校园空气质量监测 综合实验报告
学 院 指导教师
学生姓名 专 业 学 号 年 级 XXXX 年XX 月
前言
基于我国城市空气以煤烟型污染为主的现状，规定用2SO 、XNO 和TSP 三项主要污染物指标计算空气污染指数（API ），表征空气质量状况。
本实验为综合性实验，其内容包括：在欲监测环境内进行布点和采样；测定SO 2、NO X 和TSP 日均浓度；计算空气污染指数（API ）。
一、实验目的和要求
1. 根据布点采样原则，选择适宜方法进行布点，确定采样频率及采样时间，掌握测定空气中的SO 2、NO X 、TSP 的采样和监测方法。
2. 根据三项污染物监测结果，计算空气污染指数（API ），描述空气质量状况。
3. 预习教材第三章中的相关内容，掌握环境监测理论和实验环节，通过课堂教学与实验教学结合，培养学生的组织能力、动手能力、培养分工合作、互相配合和团结协作的精神以及综合分析与处理问题的能力。
二、空气中NO 2的测定
（一）目的
1. 掌握盐酸萘乙二胺分光光度法测定大气中二氧化氮的方法和原理； 2. 了解主要干扰物及其消除方式； 3. 掌握大气采样器的操作技术； 4. 熟悉分光光度计的使用方法。 （二）原理
用无水乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液，空气中的二氧化氮被吸收转变为亚硝酸、硝酸。亚硝酸在无水乙醇存在下与对氨基苯磺酸发生重氮反应，然后再与氨基苯乙二胺偶合，生成玫瑰红色偶氮染料，其颜色深浅与NO 2浓度成正比，可用分光光度法测定，由第一步反应可知，吸收液吸收空气中的NO 2后，并未完全生成亚硝酸，故计算时应除以转化系数f=0.88。 （三）实验步骤 1. 采样。
取4ml 显色液于多孔筛板吸收管中，再放入1ml 重蒸水，用硅橡胶管将其串联在采样器上，调节流量至0.4L/min，置于采样点40min 。在采样的同时，应记录现场温度及大气压强，并设置空白对照（加入4ml 显色液，1ml 重蒸水，用一根橡胶管套住出气口及进气口，同时采样40min ）。 2. 绘制标准曲线。
取6支10ml 具塞比色管，按下表参数和方法配制NO 2标准溶液系列（2.5μg/ml）。
配好混匀置于暗处20min ，用1cm 比色皿于波长540nm 处以水为参比，测量吸光度，扣除空白试剂吸光度后，绘制标准曲线并计算回归方程。 3. 样品测定。
采样后置于暗处20min, 混匀后按绘制标准曲线的方法测定样品与空白组的吸光度值，依式计算：C NOX =(A-A0-a)/bfV0 式中：
C NOX ：空气中NO X 的浓度（mg/m3）；
A 、A 0：分别为羊皮溶液和试剂空白溶液的吸光度； b 、a ：分别为标准曲线的斜率和截距； V 0：换算成标准状况下的采样体积L ； f ：Saltzman 实验系数，0.88。
1. 标准曲线数据表
2. 吸光度-甲醛含量标准曲线图
3. 样品测定结果
采样地点：学院门口 温度：15.5℃ 大气压强：92.2Kpa 天气：晴朗、有风 采样流量：0.4L/min 采样时间：40min
∴V 0=
(0. 4⨯40) ⨯27392. 2
⨯=13.78 L
273+15. 5101. 325
∴c =
0. 029-0. 008
=0.0095 mg/m3
0. 183⨯0. 88⨯13. 78
1. 干扰物及其去除：
①大气中臭氧浓度超过0.25mg/m3时，会使吸收液略显红色，产生干扰，可以在采样时在吸收瓶入口端接一段15-20cm 的硅胶管，即可将臭氧浓度降低到不干扰二氧化氮测定的水平。
②大气中二氧化硫浓度为二氧化氮浓度的10倍时，就会干扰二氧化氮测定，当超过其30倍时，会产生负干扰，可在采样管前接一个氧化管以消除二氧化硫的干扰。
