Tải bản đầy đủ

AEROSOL KHÍ QUYỂN: KIM LOẠI NẶNG VÀ THÀNH PHẦN CHỦ YẾU

3.8 AEROSOL KHÍ QUYỂN: KIM LOẠI NẶNG VÀ THÀNH PHẦN CHỦ YẾU.
3.8.1 Giới thiệu.
Aerosol là một thuật ngữ chung dùng để chỉ các hạt rắn hoặc các giọt chất lỏng lơ lửng
trong không khí. Định nghĩa của thuật ngữ liên quan được đưa ra trong bảng 3.11.
Bảng 3.11: Các khái niệm liên quan đến aerosol khí quyển.
Thuật ngữ
Định nghĩa
Aerosol
Chỉ các hạt nhỏ của các giọt chất lỏng trong không khí.
Smoke
Tro, muội than và đá mạt thải ra từ quá trình đốt.
Haze
Chỉ các hạt nhỏ (nhỏ hơn một vài micron đường kính) gây giảm
tầm nhìn.
Mist
Chỉ các giọt nhỏ gây giảm tầm nhìn (tầm nhìn> 1 km).
Fog
Chỉ giọt nước làm giảm đáng trong tầm nhìn (tầm nhìn <1 km).
Các hạt có thể bắt nguồn từ nhiều nguồn, cả tự nhiên và công nghiệp. Ngoài ra, chúng có
thể thải ra các chất ô nhiễm chính hoặc được hình thành trong bầu không khí như các chất
ô nhiễm thứ cấp từ khí sơ cấp. Nguồn tự nhiên bao gồm bụi gió thổi, bụi nước biển, núi

lửa và cháy rừng. Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, trong các nhà máy điện hoặc
động cơ xe hơi, là một nguồn chính của các hạt bụi từ hoạt động của con người. Điều này
tạo ra không chỉ khói mà còn các hạt mịn hơn là kết quả của phản ứng trong khí quyển
của các khí phát thải từ đốt cháy nhiên liệu. SO2 và NOx có thể phản ứng trong không khí
để tạo ra các hạt có chứa sulfat và nitrat. Nhiều hoạt động khác cũng tạo ra ô nhiễm hạt:
luyện kim, chế biến kim loại, sản xuất xi măng, sản xuất nông nghiệp, khai thác đá, xây
dựng, vv. Các hạt có thể thay đổi đáng kể kích thước và thành phần hóa học, tùy thuộc
vào nguồn gốc của chúng. chúng có thể mở rộng đường kính từ hạt mịn < 0.1 m vào các
phân tử lớn > 100 m. Nói chung, các hạt lớn hơn (> 2 m) có nguồn gốc từ các nguồn tự
nhiên như: bụi, gió thổi và bụi biển.
Cả hai thành phần kích thước hạt và thành phần có vai trò quan trọng trong việc xác định
ảnh hưởng sức khỏe của các hạt vật chất. đường kính hạt > 10μm không xâm nhập vào hệ
hô hấp, chúng được loại bỏ ở vùng mũi. Hạt <10μm có thể được giữ lại trong hệ thống hô
hấp được gọi là inhalable. Những hạt này có thể xâm nhập ngoài thanh quản vào khu vực
khí quản-phổi. Hạt < 2.5μm có thể xâm nhập vào khu vực phổi, bao gồm các tiểu phế
quản và phế nang, và chúng được gọi là hô hấp. bởi vì ảnh hưởng tiềm tàng đến sức khỏe
của các hạt nhỏ hơn, các trạm quan trắc chất lượng không khí hiện nay đo các phần
inhalable (<10μm), được gọi là PM10, sử dụng thiết bị lấy mẫu thiết kế đặc biệt. Trong
quá khứ, hầu hết các trạm đo tổng bụi lơ lửng (TSP), còn được gọi là _ các hạt vật chất
(SPM). Phần lớn tiêu chuẩn chất lượng không khí được xác định trong các điều khoản


