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总氧化剂是空气中除氧以外的那些表现有氧化性的物质,一般指能氧化碘化钾析出碘的物质,主要有臭氧、过氧乙酰硝酸酯、氮氧化物等。光化学氧化剂是指除去氮氧化物以外的能氧化碘化钾的物质,二者的关系为:
P(光化学氧化剂)=P(总氧化剂)-0.269×p(氮氧化物)
式中:0.269—NO2的校正系数,即在采样后4~6h,有26.9%的NO2与碘化钾反应。
因为采样时在吸收管前安装了三氧化铬-石英砂氧化管,将NO等低价氮氧化物氧化成NO2,所以式中使用空气中NOx总质量浓度。
测定空气中光化学氧化剂常用硼酸碘化钾分光光度法,其原理基于:用硼酸碘化钾吸收液吸收空气中的臭氧及其他氧化剂,吸收反应如下:
O3 +2I-+2H+=I2+O2+H2O
碘离子被氧化析出碘分子的量与臭氧等氧化剂有定量关系,于352 nm处测定游离碘的吸光度,与标准色列吸光度比较,可得总氧化剂质量浓度,扣除NOx参加反应的部分后,即为光化学氧化剂的质量浓度。
实际测定时,以硫酸酸化的碘酸钾(准确称量)-碘化钾溶液作O3标准溶液(以O3计)配制标准系列,在352 nm波长处以蒸馏水为参比测其吸光度,以吸光度对相应的O3质量浓度绘制标准曲线,或用最小二乘法建立标准曲线的回归方程。然后,在同样操作条件下测定气样吸收液的吸光度,按下式计算光化学氧化剂的质量浓度:
式中:A1—气样吸收液的吸光度;
Ao—试剂空白溶液的吸光度;
a—标准曲线的截距;
b—标准曲线的斜率,ug-1(以O3计);
Vs—标准状况下的采样体积,L;
K—吸收液采样效率(用相对比较法测定);
P—同步测定气样中NOx的质量浓度(以NO2计),mg/m3。
用碘酸钾溶液代替O3标准溶液的反应如下:
KIO3+5KI+3H2SO4=3I2+3K2SO4+3H2O
当标准曲线不通过原点而与横坐标轴相交时,表示标准溶液中存在还原性杂质,可加入适量过氧化氢氧化。
应注意,三氧化铬-石英砂氧化管使用前必须通入含量较高的O3气体(如1 mL/m3,可抽取紫外灯下的空气)老化,否则,采样时O3损失可达50%~90%。
本方法检出限为0.019 mg/L(按与吸光度0.01相对应的O3质量浓度计);当采样30L时,最低检出质量浓度为0.006 mg/m3。
二、臭氧的测定
臭氧是最强的氧化剂之一,它是空气中的氧在太阳紫外线的照射下或在闪电的作用下形成的。臭氧具有强烈的刺激性,在紫外线的作用下,参与烃类和NOx的光化学反应。同时,臭氧又是高空大气的正常组分,能强烈吸收紫外线,保护人和其他生物免受太阳紫外线的辐射。但是,O3超过一定浓度,对人体和某些植物生长会产生一定危害。近地面空气中可测到0.04~0.1mg/m3的O3。
目前测定空气中O3广泛采用的方法有硼酸碘化钾分光光度法、靛蓝二磺酸钠分光光度法、化学发光分析法和紫外吸收法。其中,化学发光分析法和紫外吸收法多用于自动监测。
(一)硼酸碘化钾分光光度法
该方法为用含有硫代硫酸钠的硼酸碘化钾溶液作吸收液采样,空气中的O3等氧化剂(总氧化剂)氧化碘离子为碘分子,而碘分子又立即被硫代硫酸钠还原,剩余硫代硫酸钠加入过量碘标准溶液氧化,剩余碘于352 nm处以水为参比测定吸光度。同时采集零气(除去O3中的空气),并准确加入与采集空气样品相同量的碘标准溶液,氧化剩余的硫代硫酸钠,于352 nm测定剩余碘的吸光度,则气样中剩余碘的吸光度减去零气中剩余碘的吸光度即为气样中O3氧化碘化钾生成碘的吸光度。根据标准曲线建立的回归方程,按下式计算气样中O3的浓度:
式中:A1—总氧化剂样品溶液的吸光度;
A2—零气样品溶液的吸光度;
f一样品溶液最终体积与系列标准溶液体积之比;
a—标准曲线的截距;
b—标准曲线的斜率,ug-1(以O3计);
Vs—标准状况下的采样体积,L。
SO2、H2S等还原性气体干扰测定,采样时应串联三氧化铬-石英砂氧化管消除。在三氧化铬-石英砂氧化管和吸收管之间串联O3过滤器(装有粉状二氧化锰与玻璃纤维滤膜碎片的均匀混合物)同步采集空气样品即为零气样品。采样效率受温度影响,实验表明,25℃时采样效率可达100% , 30℃达96.8%。还应注意,总氧化剂样品溶液和零气样品溶液都应放在暗处保存。
本方法检出限和最低检出质量浓度同总氧化剂的测定方法。
(二)靛蓝二磺酸钠分光光度法
用含有靛蓝二磺酸钠的磷酸盐缓冲溶液作吸收液采集空气样品,则空气中的O3与蓝色的靛蓝二磺酸钠发生等物质的量的反应,生成靛红二磺酸钠,使之褪色,于610 nm波长处测其吸光度,用标准曲线法定量。
NO2产生正干扰;SO2、H2S、PAN、HF质量浓度分别高于750 ug/m3、110 ug/m3、1800 ug/m3、2.5 ug/m3时也干扰O3的测定,可根据具体情况采取消除或修正措施。
当采样5~30 L时,方法适用质量浓度范围为0.030~1.200 mg/m3。
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