空氣中NOx的日變化曲線

空氣中NOx的日變化曲線實(shí)驗(yàn)第四小組實(shí)驗(yàn)時(shí)間：9月4號實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：南實(shí)驗(yàn)樓本次實(shí)驗(yàn)通過一天不同時(shí)間段NO2和NOx的測量，繪制NO、NO2、NOx的日變化曲線，比較不同曲線峰值出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)和差異性，分析曲線形成的原因以及NO、NO2、O3等光化學(xué)煙霧的轉(zhuǎn)化規(guī)律，更好地理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后對實(shí)驗(yàn)的誤差分析，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程。

目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一、概述 2（一）氮氧化物的來源 2（二）光化學(xué)煙霧 2（三）氮氧化物的危害 2（四）NO2的測定方法 2二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3三、實(shí)驗(yàn)原理 3四、 儀器和試劑 4五、實(shí)驗(yàn)步驟 4六、計(jì)算和分析 5（一）、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 5（二）、繪制和分析NOx、NO2、NO的日變化曲線 71、所需參數(shù)的計(jì)算： 72、二氧化氮濃度的計(jì)算及NO2日變化曲線的繪制 73、氮氧化合物濃度的計(jì)算及NOx日變化曲線的繪制 84、一氧化氮濃度的計(jì)算及NO日變化曲線的繪制 10（三）NO、NOx、NO2即其他光化學(xué)煙霧的日轉(zhuǎn)化過程（常態(tài)模擬） 11（四）分析NO、NOx、NO2曲線的成因 12六誤差分析 13八實(shí)驗(yàn)總結(jié) 14九參考文獻(xiàn) 14一、概述（一）氮氧化物的來源大氣中氮氧化物（NOx）包括多種化合物，如一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮和五氧化二氮，除二氧化氮以外，其他氮氧化物極不穩(wěn)定，遇光、濕或熱變成二氧化氮或一氧化氮，一氧化氮不穩(wěn)定又變成二氧化氮。因此大氣污染化學(xué)中的氮氧化物主要指的是一氧化氮和二氧化氮。其主要來自天然過程，如生物源、閃電均可產(chǎn)生NOx。NOx的人為源絕大部分來自化石燃料的燃燒過程，其中城市里的大量NO來自于汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)物。（二）光化學(xué)煙霧NO在大氣中逐漸氧化成NO2，NO2可通過大氣化學(xué)反應(yīng)生成氣溶膠狀的硝酸和硝酸鹽顆粒，同時(shí)，NO與NO2還可以通過一系列光化學(xué)反應(yīng)生成諸如O3和PAN等強(qiáng)氧化性物質(zhì)而產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。因此，NO與NO2是光化學(xué)煙霧產(chǎn)生的必要條件之一。（三）氮氧化物的危害NOx對呼吸道和呼吸器官有刺激作用，是導(dǎo)致支氣管哮喘等呼吸道疾病不斷增加的原因之一。二氧化氮、二氧化硫、懸浮顆粒物共存時(shí)，對人體健康的危害不僅比單獨(dú)NOx嚴(yán)重得多，而且大于各污染物的影響之和，即產(chǎn)生協(xié)同作用。大氣中的NOx能與有機(jī)物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。NOx能轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽，通過降水對水和土壤環(huán)境等造成危害。（四）NO2的測定方法NO2的測定方法有比色法及自動(dòng)監(jiān)測法。比色法一般是基于NO2-與芳香族胺反應(yīng)生成偶氮染料。其中廣泛采用格里斯—薩爾茨曼(Griess-Saltzman)法，是用鹽酸萘乙二胺和對氨基苯磺酸溶液作吸收顯色劑，NO2-與其反應(yīng)生成玫瑰紅色偶氮化合物，采用比色法進(jìn)行定量。