空氣污染物分析實(shí)驗(yàn)

空氣污染物採樣分析基本概念

A.空氣污染物濃度變化特性

空氣污染物在大氣中之濃度隨大氣環(huán)境狀況如風(fēng)速、風(fēng)向、溫度，溼度等及排放源本身之特性而變，故大氣環(huán)境中空氣污染物之濃度在本質(zhì)上為一隨機(jī)變數(shù)。在考慮空氣污染物在大氣中之濃度與時(shí)間之關(guān)係時(shí)，理想的空氣污染物採樣分析方法應(yīng)是以自動監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測而無需以化學(xué)法進(jìn)行逐批採樣分析。2005Fall1AnalysisofEnvironmentalPollutants但由於自動監(jiān)測站之設(shè)置費(fèi)用高昂，且部分空氣污染物尚無自動監(jiān)測設(shè)備，以及不同樣品狀態(tài)受到不同採樣方法之限制，使得以化學(xué)法進(jìn)行逐批採樣分析能有其必要性。以化學(xué)法進(jìn)行逐批採樣分析將受到分析靈敏度之限制，在採樣分析時(shí)需要採集足夠之樣品以供分析。欲採集足夠數(shù)量之空氣污染物時(shí)，採樣時(shí)間應(yīng)加長。因此，採樣時(shí)間長短亦會影響測定值之時(shí)間解析度。

2005Fall2AnalysisofEnvironmentalPollutants在規(guī)劃採樣方法時(shí)，評估採樣目的所需之時(shí)間解析度是極重要的一點(diǎn)。若採樣目的是為瞭解累積性效應(yīng)如腐蝕，或慢性毒物如重金屬、多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔锏戎】涤绊懺u估，及不需要連續(xù)性之自動監(jiān)測儀提供詳細(xì)之時(shí)間解析度。當(dāng)採樣分析資料係用於污染源評估或污染物在大氣中反應(yīng)之研究時(shí)，則須考慮較佳時(shí)間解析度。2005Fall3AnalysisofEnvironmentalPollutantsB.樣品採集方式依空氣污染物的型態(tài)來分類：粒狀污染物氣狀污染物依採樣設(shè)備的種類來分類：化學(xué)分析法連續(xù)自動分析法2005Fall4AnalysisofEnvironmentalPollutants依化合物的濃度、揮發(fā)性與穩(wěn)定性來分類：過濾器收集固態(tài)顆粒法真空瓶(採樣瓶)採樣法採樣袋採樣法吸附劑吸著法吸附液採樣法2005Fall5AnalysisofEnvironmentalPollutants1.過濾器收集固態(tài)顆粒法使用過濾器收集空氣中的微粒，如灰(dusts)、煙(fumes)、霧(mists)和煙霧質(zhì)(aerosols)。這些微粒子經(jīng)收集後可以使用重量分析法或萃取方法等方法，測定其中的污染物。

2005Fall6AnalysisofEnvironmentalPollutants2.真空瓶(採樣瓶)採樣法3.採樣袋採樣法利用壓力原理慢慢地將空氣樣品吸至採氣袋內(nèi)。此採樣方法容易造成氣壁吸附，而造成因漏失所引起的負(fù)誤差，故採樣袋內(nèi)試樣應(yīng)避免日光或高溫直射，並儘可能及早進(jìn)行分析。2005Fall7AnalysisofEnvironmentalPollutants4.吸附劑吸著法影響吸附劑捕集效率之兩個(gè)因素：

(1)採樣環(huán)境的影響，如流速、空氣的溫度及溼度。

(2)吸附劑的性質(zhì)影響，如表面積大小、粒子大小、孔洞大小、吸附的機(jī)構(gòu)與溶質(zhì)親合力的程度。一般常用的吸附劑有Charcoal、Silicagel、Tenax-TA、XADresin，以及玻璃纖維濾紙等。2005Fall8AnalysisofEnvironmentalPollutants對於吸附大氣中氣體和氣狀污染物方面，整體來說活性碳具較大之吸附量。而矽膠吸附劑對欲吸附物則較具選擇性。被吸附的氣體可以自活性碳脫附之，其方法有：(1)以熱空氣脫附被吸附的蒸氣；(2)在真空中加熱活性碳，以冷凝器蒸餾被脫附之物質(zhì)；(3)以液體脫附劑脫附之。

