空氣污染物分析實驗

2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants1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境狀況如風速、風向、溫度，溼度等及排放源本身之特性而變，故大氣環境中空氣污染物之濃度在本質上為一隨機變數。–在考慮空氣污染物在大氣中之濃度與時間之關係時，理想的空氣污染物採樣分析方法應是以自動監測設備進行連續監測而無需以化學法進行逐批採樣分析。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants2–但由於自動監測站之設置費用高昂，且部分空氣污染物尚無自動監測設備，以及不同樣品狀態受到不同採樣方法之限制，使得以化學法進行逐批採樣分析能有其必要性。–以化學法進行逐批採樣分析將受到分析靈敏度之限制，在採樣分析時需要採集足夠之樣品以供分析。欲採集足夠數量之空氣污染物時，採樣時間應加長。因此，採樣時間長短亦會影響測定值之時間解析度。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants3–在規劃採樣方法時，評估採樣目的所需之時間解析度是極重要的一點。–若採樣目的是為瞭解累積性效應如腐蝕，或慢性毒物如重金屬、多環芳香族碳氫化合物等之健康影響評估，及不需要連續性之自動監測儀提供詳細之時間解析度。–當採樣分析資料係用於污染源評估或污染物在大氣中反應之研究時，則須考慮較佳時間解析度。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants4B.樣品採集方式•依空氣污染物的型態來分類：–粒狀污染物–氣狀污染物•依採樣設備的種類來分類：–化學分析法–連續自動分析法2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants5•依化合物的濃度、揮發性與穩定性來分類：–過濾器收集固態顆粒法–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2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants61.過濾器收集固態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(aerosols)。這些微粒子經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。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants72.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。此採樣方法容易造成氣壁吸附，而造成因漏失所引起的負誤差，故採樣袋內試樣應避免日光或高溫直射，並儘可能及早進行分析。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants84.吸附劑吸著法影響吸附劑捕集效率之兩個因素：(1)採樣環境的影響，如流速、空氣的溫度及溼度。(2)吸附劑的性質影響，如表面積大小、粒子大小、孔洞大小、吸附的機構與溶質親合力的程度。一般常用的吸附劑有Charcoal、Silicagel、Tenax-TA、XADresin，以及玻璃纖維濾紙等。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants9–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；(3)以液體脫附劑脫附之。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants105.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物質被吸收液所收集。吸收液是裝在吸收瓶中，吸收瓶可串聯固定於採樣裝置，採樣管內之空氣可利用分路先以氣體樣品置換之，再開始通氣採樣。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants11以吸收器收集氣體或蒸氣之濃縮試樣時，必須先去除顆粒狀物質，避免顆粒性物質隨同欲分析之化合物存在，其原因為：(1)微粒物質可能干擾採樣後之化學分析(2)微粒物質會干擾收集，使流量計之小孔阻塞。有此之虞時，可先用過濾法去除之。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants12簡易起泡式氣體吸收器2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants13附有散氣器之起泡式吸收器2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants14螺旋型吸收器2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants15玻璃填充吸收器2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants16C.一般注意事項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也可能造成所得結果之增加。•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整pH為2以下，則可使誤差變小至可忽略。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants173.用固體吸附劑之收集系統•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，吸附之後於分析時要能簡單地脫附出來，否則會造成嚴重之錯誤。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants184.塑膠器之擴散5.採樣設備的機械性缺失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2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants19D.