大氣中二氧化氮含量的測(cè)定方法闡述

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，燃煤對(duì)我國(guó)空氣造成了嚴(yán)重的空氣污染，尤其是空氣中含有的二氧化氮的污染更為嚴(yán)重。文章對(duì)大氣中二氧化氮含量的測(cè)定方式進(jìn)行了分析，旨在加強(qiáng)對(duì)空氣中二氧化氮含量的監(jiān)測(cè)，以進(jìn)一步提升空氣質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大氣;二氧化氮;含量;測(cè)定方法

中圖分類(lèi)號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）11-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.040

Determination of nitrogen dioxide in the atmosphere

Sun Zhan

（Urumqi City Environmental Monitoring Center Station，Urumqi Xinjiang 830000，China）

Abstract：With the continuous development of Chinas economy， coal combustion has caused serious air pollution in China， especially nitrogen dioxide pollution in the air. This paper mainly analyzes the determination method of nitrogen dioxide content in the atmosphere， aiming at strengthening the monitoring of nitrogen dioxide content in the air and further improving the air quality.

Key words：Atmosphere;Nitrogen dioxide;Content;Determination method

二氧化氮主要是指大氣中的含氮污染物。大氣中的二氧化氮含量過(guò)多，不僅會(huì)影響大氣能見(jiàn)度，而且會(huì)嚴(yán)重降低空氣質(zhì)量。研究證明，大氣中的二氧化氮是形成灰霾的主要因素。此外，過(guò)高的二氧化氮含量，會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、心腦血管等造成嚴(yán)重?fù)p害。因此，加強(qiáng)對(duì)大氣中二氧化氮含量的測(cè)定方法的研究，對(duì)于提升空氣質(zhì)量、保障人們的身體健康具有重要的意義。一般情況下，對(duì)大氣中的二氧化氮濃度的測(cè)量方法主要有間接法和直接法兩種。

1 空氣中二氧化氮?dú)怏w的危害

二氧化氮是一種棕紅色的氣體，有刺激性臭味，腐蝕性和氧化性較強(qiáng)。二氧化氮是造成大氣污染的主要原因之一。

1.1 空氣中二氧化氮的來(lái)源

一般情況下，空氣中的二氧化氮主要有兩種來(lái)源：天然源和人為源。雷電、森林火災(zāi)、火山爆發(fā)等自然現(xiàn)象都會(huì)產(chǎn)生一定的二氧化氮，這是二氧化氮的天然源。人類(lèi)活動(dòng)中機(jī)動(dòng)車(chē)、工業(yè)窯爐、化工廠等對(duì)燃料的燃燒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化氮或者是氮氧化物，對(duì)大氣造成了嚴(yán)重的污染，這種是人為源。人為源是空氣造成空氣中二氧化氮污染的主要原因之一。

1.2 空氣中二氧化氮?dú)怏w的危害

經(jīng)研究證明，空氣中二氧化氮?dú)怏w的危害主要包括以下方面。

（1）造成酸沉降現(xiàn)象。機(jī)動(dòng)車(chē)輛在燃燒汽油、柴油等燃料的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化氮。這些二氧化氮排放到空氣中之后，在逐漸上升的過(guò)程中與空氣中的水蒸氣發(fā)生作用，產(chǎn)生硫酸和硝酸小滴，這就是酸雨的主要形成原因。值得注意的是，煤和石油的燃燒是形成酸雨的最主要原因。酸雨對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的危害非常大，不僅對(duì)建筑物和工業(yè)設(shè)備具有很強(qiáng)的腐蝕作用，而且當(dāng)酸雨落到田地之后，嚴(yán)重破壞土壤的營(yíng)養(yǎng)成分，致使大量的農(nóng)作物死亡。此外，酸雨落到地面之后，會(huì)經(jīng)由地面逐漸滲透到地下水層中，人類(lèi)一旦飲用了含有酸化物的水，會(huì)對(duì)人體的健康造成嚴(yán)重的破壞。

（2）光化學(xué)煙霧?？諝庵械亩趸吞?xì)浠衔镌谧贤饩€的照射作用下，會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，光化學(xué)煙霧對(duì)人體具有很強(qiáng)的刺激性，人類(lèi)一旦吸入光化學(xué)煙霧，對(duì)人體組織具有嚴(yán)重的毒害作用。

（3）破壞臭氧層?？諝庵械亩趸獙?duì)平流層的臭氧層具有嚴(yán)重的破壞作用，而且二氧化氮利用光合作用發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)臭氧層帶來(lái)破壞的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生二氧化氮?dú)怏w，對(duì)空氣造成二次污染。

（4）溫室效應(yīng)。氮氧化物在釋放的過(guò)程中產(chǎn)生硝化和反硝化作用，并同時(shí)釋放二氧化氮，而二氧化氮正是造成地球溫室效應(yīng)的主要原因。