2005Fall9AnalysisofEnvironmentalPollutants5.吸收液採樣法吸收液採樣法是將空氣樣品以起泡方式通過吸收液，使空氣樣品中之化學(xué)物質(zhì)被吸收液所收集。吸收液是裝在吸收瓶中，吸收瓶可串聯(lián)固定於採樣裝置，採樣管內(nèi)之空氣可利用分路先以氣體樣品置換之，再開始通氣採樣。

2005Fall10AnalysisofEnvironmentalPollutants以吸收器收集氣體或蒸氣之濃縮試樣時(shí)，必須先去除顆粒狀物質(zhì)，避免顆粒性物質(zhì)隨同欲分析之化合物存在，其原因?yàn)椋何⒘Ｎ镔|(zhì)可能干擾採樣後之化學(xué)分析微粒物質(zhì)會干擾收集，使流量計(jì)之小孔阻塞。有此之虞時(shí)，可先用過濾法去除之。2005Fall11AnalysisofEnvironmentalPollutants簡易起泡式氣體吸收器

2005Fall12AnalysisofEnvironmentalPollutants附有散氣器之起泡式吸收器

2005Fall13AnalysisofEnvironmentalPollutants螺旋型吸收器2005Fall14AnalysisofEnvironmentalPollutants玻璃填充吸收器2005Fall15AnalysisofEnvironmentalPollutantsC.一般注意事項(xiàng)1.樣品之均勻性2.容器壁和連接管道的吸附問題

?玻璃對水、二氧化氮、苯、苯胺、異氰酸鹽等都有頗高之親和力。欲降低這種誤差可以先使容器盛裝較高濃度一段時(shí)間，讓容器壁先吸附飽和以減少吸附之損失量，不過須注意的是在脫附時(shí)也可能造成所得結(jié)果之增加。

?溶液中之重金屬離子，尤其是鉛、汞、銀、鎘和銻，即很容易被玻璃或塑膠吸附。欲減少吸附可用硝酸調(diào)整pH為2以下，則可使誤差變小至可忽略。2005Fall16AnalysisofEnvironmentalPollutants3.用固體吸附劑之收集系統(tǒng)

?常用之表面吸附劑有活性矽膠(Activatedsilicagels)、鋁膠(Aluminagels)、活性碳及其他高分子聚合物如TenaxTA，XAD-2，XAD-5，XAD-7等，可用以收集濃縮大氣中之氣相污染物，吸附之後於分析時(shí)要能簡單地脫附出來，否則會造成嚴(yán)重之錯誤。2005Fall17AnalysisofEnvironmentalPollutants4.塑膠器之?dāng)U散5.採樣設(shè)備的機(jī)械性缺失6.分壓問題7.溶解度之影響8.溫度的影響9.體積測定誤差10.觀察上之誤差2005Fall18AnalysisofEnvironmentalPollutantsD.有機(jī)空氣污染物採樣分析

?影響大氣中有機(jī)物採樣成功與否之關(guān)鍵主要在其蒸氣壓與極性兩項(xiàng)因素。對於有中至高蒸氣壓之有機(jī)化合物，通常用固體吸附劑進(jìn)行濃縮採樣；而低蒸氣壓之物質(zhì)通常與粒狀物結(jié)合在一起，因此其採樣方法為過濾收集空氣中之粒狀物。

?有機(jī)物可依其揮發(fā)區(qū)分為揮發(fā)性<10-2KPa，半揮發(fā)性10-2~10-8KPa，非揮發(fā)性<10-8KPa。2005Fall19AnalysisofEnvironmentalPollutants

?揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)揮發(fā)性有機(jī)物是有機(jī)物中最受注意的，例如多環(huán)芳香族，含鹵素碳?xì)浠衔?、醛類及酮類均屬此類。這類物質(zhì)最常用之大氣採樣方法是利用固態(tài)吸附物質(zhì)吸附。固體吸附劑可分為三類：有機(jī)聚合物、無機(jī)吸附劑與活性碳。有機(jī)聚合物包括Tenax及XAD，這類吸附劑具有低吸水性之特性，因此，可採集大量之空氣樣品；無法吸附高揮發(fā)性氣體(例如氯乙烯)與某些極性物質(zhì)為其主要缺點(diǎn)。