③PAN 也会使试剂显色而产生干扰，但一般环境大气中PAN 的浓度很低，可以忽略其影响。 2. 吸收液应避光，且不能长时间暴露在空气中，以防止光照时吸收液显色或吸收空气中的氮氧化物，而使试管空白值增高。
3. 实验所用的亚硝酸钠固体应密封保存，防止空气及湿气侵入。
三、空气中SO 2的测定
（一）目的
1. 掌握甲醛吸收——盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定大气中SO 2的原理和方法； 2. 了解主要的干扰物及其消除方法。 （二）原理
空气中的SO 2被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟基甲基磺酸加成化合物，加入氢氧化钠溶液使加成化合物分解，释放出SO 2与盐酸副玫瑰苯胺反应，生成紫红色络合物，其最大吸收波长为577nm ，用分光光度法测定。 （三）干扰与消除
1. 臭氧。样品放置一段时间后可自行分解。
2. 二氧化氮。利用氨基磺酸钠来消除氮氧化物的干扰。
3. 金属离子。利用磷酸及环乙二胺四乙酸二钠盐来消除或减少某些金属离子的干扰。 （四）实验步骤 1. 采样。
（1）吸取5ml 吸收液，于多孔筛板吸收管中，用硅橡胶管将其串联在空气采样器上，调节采样器流量为0.4L/min。
（2）设置采样时间为60min 。
（3）在采样的同时，记录现场的温度和大气压，并设置空白对照组。 2. 绘制标准曲线。
（1）取14支具塞比色管分成A 、B 两组分别对应编号。
（2）A 组标液配好后加入6.0g/L的氨磺酸钠0.25ml, 摇匀，放置10min 。
（3）这10min 期间向B 组7支具塞比色管中均加入0.5ml 盐酸副玫瑰苯胺（PRA ）。 （4）10min 后，向A 组7支具塞比色管中加入0.25ml 氢氧化钠溶液，迅速倒入A 对应编号的B 组试管中，按顺序加一管氢氧化钠倒一管，尽量将A 组试管中的氢氧化钠倒干净，摇匀，从倒入的第一管开始计时，放置20min 。
（5）显色时间到后，立即在577nm 的波长下测吸光度，以SO 2含量为横坐标，扣除空白的吸光度为纵坐标，作标准曲线。
3. 样品测定。
将采样后的吸收液放置20min 后，转入10ml 比色管中，再加入0.25ml 氨基磺酸钠，摇匀，放置min ，以消除NO 2的干扰。以下同标准曲线绘制步骤。按下式计算空气中SO 2的浓度：
c=（A-A 0-a ）/bV0 式中：
c ：空气中SO 2的质量浓度，mg/m3； A ：样品溶液的吸光度；
A 0：试剂空白溶液的吸光度； a ：所绘制标准曲线的截距； b:所绘制标准曲线的斜率；
V 0：换算成标况下的采样体积，L 。
2. 吸光度-SO 2含量标准曲线图
3. 样品测定结果
采样流量：0.4L/min 采样时间：60min
（0. 4⨯60）⨯27393. 05∴V 0=⨯=20.61L
273+18. 9101. 325
∴c =
0. 01-0. 002
=0.0047 mg/m3
0. 083⨯20. 61
1. 实验测得SO 2浓度较低，很大可能是因为实验当天天气晴朗，空气质量较好，因此SO 2浓度较低。
2. 温度对此显色反应的影响较大，温度越高，空白值越大，且温度高时稳定时间短，应尽量控制恒温在15-25℃，并且根据实验室条件和不同季节的室温选择适宜的显色温度和时间；达到显色时间后立即测定。
3. 实验中用到的氢氧化钠固体或溶液极易吸收空气中的SO 2，使试剂空白值升高，应密封保存，或者使用小瓶分装，避免取液时间较长导致过程中吸收SO 2或者试剂间通过移液管交叉污染，对于其他显色用试剂也应如此。
4. 实验中观察到标准曲线空白试剂和空白样品测定的两组比色管中，溶液均呈轻微淡紫色，或许与3所述原因有关。
四、空气中总悬浮颗粒物（TSP ）的测定
（一）实验目的