此方法靈敏、準(zhǔn)確、操作簡便、呈色穩(wěn)定，固為國內(nèi)外普遍采用。國內(nèi)現(xiàn)用的方法主要為GB12372《居住區(qū)大氣中二氧化氮檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法改進(jìn)的Saltzman法》二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由顚Νh(huán)境中NOx的日變化趨勢的理解及光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生過程，掌握NOx的分析方法和技術(shù)。三、實(shí)驗(yàn)原理NO等低價(jià)氮氧化物紅色偶氮染料NO等低價(jià)氮氧化物紅色偶氮染料對氨基苯磺酸NO2HNO2鹽酸萘乙二胺最后用比色法進(jìn)行測定，NO定量通過有氧化管與不通過氧化管的兩次測定差值獲得儀器和試劑儀器：多孔玻板吸收管、空氣采樣器、具塞比色管、氧化管、分光光度計(jì)試劑：去離子水、吸收液、顯色液、氧化劑、亞硝酸鈉溶液標(biāo)準(zhǔn)溶液（由實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制：取上述標(biāo)準(zhǔn)溶液1mL至100mL容量瓶，并用水定容到刻度，即得2.50mg/L標(biāo)準(zhǔn)使用液。五、實(shí)驗(yàn)步驟（一）采樣：NOx：用一個(gè)內(nèi)裝5mL吸收液的普通型多孔玻板吸收管，進(jìn)氣口接上一個(gè)氧化管，并使管略微向下斜傾，以免潮濕空氣將氧化劑弄濕，污染吸收管。以0.4L/min流量，避光采氣30min。NO2：不接氧化管，同上述NOx的采樣步驟進(jìn)行采樣。采樣時(shí)間為8點(diǎn)到17點(diǎn)，逢整點(diǎn)采樣，我們組的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)是在南實(shí)驗(yàn)樓。（二）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制取6個(gè)25mL容量瓶，按下表制備標(biāo)準(zhǔn)系列。表1NO2-的標(biāo)準(zhǔn)系列瓶號123456標(biāo)準(zhǔn)工作液，mLNO2-含量，μg/mL000.70.071.00.13.00.35.00.57.00.7各瓶中，加入12.5mL顯色液，再加水到刻度，混勻，放置15min。用10mm比色皿，在波長540nm處，以水作參比，測定各瓶溶液的吸光度，以NO2-含量（μg/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算回歸直線的斜率。以斜率的倒數(shù)作為樣品測定時(shí)的計(jì)算因子Bs[μg/(mL·吸光度)]。（三）樣品測定采樣后，用水補(bǔ)充到采樣前的吸收液體積，放置15min，。用10mm比色皿，在波長540nm處，以水作參比，測定各樣品溶液的吸光度，裝有氧化管的樣品記為A1，不裝氧化管的記為A2。在每批樣品測定的同時(shí)，用未采過樣的吸收液按相同操作步驟作試劑空白的測定，記為A0。若樣品溶液吸光度超過測定范圍，應(yīng)用吸收液稀釋后再測定，計(jì)算濃度時(shí)，要乘以樣品溶液的稀釋倍數(shù)。六、計(jì)算和分析（一）、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制實(shí)驗(yàn)測得NO2—的標(biāo)準(zhǔn)序列數(shù)據(jù)如下：標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度（ug/mL)NO2吸光度（ABS）00.0080.070.0720.10.1020.30.2760.50.4690.70.643分析：數(shù)據(jù)在測吸光度的時(shí)候都加入了空白組的差值進(jìn)行計(jì)算，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。