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四
21世纪以来
室内/车内空气质量
四、五项成就
1、建立了规范化的空气理化检验方法2、参加了全球大气监测
3、开展了个体接触量监测4、大力开展了室内空气质量卫生检验工作
5、大力开展了空气采样仪器、检测仪器和气体标准物质的研究开发工作
☆五、发展趋势
1、主要检验对象由无机物转向有机物
2、主要检验范围由室外转向室内
3、在颗粒物的检验中,由主要开展TSP检验转向主要进行细颗粒物对人体健康影响的监测
4、大气监测项目趋于全面、合理,监测范围不断扩大
5、检验技术向高度自动化方向发展
☆六、大气的组成
痕量成分:
氦、氖、氢、氨、臭氧、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等
七、空气污染及其主要污染物
空气污染主要发生在对流层
★空气污染Airpollution:
由于人为的或自然的原因,使一种或多种污染物混入空气中,并达到一定浓度,超过了空气的自净能力,致使空气原有的正常组成、性状发生了改变,对人体健康和生活条件造成了危害,对动植物产生不良影响的空气状况。
常见的空气污染物主要有:
颗粒物、SO2、NOx、CO、碳氢化合物(包括多环芳烃)等。
空气中常见的对人体健康影响较大的微量污染物主要是苯并芘、二恶英、H2O2、羟自由基、甲醛、铅、氟化物等。
八、空气污染指数及计算、分级和意义
☆空气污染指数APIairpollutionindex:
是表示空气综合质量状况的指标。
API就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式,并分级表征空气污染程度和空气质量状况,适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。
☆空气污染指数的计算方法
例:
假定某地区的PM10日均值为0.215毫克/立方米,SO2日均值为0.105毫克/立方米,NO2日均值为0.080毫克/立方米,则其污染指数的计算如下:
(数据参考:
书P9表1-1)
PM10的分指数I=132;
其它污染物的分指数分别为I=76(SO2),I=50(NO2)。
•☆污染指数的计算结果只保留整数,小数点后的数值全部进位。
•★各种污染物的污染分指数都计算出以后,取最大者为该区域或城市的空气污染指数API,该项污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。
•当污染指数API值小于50时,不报告首要污染物。
★API分级和意义(API:
分级空气质量:
意义)
★九、全球性的大气环境问题
•1.温室效应(greenhouseeffects):
CO2
•2.酸雨(acidrain):
SO2和NOx
•3.臭氧层破坏(destructionofozonosphere):
CFCs
十、空气污染物的来源
(一)大气污染的来源
自然污染源
☆人为污染源:
固定+流动
1.工业企业:
燃料燃烧、生产过程排放2.生活性污染:
生活炉灶与采暖锅炉3.交通运输:
交通工具
☆
(二)室内空气污染的来源
•1.室内燃烧或加热
•2.室内人们的活动
•3.家用电器和办公用具
•4.建筑材料和装饰材料
•5.来自室外的污染物
(三)工作场所空气中污染物的来源
•生产性毒物、生产性粉尘
★十一、空气污染物的存在状态
气体(SO2、CO2、CO、NO2、NH3、H2S、HF)
蒸汽(汞蒸气、苯蒸汽和硫酸蒸汽)
气溶胶(按物理形态分为尘、烟、雾;
按形方式分类分为分散性、凝集性、化学反应形成的气溶胶)
★十二、采样体积的计算和换算
十三、空气污染物浓度的表示方法
★1.质量体积表示法:
mg/m3(国家法定)
2.体积表示法:
ml/m3,ppm
3.个数、体积表示法:
个数/m3
十四、职业接触限值、时间加权平均容许浓度
☆职业接触限值OEL(occupationalexposurelimit):
是职业性有害因素的接触限制量值,指劳动者在职业活动中长期反复接触对机体不引起急性或慢性有害健康影响的容许接触水平。
•1.时间加权平均容许浓度(PC-TWA)
•2.最高容许浓度(MAC)
•3.短时间接触容许浓度(PC-STEL)
☆时间加权平均容许浓度(permissibleconcentration-timeweightedaverage)PC-TWA:
指以时间为权数规定的8h工作日的平均容许接触水平。
第二章空气样品的采集
一、大气污染采样调查