2005Fall20AnalysisofEnvironmentalPollutants無機(jī)吸附劑則包括矽膠、活性鋁土、活性土及分子篩。這類吸附劑具有較大之極性，可有效吸收極性有機(jī)物質(zhì)。但因吸水性較高易降低吸附效率，所以不常用於揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)之採樣。活性碳為非極性。且吸水性也較低，其吸附效較有機(jī)聚合物佳，為可有效收集氯乙烯之類的有機(jī)物。但過強(qiáng)之吸附作用在有機(jī)物進(jìn)行脫附分析時(shí)則成為一項(xiàng)缺點(diǎn)。

2005Fall21AnalysisofEnvironmentalPollutants半揮發(fā)性有機(jī)物例如多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔?、硝基衍生物、氯苯類、氯甲苯類、多氯?lián)苯、有機(jī)氯化物及有機(jī)磷殺蟲劑等。聚尿酯泡棉是最常用之半揮發(fā)性有機(jī)物吸附劑，其吸附效率良好且氣流阻力低，因此，可用以收集大量之空氣樣品。

2005Fall22AnalysisofEnvironmentalPollutants非揮發(fā)性有機(jī)物通常附著在粒狀物質(zhì)，其採樣通常使用大氣中粒狀物之採樣方法。

2005Fall23AnalysisofEnvironmentalPollutantsE.樣品分析方法依上述之採樣方法型態(tài)可分為化學(xué)分析法及連續(xù)自動分析法。若以分析過程所使用之儀器設(shè)備，可將化學(xué)分析方法分為重量法、滴定法、電極法、原子吸收光譜法、分光光度計(jì)法、氣相層析法、液相層析法、離子層析法及氣相層析質(zhì)譜儀法等九項(xiàng)分析方法。連續(xù)自動分析法亦可依儀器設(shè)備設(shè)計(jì)原理分為非分散性紅外光法、紫外光法、螢光法、化學(xué)發(fā)光法及電極法等分析方法。2005Fall24AnalysisofEnvironmentalPollutants綜觀環(huán)境分析化學(xué)原理的範(fàn)疇，大致涵蓋傳統(tǒng)分析、光譜分析、色層分析及電化學(xué)分析等四大領(lǐng)域。2005Fall25AnalysisofEnvironmentalPollutants環(huán)境空氣品質(zhì)分析–第八章粒狀污染物落塵(收集)筒：收集落塵(dustfall)反應(yīng)較粗大粒狀污染物之污染程度距地面10±2公尺內(nèi)裝2L蒸餾水與0.1gCuSO4(避免藻類微生物滋生)、HgCl2(殺藻及殺黴劑)收集時(shí)間：30天2005Fall26AnalysisofEnvironmentalPollutants計(jì)算：D：落塵量(g/m2/月或公噸/km2/月)a：落塵筒筒口面積(m2)W：落塵分析重(g)C：硫酸銅重(g)2005Fall27AnalysisofEnvironmentalPollutants環(huán)境空氣品質(zhì)總懸浮微粒測定法TSP與PM10裝置：高量採樣器(HighVolumeSampler)旋風(fēng)離心器：利用空氣吸引部所產(chǎn)生的吸引氣流，產(chǎn)生離心效果，將大於10μm粒徑的粒子打入下層承接杯中，濾紙只收集小於10μm的粒子。(Textp.86)PM10/TSP比值：ㄧ般約0.5，但會隨時(shí)間地點(diǎn)而改變。2005Fall28AnalysisofEnvironmentalPollutants