由專業(yè)作圖軟件Origin得到NO2—的標(biāo)準(zhǔn)曲線如下：從數(shù)據(jù)欄可以看出：Intercept(常數(shù))=0.00854,Slope（斜率）=0.90942，而且數(shù)據(jù)的擬合度R2=0.99971，擬合程度非常好，方程的表達(dá)式為：y=所以BS=1/Slope=1.0996[ug/(ml*吸光度)]（二）、繪制和分析NOx、NO2、NO的日變化曲線1、所需參數(shù)的計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下采樣體積（V0）的計(jì)算：已知：V=0.5*30=15L所以有：V即V0=13.51L2、二氧化氮濃度的計(jì)算及NO2日變化曲線的繪制二氧化氮濃度的計(jì)算：A2、A0將數(shù)據(jù)代入一下公式即可求得NO2的數(shù)據(jù)c(求解得NO2的數(shù)據(jù)如下：取樣時(shí)間不接氧化管（A2）吸收液空白測定（A0）C(NO2)(mg/m3)10:000.0410.0040.01711311:000.0520.0040.02220112:000.0340.0050.01341313:000.0460.0060.01850114:000.0340.0060.0129515:000.0370.0060.01433816:000.0510.0060.02081317:000.0590.0080.023588分析：測得的數(shù)據(jù)均偏小NO2的日變化曲線如下：分析：可以看出在白天的時(shí)候，NO2的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個(gè)峰值時(shí)間點(diǎn)分別在11:00和13:00，兩個(gè)谷值分別在12:00和14:00出現(xiàn)。3、氮氧化合物濃度的計(jì)算及NOx日變化曲線的繪制A1、A0將數(shù)據(jù)代入一下公式即可求得NO2的數(shù)據(jù)c(求解得NOx的數(shù)據(jù)如下：取樣時(shí)間接氧化管（A1）吸收液空白測定（A0）C(NOx)(mg/m3)10:000.0580.0040.02497611:000.0370.0040.01526312:000.0520.0050.02173813:000.0370.0060.01433814:000.0330.0060.01248815:000.0410.0060.01618816:000.0460.0060.01850117:000.0460.0080.017576分析：數(shù)值都偏小，而且某些時(shí)刻的NOx比NO2還小，可能是測量時(shí)候的操作不當(dāng)引起的，但也可能是整體數(shù)據(jù)較小，系統(tǒng)誤差引起的這種數(shù)據(jù)波動(dòng)，導(dǎo)致NOx比NO2小。NOx的日變化曲線如下：分析：可以看出在白天的時(shí)候，NOx的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個(gè)峰值時(shí)間點(diǎn)分別在12:00和16:00，兩個(gè)谷值分別在11:00和14:00出現(xiàn)。4、一氧化氮濃度的計(jì)算及NO日變化曲線的繪制由上面的計(jì)算可以得到NO2和NOx的數(shù)據(jù)，由此代入以下公式計(jì)算NO的濃度：c求解得NO的數(shù)據(jù)如下：取樣時(shí)間C(NOx)(mg/m3)C(NOx)(mg/m3)C(NOx)(mg/m3)10:000.0171130.0249760.00512711:000.0222010.015263-0.0045212:000.0134130.0217380.00542813:000.0185010.014338-0.0027114:000.012950.012488-0.000315:000.0143380.0161880.00120616:000.0208130.018501-0.0015117:000.0235880.017576-0.00392分析：數(shù)值都非常小，有些值是負(fù)值，有可能是因?yàn)闇y量或儀器誤差引起的。NO的日變化曲線如下：分析：可以看出在白天的時(shí)候，NO的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個(gè)峰值時(shí)間點(diǎn)分別在12:00和15：00，兩個(gè)谷值分別在11:00和13:00出現(xiàn)。（三）NO、NOx、NO2即其他光化學(xué)煙霧的日轉(zhuǎn)化過程（常態(tài)模擬）光化學(xué)煙霧形成示意圖光化學(xué)煙霧NO、NOx、NO2、O3以及碳?xì)浠衔锏南嗷マD(zhuǎn)化關(guān)系：清晨大量的碳?xì)浠衔锖蚇O由汽車尾氣及其他源排入大氣。