1. 掌握重量法测定空气中TSP 的方法和原理； 2. 练习使用中流量采样器。 （二）实验原理
滤膜捕集——重量法：用抽气动力抽取一定体积的空气通过已恒重的滤膜，则空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜质量之差及采样体积，即可计算TSP 的浓度。根据采样流量不同分为大流量、中流量、小流量采样法，本实验采用中流量采样器法。 （三）干扰和消除 1. 空气中的水分 2. 物理损伤 （四）实验步骤
1. 用孔口流量计校正采样器的流量。 2. 采样：
用镊子取出称过的滤膜平放在采样器内的滤膜支持网上（毛面朝上），用滤膜夹夹紧，以100L/min的流量采样60min ，记录采样流量和现场的温度及大气压，时间到后，用镊子轻轻取出滤膜，毛面向里对折放入滤膜袋内。 3. 称量和计算：
将采样滤膜和空白滤膜在相同的平衡条件下平衡24h 后，用分析天平称量（精确到0.1mg ），记下重量（增重不应小于10mg ），按下式计算TSP 含量。
TSP 含量（μg/m3）=（W 1-W 2）×109/（Q ×T ）
式中：
W1：采样后的滤膜重量 W2：空白滤膜的重量
Q ： 采样器平均采样流量（L/min）
T ：采样时间（min ）
（五）实验结果
1. 采样地点；学院门口 温度：24℃； 大气压强：92.4Kpa ； 天气：晴朗、有风。 采样流量：100L/min 采样时间：60min 2. 空白滤膜质量：0.3308g 采样滤膜质量：0.3321g
(0. 3321-0. 3308) ⨯109
TSP 含量（μg /m ）==216. 67μg /m 3=0.2167mg/m3
100⨯60
3
（六）实验分析
1. 采样地点当时本身空气质量较好，并且有风，且风速较大，有利于空气中污染物质的稀释扩散，因此，测定结果较小。 2. 误差分析：
①由于滤膜采样前后只相差13mg ，因此，分析天平的精密度和准确度会对结果产生一定误差；
②在将载有TSP 的滤膜从采样器取下到向天平转移的过程中也会产生少量损失。 3.TSP 主要影响因素：
大气中TSP 的组成十分复杂，且变化很大，燃煤排放烟尘、工业废气中的粉尘及地面扬尘是大气中总悬浮颗粒的重要来源，因此，其含量主要受污染源影响如冬季燃煤供暖等。另外气象条件如风速风向、雨、雪、雾等，城区规模、人口密度，地形、能源消费结构等也会对TSP 含量产生一定影响。
五、空气污染指数（API ）计算
表1 空气污染指数对应的污染物质量浓度限值
① C（NO 2）=0.0095 mg/m3
∴I NO2
②C （SO 2）=0.0047 mg/m3
∴I SO2
③C （TSP ）=0.2167 mg/m3
I TSP =
0. 2167-0. 120
⨯(100-50) +50=77
0. 300-0. 120
∴API =max (I SO 2, I NO 2, I TSP ) =77
∴校园空气首要污染物为总悬浮颗粒物，因风速较大，附近又无其他显著污染源，因此判断
其主要来源是地面扬尘。
表2 空气污染指数范围和相应的空气质量状况
根据以上计算结果，校园环境API 值为77，属于Ⅱ级质量级别，空气质量状况：良：人群可正常活动。学校属于文化区，应达到Ⅱ级质量级别，所以我校空气质量状况达标。
六、结果分析
由于①三种污染物不是同一天测定，实验条件（包括气温、气压、风速风向、空气质量情况等）不一致；②只采样一次，与日均值有差异；③采样地点仅限于学院门口，布点单一且不均匀。因此，利用此表计算出来的结果以表征整个校园空气质量并不完全准确。
在实验条件允许的情况下，应该在校园的不同地点进行均匀布点、连续采样测定。
七、参考文献
奚旦立. 孙裕生. 环境监测（第四版）[M].高等教育出版社.2010.7