由此可見(jiàn)，逐漸加強(qiáng)對(duì)空氣中二氧化氮含量的測(cè)定方法的研究，科學(xué)判斷人類(lèi)生存環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣，對(duì)于進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)空氣中二氧化氮含量的預(yù)防和治理具有重要的參考作用。隨著全球工業(yè)化水平的不斷提升，人為活動(dòng)向空氣中排放的二氧化氮的含量逐漸增加，對(duì)空氣質(zhì)量造成了嚴(yán)重的污染，引起氣候的異常變化，嚴(yán)重破壞了人類(lèi)的正常的生存環(huán)境，并對(duì)人體健康帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。因此，加強(qiáng)對(duì)大氣中二氧化氮的濃度的監(jiān)測(cè)和分析具有重要的實(shí)際意義。

現(xiàn)階段，通常使用的測(cè)定大氣中二氧化氮濃度的方法主要有間接測(cè)定方法和直接測(cè)定方法兩種。

2 大氣中二氧化氮濃度的間接測(cè)定方法

2.1 分光光度法

分光光度法主要的測(cè)量方式就是將大氣中的二氧化氮放進(jìn)吸收瓶中，二氧化氮與吸收瓶中的對(duì)氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)，發(fā)生重氮化反應(yīng)的二氧化氮再與鹽酸萘乙二胺產(chǎn)生反應(yīng)，在這種情況下，會(huì)生成玫瑰紅色的偶氮染料，最后利用分光光度計(jì)在540nm處進(jìn)行吸光測(cè)量，以此確定二氧化氮的濃度[1]。

鹽酸萘乙二胺分光光度法準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性比較高，在現(xiàn)階段的二氧化氮測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。在利用分光光度法測(cè)量大氣中的二氧化氮含量時(shí)，要注意避開(kāi)試劑中的毒性。此外，由于分光光度法的測(cè)量試劑在陽(yáng)光下會(huì)產(chǎn)生分解效應(yīng)而降低測(cè)量效果，所以在使用過(guò)程中要注重避光密封保存。值得注意的是，冰乙酸的放置時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，以免出現(xiàn)測(cè)量誤差現(xiàn)象。為了提升分光光度法對(duì)二氧化氮測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，二氧化氮的樣品要及時(shí)進(jìn)行使用，并進(jìn)行妥當(dāng)保存。

2.2 離子色譜法

利用三乙醇胺吸收液對(duì)二氧化氮進(jìn)行采樣，空氣中的二氧化氮經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)變成NO2-以及NO3-。通過(guò)對(duì)這兩種物體的含量檢測(cè)，來(lái)確定空氣中二氧化氮的含量。

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，由于離子色譜法具有較高的靈敏度，而且測(cè)量步驟簡(jiǎn)單，比較適用于對(duì)多種陰離子的測(cè)量。離子色譜法主要是根據(jù)離子交換進(jìn)行測(cè)量。由于在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，離子色譜法的檢測(cè)時(shí)間比較長(zhǎng)，實(shí)際的應(yīng)用可行性比較差。采用離子色譜法對(duì)博物館內(nèi)的空氣進(jìn)行檢測(cè)，得出的數(shù)據(jù)如表1[2]。

2.3 流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法

流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法主要是通過(guò)空氣泵，在控制空氣流速的情況下，讓空氣樣本經(jīng)過(guò)吸收液。在這個(gè)過(guò)程中二氧化氮通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化亞硝酸根，然后進(jìn)行液相發(fā)光檢測(cè)。

2.4 化學(xué)發(fā)光法

化學(xué)發(fā)光法通常是把二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮之后，通過(guò)一氧化氮和03產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，來(lái)檢測(cè)大氣中二氧化氮的含量。一般情況下，把二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮主要有兩種方式：化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)方法和光解反應(yīng)方法?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)方法主要是利用金或者鉬實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，雖然這種方法具有較高的重復(fù)性，但是，抗干擾能力比較弱，往往導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確，因此檢測(cè)者可以在檢測(cè)之前利用氮氧化物光解反應(yīng)裝置排除其他物質(zhì)的干擾;化學(xué)發(fā)光方法檢測(cè)用時(shí)比較短，線性范圍比較廣，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了商用化，而且美國(guó)環(huán)保局主要使用化學(xué)發(fā)光方法進(jìn)行定量分析氮氧化物。

2.5 熒光猝滅法

熒光猝滅法主要利用二氧化氮的特性進(jìn)行檢測(cè)。二氧化氮能夠在藏紅T溶液中進(jìn)行溶解，并發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成NO2-，而且在酸性條件下，NO2-能夠使藏紅T發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象[3]，檢測(cè)者可以根據(jù)這種方法檢測(cè)大氣中的二氧化氮的濃度。雖然在社會(huì)機(jī)構(gòu)中，對(duì)熒光猝滅法進(jìn)行了一定的研究，并制定了檢測(cè)二氧化氮的實(shí)驗(yàn)方案，但是由于其技術(shù)還不成熟，因此還沒(méi)有得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