由于晚間NO氧化的結(jié)果，已有少量NO2存在。當(dāng)日出時(shí)，NO2光解離提供原子氧，然后NO2光解反應(yīng)及一系列次級反應(yīng)發(fā)生，·OH基開始氧化碳?xì)浠衔铮⑸梢慌杂苫?，它們有效地將NO轉(zhuǎn)化為NO2，使NO2濃度上升（這是積累O3的關(guān)鍵），碳?xì)浠衔锛癗O濃度下降；當(dāng)NO2達(dá)到一定值時(shí)，O3開始積累，而自由基與NO2的反應(yīng)又使NO2的增長受到限制；當(dāng)NO向NO2轉(zhuǎn)化速率等于自由基與NO2的反應(yīng)速率時(shí)，NO2濃度達(dá)到極大，此時(shí)O3仍在積累之中；當(dāng)NO2下降到一定程度時(shí)，就影響O3的生成量；當(dāng)O3的積累與消耗達(dá)成平衡時(shí)，O3達(dá)到極大。通過各種污染物的轉(zhuǎn)化關(guān)系我們可以推測一天中NO、NOx、NO2的變化規(guī)律（根據(jù)上述化學(xué)反應(yīng)自己的一些推導(dǎo)）：清晨隨著大量的碳?xì)浠衔锖蚇O由汽車尾氣排入大氣，NO的濃度是逐漸升高的，在NO2光解之前NO都是一直增加的，并會(huì)達(dá)到一個(gè)峰值，隨著陽光照射，NO2光解的O促使一批自由基的生成，它們有效地將NO轉(zhuǎn)化為NO2，這時(shí)NO2濃度應(yīng)該上升，NO濃度應(yīng)該下降，所以NO的濃度峰值應(yīng)該比NO2濃度峰值提早出現(xiàn)。而NOx的濃度剛開始應(yīng)該是隨著NO的增加而增加的，因?yàn)镹O和NO2之間的轉(zhuǎn)化并不會(huì)影響到NOx總量的變化（而且這時(shí)NO2量較少與自由基的反應(yīng)可以忽略），所以NOx應(yīng)該是先隨著NO的增加而增加，當(dāng)NO下降的時(shí)候（NO向NO2轉(zhuǎn)化的時(shí)間段），NOx應(yīng)該是變小的（因?yàn)樽杂苫鶗?huì)與NO2反應(yīng)，導(dǎo)致NOx變小），所以NOx的變化曲線會(huì)和NO較為相似。當(dāng)自由基與NO2的反應(yīng)等于NO轉(zhuǎn)化為NO2的反應(yīng)（這個(gè)反應(yīng)會(huì)隨著NO的減少而逐漸減慢）時(shí)，NO2便達(dá)到峰值，這時(shí)NO2逐漸減少。這個(gè)規(guī)律推測是建立在汽車尾氣只在清晨大量NO排入大氣的前提下設(shè)想的，當(dāng)一天不同的時(shí)間段有NO排入大氣，情況就會(huì)有所變化。（四）分析NO、NOx、NO2曲線的成因NO、NOx、NO2的日變化曲線如下：由三條曲線最明顯的特征是NOx和NO的變化在上午的時(shí)候濃度的變化情況極為相似，這和上面的推導(dǎo)是一致的，有了上面的推導(dǎo)，我們可以來分析三條曲線變化的原因：可以猜想在10:00前，NO已經(jīng)達(dá)到了峰值，因?yàn)?0點(diǎn)前是老師上班的高峰期，有很多NO排放到了大氣中，這時(shí)我們可以根據(jù)上面的推導(dǎo)得出NOx的變化情況是與NO一致的，即在10點(diǎn)前NOx也達(dá)到了峰值，但隨著NO轉(zhuǎn)化為NO2，以及NO2與自由基反應(yīng)，NO和NOx逐漸減少，而NO2濃度是一個(gè)上升的過程，在11:00的時(shí)候，自由基與NO2的反應(yīng)等于NO轉(zhuǎn)化為NO2的反應(yīng)時(shí)，NO2便達(dá)到峰值，隨后NO2逐漸減少。11:00—12：00是老師們的下班高峰期，NO繼續(xù)排入大氣，開始了下一個(gè)周期，所以整個(gè)圖像是一個(gè)雙峰的趨勢，但是12點(diǎn)后的情況較為復(fù)雜，分析的因素較多，不再贅述。六誤差分析通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以看出，我們測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較小，儀器和操作的誤差都可能引起比較大的數(shù)據(jù)波動(dòng)，最后導(dǎo)致NO有些值是負(fù)的，所以很有必要進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)的誤差分析。本次實(shí)驗(yàn)所用的采樣器并不能非常精準(zhǔn)地保證流速在0.5L/min，