Tài liệu Các phương pháp xác định SO2 trong không khí ppt

1.1 Các phương pháp xác định SO
2
trong không khí
1.1.1 Phương pháp chủ động
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc dùng bơm hút khí đưa chất ô nhiễm ở nơi
cần quan trắc hấp thu vào dung dịch, giấy lọc, hoặc chất mang rắn. Sau đó mang về
phòng thí nghiệm giải hấp và phân tích. Từ đó tính toán ra nồng độ ô nhiễm ở nơi
cần khảo sát.
1.1.1.1 Phương pháp OSHA ID-104
[13]

Áp dụng xác định nồng độ SO
2
tức thời hoặc trung bình giờ.
Nguyên tắc: không khí được hấp thu vào dung dịch H
2
O
2
0.3 % trong bình rửa
khí (chứa khoảng 10- 15 ml dung dịch hấp thu) Hình 7, với vận tốc không đổi (vận
tốc đề nghị 1L/min), thể tích khí cần lấy từ 15- 60 L. Hydrogen peroxide oxi hoá
sulfur dioxide thành acid sulfuric theo phản ứng sau:
SO
2
+ H
2
O
2
H
2
SO

4
Sau khí hoàn tất việc lấy mẫu ta phải bảo quản dung dịch mẫu và đưa về phòng
thí nghiệm phân tích nồng độ mẫu bằng phương pháp sắc kí ion với đầu dò độ dẫn
dưới dạng ion sulfate.
Hình 7. Impinger.
Nồng độ sulfur dioxide trong không khí được xác định như sau:
− Khối lượng ion sulfate trong dung dịch mẫu:
2
4
. .
dd dd blank blank
so
m C V C V
−
= −
Trong đó: m
SO4
2-
là khối lượng ion sulfate trong dung dịch mẫu (µg).
C
dd
là nồng độ dung dịch mẫu xác định từ đồ thị (µg/ml).
V
dd
là thể tích dung dịch mẫu (ml).
C
blank
là nồng độ dung dịch mẫu trắng (µg/ml).
V
blank

là thể tích dung dịch mẫu trắng (ml).
− Nồng độ sulfur dioxide trong không khí:
2
4
2
2
. .
( )
.
so
so
so
MV m a
C ppm
M b
−
=
Trong đó: C
SO2
là nồng độ sulfur dioxide trong không khí (ppm).
MV (Molar volume ) là 24.45 (L/mol) ở 25
0
C và 760 mmHg.
A là hệ số chuyển đổi từ SO
4
2-
sang SO
2
.
B là thể tích khí lấy mẫu (L).

M
SO2
là khối lượng phân tử của SO
2
.
∗ Lưu ý:
− Nhằm tránh sai số trong quá trình lấy mẫu ta phải hút khí đi qua giấy lọc
trước khi vào bình chứa dung dịch hấp thu để loại bụi, ngăn các ion sulfate
có trong bụi hoà tan vào dung dịch hấp thu.
− Kiểm tra sự bay hơi của dung dịch hấp thu.
1.1.1.2 Phương pháp West – Gaeke (TCVN 5971- 1995 )
[6,14,15]

Áp dụng để xác định nồng độ trung bình giờ.
Nguyên lý: sục qua bình rửa khí (impinger) chứa dung dịch natri
tetrachloromercurate (TCM) với vận tốc không đổi (vận tốc đề nghị 1L/min). Sulfur
dioxide tác dụng với TCM sẽ tạo ra phức chất dichlorosulfitomercurate. Chuyển
dichlorosulfitomercurate thành acid parasosniline methyl sulfonic có màu tím thẫm
bằng cách cho thêm dung dịch formaldehyd và dung dịch parrosnilin hydroclorua đã
axit hoá.
[HgCl
4
]
-2
+ SO
2
+ 2H
2
O

[Hg(SO
3
)
2
]
-2

+ 4Cl
-
+ 4H
+
.
[Hg(SO
3
)
2
]
-2

+ pararosaniline + HCHO phức màu.
Để dung dịch ổn định trong 30 phút và đo mật độ quang tại bước sóng 560 nm.
Tính nồng độ khối lượng của SO
2
bằng đồ thị được lập ra từ hỗn hợp khí chuẩn.
Phương pháp này hiện nay ít được dùng do thuỷ ngân rất độc.
1.1.1.3 Phương pháp trắc quang dùng Thorin (TCVN 5978- 1995)
[
16]