粒狀污染物的自動檢測方法

1.慣性質(zhì)量法：粒狀污染物(PM10)經(jīng)由粒徑篩分

器，以適當(dāng)?shù)奈繏窦綖V紙上。濾紙

直接裝在擺動式錐狀微量天平上，直接測

出瞬間重量的變化，再經(jīng)由儀器自動換算

出即時(shí)濃度。

2.貝他射線衰減法：以β-射線照射捕集微粒之

濾紙，量測採樣前後β-ray的衰減量，再

根據(jù)微粒濃度與輻射強(qiáng)度衰減比率關(guān)係，

來換算粒狀物之濃度。2005Fall29AnalysisofEnvironmentalPollutants慣性質(zhì)量法2005Fall30AnalysisofEnvironmentalPollutants貝他射線衰減法2005Fall31AnalysisofEnvironmentalPollutants粒狀污染物中之無機(jī)鹽類的檢測方法粒狀污染物中之氯鹽檢驗(yàn)法—硝酸汞滴定法原理：蒸餾水加熱回流萃取Cl-，以硝酸汞溶液滴定萃取液(指示劑：二苯卡巴淙-溴酚藍(lán))。2005Fall32AnalysisofEnvironmentalPollutants2.粒狀污染物中之硝酸鹽檢驗(yàn)法—2,4–二甲苯酚法

-原理：蒸餾水加熱回流萃取NO3-

-標(biāo)準(zhǔn)品：KNO32005Fall33AnalysisofEnvironmentalPollutants3.粒狀污染物中之硫酸鹽檢驗(yàn)法—濁度法

-原理：蒸餾水加熱回流萃取SO42-

-標(biāo)準(zhǔn)品：Na2SO4orK2SO42005Fall34AnalysisofEnvironmentalPollutants大氣中二氧化硫檢驗(yàn)法—比色法 氯汞酸鉀TCM吸收+甲醛+薔薇苯胺

玫瑰紅色552nmSO2分析儀(自動連續(xù)監(jiān)測設(shè)備)：紫外光螢光法H2S：採樣袋(瓶)

GC/FID(flameionizationdetector火焰離 子化偵測器)

或GC/FPD(flamephotometricdetector)環(huán)境空氣品質(zhì)分析–第九章硫化物2005Fall35AnalysisofEnvironmentalPollutants來源：固定污染源(如鍋爐燃燒)或移動污染源(如汽機(jī)車排放)會參與光化學(xué)反應(yīng)，形成二次污染物分析方法：大氣中之NO2:Griess-Saltzmanmethod NO2+azodyeformingreagent(粉紅色) 550nm

檢量線樣品：NaNO2

亞硝酸鈉溶液環(huán)境空氣品質(zhì)分析–第十章二氧化氮2005Fall36AnalysisofEnvironmentalPollutants2. 自動連續(xù)監(jiān)測：化學(xué)發(fā)光法ChemiluminescenceMethod

原理：

(1)NO+O3

NO2+O2+hν (2)NO,NO2(reduction)NO(1) [(2)之結(jié)果]–[(1)之結(jié)果]=NO23. 固定污染源中的NOx：酚二磺酸比色法2005Fall37AnalysisofEnvironmentalPollutants環(huán)境空氣品質(zhì)中之臭氧濃度分析法：比色法自動連續(xù)監(jiān)測：紫外光吸收法(254nm)環(huán)境空氣品質(zhì)分析–第十ㄧ章臭氧2005Fall38AnalysisofEnvironmentalPollutants來源：

(1)天然

(2)汽機(jī)車排放

CO,HC與NOx之趨勢相反

airfuelratio(空氣燃料比，A/F) richA/FhighCO,HC

leanA/FhighNO (3)固定污染源(工廠、焚化爐)分析：紅外線自動監(jiān)測儀器環(huán)境空氣品質(zhì)分析–第十二章ㄧ氧化碳2005Fall39AnalysisofEnvironmentalPollutants來源：

(1)天然

(2)汽機(jī)車排放

(3)固定污染源(工廠、焚化爐)分析：GC/FID (氣相層析儀，gaschromatography，搭配火焰離子化偵測器，flameionizationdetector)可將HC分為CH4和NMHC(或稱TGNMO,totalgaseousnonmethaneorganics)環(huán)境空氣品質(zhì)分析–第十三章碳?xì)浠衔?005Fall40AnalysisofEnvironmentalPollutants環(huán)境空氣品質(zhì)分析–第十四章惡臭物質(zhì)臭氣及異味官能測定法：三點(diǎn)比較式嗅袋法採樣：採樣袋、真空瓶或採樣瓶嗅覺判定員(Panel)之選擇試驗(yàn)基準(zhǔn)嗅液官能測定的實(shí)施步驟2005Fall41AnalysisofEnvironmentalPollutants基準(zhǔn)嗅液2005Fall42AnalysisofEnvironmentalPollutants固定污染源測定–