有機空氣污染物採樣分析•影響大氣中有機物採樣成功與否之關鍵主要在其蒸氣壓與極性兩項因素。對於有中至高蒸氣壓之有機化合物，通常用固體吸附劑進行濃縮採樣；而低蒸氣壓之物質通常與粒狀物結合在一起，因此其採樣方法為過濾收集空氣中之粒狀物。•有機物可依其揮發區分為揮發性10-2KPa，半揮發性10-2~10-8KPa，非揮發性10-8KPa。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants20•揮發性有機物(VOCs)–揮發性有機物是有機物中最受注意的，例如多環芳香族，含鹵素碳氫化合物、醛類及酮類均屬此類。這類物質最常用之大氣採樣方法是利用固態吸附物質吸附。–固體吸附劑可分為三類：有機聚合物、無機吸附劑與活性碳。–有機聚合物包括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；無法吸附高揮發性氣體(例如氯乙烯)與某些極性物質為其主要缺點。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants21–無機吸附劑則包括矽膠、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物質。但因吸水性較高易降低吸附效率，所以不常用於揮發性有機物質之採樣。–活性碳為非極性。且吸水性也較低，其吸附效較有機聚合物佳，為可有效收集氯乙烯之類的有機物。但過強之吸附作用在有機物進行脫附分析時則成為一項缺點。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants22•半揮發性有機物–例如多環芳香族碳氫化合物、硝基衍生物、氯苯類、氯甲苯類、多氯聯苯、有機氯化物及有機磷殺蟲劑等。–聚尿酯泡棉是最常用之半揮發性有機物吸附劑，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。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants23•非揮發性有機物通常附著在粒狀物質，其採樣通常使用大氣中粒狀物之採樣方法。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants24E.樣品分析方法•依上述之採樣方法型態可分為化學分析法及連續自動分析法。•若以分析過程所使用之儀器設備，可將化學分析方法分為重量法、滴定法、電極法、原子吸收光譜法、分光光度計法、氣相層析法、液相層析法、離子層析法及氣相層析質譜儀法等九項分析方法。•連續自動分析法亦可依儀器設備設計原理分為非分散性紅外光法、紫外光法、螢光法、化學發光法及電極法等分析方法。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants25•綜觀環境分析化學原理的範疇，大致涵蓋傳統分析、光譜分析、色層分析及電化學分析等四大領域。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants26環境空氣品質分析–第八章粒狀污染物•落塵(收集)筒：收集落塵(dustfall)–反應較粗大粒狀污染物之污染程度–距地面10±2公尺–內裝2L蒸餾水與0.1gCuSO4(避免藻類微生物滋生)、HgCl2(殺藻及殺黴劑)–收集時間：30天2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants27–計算：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)30WCDat2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants28•環境空氣品質總懸浮微粒測定法–TSP與PM10–裝置：高量採樣器(HighVolumeSampler)–旋風離心器：利用空氣吸引部所產生的吸引氣流，產生離心效果，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，但會隨時間地點而改變。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants29•粒狀污染物的自動檢測方法1.慣性質量法：粒狀污染物(PM10)經由粒徑篩分器，以適當的吸引量採集到濾紙上。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，再經由儀器自動換算出即時濃度。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，再根據微粒濃度與輻射強度衰減比率關係，來換算粒狀物之濃度。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants30慣性質量法2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants31貝他射線衰減法2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants32•粒狀污染物中之無機鹽類的檢測方法1.粒狀污染物中之氯鹽檢驗法—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)。2005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants33-3NO+2,4xylenolNaOH435nm硝化產物甲苯萃取萃取下測吸光度2.粒狀污染物中之硝酸鹽檢驗法—2,4–二甲苯酚法-原理：蒸餾水加熱回流萃取NO3--標準品：KNO32005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants3424BaClBaSO420nm酸性條件下與反應下測吸光度3.粒狀污染物中之硫酸鹽檢驗法—濁度法-原理：蒸餾水加熱回流萃取SO42--標準品：Na2SO4orK2SO42005FallAnalysisofEnvironmentalPollutants351.大氣中二氧化硫檢驗法—比色法氯汞酸鉀TCM吸收+甲醛+薔薇苯胺玫瑰紅色552nm2.SO2分析儀(自動連續監測設備)：紫外光螢光法3.H2S：採樣袋(瓶)GC/FID(flameio