大气和废气检测_【CMA/CNAS认证】_中科光析科学技术研究所

大气与废气污染物检测技术综述

大气与废气污染物的准确检测是环境监测、污染源管控及空气质量评估的科学基础。其核心在于对大气环境（环境空气）和固定污染源排放废气中的各类污染物进行定性识别与定量分析。

1. 检测项目与方法原理

检测项目依据污染物性质主要分为气态污染物和颗粒物两大类。

1.1 气态污染物检测

二氧化硫（SO₂）：
- 紫外荧光法：样气中的SO₂分子在特定波长紫外光照射下被激发至高能态，返回基态时发射荧光，其荧光强度与SO₂浓度成正比。此方法抗干扰能力强，广泛用于自动在线监测。
- 甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法：SO₂被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定羟基甲磺酸，与盐酸副玫瑰苯胺反应生成紫红色络合物，于577nm波长处测量吸光度。此为经典的实验室手工分析方法（HJ 482）。
氮氧化物（NOx）：
- 化学发光法：样气中的NO与臭氧（O₃）反应，生成激发态的NO₂*，其返回基态时发射特定波长的光，发光强度与NO浓度成正比。通过钼转换炉将NO₂还原为NO，可测得NOx总量。此法灵敏度高、响应快，是标准方法（HJ 1043）。
- 盐酸萘乙二胺分光光度法：NO₂被吸收液（如对氨基苯磺酸和冰乙酸混合液）吸收后，生成亚硝酸盐，再与盐酸萘乙二胺反应生成玫瑰红色偶氮染料，于540nm处比色测定。适用于手工采样分析（HJ 479）。
一氧化碳（CO）：
- 非分散红外吸收法：CO对特定波段的红外辐射有选择性吸收，其吸收强度遵循朗伯-比尔定律，与浓度呈线性关系。该方法稳定可靠，是环境空气和烟气中CO监测的主流技术（HJ 965）。
挥发性有机物（VOCs）/非甲烷总烃（NMHC）：
- 气相色谱法：利用色谱柱对复杂VOCs组分进行分离，配合氢火焰离子化检测器（FID）、质谱检测器（MS）或光离子化检测器（PID）进行定性和定量分析。GC-FID是测定总烃、非甲烷总烃的标准方法（HJ 604）。GC-MS则是识别和测定特定VOCs物种（如苯系物）的金标准（HJ 644）。
- 在线质谱或色谱-质谱联用技术：用于污染源或厂界的实时、多组分VOCs监测，提供快速的指纹图谱。
臭氧（O₃）：
- 紫外光度法：基于O₃对254nm紫外光有特征吸收的原理，通过测量吸收前后光强的变化计算浓度。此为环境空气中O₃监测的基准方法（HJ 590）。

1.2 颗粒物及其组分检测

颗粒物浓度：
- 重量法：将一定体积的气体通过已称重的滤膜，捕集颗粒物后再次称重，根据质量差和采样体积计算浓度。此法是测定环境空气中PM10、PM2.5（HJ 618）和烟气中低浓度颗粒物（HJ 836）的基准方法，结果准确但耗时。
- β射线吸收法/微量振荡天平法：基于颗粒物对β射线的吸收或沉积于振荡锥体引起的频率变化，实现颗粒物浓度的实时自动监测，广泛应用于环境空气质量站点。
颗粒物组分：滤膜采集样品后，采用X射线荧光光谱（XRF） 分析无机元素，离子色谱（IC） 分析水溶性离子（如硫酸根、硝酸根、铵根），热光分析法 分析有机碳和元素碳。

1.3 恶臭及特征污染物

三点比较式臭袋法：感官测定法，将恶臭气体用无臭空气稀释至阈值，由嗅辨员判定，是测定臭气浓度的标准方法（HJ 1262）。
特定有毒有害物质：如汞（采用冷原子吸收/荧光法）、二噁英类（采用高分辨气相色谱-高分辨质谱联用技术）等，需用高度特异性的方法。

2. 检测范围与应用领域

环境空气质量监测：在城市、区域、背景站点进行长期、连续的监测，评估PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO、O₃等常规六参数及VOCs等污染物水平，服务于空气质量预报预警和达标管理。
固定污染源监测：对工业锅炉、炉窑、化工装置等排放口的烟气参数（流速、温度、压力、湿度、含氧量）及污染物（SO₂、NOx、颗粒物、CO、VOCs、汞、二噁英等）进行监测，是排污许可、环保税征收和超低排放改造效果验证的依据。
无组织排放监测：针对厂界、车间边界等无组织排放的颗粒物、氨、硫化氢、臭气浓度及VOCs等进行监测，评估企业对周边环境的直接影响。
室内空气监测：检测室内环境中的甲醛、苯、TVOC、氨、氡等污染物，保障人居健康。
应急与执法监测：在突发环境事件或执法检查中，使用便携式快速检测设备对特定污染物进行现场定性、半定量或定量分析。
科研与源解析：通过高时空分辨率及组分监测，研究大气污染成因、传输规律及来源贡献。

3. 检测标准与规范

检测活动必须遵循严格的标准规范以保证数据的合法性、准确性和可比性。

中国国家标准（GB）和生态环境行业标准（HJ）：构成国内监测体系的主体。如《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）规定了各项污染物的浓度限值；《固定污染源废气监测技术规范》（HJ 397-2007）、《固定污染源烟气（SO₂、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）等规定了监测布点、采样、分析及质量保证要求；各污染物的分析方法标准（如前述HJ 482、HJ 1043等）则详细规定了实验室分析步骤。
国际标准化组织（ISO）标准：如ISO 9096、ISO 11338等，在国际贸易和科研中常被引用。
美国环境保护署（EPA）方法：如EPA Method 5（颗粒物）、Method 6C（SO₂）、Method 25A（总气态有机物）等，在全球范围内具有重要影响力，常作为技术参考。
欧盟标准（EN）：如EN 14181（自动测量系统的质量保证）等。

4. 主要检测仪器与设备

环境空气质量自动监测系统：集成SO₂（紫外荧光）、NOx（化学发光）、O₃（紫外光度）、CO（非分散红外）、PM10/PM2.5（β射线/微量振荡天平）等分析模块，并配备动态校准系统的固定站点监测设备。
烟气排放连续监测系统：安装在污染源排放口，连续监测颗粒物（激光后向散射或抽取式β法）、气态污染物（多采用紫外差分吸收光谱或非分散红外技术）及烟气参数的成套系统。
便携式烟气分析仪：集成了电化学传感器或小型光学传感器，用于现场快速测量烟气中的O₂、CO、SO₂、NOx等成分，常用于污染源排查和比对监测。
气相色谱-质谱联用仪：实验室VOCs、SVOCs分析的顶级配置，提供高灵敏度和确证性检测。
原子吸收/原子荧光光谱仪：用于痕量金属元素（如铅、镉、砷、汞）的分析。
离子色谱仪：用于分析颗粒物滤膜或吸收液中的阴、阳离子成分。
采样设备：
- 环境空气采样器：包括大流量、中流量颗粒物采样器，以及针对气态污染物的多孔玻板吸收管、填充柱吸附管等被动或主动采样装置。
- 烟气采样器：配备皮托管、冷凝脱水装置和恒流控制模块，用于按规范从烟道中采集等速样品。
前处理设备：索氏提取器、快速溶剂萃取仪、旋转蒸发仪、氮吹仪等，用于复杂样品中目标物的提取与浓缩。