校园空气质量监测 综合实验报告
学 院 指导教师
学生姓名 专 业 学 号 年 级 XXXX 年XX 月
前言
基于我国城市空气以煤烟型污染为主的现状，规定用2SO 、XNO 和TSP 三项主要污染物指标计算空气污染指数（API ），表征空气质量状况。
本实验为综合性实验，其内容包括：在欲监测环境内进行布点和采样；测定SO 2、NO X 和TSP 日均浓度；计算空气污染指数（API ）。
一、实验目的和要求
1. 根据布点采样原则，选择适宜方法进行布点，确定采样频率及采样时间，掌握测定空气中的SO 2、NO X 、TSP 的采样和监测方法。
2. 根据三项污染物监测结果，计算空气污染指数（API ），描述空气质量状况。
3. 预习教材第三章中的相关内容，掌握环境监测理论和实验环节，通过课堂教学与实验教学结合，培养学生的组织能力、动手能力、培养分工合作、互相配合和团结协作的精神以及综合分析与处理问题的能力。
二、空气中NO 2的测定
（一）目的
1. 掌握盐酸萘乙二胺分光光度法测定大气中二氧化氮的方法和原理； 2. 了解主要干扰物及其消除方式； 3. 掌握大气采样器的操作技术； 4. 熟悉分光光度计的使用方法。 （二）原理
用无水乙酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配成吸收液，空气中的二氧化氮被吸收转变为亚硝酸、硝酸。亚硝酸在无水乙醇存在下与对氨基苯磺酸发生重氮反应，然后再与氨基苯乙二胺偶合，生成玫瑰红色偶氮染料，其颜色深浅与NO 2浓度成正比，可用分光光度法测定，由第一步反应可知，吸收液吸收空气中的NO 2后，并未完全生成亚硝酸，故计算时应除以转化系数f=0.88。 （三）实验步骤 1. 采样。
取4ml 显色液于多孔筛板吸收管中，再放入1ml 重蒸水，用硅橡胶管将其串联在采样器上，调节流量至0.4L/min，置于采样点40min 。在采样的同时，应记录现场温度及大气压强，并设置空白对照（加入4ml 显色液，1ml 重蒸水，用一根橡胶管套住出气口及进气口，同时采样40min ）。 2. 绘制标准曲线。
取6支10ml 具塞比色管，按下表参数和方法配制NO 2标准溶液系列（2.5μg/ml）。
配好混匀置于暗处20min ，用1cm 比色皿于波长540nm 处以水为参比，测量吸光度，扣除空白试剂吸光度后，绘制标准曲线并计算回归方程。 3. 样品测定。
采样后置于暗处20min, 混匀后按绘制标准曲线的方法测定样品与空白组的吸光度值，依式计算：C NOX =(A-A0-a)/bfV0 式中：
C NOX ：空气中NO X 的浓度（mg/m3）；
A 、A 0：分别为羊皮溶液和试剂空白溶液的吸光度； b 、a ：分别为标准曲线的斜率和截距； V 0：换算成标准状况下的采样体积L ； f ：Saltzman 实验系数，0.88。
1. 标准曲线数据表
2. 吸光度-甲醛含量标准曲线图
3. 样品测定结果
采样地点：学院门口 温度：15.5℃ 大气压强：92.2Kpa 天气：晴朗、有风 采样流量：0.4L/min 采样时间：40min
∴V 0=
(0. 4⨯40) ⨯27392. 2
⨯=13.78 L
273+15. 5101. 325
∴c =
0. 029-0. 008
=0.0095 mg/m3
0. 183⨯0. 88⨯13. 78
1. 干扰物及其去除：
①大气中臭氧浓度超过0.25mg/m3时，会使吸收液略显红色，产生干扰，可以在采样时在吸收瓶入口端接一段15-20cm 的硅胶管，即可将臭氧浓度降低到不干扰二氧化氮测定的水平。
②大气中二氧化硫浓度为二氧化氮浓度的10倍时，就会干扰二氧化氮测定，当超过其30倍时，会产生负干扰，可在采样管前接一个氧化管以消除二氧化硫的干扰。