空气污染物对周围区域空气的污染程度,与风向、风速和污染物的排出高度直接相关,选择采样点时应首先考虑到这些因素的影响。
1.风向和风速的影响
⏹风向:
从某个方位吹来的风
⏹☆风向频率:
从某个方位吹来的风的重复次数与各个方位吹来的风的总次数的百分比
⏹主导风向:
☆主风向的下风向受污染严重,风向频率最小的下风向污染程度最小。
☆烟污强度系数、百分比
烟污强度系数百分比是判断污染程度的指标。
根据烟污强度系数百分比绘制的烟污强度系数图,可以直观地反映污染源周围区域受风向和风速的综合影响情况。
☆烟污强度系数百分比最大的下风向区域受污染最严重,最小的下风向受污染最轻。
☆监测大气污染最有效的方式是建立大气污染自动监测系统
2、平行样品间的偏差
★当平行样品测定结果的偏差不超过20%时,所采样品为有效样品,否则为无效样品。
平行样品间的偏差计算公式为:
二、气态污染物的采样方法(★气态污染物的采样方法通常分为直接采样法和浓缩采样法。
)
☆一、直接采样法
⏹directsamplingmethod:
将空气样品直接采集在合适的空气收集器(aircollector)内,再带回实验室分析的采样方法。
⏹主要适用:
气体和蒸气状态的污染物
⏹结果代表:
空气中有害物质的瞬时浓度、短时间内平均浓度
⏹适用范围:
空气污染物浓度较高、分析方法灵敏度较高、不适宜使用动力采样的现场。
⏹方法种类:
注射器采样法;
塑料袋采样法;
置换采样法;
真空采样法。
☆直接采样法的优缺点
⏹优点:
方法简便,可在有爆炸危险的现场使用。
⏹缺点:
注意防止收集容器器壁的吸附和解吸现象。
⏹尽快测定(减少吸附和解析作用)
☆二、浓缩采样法
⏹concentratedsamplingmethod:
是大量的空气样品通过空气收集器时,其中的待测物被吸收、吸附或阻留,将低浓度的待测物富集在收集器内。
待测物浓度较低、分析方法的灵敏度较低
⏹★结果代表:
采样期间内待测物的平均浓度
⏹★方法种类:
有动力采样法、无动力(无泵)采样法
(一)有动力浓缩采样法
⏹以抽气泵为动力,将空气样品中气态污染物采集在收集器的吸收介质中而被浓缩。
⏹★以液体为吸收介质时,可用吸收管为收集器;
用颗粒状或多孔状的固体物质为吸附介质时,可用填充柱等为收集器。
⏹☆分为溶液吸收法、固体填充柱采样法、低温冷凝浓缩法等。
1.溶液吸收法solutionabsorptionmethod
空气中待测物能迅速溶解于吸收液,或能与吸收剂迅速发生化学反应
(1)溶液吸收原理
⏹气态分子的高速运动;
存在浓度梯度
⏹v=A·
D(cg―cl)v:
气体吸收速度;
A:
气-液接触面积;
D:
气体扩散系数
cg:
平衡时气相中待测组分的浓度;
cl:
平衡时液相中待测组分的浓度
Q:
采气流量;
H:
吸收管液体高度;
d:
气泡平均直径;
vg:
气泡的速度
由于待测物与吸收液发生反应迅速或被吸收液溶解,认为c1=0。
不考虑待测物在液相的扩散,只受在气泡内气相扩散的影响,则上式可写为:
v=A·
D·
cg
★
(2)吸收液的选择:
关键
⏹常用:
水、水溶液或有机溶剂等。
⏹实际工作中应根据待测污染物的理化性质和分析方法选择吸收液。
⏹☆待测物在吸收液中应有较大溶解度,发生化学反应速度快,稳定时间长;
吸收液的成分对分析测定无影响;
选用的吸收液还应价廉、易得、无毒害作用。
☆(3)收集器:
气泡吸收管;
多孔玻板吸收管
1)气泡吸收管:
☆单个气泡吸收管的采样效率大于90%;
若单管采样效率低,可将两管串联。
采样完毕,应该用管内的吸收液洗涤进气管内壁3次,再将吸收液倒出分析。
2)多孔玻板吸收管:
★采样效率高于气泡吸收管
2.固体填充柱采样法solidadsorbentsamplingmethod
(1)填充剂的采样原理:
⏹固体填充剂:
一种具有较大比表面积的多孔物质,对空气中多种气态或蒸气态污染物有较强的吸附能力。
⏹物理吸附和化学吸附(分子间亲和力)
⏹☆颗粒状吸附剂可用于气体、蒸气和气溶胶的采样。
⏹理想的固体填充剂应具有良好的机械强度、稳定的理化性质、通气阻力小,采样效率高,易于解吸附,空白值低等性能。
(2)最大采气量和穿透容量
⏹☆穿透容量:
在室温、相对湿度80﹪以上的条件下,用固体填充柱采样管以一定的流量采样,当柱后流出的被采集组分浓度为进入浓度的5﹪时,固体填充柱所采集被测物的量称为穿透容量,用mg(被测物)/g(固体填充剂)表示。
⏹☆通过填充剂采样管的空气总体积称为穿透体积,也称为该填充柱的最大采样体积,以L表示。
⏹☆穿透容量和最大采气体积越大,表明浓缩效率越高。
⏹对于多组分的采集,采气体积?