Nguyên lý: hút khí đi qua dung dịch hydroperoxit 0.3% đã acid hoá có pH từ 4-

4.5 với vận tốc dòng xác định. Lưu huỳnh dioxit có trong mẫu sẽ được hấp thụ và bị
oxy hoá để tạo thành axit sulfuric.
Sau khi về phòng thí nghiệm, kết tủa ion sulfat dưới dạng bari sulfat bằng 10ml
dung dịch bari perclorat đã xác định nồng độ. Xác định lượng ion bari dư bằng phản
ứng tạo phức màu của bari với thorin và đo quang ở bước sóng 520mm.
Hiệu số giữa lượng ion bari trước và sau phản ứng tương ứng với nồng độ của
ion sunfat trong dung dịch hấp thụ nghĩa là tương ứng với lượng lưu huỳnh dioxit
đã bị oxy hoá. Độ hấp thụ tỷ lệ nghịch với nồng độ ion sunfat trong dung dịch hấp
thụ.
∗ Chú ý : hút khí qua bộ lọc bụi trước khi vào bình chứa dung dịch
hấp thu để tránh sai số cho kết quả quan trắc.
1.1.1.4 Ph ương pháp OSHA ID- 200
[17,18]

Trong phương pháp OSHA ID-200 sulfur dioxide trong không khí được hấp thu
lên chất mang rắn và định lượng bằng sắc kí ion.Phương pháp này được áp dụng
cho mục tiêu quan trắc SO
2
trong thời gian ngắn hoặc xác định nồng độ trung bình
theo thời gian.
Nguyên tắc: không khí được hút vào trong một ống thuỷ tinh chứa than hoặc
chất mang rắn đã tẩm chất hấp thụ ( KOH hay Na
2
CO
3
/ glycerol) với tốc độ dòng
không đổi. Sulfur dioxide sẽ chuyển thành dạng sulfite ( SO
3
2-
) và bị oxi hoá chậm

thành ion sulfate trên chất mang rắn. Khi về phòng thí nghiệm, quá trình oxi hoá này
được thực hiện hoàn toàn bằng cách sử dụng dung dịch H
2
O
2
0.1% trong 15mM
NaOH.
Ống lấy mẫu có thể tự chuẩn bị bằng ống thuỷ tinh, sợi thuỷ tinh và chất mang
rắn tẩm chất hấp thu. Hình 9 mô tả ống lấy mẫu gồm :
− Phần 1: bộ lọc bụi chứa filter Teflon, sợi thuỷ tinh. Giấy lọc Teflon nhằm loại
ion sulfate có trong bụi.
− Phần 2: gồm hai lớp chất mang rắn được sử dụng để lấy mẫu SO
2
. Lớp thứ
nhất chứa 100mg than đã tẩm chất hấp thu, lớp thứ hai chứa 50 mg than đã tẩm
chất hấp phụ, hai lớp chất mang được ngăn cách bằng bông thuỷ tinh.
Hai đầu của ống lấy mẫu được nút bằng nhựa.
Hình 9. Sơ đồ cấu tạo ống lấy mẫu lên chất mang rắn.
Ống lấy mẫu được nối với bơm bằng dây polyvinyl chloride, vận tốc lấy mẫu đề
nghị là 0.1L/ min thời gian lấy mẫu từ 15- 120 min. Sau khi lấy mẫu nút chặt hai
đầu ống lấy mẫu bằng nhựa.
Dùng dung dịch H
2
O
2
1% trong NaOH 15 mM để giải hấp lượng SO
2
hấp thu
trên chất mang rắn thành dạng ion SO
4

2-
.
Phân tích định lượng ion sulfate có trong mẫu bằng phương pháp sắc kí ion với
đầu dò độ dẫn, từ đó tính toán nồng độ sulfur dioxide có trong không khí.
Nồng độ sulfur dioxide trong không khí được tính bằng công thức sau:
2
4
. .
.
dd
SO
A C V GF
A
B
DE
−
=
=
2
2
.
.
SO
SO
B MV
C
AV M
=
Trong đó: A là khối lượng SO
2

chưa hiệu chỉnh.
B là khối lượng SO
2
đã hiệu chỉnh với DE.
C
SO4
2-
là nồng độ SO
4
2-
có được từ đường chuẩn (µg/ml).
V
dd
là thể tích dung dịch ly trích (ml).
GF là hệ số chuyển đổi từ SO
4
2-
sang SO
2
(=0.667).
MV (Molar volume ) là 24.45(L/mol) ở 25
0
C và 760 mmHg.
AV là thể tích khí lấy mẫu (L).
M
SO2
là khối lượng phân tử của SO
2
.
DE là hệ số giải hấp hiệu quả, phụ thuộc vào khối lượng SO