3 大氣中二氧化氮濃度的直接測(cè)定方法

3.1 激光誘導(dǎo)熒光法

激光誘導(dǎo)熒光法主要是利用特定波長(zhǎng)的激光把二氧化氮激發(fā)至激發(fā)態(tài)，采集二氧化氮分子退激發(fā)的熒光信號(hào)來(lái)測(cè)量二氧化氮的濃度。然后根據(jù)熒光信號(hào)的強(qiáng)弱檢測(cè)二氧化氮的含量[4]。一般情況下，激光誘導(dǎo)熒光法的檢測(cè)限比較低，比較適合對(duì)空氣的二氧化氮的含量進(jìn)行測(cè)量。此外，檢測(cè)儀器的準(zhǔn)確性對(duì)于檢測(cè)結(jié)果具有重要的影響，因此相關(guān)人員要對(duì)檢測(cè)儀器進(jìn)行定期標(biāo)定。

3.2 腔衰蕩光譜技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高反腔的測(cè)量技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，使得利用腔衰蕩光譜技術(shù)檢測(cè)大氣中的二氧化氮濃度成為可能。腔衰蕩光譜技術(shù)主要是通過(guò)光在衰蕩腔內(nèi)進(jìn)行對(duì)次反射的衰蕩時(shí)間，以此來(lái)判定腔內(nèi)的待測(cè)氣體的含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，腔體內(nèi)的二氧化氮的含量和本底衰蕩時(shí)間以及衰蕩時(shí)間存在一定的函數(shù)關(guān)系[5]。

利用腔衰蕩光譜技術(shù)檢測(cè)大氣中的二氧化氮的濃度，操作步驟比較簡(jiǎn)單，而且功耗比較低。此外，腔衰蕩光譜技術(shù)具有較高的靈敏度，抗干擾能力比較強(qiáng)，在大氣的二氧化氮檢測(cè)中逐漸得到了普遍應(yīng)用。

3.3 差分吸收光譜法

差分吸收光譜法在實(shí)際的大氣監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。差分吸收光譜法主要是依據(jù)Lambert-Beer定律，利用濾波技術(shù)的作用下，留下窄帶吸收而形成光衰減，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)參考譜用最小二乘法進(jìn)行擬合，用反演的方式，對(duì)空氣的二氧化氮含量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量[6]。差分吸收光譜法可以監(jiān)測(cè)的范圍比較大，可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)的物體種類(lèi)比較多。此外，差分吸收光譜法的檢測(cè)限比較低，精確度比較高，因此在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.4 差分吸收激光雷達(dá)法

由于差分吸收激光雷達(dá)法的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度比較高，因此在實(shí)際的檢測(cè)二氧化氮的過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。差分吸收激光雷達(dá)法主要是通過(guò)發(fā)射兩束窄線寬、波長(zhǎng)相近的脈沖激光進(jìn)行檢測(cè)，這兩束光分別位于二氧化氮?dú)怏w的吸收譜峰以及吸收譜谷底。然后檢測(cè)者可以根據(jù)反射光的強(qiáng)度差的大小，判斷二氧化氮的含量。由于差分吸收激光雷達(dá)法的空間分辨率比較高，并且掃描速度比較快，能夠?qū)Υ髿庵械拇蟛糠值貧怏w含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，因此，在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中受到了檢測(cè)者的廣泛青睞。但值得注意的是，在利用差分吸收激光雷達(dá)法進(jìn)行大氣檢測(cè)時(shí)，由于激光器對(duì)技術(shù)要求比較高，具有一定的復(fù)雜性，且檢測(cè)成本比較高，檢測(cè)者在應(yīng)用時(shí)要引起重視。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大氣中過(guò)高的二氧化氮濃度，不僅對(duì)于環(huán)境危害比較大，而且嚴(yán)重影響了人們的身體健康。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)大氣中二氧化氮含量的測(cè)量方法越來(lái)越多，而且技術(shù)手段越來(lái)越成熟。但是，由于實(shí)際測(cè)量環(huán)境的影響，一定程度上會(huì)對(duì)檢測(cè)技術(shù)產(chǎn)生影響。因此，要不斷加強(qiáng)對(duì)二氧化氮含量的測(cè)定方法的研究，提升測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，切實(shí)保障人們的生活環(huán)境和身體健康。

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收稿日期：2020-09-11

作者簡(jiǎn)介：孫展（1980-），女，漢族，研究生，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境空氣。