③PAN 也会使试剂显色而产生干扰，但一般环境大气中PAN 的浓度很低，可以忽略其影响。 2. 吸收液应避光，且不能长时间暴露在空气中，以防止光照时吸收液显色或吸收空气中的氮氧化物，而使试管空白值增高。
3. 实验所用的亚硝酸钠固体应密封保存，防止空气及湿气侵入。
三、空气中SO 2的测定
（一）目的
1. 掌握甲醛吸收——盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定大气中SO 2的原理和方法； 2. 了解主要的干扰物及其消除方法。 （二）原理
空气中的SO 2被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟基甲基磺酸加成化合物，加入氢氧化钠溶液使加成化合物分解，释放出SO 2与盐酸副玫瑰苯胺反应，生成紫红色络合物，其最大吸收波长为577nm ，用分光光度法测定。 （三）干扰与消除
1. 臭氧。样品放置一段时间后可自行分解。
2. 二氧化氮。利用氨基磺酸钠来消除氮氧化物的干扰。
3. 金属离子。利用磷酸及环乙二胺四乙酸二钠盐来消除或减少某些金属离子的干扰。 （四）实验步骤 1. 采样。
（1）吸取5ml 吸收液，于多孔筛板吸收管中，用硅橡胶管将其串联在空气采样器上，调节采样器流量为0.4L/min。
（2）设置采样时间为60min 。
（3）在采样的同时，记录现场的温度和大气压，并设置空白对照组。 2. 绘制标准曲线。
（1）取14支具塞比色管分成A 、B 两组分别对应编号。
（2）A 组标液配好后加入6.0g/L的氨磺酸钠0.25ml, 摇匀，放置10min 。
（3）这10min 期间向B 组7支具塞比色管中均加入0.5ml 盐酸副玫瑰苯胺（PRA ）。 （4）10min 后，向A 组7支具塞比色管中加入0.25ml 氢氧化钠溶液，迅速倒入A 对应编号的B 组试管中，按顺序加一管氢氧化钠倒一管，尽量将A 组试管中的氢氧化钠倒干净，摇匀，从倒入的第一管开始计时，放置20min 。
（5）显色时间到后，立即在577nm 的波长下测吸光度，以SO 2含量为横坐标，扣除空白的吸光度为纵坐标，作标准曲线。
3. 样品测定。
将采样后的吸收液放置20min 后，转入10ml 比色管中，再加入0.25ml 氨基磺酸钠，摇匀，放置min ，以消除NO 2的干扰。以下同标准曲线绘制步骤。按下式计算空气中SO 2的浓度：
c=（A-A 0-a ）/bV0 式中：
c ：空气中SO 2的质量浓度，mg/m3； A ：样品溶液的吸光度；
A 0：试剂空白溶液的吸光度； a ：所绘制标准曲线的截距； b:所绘制标准曲线的斜率；
V 0：换算成标况下的采样体积，L 。
2. 吸光度-SO 2含量标准曲线图
3. 样品测定结果
采样流量：0.4L/min 采样时间：60min
（0. 4⨯60）⨯27393. 05∴V 0=⨯=20.61L
273+18. 9101. 325
∴c =
0. 01-0. 002
=0.0047 mg/m3
0. 083⨯20. 61
1. 实验测得SO 2浓度较低，很大可能是因为实验当天天气晴朗，空气质量较好，因此SO 2浓度较低。
2. 温度对此显色反应的影响较大，温度越高，空白值越大，且温度高时稳定时间短，应尽量控制恒温在15-25℃，并且根据实验室条件和不同季节的室温选择适宜的显色温度和时间；达到显色时间后立即测定。
3. 实验中用到的氢氧化钠固体或溶液极易吸收空气中的SO 2，使试剂空白值升高，应密封保存，或者使用小瓶分装，避免取液时间较长导致过程中吸收SO 2或者试剂间通过移液管交叉污染，对于其他显色用试剂也应如此。
4. 实验中观察到标准曲线空白试剂和空白样品测定的两组比色管中，溶液均呈轻微淡紫色，或许与3所述原因有关。
四、空气中总悬浮颗粒物（TSP ）的测定
