空氣中NOx的日變化曲線

1、空氣中NOx的日變化曲線實驗第四小組 實驗時間：9月4號實驗地點：南實驗樓本次實驗通過一天不同時間段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)的時間點和差異性，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，更好地理解實驗數(shù)據(jù)，最后對實驗的誤差分析，總結(jié)實驗過程。目錄一、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、實驗?zāi)康?三、實驗原理3四、儀器和試劑4五、實驗步驟4六、計算和分析5（一）、標(biāo)準曲線的繪制5（二）、繪制和分析NOx、NO2、NO的日變化曲線71、所需參數(shù)的計算：72、二氧化

2、氮濃度的計算及NO2日變化曲線的繪制73、氮氧化合物濃度的計算及NOx日變化曲線的繪制84、一氧化氮濃度的計算及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13八實驗總結(jié)14九參考文獻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，

3、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)動機燃燒產(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，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，對人體健康的危 害不僅比單獨NOx嚴重得多，而且大于各污染物的影響之和，即產(chǎn)生協(xié)

4、同作用。 大氣中的NOx能與有機物發(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，采用比色法進行定量。此方法靈敏、準確、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標(biāo)準方法 改進的Saltzman法二、實驗?zāi)康募由顚Νh(huán)境中NOx的日變化

5、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、實驗原理NO等低價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主要反應(yīng)方程式為：四、 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、分光光度計試劑：1. 去離子水、吸收液、顯色液、氧化劑、亞硝酸鈉溶液標(biāo)準溶液（由實驗室準備）2. 標(biāo)準使用液的配制：取上述標(biāo)準溶液1mL至100mL容量瓶，并用水定容到刻度，即得2.50mg/L標(biāo)準使用液。五、實驗步驟（一）采樣：NOx：用一個內(nèi)裝5mL吸收液的普通型多孔玻板吸收管，進氣口接上一

6、個氧化管，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的采樣步驟進行采樣。采樣時間為8點到17點，逢整點采樣，我們組的實驗地點是在南實驗樓。（二）標(biāo)準曲線的繪制 取6個25 mL容量瓶，按下表制備標(biāo)準系列。表1NO2-的標(biāo)準系列瓶號123456標(biāo)準工作液，mLNO2-含量， g/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（g

7、/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準曲線，并計算回歸直線的斜率。以斜率的倒數(shù)作為樣品測定時的計算因子Bsg/(mL·吸光度)。（三）樣品測定采樣后，用水補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，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，計算濃度時，要乘以樣品溶液的稀釋倍數(shù)。六、計算和分析（一）、標(biāo)準曲線的繪制實驗測得NO2的標(biāo)準序列數(shù)據(jù)如下：標(biāo)準曲線濃度（ug/

8、mL)NO2吸光度（ABS）00.0080.070.0720.10.1020.30.2760.50.4690.70.643分析：數(shù)據(jù)在測吸光度的時候都加入了空白組的差值進行計算，數(shù)據(jù)真實可靠。由專業(yè)作圖軟件Origin得到NO2的標(biāo)準曲線如下：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，方程的表達式為：y=0.00854+0.90942x所以BS=1/ Slope =1.0996ug/(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)的計算：標(biāo)準狀態(tài)下采樣體積

9、（V0）的計算：已知：V=0.5*30=15L，T0=273K，P0=101.3kPa，t=30 0C，P=101.25kPa所以有：V0=V*PP0*T0t+273=15*101.25101.3*27330+273=13.51(L)即V0=13.51L2、二氧化氮濃度的計算及NO2日變化曲線的繪制二氧化氮濃度的計算：A2、A0均由實驗測得，V1=5ml，D=1，V0=13.51L，BS=1.0996ug/(ml*吸光度)， K=0.88，將數(shù)據(jù)代入一下公式即可求得NO2的數(shù)據(jù)c(NO2)=（A2-A0）×Bs×V1×D/（V0×K）求解得NO2的數(shù)據(jù)如

10、下：取樣時間不接氧化管（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候，NO2的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個峰值時間點分別在11:00和13:00，兩個

