染物超標(biāo)數(shù)據(jù)、最大值數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的氣象條件等等。

空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可迅速提供本區(qū)域的空氣質(zhì)量現(xiàn)狀、變化規(guī)律及長(zhǎng)期污染數(shù)據(jù)的累積統(tǒng)計(jì)，為環(huán)境污染治理和管理提供科學(xué)依據(jù)。

復(fù)習(xí)思考題

1．快速測(cè)定有何意義和特點(diǎn)？

2．快速測(cè)定常用的四類方法各有哪些特點(diǎn)？

3．試紙法和溶液法有哪些異同之處？

4．檢氣管的測(cè)定原理是什么？ 它的準(zhǔn)確性與哪些因素有關(guān)？

5．儀器測(cè)定法有哪幾種類型，它們各適用于哪些物質(zhì)的檢測(cè)？

6．空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象有哪些？

（朱業(yè)湘)