大氣環(huán)境監(jiān)測中二氧化硫監(jiān)測技術(shù)探究

渠立標(biāo)

摘 要：二氧化硫的過度排放，除了會降低空氣質(zhì)量外，還會形成酸雨，對農(nóng)作物、建筑物等造成嚴(yán)重危害。隨著國家對環(huán)保工作重視程度的不斷提升，做好空氣中二氧化硫的監(jiān)測成為當(dāng)前的一項(xiàng)重要工作。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、精準(zhǔn)測量空氣中二氧化硫濃度，可以為下一步空氣污染問題的整治提供必要的參考。現(xiàn)階段國內(nèi)在二氧化硫監(jiān)測方面，已經(jīng)形成了較為完善的技術(shù)體系，常用的有分光光度法、碘量法、定電位電解法等。本文在介紹這些常用監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測技術(shù)，實(shí)踐應(yīng)用效果良好，具有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大氣環(huán)境檢測;二氧化硫;定電位電解法;實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)

1 常用二氧化硫檢測方法

1.1 分光光度法

全稱甲醛緩沖液吸收-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法，該法早在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到二氧化硫監(jiān)測中。其原理是空氣中二氧化硫被甲醛緩沖液吸收后，生成穩(wěn)定的羥基甲磺酸加成化合物，在樣品溶液中加入氫氧化鈉使加成化合物分解，釋放出的二氧化硫與鹽酸副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫紅色化合物，根據(jù)溶液顏色深淺，用分光光度計(jì)在577nm處進(jìn)行測定。此法的應(yīng)用優(yōu)勢在于靈敏度較高，對于空氣中微量二氧化硫的檢出率較高，并且可以從多種污染氣體（如NO、CO等）中，準(zhǔn)確的將二氧化硫識別出來，監(jiān)測結(jié)果的可信度較高。但是也存在一定的缺陷，例如操作流程較為復(fù)雜，且頻繁更換試劑也會增加監(jiān)測成本。

1.2 火焰光度法

作為現(xiàn)階段監(jiān)測大氣中二氧化硫含量的一種主要方法，此法的應(yīng)用優(yōu)勢在于可重復(fù)性強(qiáng)，監(jiān)測成本較低。但是由于監(jiān)測過程中需要在較高溫度下通入氫氣，并生成氫火焰，因此對于操作技術(shù)和安全性均有較高的要求。火焰光度法的技術(shù)操作流程是：抽氣泵將氣樣抽人火焰光度檢測器的富氫火焰中，則二氧化硫還原為硫原子，并在適宜溫度下被激發(fā)，激發(fā)的硫原子瞬間越至基態(tài)，發(fā)射出300-394nm的特征窄帶紫外光，經(jīng)干涉濾光片選擇394nm峰值光，用光電倍增管將光信號變成電信號，送入電子放大系統(tǒng)放大，再轉(zhuǎn)變成電壓信號送至記錄儀。由于發(fā)光強(qiáng)度與激發(fā)態(tài)硫原子濃度成正比，故通過測量電信號的大小可得知?dú)鈽又辛蚧锏臐舛取?/p>

1.3 定電位電解法

從20世紀(jì)90年代初，定電位電解法在國內(nèi)測定空氣中二氧化硫含量的工作中開始得到推廣使用。該方法中使用到的核心設(shè)備是二氧化硫測定儀，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段許多廠家通過技術(shù)改良，該儀器逐漸向便攜式、小型化發(fā)展，進(jìn)一步提高了二氧化硫監(jiān)測操作的便利性。其操作流程和技術(shù)要點(diǎn)為：將收集到的待測空氣樣本，通過進(jìn)氣管送入儀器中，氣體首先經(jīng)過滲透膜，濾除固體顆粒物后，進(jìn)入到電解槽。此時(shí)電解槽內(nèi)會提供一個高于二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)氧化電位的外加電位，從而促使二氧化硫加速完成氧化反應(yīng)。在通電氧化過程中，電解槽內(nèi)還會產(chǎn)生一個極限擴(kuò)散電流，該電流I與二氧化硫濃度ρ為正比關(guān)系，通過測量耗用的電流，推算出二氧化硫濃度。定電位電解法監(jiān)測空氣中二氧化硫，其應(yīng)用優(yōu)勢在于不需要添加試劑，一方面是減少了對測量結(jié)果的干擾，有利于控制誤差，提高結(jié)果精度;另一方面也可以降低成本。