(3)填充柱的洗脱效率
⏹热解吸,溶剂洗脱
⏹洗脱效率:
☆(4)填充剂的种类和采样范围
⏹硅胶:
极性物质
⏹活性炭:
非/弱极性物质
⏹高分子多孔微球:
有机物质,如农药
☆固体填充剂采样法的优点
⏹可以长时间采样
⏹克服了溶液吸收法的缺点
⏹较高的采样效率:
气体、蒸气、气溶胶
⏹比溶液法更稳定:
几天、数周
⏹采样管携带方便
三、气溶胶污染物的采样方法(☆气溶胶的采样方法主要有沉降法、滤料法和冲击式吸收管法。
)
☆滤料采样法samplingmethodwithfilter:
将滤料(滤纸或滤膜)安装在采样夹上,抽样,空气穿过滤料时,空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤料上,用滤料上采集污染物的质量和采样体积,计算出空气中污染物浓度。
★常用滤料:
定量滤纸
玻璃纤维滤纸:
低浓度、×
金属
聚氯乙烯滤膜/测尘滤膜:
粉尘
微孔滤膜:
☆滤料应该采样效率高,采气阻力小,重量轻,机械强度好,空白值低,采样后待测物易洗脱提取。
四、气态和气溶胶两种状态污染物的同时采样方法
适用:
不以单一状态存在,常以气态和气溶胶两种状态共存于空气中。
☆方法:
浸渍试剂滤料、泡沫塑料、多层滤料、环形扩散管与滤料联用
浸渍滤料法
⏹化学试剂浸渍在滤料(滤纸或滤膜)上
⏹滤料的物理阻留作用、吸附作用;
待测物与滤料上化学试剂的反应
⏹采样效率高
☆多层滤料采样法
⏹两层或三层滤料串联
⏹第一层滤料采集颗粒物;
常用的滤料是聚四氟乙烯滤膜、玻璃纤维滤纸或其他有机纤维滤料。
⏹第二层或第三层滤料是浸渍过化学试剂的滤纸,用于采集通过第一层的气态组分。
五、采样仪器
★采样系统:
收集器+流量调节装置+抽气动力
(一)采气动力
1、手抽气筒2、水抽气瓶3、电动抽气机(1.吸尘器2.真空泵3.刮板泵4.薄膜泵)4、压缩空气吸引器
(二)气体流量计
1、测量气体流量的仪器称为气体流量计(gasflowmeter)。
★2、四种:
孔口流量计(orificeflowmeter);
转子流量计(rotatorflowmeter)
皂膜流量计(soapbubbleflowmeter);
湿式流量计(wetflowmeter)
基准流量计:
皂膜、湿式
★3、流量计校正
(1)皂膜流量计校正:
皂膜流量计体积刻度的校准滴定管、称重法校正体积
(2)湿式流量计校正
湿式气体流量计的体积校准:
容量瓶法
(3)转子流量计校正
用皂膜流量计校正,作校正曲线
(4)孔口流量计校正
用皂膜、湿式流量计校准:
绘制校准曲线
(三)专用采样器
1、大流量采样器2、中流量采样器3、小流量采样器4、分级采样器5、粉尘采样器6、气体采样器
☆粉尘采样器
⏹10~30L/min;
常用于采集工作场所空气中的烟和尘。
☆气体采样器
⏹0.2-1.5L/min;
采集空气中气体和蒸气状态有害物质
六、最小采气量和采样效率
☆
(一)最小采气量(minimumsamplingvolume):
指保证能够测出空气中被测有害物质最高容许浓度值所需采集的最小空气体积。
★
(二)采样效率(samplingefficiency)在一定条件下,能够被收集的空气中污染物的量,占通过收集器的该物质总量的百分比。
⏹采样效率应大于90%。
(三)气体和蒸气态污染物采样效率的评价方法
1.用标准气体评价:
绝对比较法
☆2.用实际采集量评价:
相对比较法
⏹没有标准气时,可串联两个完全相同的采集器
⏹当已知单个采集器的采样效率大于90%时
★(四)影响采样效率的主要因素
1.采集器:
根据待测物质的存在状态选择合适的采集器
☆气体、蒸气:
吸收液
气泡吸收管、多孔玻板吸收管
☆气溶胶:
滤纸、滤膜
滤料夹
2.吸收液或固体吸附剂
水、有机溶剂、水溶液
3.采样速度:
选择合适的采样速度
气体、蒸气——采样速度慢,0.1-2L/min;