第十五章污染源測定概論基本概念：煙道採樣分析：手動法；自動儀器法(textp.165)採樣流程(Fig15-1(a)ontextp.165)1.選擇採樣(測定)位置2.測定孔(採樣孔)的設(shè)置(textp.168)3.等速吸引(isokineticsuction)

取得具代表性的污染物2005Fall43AnalysisofEnvironmentalPollutants等速吸引：控制pump的流量大小，使透過吸氣嘴前端口徑(截面積m2)的流速=排氣流速(m3/sec) (textp.172-173，F(xiàn)ig15-6)若無等速吸引，其所測結(jié)果的誤差

(textp.174-175，F(xiàn)ig15-7)2005Fall44AnalysisofEnvironmentalPollutants採樣設(shè)備：

1.採樣管(textp.176) 2.導(dǎo)管(textp.178) 3.採氣部

(1)衝擊瓶Impinger(Fig15-9onp.180-181) (2)採氣瓶(或注射筒)

少量採氣

(Fig15-10onp.181-183) (3)水銀壓力計(jì)

(4)氣體乾燥劑

2005Fall45AnalysisofEnvironmentalPollutants煙道中粒狀污染物之採樣分析常見的誤差因素：

1.抽氣速度→未符合等速吸引的原則

2.微粒易被吸附或沉積在管壁及彎曲處

3.採樣條件之變化

4.氣固相發(fā)生反應(yīng)

5.溼度(水分凝結(jié))2005Fall46AnalysisofEnvironmentalPollutants固定污染源測定–

第十六章粒狀污染物廢氣溫度測定廢氣含水量測定(吸溼管法；凝縮法)廢氣流速測定廢氣氣體組成分析(CO2、CO、O2、N2)粒狀污染物濃度測定2005Fall47AnalysisofEnvironmentalPollutants固定污染源中廢氣溫度測定法： 密封惰性氣體式水銀溫度計(jì)或熱電偶式溫度計(jì)

2005Fall48AnalysisofEnvironmentalPollutants固定污染源中廢氣含水量測定法

1.吸溼管法----含水量較低者

2.凝縮管法----含水量較高者

吸溼管法：CaCl2，之前之後稱重吸溼管法之含水量測定裝置：水分採取部、氣體吸引部及吸引流量測定部凝縮管法：以冷凝裝置，取代吸溼管。

冷凝下來之水分稱重

2005Fall49AnalysisofEnvironmentalPollutants2005Fall50AnalysisofEnvironmentalPollutants2005Fall51AnalysisofEnvironmentalPollutants廢氣流速測定法：皮托管、壓力計(jì)廢氣氣體組成分析：Orsat分析儀Orsat分析儀：以不同吸收液吸收各種廢氣(CO2、CO、O2)，其結(jié)果以體積百分比表示之。 (Table16-1,p.218)2005Fall52AnalysisofEnvironmentalPollutants粒狀污染物濃度測定：粒狀物採樣裝置由粒狀物捕集部、氣體吸引部及吸引流量測定部所組成。本裝置可依粒狀物捕集部擺放位置，區(qū)分為1型及2型。1型：粒狀物捕集器放在排放管道之內(nèi)部；2型：粒狀物捕集器放在排放管道之外部。使用2型時(shí)，粒狀物捕集部應(yīng)加熱至120±14℃。

2005Fall53AnalysisofEnvironmentalPollutants總硫氧化物(SO2，SO3)：沈澱滴定法

SO2，SO3→3%H2O2吸收液→SO42- SO42-+Ba2+(滴定液)→BaSO4↓ Ba2++Pb2++ArsenazoIIIindicator(砷萘紫III指示劑)→complex(紅→藍(lán)色)