2 實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)在二氧化硫監(jiān)測中的應(yīng)用

上述幾種常規(guī)的二氧化硫監(jiān)測技術(shù)，需要工作人員先進(jìn)行空氣采樣，然后對空氣樣品中二氧化硫的濃度進(jìn)行測定。雖然可以較為快速、精準(zhǔn)的得到監(jiān)測結(jié)果，但是并不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測。隨著信息技術(shù)和新型設(shè)備的發(fā)展，為大氣環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測提供了必要的支持。其中，小型民用無人機(jī)技術(shù)近年來發(fā)展迅速，利用無人機(jī)搭載氣體傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對空氣中二氧化硫的實(shí)時(shí)監(jiān)測，較好的滿足了當(dāng)下對于二氧化硫監(jiān)測工作的需要。

2.1 技術(shù)優(yōu)勢

（1）小型無人機(jī)的操作靈活，可以根據(jù)大氣環(huán)境監(jiān)測工作的需要，在特定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，且具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，除了一些特殊極端天氣外，均可執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)。（2）利用無人機(jī)搭載高靈敏度的復(fù)合氣體傳感器，在飛行過程中，可以自動捕捉空氣并完成對空氣中特定氣體成分的監(jiān)測。除了二氧化硫外，像PM2.5、氮氧化物、VOC等大氣環(huán)境中常見的污染物，都可以完成快速監(jiān)測。（3）利用無人機(jī)上的內(nèi)置無線傳感設(shè)備，在飛行過程中，可以將監(jiān)測結(jié)果實(shí)時(shí)傳遞給地面站，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的“地-空”同步。實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖1所示。

2.2 操作要點(diǎn)

地面工作人員利用遙控器操作無人機(jī)進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域。無人機(jī)上搭載的光電吊艙，采取紅外掃描的形式，獲取地面影像，在系統(tǒng)設(shè)定的空間范圍內(nèi)，根據(jù)預(yù)設(shè)的路線進(jìn)行循環(huán)飛行。在這一過程中，機(jī)載復(fù)合氣體傳感器會收集空氣，并識別氣體中的“有效成分”。根據(jù)復(fù)合氣體傳感器功能的不同，可識別的氣體成分涵蓋二氧化硫、PM2.5、PM10、NO、O3、VOC等等。無人機(jī)搭載的單片機(jī)可以對傳感器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，然后利用無人機(jī)內(nèi)置的無線通信單元，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娼邮照尽Ｔ跓o人機(jī)的整個巡航過程中，可以源源不斷的向地面站傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且以圖像等直觀形式展示出來，方便工作人員掌握監(jiān)測區(qū)域內(nèi)二氧化硫的含量信息。

3 結(jié)語

二氧化硫作為空氣污染物的一種重要組成，具有來源廣泛、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)，加強(qiáng)二氧化硫監(jiān)測，可以讓環(huán)保部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)二氧化硫超標(biāo)現(xiàn)象，進(jìn)而追蹤超規(guī)排放的源頭，采取有效措施從源頭解決二氧化硫污染問題。分光光度法、火焰光度法、定電位電解法等常規(guī)的監(jiān)測方法有其各自的應(yīng)用優(yōu)勢，但是都需要提前采集空氣樣品，并且樣品的采集方式、采集地點(diǎn)等，均會對監(jiān)測結(jié)果造成干擾影響。基于無人機(jī)搭載復(fù)合氣體傳感器，進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測，具有操作簡便、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)階段二氧化硫監(jiān)測的新手段，具有推廣使用價(jià)值。

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