大氣SO2檢測方法研究

王婷 高偉峰 梁姬君 陳存廣

摘 要：文章首先分析了二氧化硫的來源和危害，重點(diǎn)分析了目前有關(guān)二氧化硫濃度檢測的方法，并分析了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。二氧化硫作為主要的大氣污染物之一，對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。因此對二氧化硫濃度檢測方法的研究，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：大氣SO2；檢測方法；研究

引言

進(jìn)入21世紀(jì)，人類進(jìn)入又一個(gè)文明時(shí)代，各種工業(yè)技術(shù)迅速發(fā)展，給人們生活帶來極大的方便，各種智能電器和交通工具逐步改變著人們的生活習(xí)慣。但是在智能電氣生產(chǎn)和制造過程中產(chǎn)生大量工業(yè)尾氣，另外，人類重要的交通工具——汽車也排放大量尾氣到大氣中，這些尾氣中含有大量的有毒有害氣體，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，這些有毒有害氣體主要包括：硫氧化物、NOX、有機(jī)化合物、PM2.5等。其中危害最大的是二氧化硫，它是環(huán)境污染的主要物質(zhì)，造成空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，對人們的人體健康造成極大的危害，因引，對大氣中二氧化硫濃度的檢測是十分必要的。

1 二氧化硫的來源

由于二氧化硫的來源十分廣泛，對環(huán)境污染最嚴(yán)重，對人們生活的影響最大，很多國家把二氧化硫在空氣中的含量作為衡量空氣污染的主要指標(biāo)。產(chǎn)生的二氧化硫的源頭有很多，但主要包括以下幾個(gè)方面。

火山爆發(fā)是二氧化硫的一個(gè)重要源頭，火山爆發(fā)主要產(chǎn)生的氣體就是二氧化硫和水蒸氣，它們夾雜在火山灰中隨大氣流動到較遠(yuǎn)的地方，根據(jù)有關(guān)部門估算，全球火山爆發(fā)每年釋放出數(shù)百億千克的二氧化硫。

生物腐爛過程同樣產(chǎn)生大量的二氧化硫氣體，而世界上各種浮游植物、各種魚類及活動在地球表面的動物種類繁多，數(shù)量巨大，在它們腐爛的過程中都會直接產(chǎn)生二氧化硫氣體?；蛘呦犬a(chǎn)生其它氣體。例如：硫化氫、有機(jī)硫化物，這些物質(zhì)在大氣中經(jīng)過各種化學(xué)反應(yīng)，最終被氧化成二氧化硫氣體，排放到大氣中。

2 二氧化硫的危害

SO2的危害直接表現(xiàn)是酸雨，在中國近四成的面積已經(jīng)受到酸雨的污染和危害。我們國家酸雨形成的主要是由SO2引起的，這些SO2主要來源于人為排放，很多地方的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)被酸雨造成不同程度的損害，人類的生活環(huán)境受到嚴(yán)重影響，歸根到底，這些都是隨意排放SO2造成的，因此，對SO2造成的環(huán)境污染受到社會各界的廣泛關(guān)注。

人若在含有SO2的環(huán)境中，身體的各部位會有明顯的不適，而人能聞到的SO2深度僅為4umol/mol，如果環(huán)境中的SO2濃度達(dá)到8-12umol/mol時(shí)，就會刺激人體的咽喉，引發(fā)劇烈咳嗽；如果環(huán)境中的SO2濃度達(dá)到20umol/mol時(shí)，就會影響到人的視覺神經(jīng)，造成眼睛流淚；如果SO2濃度更高時(shí)會引起人的呼吸系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重時(shí)造成肺癌。目前，人們的很多身體健康問題都與SO2的污染息息相關(guān)。SO2除了對動物造成危害外，對植物同樣存在危害，并且很小濃度的SO2就會對植物造成危害，如果環(huán)境中的SO2濃度達(dá)到0.2umol/mol臨界濃度時(shí)，就會造成植物枯萎，嚴(yán)重時(shí)能造成大面積死亡。

