離子色譜法同時測定環(huán)境空氣中的二氧化硫和氮氧化物

摘要：本文建立離子色譜法同時測定環(huán)境空氣中的二氧化硫和氮氧化物的方法。采用氫氧化鈉和雙氧水溶液作為吸收液，將空氣中二氧化硫和氮氧化物轉(zhuǎn)化為硝酸根和硫酸根后用離子色譜法測定。若用10mL吸收液，采樣體積為30L時，二氧化硫和氮氧化物的最低檢出濃度均為0.007mg/m3，測量結(jié)果的重復(fù)性和準(zhǔn)確性較高，分析過程避免化學(xué)溶劑的使用，完全滿足于環(huán)境空氣中二氧化硫和氮氧化物的同時測定。

關(guān)鍵詞：環(huán)境空氣；二氧化硫；氮氧化物；離子色譜法

中圖分類號：X131 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文件編號：2095-672X（2017）03-0205-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.111

Abstract： This paper established ion chromatography and determination method of the sulfur dioxide and nitrogen oxides in air environment. Using sodium hydroxide and hydrogen peroxide solution as absorption liquid， sulfur dioxide and nitrogen oxides in air can be converted to nitrate and sulfuric acid root after determination with ion chromatography. If use 10mL absorbing liquid， sample volume of 30L， check out the lowest concentrations of sulfur dioxide and nitrogen oxides were 0.007 mg/m3， the repeatability and accuracy of measurement results is higher， the analysis process to avoid the use of chemical solvents， completely satisfied with the simultaneous determination of sulfur dioxide and nitrogen oxides in air environment.

Key words： Ambient air；Sulfur dioxide；Nitrogen oxides；Ion chromatography

二氧化硫是具有刺激性氣味的無色氣體，氮氧化物是由氮、氧兩種元素組成的化合物，常指NO和NO2，二者都是環(huán)境空氣中常見的污染物。二氧化硫和氮氧化物對人體的呼吸道有強(qiáng)烈的刺激性，誘發(fā)呼吸道的各種炎癥，對人體健康造成危害[1]。二氧化硫和氮氧化物是環(huán)境監(jiān)測部門常規(guī)監(jiān)測項目，隨著人們對大氣環(huán)境質(zhì)量的重視，準(zhǔn)確測定空氣中二氧化硫和氮氧化物的含量具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。目前，空氣中二氧化硫的測定主要采用鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法[2-3]，氮氧化物的測定主要采用鹽酸萘乙胺分光光度法[4]，這二種分析方法操作步驟繁瑣，測試過程中的多種化學(xué)試劑對分析人沒有毒有害，且測定結(jié)果易受反應(yīng)時間和環(huán)境溫度的影響。離子色譜法分析速度快，靈敏度高，特別適用多種無機(jī)陰離子的同時測定[5]。本文采用氫氧化鈉和過氧化氫混合液為吸收液采集環(huán)境空氣樣品，將二氧化硫和氮氧化物分別轉(zhuǎn)化成硫酸根和硝酸根離子，然后采用離子色譜法進(jìn)行定量分析，方法操作簡便可靠，靈敏度高。

1 實(shí)驗部分

1.1 儀器和試劑

ICS-90型離子色譜儀配色譜工作站；TH-110B型大氣采樣器，流量范圍0.1-1L/min；多孔玻板吸收管； 0.45μm微孔濾膜；Milli-Q A10型超純化水制備儀，超純水電阻率為18.3MΩ.cm。

碳酸鈉、碳酸氫鈉，優(yōu)級純；氫氧化鈉、雙氧水（30%），分析純；500mg/L硝酸根和硫酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液，氮氧化物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（0.631±0.019mg/L），二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（0.401±0.019mg/L），購于環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

吸收液：在1000mL容量瓶中加入50mL雙氧水和5g氫氧化鈉，用超純水稀釋至標(biāo)線后混勻，此溶液臨用前配制。

1.2 色譜條件

載氣為高純氮?dú)猓籄S23型離子色譜分離柱；AG23型色譜保護(hù)柱；柱溫為室溫；電導(dǎo)檢測器；ASRS300自動再生陰離子抑制器，抑制器電流25mA；淋洗液為4.0mmol/L碳酸鈉和1.2mmol/L碳酸氫鈉混合溶液，流速為1.0ml/min；進(jìn)樣體積為10μL。

1.3 方法原理

本文采用5%雙氧水和0.5%氫氧化鈉混合液為吸收液，環(huán)境空氣中二氧化硫和氮氧化物被吸收液吸收后氧化轉(zhuǎn)變化硝酸根和硫酸根離子，用離子色譜法對吸收液進(jìn)行測定得出硝酸根和硫酸根的濃度，根據(jù)采樣體積和吸收液體積換算后即為空氣中二氧化硫和氮氧化物的含量。