11、谷值分別在12:00和14:00出現(xiàn)。3、氮氧化合物濃度的計算及NOx日變化曲線的繪制A1、A0均由實驗測得，V1=5ml，D=1，V0=13.51L，BS=1.0996ug/(ml*吸光度)， K=0.88，將數(shù)據(jù)代入一下公式即可求得NO2的數(shù)據(jù)c(NOx)=（A1-A0）×Bs×V1×D/（V0×K）求解得NOx的數(shù)據(jù)如下：取樣時間接氧化管（A1）吸收液空白測定（A0）C(NOx)(mg/m3)10:000.0580.0040.02497611:000.0370.0040.01526312:000.0520.0050.02173813:000.037

12、0.0060.01433814:000.0330.0060.01248815:000.0410.0060.01618816:000.0460.0060.01850117:000.0460.0080.017576分析：數(shù)值都偏小，而且某些時刻的NOx比NO2還小，可能是測量時候的操作不當(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，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候，NOx的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個峰值時間點分別在12:00和16:00，兩個谷值分別在11:00和14:00出現(xiàn)。4、一氧化氮濃度的計算及NO日變化曲線的繪制由上面的計算可以

13、得到NO2和NOx的數(shù)據(jù)，由此代入以下公式計算NO的濃度：cNO=0.652*CNOX-NO2求解得NO的數(shù)據(jù)如下：取樣時間C(NOx)(mg/m3)C(NOx)(mg/m3)C(NOx)(mg/m3)10:000.0171130.0249760.00512711:000.0222010.015263-0.0045212:000.0134130.0217380.00542813:000.0185010.014338-0.0027114:000.012950.012488-0.000315:000.0143380.0161880.00120616:000.0208130.018501-0.001

14、5117:000.0235880.017576-0.00392分析：數(shù)值都非常小，有些值是負值，有可能是因為測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候，NO的變化曲線呈雙峰的變化曲線，兩個峰值時間點分別在12:00和15：00，兩個谷值分別在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以及碳氫化合物的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系：清晨大量的碳氫化合物和NO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，NO2光解離提供原子氧，然后NO2光解反應(yīng)

15、及一系列次級反應(yīng)發(fā)生，·OH基開始氧化碳氫化合物，并生成一批自由基，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），碳氫化合物及NO濃度下降；當(dāng)NO2達到一定值時，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，NO2濃度達到極大，此時O3仍在積累之中； 當(dāng)NO2下降到一定程度時，就影響O3的生成量；當(dāng)O3的積累與消耗達成平衡時，O3達到極大。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)）：清晨隨著大量的碳氫化合物和NO由汽車尾氣排入

16、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，并會達到一個峰值，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，因為NO和NO2之間的轉(zhuǎn)化并不會影響到NOx總量的變化（而且這時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下降的時候（NO向NO2轉(zhuǎn)化的時間段），NOx應(yīng)該是變小的（因為自由基會與NO2反應(yīng)，導(dǎo)致NOx變?。訬Ox的變化曲線會和NO較為相似。當(dāng)自由

17、基與NO2的反應(yīng)等于NO轉(zhuǎn)化為NO2的反應(yīng)（這個反應(yīng)會隨著NO的減少而逐漸減慢）時，NO2便達到峰值，這時NO2逐漸減少。這個規(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)一天不同的時間段有NO排入大氣，情況就會有所變化。（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)達到了峰值，因為10點前是老師上班的高峰期，有很多NO排放到了大氣中，這時我們可以根據(jù)上面的推導(dǎo)

18、得出NOx的變化情況是與NO一致的，即在10點前NOx也達到了峰值，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濃度是一個上升的過程，在11:00的時候，自由基與NO2的反應(yīng)等于NO轉(zhuǎn)化為NO2的反應(yīng)時，NO2便達到峰值，隨后NO2逐漸減少。11:0012：00是老師們的下班高峰期，NO繼續(xù)排入大氣，開始了下一個周期，所以整個圖像是一個雙峰的趨勢，但是12點后的情況較為復(fù)雜，分析的因素較多，不再贅述。六誤差分析通過實驗數(shù)據(jù)我們可以看出，我們測的實驗數(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，最后導(dǎo)致NO有些值是負的，所以很有必要進行整個實驗的誤差分析。 （一） 本次實驗所用的采樣器并不能非常精準地保證流速在0.5L/min，很多時候流速都會變慢，需要不斷的調(diào)整，這就導(dǎo)致不能非常準確地確定采樣器兩側(cè)的采樣流量是否相等，