多层滤膜干沉降监测仪的性能和应用
仪器网 · 2012-07-14 23:42 · 42484 次点击
干沉降是指不发生降水时,大气中酸性污染物受重力、颗粒物吸附等作用由大气沉降到地面的过程,是和湿沉降同样重要的污染物从大气中去除的过程。干沉降过程相当复杂,受到气象条件、污染物性质及浓度、沉积表面性质等三方面因素的影响。气溶胶和气体污染物的干沉降机制又有不同,气溶胶主要通过重力沉降、碰撞和扩散等过程,气体污染物主要通过沉积表面的吸收和反应等化学过程而沉降去除。
对于干沉降监测,主要有空气质量自动监测法、被动采样器法、Denuder法、多层滤膜法等4种方法。目前,比较普遍的干沉降监测方法为空气质量自动监测法,被动采样器法也被广泛用于大气污染物干湿沉降测定,这方面的研究报道较多,而后面两种方法则较少。下面就4种干沉降监测方法的异同点及优缺点,多层滤膜干沉降监测方法基本原理、所用仪器、操作步骤以及在酸沉降监测中的应用进行较为详细的描述。
14种干沉降监测方法比较
1.1空气质量自动监测法
这是目前世界上比较流行的一种方法,此法能自动监测空气中SO2、NO2、NO、O3、CO、悬浮颗粒物(如TSP、PM10、PM2.5等),另外还可监测空气中某些挥发性有机物(如苯系物等)以及气象参数等。但该方法仪器价格比较昂贵,而且监测人员需要较高的技能。
1.2被动采样器法
此种方法能监测空气中SO2、NO2、NO、O3、HNO3、HCl和NH3等,优点是价格便宜,容易操作。
1.3Denuder法
该方法能监测空气中的SO2、HNO3、HCl、NH3及颗粒态组分,相比1.2和1.42种方法,此法比较昂贵,且对操作人员的技能有较高的要求。
1.4多层滤膜法
该方法能监测空气中的SO2、HNO3、HCl、NH3及颗粒态组分,方法优点是价格便宜、容易操作。
1.54种干沉降监测方法异同点比较从以上4种干沉降监测方法的特点来看,每个方法各有优缺点,可以互相补充。从酸沉降的角度来看,多层滤膜法和Denuder法更能有效地和湿沉降监测数据相结合进而评价某地区酸沉降情况,具体情况比较(见表1)。
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2多层滤膜法
2.1基本原理
该方法的基本原理是利用4层不同性能的滤膜收集空气中不同的干沉降组分,然后对滤膜进行萃取,萃取液用离子色谱和原子吸收法测定其中的阴阳离子浓度(NH4+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-),通过采样体积和萃取液中离子浓度计算得出空气中气态组分SO2、HNO3、HCl、NH3及颗粒态SO42-、NO3-、Cl-、NH4+、K+、Na+、Mg2+、Ca2+的含量,各层滤膜收集机制和收集成分(见表2)。
2.2所用仪器
多层滤膜法所用仪器及耗材主要有:采样泵、
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流量计、体积计量计、多层滤膜采样头、聚四氟乙烯滤膜、聚酰氨滤膜、纤维素滤膜及滤膜安装工具等,图1和图2为多层滤膜法采样装置以及4层滤膜采样方式基本框架图。
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2.3操作步骤
2.3.1滤膜的前处理在样品采集前,采样用的滤膜需要进行必要的处理。在本方法中第1、2两层滤膜不用进行前处理,可以直接安装使用,但须做空白实验。第3层采样滤膜处理方法为将纤维素滤膜依次在3个装有6%K2CO3+2%甘油碱性处理液的烧杯中浸提数秒钟,然后用定量滤膜吸干滤膜上的水分,放入相应塑料盒中备用。第4层采样滤膜处理方法为将纤维素滤膜依次在3个装有5%H3PO4+2%甘油酸性处理液的烧杯中浸提数秒钟,然后用定量滤膜吸干滤膜上的水分,放入相应塑料盒中备用。
2.3.2多层滤膜的安装和样品采集采样前在实验室内将滤膜按次序安装于多层滤膜采样头上,检查四层滤膜安装的密封性,将其带到采样点安装于采样仪器上,设置采样泵流速,记录流速、气体体积计读数、开启采样泵并记录采样开始时间和气温,开始采样。一般情况下,采样泵流速为1.0L/min,采样周期为一星期,如果采样点空气很干净,样品检测浓度很低,可改为两星期。
2.3.3滤膜的提取及分析采样滤膜带回实验室后用相应的溶剂提取各层滤膜采集到的干沉降污染物,具体处理办法为:第1、2、4层滤膜分别用25mL去离子水超声提取20min,第3层滤膜用25mL0.05%H2O2溶液超声提取20min,各层滤膜空白用同样的方法分别处理5张空白滤膜。提取液经过滤后用离子色谱法测定其中的阴阳离子组分含量,滤膜空白为5张空白滤膜空白的平均值。各层滤膜所分析离子组分情况(见表3)。
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2.3.4数据处理根据采样体积和滤膜提取液中各离子组分的浓度,计算出空气中气态成分SO2,HNO3,HCl,NH3以及颗粒物中SO42-,NO3-,Cl-,NH4+,Na+,K+,Ca2+,Mg2+等离子组分的浓度,具体方法按下列公式计算Cair=α×Csol×Vsol/Vair(α=103/M)式中,Cair为空气中组分浓度(nmol/m3);Csol为扣除滤膜空白后提取液中组分浓度(mg/L);(Csol=Csol,sample-Csol,blank);Vsol为提取液体积(mL);Vair为校正后的采样体积(20℃,1atm)(m3);M为组分摩尔质量。
3多层滤膜法在酸沉降监测中的应用
和其他干沉降监测方法一样,多层滤膜法在酸沉降监测中的应用是通过监测大气中污染物不同组分的浓度,来计算和评估大气中污染物干沉降速率和干沉降量,为评价土壤、植被等总的湿沉降量以及对特定生态系统的影响提供污染物干沉降数据。另外,可为评价区域性硫和氮的贡献提供数据。
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