針對SO2的強(qiáng)危害性，我國已經(jīng)把治理SO2污染，減小SO2排放量，列為環(huán)境治理的重要任物，并在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)嚴(yán)格執(zhí)行下去。目前，我們需要做的就是找到理想的監(jiān)測SO2濃度的方法，確定SO2排放的各個(gè)要點(diǎn)，控制排放源。特別是針對排放比較多的地方，例如，電廠煙氣排放。采用合適的監(jiān)測方法能有效控制SO2的排放量，減少環(huán)境污染。

3 SO2的檢測方法

在國內(nèi)SO2在大氣中的含量通常用質(zhì)量體積比mg/m3表示，國際上采用體積比ppm來表示，近年來我國也采用氣體體積比umol/mol來表示，國際上對SO2含量的測量，主要有以下幾種方法。

3.1 電量法

電量法，顧名思義就是通過測量電荷的多少來確認(rèn)樣品中氣體濃度的含量，該方法早在幾十年前就被用于測量二氧化硫的濃度。其基本原理是利用二氧化硫與碘相互反應(yīng)的機(jī)理，將取樣氣體通入到電解液中，加外一個(gè)恒流源，恒流源的陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，源源不斷的產(chǎn)生元素碘，同時(shí)在恒流源的陰極上反生還原反應(yīng)，使電解液中的碘元素達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，在另一個(gè)參比電極上就沒有電荷流過。如果樣氣中含有二氧化硫時(shí)，碘與二氧化硫就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣在電解液中的碘元素就會減少，破壞了電解液中的平衡，部分電荷就會流向參比電極，電荷的移動形成電流，電流的大小與樣氣中二氧化硫濃度成正比，通過檢測參比電極電流的大小就可以確認(rèn)樣氣中二氧化硫的含量。這種方法的測量范圍為0-10umol/mol，檢測下限為0.01umol/mol。這種方法相對實(shí)驗(yàn)室測量液體試劑的量要方便很多，但由于采用的是化學(xué)反應(yīng)的方法，所有可以與碘反應(yīng)的氣體例如硫化物，都會被誤認(rèn)為是二氧化硫，該方法選擇性相對較差，但如果能做出過濾器來過濾掉干擾氣體，該方法也較為實(shí)用。

3.2 電導(dǎo)法

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)溶液導(dǎo)體靠的是溶液中的濃度，如果液體中離子濃度大時(shí)，其電導(dǎo)率就大。依靠這種原理，把含有二氧化硫的樣氣通入到弱酸性過氧化氫溶液中，二氧化硫被氧化成硫酸，這樣溶液中的離子濃度就會增加，溶液的電導(dǎo)率就會變強(qiáng)，通過計(jì)算電導(dǎo)率的變化得知二氧化硫的濃度。這種方法的測量范圍為0-1umol/mol，此方法簡便、快捷、可靠，適合在線連續(xù)測量，目前主要應(yīng)用于自動儀表，主要干擾因素是對電導(dǎo)率有影響的其它物質(zhì)。

3.3 比色法

該方法主要用于微量二氧化硫的測量，主要應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測，是相對標(biāo)準(zhǔn)的二氧化硫檢測方法。其原理是過氧化氫-高氯酸吸收，高氯酸鋇沉淀，過量鋇與釷試劑生成有色絡(luò)合物，用比色法測量該絡(luò)合物體系在一定波長（顯示溶液磷酸含量少、紅紫色548nm；顯示溶液磷酸含量多，藍(lán)紫色575nm：甲醛吸收、紫紅色577nm）的吸收，來確認(rèn)二氧化硫的濃度。該方法優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是操作復(fù)雜，伴生物含有污染物質(zhì)，易受溫度和時(shí)間影響，重復(fù)性不好。

3.4 離子色譜法[2]