標(biāo)準(zhǔn)品：H2SO4固定污染源測定–

第十七章總硫氧化物2005Fall54AnalysisofEnvironmentalPollutants排放管道中二氧化硫抽取式自動檢測方法：非分散性紅外光法、紫外光法、螢光法 從排放管道中連續(xù)抽出氣體，引入非分散性紅外光(Non-dispersiveinfrared,NDIR)、紫外光(Ultraviolet)或螢光(Fluorescence)分析儀內(nèi)，以測定其中所含二氧化硫之濃度。

比較： 大氣中SO2

比色法(氯汞酸鉀) SO2

(自動連續(xù)監(jiān)測)紫外線螢光法2005Fall55AnalysisofEnvironmentalPollutants排放管道中

H2S之檢驗(yàn)：甲烯藍(lán)比色法H2S+Zn(NH3)6(OH)2(鋅氨醋塩吸收液)→→Zn(OH3)6S(鋅氨錯塩之硫化物)→→ +N-N-dimethyl-1,4-phenylene diammoniumdichloride(N,N-二甲基對苯 二胺二塩酸塩,DPDA) +氯化鐵→(甲烯藍(lán)顏色，665nm)標(biāo)準(zhǔn)品：硫化鈉Na2S ↑以Na2S2O3硫代硫酸鈉標(biāo)定

2005Fall56AnalysisofEnvironmentalPollutants排放管道中總氮氧化物檢驗(yàn)法－酚二磺酸比色法排放管道中氮氧化物自動檢測方法：儀器分析法使用非分散性紅外線法氣體分析儀時(shí)，樣品氣體中水氣、CO和CO2可能造成干擾。

使用化學(xué)發(fā)光法氣體分析儀時(shí)，樣品氣體中CO2可能造成干擾。

使用紫外光法氣體分析儀時(shí)，樣品氣體中SO2可能造成干擾。

固定污染源測定–

第十八章總氮氧化物2005Fall57AnalysisofEnvironmentalPollutants排放管道中氮氧化物自動檢測方法：儀器分析法2005Fall58AnalysisofEnvironmentalPollutants＊排放管道中CO2自動檢測方法：NDIR法(非分散性紅外光，Non-dispersiveInfrared,NDIR)分析儀器之樣品槽(samplecell)，易受水氣干擾，其干擾並會逐漸降低訊號值，應(yīng)加裝除濕裝置去除干擾。在二氧化碳吸收波長範(fàn)圍內(nèi)會呈現(xiàn)許多干擾物的吸收波峰(如CO、SO2、CH4或HC等)，定量時(shí)要特別注意。2005Fall59AnalysisofEnvironmentalPollutants自動連續(xù)監(jiān)測技術(shù)–

第十九章自動監(jiān)測概論自動監(jiān)測的採樣原理(袋式採樣分析、現(xiàn)場即行分析)氣體校正的相關(guān)名詞解釋：1.零點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)氣體：不含任何可引起分析儀應(yīng)答之物質(zhì)的氣體(Zeroair)2.全幅濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體(Spanstandard)：含測定範(fàn)圍上限濃度80％的標(biāo)準(zhǔn)氣體。2005Fall60AnalysisofEnvironmentalPollutants3.零點(diǎn)偏移(Zerodrift)：連續(xù)12及24小時(shí)以上，未經(jīng)調(diào)整的操作情況下，分析儀對零點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)氣體測試應(yīng)答的變化量。4.全幅偏移(Spandrift)：連續(xù)24小時(shí)以上，未經(jīng)調(diào)整之操作情況下，分析儀對全幅濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體測試應(yīng)答的變化量。5.遲滯時(shí)間(Lagtime)：輸入一樣品至其可觀測應(yīng)答出現(xiàn)之經(jīng)過時(shí)間。6.偵測極限(Lowerdetectablelimit)：可引起分析儀產(chǎn)生兩倍雜訊訊號的污染物濃度。2005Fall61AnalysisofEnvironmentalPollutants空氣中二氧化硫自動檢驗(yàn)方法—紫外光螢光法

原理：利用波長介於190-230nm之紫外光來激發(fā)SO2，再量測其降回基態(tài)時(shí)所發(fā)出350nm的螢光強(qiáng)度，以測定氣體中SO2的濃度。干擾：芳香族碳?xì)浠衔飼沼啥趸蛩懦龅奈灩狻Ｗ詣舆B續(xù)監(jiān)測技術(shù)–

第二十章