（一）实验目的
1. 掌握重量法测定空气中TSP 的方法和原理； 2. 练习使用中流量采样器。 （二）实验原理
滤膜捕集——重量法：用抽气动力抽取一定体积的空气通过已恒重的滤膜，则空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜质量之差及采样体积，即可计算TSP 的浓度。根据采样流量不同分为大流量、中流量、小流量采样法，本实验采用中流量采样器法。 （三）干扰和消除 1. 空气中的水分 2. 物理损伤 （四）实验步骤
1. 用孔口流量计校正采样器的流量。 2. 采样：
用镊子取出称过的滤膜平放在采样器内的滤膜支持网上（毛面朝上），用滤膜夹夹紧，以100L/min的流量采样60min ，记录采样流量和现场的温度及大气压，时间到后，用镊子轻轻取出滤膜，毛面向里对折放入滤膜袋内。 3. 称量和计算：
将采样滤膜和空白滤膜在相同的平衡条件下平衡24h 后，用分析天平称量（精确到0.1mg ），记下重量（增重不应小于10mg ），按下式计算TSP 含量。
TSP 含量（μg/m3）=（W 1-W 2）×109/（Q ×T ）
式中：
W1：采样后的滤膜重量 W2：空白滤膜的重量
Q ： 采样器平均采样流量（L/min）
T ：采样时间（min ）
（五）实验结果
1. 采样地点；学院门口 温度：24℃； 大气压强：92.4Kpa ； 天气：晴朗、有风。 采样流量：100L/min 采样时间：60min 2. 空白滤膜质量：0.3308g 采样滤膜质量：0.3321g
(0. 3321-0. 3308) ⨯109
TSP 含量（μg /m ）==216. 67μg /m 3=0.2167mg/m3
100⨯60
3
（六）实验分析
1. 采样地点当时本身空气质量较好，并且有风，且风速较大，有利于空气中污染物质的稀释扩散，因此，测定结果较小。 2. 误差分析：
①由于滤膜采样前后只相差13mg ，因此，分析天平的精密度和准确度会对结果产生一定误差；
②在将载有TSP 的滤膜从采样器取下到向天平转移的过程中也会产生少量损失。 3.TSP 主要影响因素：
大气中TSP 的组成十分复杂，且变化很大，燃煤排放烟尘、工业废气中的粉尘及地面扬尘是大气中总悬浮颗粒的重要来源，因此，其含量主要受污染源影响如冬季燃煤供暖等。另外气象条件如风速风向、雨、雪、雾等，城区规模、人口密度，地形、能源消费结构等也会对TSP 含量产生一定影响。
五、空气污染指数（API ）计算
表1 空气污染指数对应的污染物质量浓度限值
① C（NO 2）=0.0095 mg/m3
∴I NO2
②C （SO 2）=0.0047 mg/m3
∴I SO2
③C （TSP ）=0.2167 mg/m3
I TSP =
0. 2167-0. 120
⨯(100-50) +50=77
0. 300-0. 120
∴API =max (I SO 2, I NO 2, I TSP ) =77
∴校园空气首要污染物为总悬浮颗粒物，因风速较大，附近又无其他显著污染源，因此判断
其主要来源是地面扬尘。
表2 空气污染指数范围和相应的空气质量状况
根据以上计算结果，校园环境API 值为77，属于Ⅱ级质量级别，空气质量状况：良：人群可正常活动。学校属于文化区，应达到Ⅱ级质量级别，所以我校空气质量状况达标。
六、结果分析
由于①三种污染物不是同一天测定，实验条件（包括气温、气压、风速风向、空气质量情况等）不一致；②只采样一次，与日均值有差异；③采样地点仅限于学院门口，布点单一且不均匀。因此，利用此表计算出来的结果以表征整个校园空气质量并不完全准确。
在实验条件允许的情况下，应该在校园的不同地点进行均匀布点、连续采样测定。
七、参考文献
奚旦立. 孙裕生. 环境监测（第四版）[M].高等教育出版社.2010.7