該方法是利用離子交換原理，對硫酸根離子定量分析得知二氧化硫濃度大小。把采樣氣體通入到含有碳酸鈉-碳酸氫鈉的溶液中，再經(jīng)過雙氧水氧化成硫酸根離子，再用電導(dǎo)檢測器測量酸性陰離子的電導(dǎo)值，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，測定峰值面積，得知硫酸根離子含量，再推算出二氧化硫的含量，該方法主要用于實(shí)驗(yàn)室的精確測量，精度高。

3.5 紫外熒光法[1、4]

由于物質(zhì)分子具有吸收光譜和熒光光譜能級躍遷能力，所以在紫外光的照射下，具有吸收光子能力的物質(zhì)可在瞬間發(fā)射出熒光，其熒光強(qiáng)度與物質(zhì)濃度呈線性關(guān)系，從而可測出該物質(zhì)濃度。二氧化硫分子受紫外光照射后會發(fā)出熒光，濃度越高，熒光強(qiáng)度越強(qiáng)，兩者成正比關(guān)系，由此測量出二氧化硫的濃度。紫外熒光法的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)，檢測速度快，分辨率高，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動連續(xù)監(jiān)測，應(yīng)用前景十分廣泛。

3.6 光譜吸收法[3]

紅外技術(shù)用于檢測氣體的濃度有成熟的理論基礎(chǔ)，并且已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。其基本原理是利用大氣分子吸收紅外輻射光譜特性，不對分子吸收波長在不同位置出現(xiàn)極值，利用譜線位置來確定分子的數(shù)量和種類。通過在實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二氧化硫在7.30um紅外區(qū)域吸收波最強(qiáng)，當(dāng)一束恒定的7.30um紅外光通過含有二氧化硫的氣體時(shí)，部分光會被二氧化硫吸收，光強(qiáng)變?nèi)酰ㄟ^測量光強(qiáng)來確認(rèn)二氧化硫濃度。該方法以響應(yīng)時(shí)間快，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到迅速應(yīng)用，但成本偏高制約了它的推廣。

3.7 電化學(xué)傳感器法

電化學(xué)氣體傳感器是利用電化學(xué)控制電位電解的基本原理，將電極恒定在選定的電位下（不同氣體在某電位下的反應(yīng)信號較大），使被測氣體在該電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化還原電流，該電流與氣體濃度成正比，可以實(shí)現(xiàn)精確定量檢測，在寬的濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，因此測量準(zhǔn)確度高，又因其體積小、使用維護(hù)簡單，可現(xiàn)場連續(xù)檢測，得到極為廣泛的應(yīng)用，二氧化硫電化學(xué)傳感器目前主要應(yīng)用于工業(yè)安防現(xiàn)場、空氣質(zhì)量檢測、污水治理等。

4 結(jié)束語

綜上所述，關(guān)于二氧化硫的危害比較清晰，二氧化硫的檢測方法也比較多，文章分析了七種常用的檢測方法，它們有各自的應(yīng)用場所和環(huán)境，可根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用來選擇合適的檢測方法。例如，對于目前應(yīng)用最為廣泛的燃料燃燒或工藝尾氣中高濃度SO2的檢測，紫外吸收法和紅外法以靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強(qiáng)得到廣泛應(yīng)用，由于此類儀器設(shè)計(jì)復(fù)雜，費(fèi)用高，專業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)，主要以發(fā)達(dá)國家產(chǎn)品為主，主要用于特定場所的測量。目前，電化學(xué)傳感器法具有低價(jià)位、高實(shí)用性的特點(diǎn)，無論是在大型鍋爐企業(yè)，還是中小型污染源排放企業(yè)應(yīng)用最為廣泛，有較高的性價(jià)比，易于推廣普及。SO2的檢測方法可能還有很多，需要我們不懈的研究，找到更加實(shí)用的檢測方法，更加準(zhǔn)確的檢測出二氧化硫的濃度，為控制二氧化硫的排放提供更多有效的工具。

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