粉尘、尘粒较大者——采样速度快,15-30L/min。
4.其他因素:
气温、湿度等气象因素
第三章气象参数的测定
一、气象参数
1、气象参数(meteorologicalparameter)属于自然环境的物理因素,是描述空气物理性状和特征的重要指标。
☆包括:
气温、气压、气湿、气流
☆2、气象参数测定的意义
(1)空气理化检验中的意义:
气温、气压影响采样体积;
采样时采样体积必须换算为标准状态下的体积。
(2)卫生学意义:
气流、气湿影响空气污染物扩散、空气污染程度;
风向、烟污强度系数。
二、气温的测定
☆1、气温(airtemperature):
空气的温度。
距离地面1.5m左右,处于通风、防辐射条件下,用温度计测得的温度。
2、气温测定的意义
★
(1)重要的卫生学意义:
15.6~21℃是人体感觉最舒适的温度区段,最适宜于人们的生活和工作。
☆
(2)空气理化检验工作中的意义:
是用于换算采样体积;
了解气温变化与空气污染程度的关系。
3、气温的表示法
(1)4种气温表示单位:
摄氏温标(℃);
华氏温标(oF);
开氏温标(K,开尔文);
列氏温标(R)
☆以摄氏和开氏温标属国际单位制,最常用。
☆℃=5/9(oF-32)☆oF=9/5℃+32★K=℃+273.16R=1.87K
(2)玻璃液体温度计法
原理:
热胀冷缩。
☆温度计:
水银温度计、酒精温度计
由球部(温包)和玻璃细管组成
⏹水银温度计:
☐☆测定范围大(-35~350℃),结果准确,适合测高温
⏹酒精温度计:
☐☆测定范围小(-100~75℃),适合测较低温。
4、气温的测定方法
⏹选择适当的测定地点,将温度计垂直悬挂于1.5m高处测定气温。
测定5~10min后读数。
⏹读数方法:
暂停呼吸,迅速读数,先读小数,后读整数。
⏹视线与液柱上端平行,
☐☆水银温度计读取凸出弯月面最高点对应的数字
☐☆酒精温度计则读取凹月面最低点对应的数字
三、气压的测定
1、一个大气压/一个标准大气压:
北纬45度的海平面上,0℃时的正常气压(★101.3kPa)
2、测定气压的常用仪器
☆空盒气压计;
☆动槽式水银气压计(杯状水银气压计)
数字显示式气压计;
月记型或周记型自记气压计(连续测量、记录气压的变化情况)
四、气湿的测定
1、意义:
空气湿度对空气污染物的扩散有较大的影响
☆伦敦烟雾事件和美国多诺拉的空气污染公害事件都是在有雾的情况下形成的严重空气污染事件。
2、卫生学中用以下五种物理参数表征气湿,其中相对湿度应用最多。
1.绝对湿度;
2.最大湿度;
3.饱和差;
4.生理饱和差;
5.相对湿度
★相对湿度(relativehumidity)是绝对湿度与最大湿度的比值,即空气中实际含水汽的量与同一温度条件下饱和水汽量的比值,用百分比表示。
人们常用相对湿度来表示空气湿度。
相对湿度大于80%时为高气湿,小于30%时为低气湿。
☆对人体来说,最适气温为18~22℃,最适的相对湿度为40%~70%。
3、气湿的测定方法
通风干湿计法:
☆通风温湿度计;
☆干湿球温湿度计(两种仪器结构相似,原理相同,操作方便,应用广泛。
★测定原理:
一定温度的气流匀速通过干湿球温湿度计时,干球温度计显示空气的温度;
湿球温度计由于湿球水分蒸发温度示值低于干球温度计。
被测空气愈干燥,湿球水分蒸发越快,干、湿球温度计温差越大,利用温差值可以测定空气的湿度。
温差值越大,说明空气越干燥,湿度越小。
五、气流的测定
☆测定气流就是测定风向和风速。
三杯风向风速表测定法
☆仪器结构原理该仪器由风向仪和风速表两部分组成,可同时测定风向和风速。
六、新风量
1、☆新风量(airchangeflow)是指在门窗关闭的状态下,单位时间内由空调系统通道、房间的缝隙进入室内的空气总量,单位:
m3/h。
2、新风量不足是产生“不良建筑物综合征”的一个重要原因。
3、室内新风量的测定方法:
示踪气体法
