空氣中NOx日變化曲線

1、空氣中NOx的日變化曲線實驗第四小組 實驗時間：9月4號實驗地點：南實驗樓本次實驗通過一天不同時間段NO2和NOx的測量，繪制NO、NO2、NOx的日變化曲線，比較不同曲線峰值出現(xiàn)的時間點和差異性，分析曲線形成的原因以及NO、NO2、O3等光化學煙霧的轉化規(guī)律，更好地理解實驗數(shù)據，最后對實驗的誤差分析，總結實驗過程。目錄一、概述2（一）氮氧化物的來源2（二）光化學煙霧2（三）氮氧化物的危害2（四）NO2的測定方法2二、實驗目的3三、實驗原理3四、儀器和試劑4五、實驗步驟4六、計算和分析5（一）、標準曲線的繪制5（二）、繪制和分析NOx、NO2、NO的日變化曲線71、所需參數(shù)的計算：72、二氧化

2、氮濃度的計算及NO2日變化曲線的繪制73、氮氧化合物濃度的計算及NOx日變化曲線的繪制84、一氧化氮濃度的計算及NO日變化曲線的繪制10（三）NO、NOx、NO2即其他光化學煙霧的日轉化過程（常態(tài)模擬）11（四）分析NO、NOx、NO2曲線的成因12六誤差分析13八實驗總結14九參考文獻14一、概述（一）氮氧化物的來源大氣中氮氧化物（NOx）包括多種化合物，如一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮和五氧化二氮，除二氧化氮以外，其他氮氧化物極不穩(wěn)定，遇光、濕或熱變成二氧化氮或一氧化氮，一氧化氮不穩(wěn)定又變成二氧化氮。因此大氣污染化學中的氮氧化物主要指的是一氧化氮和二氧化氮。其主要來自天然過程，

3、如生物源、閃電均可產生NOx。NOx的人為源絕大部分來自化石燃料的燃燒過程，其中城市里的大量NO來自于汽油和柴油發(fā)動機燃燒產物。（二）光化學煙霧NO在大氣中逐漸氧化成NO2，NO2可通過大氣化學反應生成氣溶膠狀的硝酸和硝酸鹽顆粒，同時，NO與NO2還可以通過一系列光化學反應生成諸如O3和PAN等強氧化性物質而產生光化學煙霧。因此，NO與NO2是光化學煙霧產生的必要條件之一。（三）氮氧化物的危害NOx對呼吸道和呼吸器官有刺激作用，是導致支氣管哮喘等呼吸道疾病不 斷增加的原因之一。二氧化氮、二氧化硫、懸浮顆粒物共存時，對人體健康的危 害不僅比單獨NOx嚴重得多，而且大于各污染物的影響之和，即產生協(xié)

4、同作用。 大氣中的NOx能與有機物發(fā)生光化學反應，產生光化學煙霧。NOx能轉化成硝酸和硝酸鹽，通過降水對水和土壤環(huán)境等造成危害。（四）NO2的測定方法NO2的測定方法有比色法及自動監(jiān)測法。比色法一般是基于NO2-與芳香族胺反應生成偶氮染料。其中廣泛采用格里斯薩爾茨曼(Griess-Saltzman)法，是用鹽酸萘乙二胺和對氨基苯磺酸溶液作吸收顯色劑，NO2-與其反應生成玫瑰紅色偶氮化合物，采用比色法進行定量。此方法靈敏、準確、操作簡便、呈色穩(wěn)定，固為國內外普遍采用。國內現(xiàn)用的方法主要為GB12372居住區(qū)大氣中二氧化氮檢驗標準方法 改進的Saltzman法二、實驗目的加深對環(huán)境中NOx的日變化

5、趨勢的理解及光化學煙霧的產生過程，掌握NOx的分析方法和技術。三、實驗原理NO等低價氮氧化物紅色偶氮染料對氨基苯磺酸NO2HNO2鹽酸萘乙二胺最后用比色法進行測定，NO定量通過有氧化管與不通過氧化管的兩次測定差值獲得主要反應方程式為：四、 儀器和試劑儀器：多孔玻板吸收管、空氣采樣器、具塞比色管、氧化管、分光光度計試劑：1. 去離子水、吸收液、顯色液、氧化劑、亞硝酸鈉溶液標準溶液（由實驗室準備）2. 標準使用液的配制：取上述標準溶液1mL至100mL容量瓶，并用水定容到刻度，即得2.50mg/L標準使用液。五、實驗步驟（一）采樣：NOx：用一個內裝5mL吸收液的普通型多孔玻板吸收管，進氣口接上一

