大氣SO2檢測方法研究

王婷 高偉峰 梁姬君 陳存廣

摘 要：文章首先分析了二氧化硫的來源和危害，重點分析了目前有關二氧化硫濃度檢測的方法，并分析了每種方法的優缺點。二氧化硫作為主要的大氣污染物之一，對環境造成嚴重的危害。因此對二氧化硫濃度檢測方法的研究，具有十分重要的意義。

關鍵詞：大氣SO2；檢測方法；研究

引言

進入21世紀，人類進入又一個文明時代，各種工業技術迅速發展，給人們生活帶來極大的方便，各種智能電器和交通工具逐步改變著人們的生活習慣。但是在智能電氣生產和制造過程中產生大量工業尾氣，另外，人類重要的交通工具——汽車也排放大量尾氣到大氣中，這些尾氣中含有大量的有毒有害氣體，造成了嚴重的環境污染，這些有毒有害氣體主要包括：硫氧化物、NOX、有機化合物、PM2.5等。其中危害最大的是二氧化硫，它是環境污染的主要物質，造成空氣質量嚴重下降，對人們的人體健康造成極大的危害，因引，對大氣中二氧化硫濃度的檢測是十分必要的。

1 二氧化硫的來源

由于二氧化硫的來源十分廣泛，對環境污染最嚴重，對人們生活的影響最大，很多國家把二氧化硫在空氣中的含量作為衡量空氣污染的主要指標。產生的二氧化硫的源頭有很多，但主要包括以下幾個方面。

火山爆發是二氧化硫的一個重要源頭，火山爆發主要產生的氣體就是二氧化硫和水蒸氣，它們夾雜在火山灰中隨大氣流動到較遠的地方，根據有關部門估算，全球火山爆發每年釋放出數百億千克的二氧化硫。

生物腐爛過程同樣產生大量的二氧化硫氣體，而世界上各種浮游植物、各種魚類及活動在地球表面的動物種類繁多，數量巨大，在它們腐爛的過程中都會直接產生二氧化硫氣體。或者先產生其它氣體。例如：硫化氫、有機硫化物，這些物質在大氣中經過各種化學反應，最終被氧化成二氧化硫氣體，排放到大氣中。

2 二氧化硫的危害

SO2的危害直接表現是酸雨，在中國近四成的面積已經受到酸雨的污染和危害。我們國家酸雨形成的主要是由SO2引起的，這些SO2主要來源于人為排放，很多地方的生態環境已經被酸雨造成不同程度的損害，人類的生活環境受到嚴重影響，歸根到底，這些都是隨意排放SO2造成的，因此，對SO2造成的環境污染受到社會各界的廣泛關注。

人若在含有SO2的環境中，身體的各部位會有明顯的不適，而人能聞到的SO2深度僅為4umol/mol，如果環境中的SO2濃度達到8-12umol/mol時，就會刺激人體的咽喉，引發劇烈咳嗽；如果環境中的SO2濃度達到20umol/mol時，就會影響到人的視覺神經，造成眼睛流淚；如果SO2濃度更高時會引起人的呼吸系統疾病，嚴重時造成肺癌。目前，人們的很多身體健康問題都與SO2的污染息息相關。SO2除了對動物造成危害外，對植物同樣存在危害，并且很小濃度的SO2就會對植物造成危害，如果環境中的SO2濃度達到0.2umol/mol臨界濃度時，就會造成植物枯萎，嚴重時能造成大面積死亡。

針對SO2的強危害性，我國已經把治理SO2污染，減小SO2排放量，列為環境治理的重要任物，并在相當長的時間內嚴格執行下去。目前，我們需要做的就是找到理想的監測SO2濃度的方法，確定SO2排放的各個要點，控制排放源。特別是針對排放比較多的地方，例如，電廠煙氣排放。采用合適的監測方法能有效控制SO2的排放量，減少環境污染。

3 SO2的檢測方法

在國內SO2在大氣中的含量通常用質量體積比mg/m3表示，國際上采用體積比ppm來表示，近年來我國也采用氣體體積比umol/mol來表示，國際上對SO2含量的測量，主要有以下幾種方法。

3.1 電量法

電量法，顧名思義就是通過測量電荷的多少來確認樣品中氣體濃度的含量，該方法早在幾十年前就被用于測量二氧化硫的濃度。其基本原理是利用二氧化硫與碘相互反應的機理，將取樣氣體通入到電解液中，加外一個恒流源，恒流源的陽極上發生氧化反應，源源不斷的產生元素碘，同時在恒流源的陰極上反生還原反應，使電解液中的碘元素達到一個平衡狀態，在另一個參比電極上就沒有電荷流過。如果樣氣中含有二氧化硫時，碘與二氧化硫就發生化學反應，這樣在電解液中的碘元素就會減少，破壞了電解液中的平衡，部分電荷就會流向參比電極，電荷的移動形成電流，電流的大小與樣氣中二氧化硫濃度成正比，通過檢測參比電極電流的大小就可以確認樣氣中二氧化硫的含量。這種方法的測量范圍為0-10umol/mol，檢測下限為0.01umol/mol。這種方法相對實驗室測量液體試劑的量要方便很多，但由于采用的是化學反應的方法，所有可以與碘反應的氣體例如硫化物，都會被誤認為是二氧化硫，該方法選擇性相對較差，但如果能做出過濾器來過濾掉干擾氣體，該方法也較為實用。