1.4 樣品采集和處理

將裝有10mL吸收液的多孔玻板吸收管置于大氣采樣器，保持1.5m高度以0.5L/min的速度采集環(huán)境空氣樣品60min，同時記錄采樣時間、溫度、風(fēng)速、大氣壓等氣象參數(shù)[1]。將裝有吸收液的吸收管帶至現(xiàn)場不抽氣，作空白樣品。樣品吸收液分析前，將吸收液倒入10mL的比色管中，經(jīng)沸水浴加熱5min使吸收液中的二氧化硫和氮氧化物充分氧化成硝酸根和硫酸根，冷卻后經(jīng)0.45μm濾膜過濾后進(jìn)行離子色譜分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性

準(zhǔn)確移取10mL硝酸根和硫酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液用超純水定容于100mL容量瓶配成50mg/L標(biāo)準(zhǔn)混合使用溶液，用移液管移取0.00，1.00，3.00，5.00，10.0，20.0mL標(biāo)準(zhǔn)混合使用液于100mL容量瓶中用超純水定容至標(biāo)線后搖勻，配制濃度為0.00，0.50，1.50，2.50，5.00，10.0硝酸根和硫酸根標(biāo)準(zhǔn)系列。在上述色譜條件對標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行離子色譜分析，以硝酸根和硫酸根的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，色譜峰高為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。實(shí)驗結(jié)果表明硝酸根和硫酸根在0.00～10.0mg/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，硝酸根回歸方程為Y=0.351X-0.005，相關(guān)系數(shù)r=0.9994，硫酸根線性回歸方程Y=0.481x+0.002，相關(guān)系數(shù)r=0.9995。

2.2 方法檢出限

在上述色譜條件對低濃度硝酸根和硫酸根標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測定7次，計算其標(biāo)準(zhǔn)偏差S分別為0.0032mg/L和0.0095mg/L。檢出限按MDL=S·t（n-1，0.99）計算，式中t（n-1，0.99）為置信度99%、自由度為n-1時的t值（t（6，0.99）=3.143），計算出硝酸根的檢出限為0.01mg/L，硫酸根的檢出限為0.03mg/L，換算成氮氧化物和二氧化硫的檢出限均為0.02mg/L[6]。在采樣體積為30L，吸收液體積為10.0mL的條件下，氮氧化物和二氧化硫的最低檢出濃度為0.007mg/m3。

2.3 樣品色譜圖

用氫氧化鈉和雙氧水作吸收液采集環(huán)境空氣中二氧化硫和氮氧化物時，可能采集到空氣中常見的氟、氯和磷酸根等陰離子。在上述儀器條件下對氟、氯、磷酸根、硝酸根和硫酸根混合液進(jìn)行離子色譜分析。實(shí)驗表明，在該分析條件下，幾種陰離子分離效果較好，出峰時間較為理想，見圖1。

1.氟離子，2.氯離子，3.硝酸根，4.磷酸根，5.硫酸根

2.4 方法重現(xiàn)性實(shí)驗

用移液管移取10mL氮氧化物和二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)到250mL容量瓶中，用吸收液稀釋至標(biāo)線，按樣品處理步驟處理后進(jìn)行離子色譜分析，見表1。由表1可知，二氧化硫和氮氧化物的測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)樣品的定值范圍內(nèi)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2%，說明本方法準(zhǔn)確性和重復(fù)性較好。

2.5 環(huán)境空氣中二氧化硫的測定

離子色譜法和甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法測定環(huán)境空氣中的二氧化硫，二種方法的測定結(jié)果無顯著差別，具有良好的可比性，見表2。

2.6 環(huán)境空氣中氮氧化物的測定

分別用離子色譜法和鹽酸萘乙二胺分光光度法測定空氣中的氮氧化物，二種方法的測定結(jié)果差別不大，結(jié)果見表3。

3 結(jié)論

采用氫氧化鈉和雙氧水為吸收液采集環(huán)境空氣樣品，以離子色譜分析測定氣體中的二氧化硫和氮氧化物，該方法與分光光度法相比較，避免使用多種有毒有害的化學(xué)試劑和反應(yīng)時間、環(huán)境溫度等因素對測定結(jié)果的影響。離子色譜法測定環(huán)境空氣中二氧化硫和氮氧化物，具有操作簡便快速、分離效果好，選擇性高，靈敏度高，且提高了分析人員的工作效率，可滿足對環(huán)境空氣中二氧化硫和氮氧化物的監(jiān)測要求。

參考文獻(xiàn)

[1]國家環(huán)境保護(hù)總局.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法（ 第4版） [M]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[2]HJ482—2009. 環(huán)境空氣 二氧化硫的測定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法[s].

[3]HJ483—2009.環(huán)境空氣 二氧化硫的測定 四氯汞鹽吸收-副玫瑰苯胺分光光度法[s].

[4]HJ479—2009.環(huán)境空氣氮氧化物的測定鹽酸萘乙二胺分光光度法[s].

[5]楊一超，趙麗生.離子色譜法同時測定工作場所空氣中HF、HCl、H2SO4[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志，2005，15（4）：398-400.

[6]中國人民共和國環(huán)境保護(hù)部.HJ168-2010 環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則[S].

收稿日期：2017-05-02

作者簡介：林瑜凡（1982-），男，碩士，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測工作。