6、個氧化管，并使管略微向下斜傾，以免潮濕空氣將氧化劑弄濕，污染吸收管。以0.4L/min流量，避光采氣30min。NO2：不接氧化管，同上述NOx的采樣步驟進行采樣。采樣時間為8點到17點，逢整點采樣，我們組的實驗地點是在南實驗樓。（二）標準曲線的繪制 取6個25 mL容量瓶，按下表制備標準系列。表1NO2-的標準系列瓶號123456標準工作液，mLNO2-含量， g/mL000.70.071.00.13.00.35.00.57.00.7各瓶中，加入12.5mL顯色液，再加水到刻度，混勻，放置15min。用10mm 比色皿，在波長540nm處，以水作參比，測定各瓶溶液的吸光度，以NO2-含量（g

7、/mL）為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，并計算回歸直線的斜率。以斜率的倒數(shù)作為樣品測定時的計算因子Bsg/(mL吸光度)。（三）樣品測定采樣后，用水補充到采樣前的吸收液體積，放置15min，。用10mm 比色皿，在波長540nm處，以水作參比，測定各樣品溶液的吸光度，裝有氧化管的樣品記為A1，不裝氧化管的記為A2。在每批樣品測定的同時，用未采過樣的吸收液按相同操作步驟作試劑空白的測定，記為A0。若樣品溶液吸光度超過測定范圍，應用吸收液稀釋后再測定，計算濃度時，要乘以樣品溶液的稀釋倍數(shù)。六、計算和分析（一）、標準曲線的繪制實驗測得NO2的標準序列數(shù)據如下：標準曲線濃度（ug/mL)NO2

8、吸光度（ABS）00.0080.070.0720.10.1020.30.2760.50.4690.70.643分析：數(shù)據在測吸光度的時候都加入了空白組的差值進行計算，數(shù)據真實可靠。由專業(yè)作圖軟件Origin得到NO2的標準曲線如下：從數(shù)據欄可以看出：Intercept(常數(shù))=0.00854,Slope（斜率）=0.90942，而且數(shù)據的擬合度R2=0.99971，擬合程度非常好，方程的表達式為：y=0.00854+0.90942x所以BS=1/ Slope =1.0996ug/(ml*吸光度)（二）、繪制和分析NOx、NO2、NO的日變化曲線1、所需參數(shù)的計算：標準狀態(tài)下采樣體積（V0）的計

9、算：已知：V=0.5*30=15L，T0=273K，P0=101.3kPa，t=30 0C，P=101.25kPa所以有：V0=V*PP0*T0t+273=15*101.25101.3*27330+273=13.51(L)即V0=13.51L2、二氧化氮濃度的計算及NO2日變化曲線的繪制二氧化氮濃度的計算：A2、A0均由實驗測得，V1=5ml，D=1，V0=13.51L，BS=1.0996ug/(ml*吸光度)， K=0.88，將數(shù)據代入一下公式即可求得NO2的數(shù)據c(NO2)=（A2-A0）BsV1D/（V0K）求解得NO2的數(shù)據如下：取樣時間不接氧化管（A2）吸收液空白測定（A0）C(NO

10、2)(mg/m3)10:000.0410.0040.01711311:000.0520.0040.02220112:000.0340.0050.01341313:000.0460.0060.01850114:000.0340.0060.0129515:000.0370.0060.01433816:000.0510.0060.02081317:000.0590.0080.023588分析：測得的數(shù)據均偏小NO2的日變化曲線如下：分析：可以看出在白天的時候，NO2的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個峰值時間點分別在11:00和13:00，兩個谷值分別在12:00和14:00出現(xiàn)。3、氮氧化合物濃度的計

11、算及NOx日變化曲線的繪制A1、A0均由實驗測得，V1=5ml，D=1，V0=13.51L，BS=1.0996ug/(ml*吸光度)， K=0.88，將數(shù)據代入一下公式即可求得NO2的數(shù)據c(NOx)=（A1-A0）BsV1D/（V0K）求解得NOx的數(shù)據如下：取樣時間接氧化管（A1）吸收液空白測定（A0）C(NOx)(mg/m3)10:000.0580.0040.02497611:000.0370.0040.01526312:000.0520.0050.02173813:000.0370.0060.01433814:000.0330.0060.01248815:000.0410.0060.0

12、1618816:000.0460.0060.01850117:000.0460.0080.017576分析：數(shù)值都偏小，而且某些時刻的NOx比NO2還小，可能是測量時候的操作不當引起的，但也可能是整體數(shù)據較小，系統(tǒng)誤差引起的這種數(shù)據波動，導致NOx比NO2小。NOx的日變化曲線如下：分析：可以看出在白天的時候，NOx的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個峰值時間點分別在12:00和16:00，兩個谷值分別在11:00和14:00出現(xiàn)。4、一氧化氮濃度的計算及NO日變化曲線的繪制由上面的計算可以得到NO2和NOx的數(shù)據，由此代入以下公式計算NO的濃度：cNO=0.652*CNOX-NO2求解得NO的數(shù)