2
.
1.1.1.5 Phương pháp hấp thu lên giấy tẩm (NIOSH 6004)
[20,21,22]

Nguyên tắc: phương pháp này mô tả quá trình lấy mẫu sulfur dioxide trong
không khí lên giấy lọc tẩm dung dịch hấp thu có tính kiềm (KOH/ glycerol hay
Na
2
CO
3
/ glycerol) với vận tốc dòng ổn định (từ 0.5 đến 1.5ml/ min. Sulfur dioxide
sẽ được bắt giữ trên giấy lọc và bị oxi hoá thành Na
2
SO
4
theo phương trình sau:
SO
2
+
1
/2 O
2
+ Na
2
CO
3
Na
2
SO

4
+ CO
2
.
Hệ thống lấy mẫu được thiết kế đa tầng để có thể lấy mẫu bụi và nhiều khí cùng
một lúc (Hình 10). Trong qua trình lấy mẫu khí phải sử dụng filter Teflon để loại
bụi trước khi qua filter tẩm, tránh sai số do ion sulfate có trong bụi ảnh hưởng đến
kết quả đo.
Hình 10. Hình dạng và cấu tạo của bộ lấy mẫu bụi và khí filter holder
a) Hình dạng; b) cấu tạo.
Sau khi về phòng thí nghiệm cắt nhỏ giấy lọc và dùng dung dịch H
2
O
2
0.3% ly
trích và ôxi hoá hoàn toàn SO
2
về dạng ion SO
4
2-
. Dung dịch SO
4
2-
ly trích định
lượng bằng sắc kí ion được tính toán như sau.
2
3
.0.667( / )
b b
SO

W B
C mg m
V
−
=
Trong đó W
b
là khối lượng ion SO
4
2-
có trên mẫu (µg).
B
b
là khối lượng ion SO
4
2-
có trên mẫu blank (µg).
V là thể tích khí lấy mẫu (L).
0.667=
2
2
4
SO
SO
MW
MW
−
.
1.1.2 Phương pháp tự động
Máy quan trắc tự động được thiết kế kết hợp lấy mẫu với phân tích dụng cụ để

cho ra kết quả tức thời. Khi nồng độ ô nhiễm vượt ngưỡng cho phép hệ thống cảnh
báo của máy sẽ phát tín hiệu báo động
1.1.2.1 Huỳnh quang UV
[23,24]

Hình 11 cho ảnh của máy quan trăc tự động sulphur dioxide bằng phương pháp
khô.
Hình 11. Máy quan trắc sulfur dioxide tự động.
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc SO
2
hấp thu tia cực tím và bị kích thích ở
một bước sóng xác định hγ
1
, chuyển lên mức năng lượng cao hơn kém bền:
SO
2
+ hγ
1
→ SO
2
*
Sau đó SO
2
* trở về trạng thái bền và phát ra ánh sáng tử ngoại tại bước sóng
khác hγ
2
.
SO
2
* → SO

2
+

hγ
2
Cường độ tia huỳnh quang phát xạ tỉ lệ với nồng độ SO
2
. Một máy phân tích
SO
2
bằng phương pháp phát xạ huỳnh quang bao gồm một bộ lọc hydrocarbon,
khoang huỳnh quang, nguồn phát UV, đầu dò quang điện,… Sơ đồ cơ chế hoạt
động của máy như trong hình 12.
Hình 12. Sơ đồ cơ chế hoạt động của máy quan trắc liên tục sulfur dioxide bằng
huỳnh quang UV.
1.1.2.2 Phương pháp đo độ dẫn ( phương pháp ướt )
[23]

Phương pháp này đo liên tục nồng độ của SO
2
trong không khí không khí dựa
trên sự thay đổi độ dẫn của dung dịch hấp thu.
Không khí được sục qua dung dịch H
2
O
2
, SO
2
chuyển hoá thành acid sulphuric
làm thay đổi độ dẫn, máy đo liện tục độ dẫn của dung dịch.