在空气运动研究工作中,示踪气体(tracergas)是能与空气混合,但本身不发生任何改变,并且在很低的浓度时就能被测出的气体的总称
第四章空气检验的质量保证
一、标准物质
标准物质(referencematerial,RM):
又称标准样品、参考物质,是指具有一种或多种足够均匀和很好确定其特性量值的一种材料或物质。
主要用于校准测量仪器、评价测量方法、评价物质的量值和进行质量管理等。
☆有证标准物质(certifiedreferencematerials,CRM)是经权威机构认证的标准物质,其一种或多种特性量值是用建立了计量溯源性的方法确定的,使之可溯源到准确复现的用于表示该特性量值的计量单位,确定的每个特性量值均附以一定置信水平的不确定度。
区别RM和CRM
二、气体标准样品
☆气体标准样品:
又称标准气体,是一种高度均匀、稳定性良好和量值准确的气体。
具有复现、保存、传递量值的基本功能。
主要用于校准仪器、仪表,评价测量方法,计量标准的传递和量值仲裁等。
☆气体标准样品的基本特性
•
(1)均匀性
•
(2)稳定性与有效期
三、标准气体配制方法
★标准气体(Standardgas)是已知准确浓度的某一污染物或某几种污染物的空气或惰性气体混合物。
•标准气体在空气污染物分析中作为标准物质:
可广泛用于定性、定量及质量控制等。
•评价分析方法、分析仪器及检测技术
★配气方法通常可分为静态法和动态法两种。
(一)静态配气法
★1、静态配气(staticgaspreparation)是在已知体积的容器中,准确加入一定量的气态或蒸气态的原料气,然后再加入稀释气体(dilutiongas),混合均匀。
根据加入的原料气和稀释气的量以及容器的体积,即可计算标准气体的浓度。
C1V1=C2V2
★2、静态配气法可分为:
大瓶配气法、注射器配气法、塑料袋配气法和高压钢瓶配气法等。
3、大瓶配气法-------气体稀释配气法
•
☆根据配气瓶的容积和加入原料气的量计算瓶中标准气体的浓度。
C:
配气浓度,mg/m3;
a:
原料气体积,ml;
b:
原料气的纯度,%;
M:
原料气摩尔质量,g/mol;
V:
配气瓶体积,L;
Vmol:
摩尔体积,L/mol。
配制某标准气体时,在20L的大瓶中加入纯度为56%的原料气400ml,该气体的摩尔质量为28g/mol;
试计算瓶中某气体浓度(mg/m3)为多少?
★4、静态配气法的优缺点
•优点:
设备简单,操作容易,耗费标准气体及稀释气的量小。
•缺点:
容器壁对气体吸附造成配气浓度不准或浓度随放置时间而变化。
•所以静态配气法一般只用于配制少量化学性质活性较差的标准气体
(二)动态配气法
★1、动态配气(dynamicgaspreparation)是将已知浓度的原料气,以较小的流量,恒定不变地送到气体混合器中,稀释气以较大的流量恒定不变地通过混合器,与原料气混合并将其稀释,稀释后的混合气连续不断地从混合器中流出作为标准气体使用。
★2、动态配气法的优缺点
可用标准气量大;
同时配制多组分的混合标准气体;
配气浓度稳定;
还可根据需要,随时改变配气浓度。
设备装置较复杂,需用大量的稀释气等。
☆3、动态配气法可分为:
渗透膜法、气体扩散法、饱和蒸气法、负压喷射法、电解法和气相滴定法等。
★
(1)渗透膜法-------动态配气中最常用的方法。
•渗透管瓶内的气体分子通过渗透膜向外渗透,单位时间内的渗透量称为渗透率。
•渗透率的测定方法有称量法、化学法、电量法等。
☆影响渗透率的因素
•温度、渗透面积、渗透膜厚度及所装物质的性质等。
•渗透率随渗透面积增大而增加,随渗透膜厚度增大而降低。
•温度每升高1℃,渗透率升高10%。
温度恒定至±
0.1℃。
★渗透管配气的主要误差来源为恒温精度及气体流量的准确度及稳定
★比较渗透管配气法和扩散管
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