13、據如下：取樣時間C(NOx)(mg/m3)C(NOx)(mg/m3)C(NOx)(mg/m3)10:000.0171130.0249760.00512711:000.0222010.015263-0.0045212:000.0134130.0217380.00542813:000.0185010.014338-0.0027114:000.012950.012488-0.000315:000.0143380.0161880.00120616:000.0208130.018501-0.0015117:000.0235880.017576-0.00392分析：數(shù)值都非常小，有些值是負值，有可能是因為

14、測量或儀器誤差引起的。NO的日變化曲線如下：分析：可以看出在白天的時候，NO的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個峰值時間點分別在12:00和15：00，兩個谷值分別在11:00和13:00出現(xiàn)。（三）NO、NOx、NO2即其他光化學煙霧的日轉化過程（常態(tài)模擬）光化學煙霧形成示意圖光化學煙霧NO、NOx、NO2、O3以及碳氫化合物的相互轉化關系：清晨大量的碳氫化合物和NO由汽車尾氣及其他源排入大氣。由于晚間NO氧化的結果，已有少量NO2存在。當日出時，NO2光解離提供原子氧，然后NO2光解反應及一系列次級反應發(fā)生，OH基開始氧化碳氫化合物，并生成一批自由基，它們有效地將NO轉化為NO2，使 NO2濃

15、度上升（這是積累O3的關鍵），碳氫化合物及NO濃度下降；當NO2達到一定值時，O3開始積累，而自由基與NO2的反應又使NO2的增長受到限制；當NO向NO2轉化速率等于自由基與NO2的反應速率時，NO2濃度達到極大，此時O3仍在積累之中； 當NO2下降到一定程度時，就影響O3的生成量；當O3的積累與消耗達成平衡時，O3達到極大。通過各種污染物的轉化關系我們可以推測一天中NO、NOx、NO2的變化規(guī)律（根據上述化學反應自己的一些推導）：清晨隨著大量的碳氫化合物和NO由汽車尾氣排入大氣，NO的濃度是逐漸升高的，在NO2光解之前NO都是一直增加的，并會達到一個峰值，隨著陽光照射，NO2光解的O促使一批

16、自由基的生成，它們有效地將NO轉化為NO2，這時NO2濃度應該上升，NO濃度應該下降，所以NO的濃度峰值應該比NO2濃度峰值提早出現(xiàn)。而NOx的濃度剛開始應該是隨著NO的增加而增加的，因為NO和NO2之間的轉化并不會影響到NOx總量的變化（而且這時NO2量較少與自由基的反應可以忽略），所以NOx應該是先隨著NO的增加而增加，當NO下降的時候（NO向NO2轉化的時間段），NOx應該是變小的（因為自由基會與NO2反應，導致NOx變?。?，所以NOx的變化曲線會和NO較為相似。當自由基與NO2的反應等于NO轉化為NO2的反應（這個反應會隨著NO的減少而逐漸減慢）時，NO2便達到峰值，這時NO2逐漸減少

17、。這個規(guī)律推測是建立在汽車尾氣只在清晨大量NO排入大氣的前提下設想的，當一天不同的時間段有NO排入大氣，情況就會有所變化。（四）分析NO、NOx、NO2曲線的成因NO、NOx、NO2的日變化曲線如下：由三條曲線最明顯的特征是NOx和NO的變化在上午的時候濃度的變化情況極為相似，這和上面的推導是一致的，有了上面的推導，我們可以來分析三條曲線變化的原因：可以猜想在10:00前，NO已經達到了峰值，因為10點前是老師上班的高峰期，有很多NO排放到了大氣中，這時我們可以根據上面的推導得出NOx的變化情況是與NO一致的，即在10點前NOx也達到了峰值，但隨著NO轉化為NO2，以及NO2與自由基反應，NO

18、和NOx逐漸減少，而NO2濃度是一個上升的過程，在11:00的時候，自由基與NO2的反應等于NO轉化為NO2的反應時，NO2便達到峰值，隨后NO2逐漸減少。11:0012：00是老師們的下班高峰期，NO繼續(xù)排入大氣，開始了下一個周期，所以整個圖像是一個雙峰的趨勢，但是12點后的情況較為復雜，分析的因素較多，不再贅述。六誤差分析通過實驗數(shù)據我們可以看出，我們測的實驗數(shù)據較小，儀器和操作的誤差都可能引起比較大的數(shù)據波動，最后導致NO有些值是負的，所以很有必要進行整個實驗的誤差分析。 （一） 本次實驗所用的采樣器并不能非常精準地保證流速在0.5L/min，很多時候流速都會變慢，需要不斷的調整，這就導致不能非常準確地確定采樣器兩側的采樣流量是否相等，從而導致NO