3.2 電導法

科學家們發現溶液導體靠的是溶液中的濃度，如果液體中離子濃度大時，其電導率就大。依靠這種原理，把含有二氧化硫的樣氣通入到弱酸性過氧化氫溶液中，二氧化硫被氧化成硫酸，這樣溶液中的離子濃度就會增加，溶液的電導率就會變強，通過計算電導率的變化得知二氧化硫的濃度。這種方法的測量范圍為0-1umol/mol，此方法簡便、快捷、可靠，適合在線連續測量，目前主要應用于自動儀表，主要干擾因素是對電導率有影響的其它物質。

3.3 比色法

該方法主要用于微量二氧化硫的測量，主要應用于空氣質量監測，是相對標準的二氧化硫檢測方法。其原理是過氧化氫-高氯酸吸收，高氯酸鋇沉淀，過量鋇與釷試劑生成有色絡合物，用比色法測量該絡合物體系在一定波長（顯示溶液磷酸含量少、紅紫色548nm；顯示溶液磷酸含量多，藍紫色575nm：甲醛吸收、紫紅色577nm）的吸收，來確認二氧化硫的濃度。該方法優點是靈敏度高，準確。缺點是操作復雜，伴生物含有污染物質，易受溫度和時間影響，重復性不好。

3.4 離子色譜法[2]

該方法是利用離子交換原理，對硫酸根離子定量分析得知二氧化硫濃度大小。把采樣氣體通入到含有碳酸鈉-碳酸氫鈉的溶液中，再經過雙氧水氧化成硫酸根離子，再用電導檢測器測量酸性陰離子的電導值，經過數據處理，測定峰值面積，得知硫酸根離子含量，再推算出二氧化硫的含量，該方法主要用于實驗室的精確測量，精度高。

3.5 紫外熒光法[1、4]

由于物質分子具有吸收光譜和熒光光譜能級躍遷能力，所以在紫外光的照射下，具有吸收光子能力的物質可在瞬間發射出熒光，其熒光強度與物質濃度呈線性關系，從而可測出該物質濃度。二氧化硫分子受紫外光照射后會發出熒光，濃度越高，熒光強度越強，兩者成正比關系，由此測量出二氧化硫的濃度。紫外熒光法的優點是抗干擾性強，檢測速度快，分辨率高，并且能夠實現自動連續監測，應用前景十分廣泛。

3.6 光譜吸收法[3]

紅外技術用于檢測氣體的濃度有成熟的理論基礎，并且已經得到廣泛應用。其基本原理是利用大氣分子吸收紅外輻射光譜特性，不對分子吸收波長在不同位置出現極值，利用譜線位置來確定分子的數量和種類。通過在實驗發現，二氧化硫在7.30um紅外區域吸收波最強，當一束恒定的7.30um紅外光通過含有二氧化硫的氣體時，部分光會被二氧化硫吸收，光強變弱，通過測量光強來確認二氧化硫濃度。該方法以響應時間快，抗干擾能力強等優點得到迅速應用，但成本偏高制約了它的推廣。

3.7 電化學傳感器法

電化學氣體傳感器是利用電化學控制電位電解的基本原理，將電極恒定在選定的電位下（不同氣體在某電位下的反應信號較大），使被測氣體在該電極上發生氧化還原反應，產生氧化還原電流，該電流與氣體濃度成正比，可以實現精確定量檢測，在寬的濃度范圍內呈現良好的線性關系，因此測量準確度高，又因其體積小、使用維護簡單，可現場連續檢測，得到極為廣泛的應用，二氧化硫電化學傳感器目前主要應用于工業安防現場、空氣質量檢測、污水治理等。

4 結束語

綜上所述，關于二氧化硫的危害比較清晰，二氧化硫的檢測方法也比較多，文章分析了七種常用的檢測方法，它們有各自的應用場所和環境，可根據實際的應用來選擇合適的檢測方法。例如，對于目前應用最為廣泛的燃料燃燒或工藝尾氣中高濃度SO2的檢測，紫外吸收法和紅外法以靈敏度高、穩定性好、抗干擾性強得到廣泛應用，由于此類儀器設計復雜，費用高，專業性強等特點，主要以發達國家產品為主，主要用于特定場所的測量。目前，電化學傳感器法具有低價位、高實用性的特點，無論是在大型鍋爐企業，還是中小型污染源排放企業應用最為廣泛，有較高的性價比，易于推廣普及。SO2的檢測方法可能還有很多，需要我們不懈的研究，找到更加實用的檢測方法，更加準確的檢測出二氧化硫的濃度，為控制二氧化硫的排放提供更多有效的工具。

參考文獻

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