của PM10. Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh quốc gia Hoa Kỳ (NAAQS) cho
PM10 là 150 µgm-3 và 50 µgm-3 trung bình 24 giờ và trung bình một năm (Phụ lục III).
Bởi vì các hạt nhỏ hơn 2.5μm (PM2.5) thâm nhập sâu vào phổi hơn PM10, EPA Hoa Kỳ
đang đề xuất việc giới thiệu các tiêu chuẩn PM2.5. Các tiêu chuẩn đề xuất PM2.5 là 50µgm3
và 15µgm-3 trung bình 24 giờ và trung bình một năm.
Các hạt có thể gây hại cho mình hoặc có thể phối hợp hiệu quả để tăng tác dụng độc hại
trong các chất ô nhiễm khác. Mức độ cao SO2 và các hạt thể dẫn tới tăng tỷ lệ tử vong, tỷ
lệ mắc bệnh và tình tiết tăng nặng trong các bệnh hô hấp và tim mạch. Aerosol axit
sunfuric có khả năng kích thích cao. Những hạt trong khí quyển cũng có chứa nhiều kim
loại độc hại (ví dụ như chì, cadmium), có thể gây bệnh khác nhau, và các hợp chất gây
ung thư như hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs). Một sự kết hợp đã tìm thấy tại các thành
phố lớn ở Mỹ giữa các hạt vật chất và tỷ lệ tử vong và tỷ lệ mắc bệnh ở mức độ PM10
dưới mức NAAQS quy định. Ngoài ra, nồng độ cao của aerosol trong khí quyển trong đợt
khói và sương mù có thể làm giảm đáng kể tầm nhìn. Điều này có thể dẫn đến tăng nguy
cơ tai nạn giao thông, đóng cửa các sân bay…sự gia tăng tổng các hạt trong không khí có
thể ảnh hưởng đến sự cân bằng bức xạ của trái đất, với các hệ quả thời tiết và khí hậu.
Các hạt có thể gây bẩn trong vật liệu. Các chất độc hại có trong khí quyển được rửa sạch
và giữ tại bề mặt trái đất, và do đó được đưa vào các hệ sinh thái trên cạn và dưới nước.


Ở đó, nó có thể gây hại cho các sinh vật sống. Con người có thể tiếp xúc với các hợp chất
này thông qua chuỗi thức ăn và nguồn nước. Thành phần chính của các hạt trong không
khí và các nguồn của chúng được đưa ra trong Bảng 3.12.
Mỗi thành phần này có thể đóng góp từ 5% đến 50% tổng khối lượng của các hạt, tùy
thuộc vào các bản chất của chúng.
Bảng 3.12 Các thành tố chính của các hạt trong khí quyển và các nguồn của chúng.
Thành phần
Carbonaceous material
Na+, K+, Ca2+, Mg2+
SO42NO3NH4+
Clkhoáng chất không tan

Nguồn chính
Khói thải từ quá trính đốt trong.
Muối biển, bụi gió thổi.
Khí thải SO2 từ quá trình đốt than.
NOx , khí thải từ quá trình đốt.
NH3 phát thải từ chất thải động vật.
Muối biển, HCl từ quá trình đốt than.
Bụi gió thổi.

Bảng 3.13 Hàm lượng một số kim loại vi lượng trong không khí.


Nguyên tố
Fe
Pb
Mn
Cu
Cd
Zn
V

Khoảng nồng độ ( m-3)
Thành thị
Nông thôn
0.1-10
0.04-2
0.1-10
0.02-2
0.01-0.5
0.001-0.01
0.05-1
0.001-0.1
0.0005-0.5
0.0001-0.1
0.02-2
0.003-0.1
0.02-0.2
0.001-0.05

Kim loại (ví dụ như Pb, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ni, Sn, Cd) cũng được tìm thấy trong phần
tử trong khí quyển. Nói chung, mỗi kim loại vi lượng góp <1% tổng khối lượng hạt. Các
nguồn nhân tạo kim loại vi lượng bao gồm các ngành công nghiệp chế tạo kim loại, đốt
cháy nhiên liệu và thiêu hủy. Khoảng nồng độ đo được trong không khí được nêu trong
Bảng 3.13. Rất ít quốc gia đã thiết lập các tiêu chuẩn chất lượng không khí cho kim loại
nặng khác Pb. Các tiêu chuẩn cho Cd trong m-3 là: Đức 0.05, Nam Tư 0.04 và Thụy Sĩ
0.01.
3.8.2 lấy mẫu và phân tích
Phương pháp phổ biến nhất để lấy mẫu những hạt bụi từ không khí là lọc khí. Cả
những mẫu có thể tích thấp và cao đều được sử dụng. Bộ lọc được sử dụng trong một
mẫu khí có thể được dùng để xác định các thành phần trong bụi bẩn, tuy nhiên, bộ lấy
mẫu thể tích cao (Hi-Vol) thì thường được sử dụng. Bộ lấy mẫu Hi-Vol hút không khí qua
một tấm giấy lọc lớn (203 x 254mm) với tốc độ hút cao (1- 2m3/min), và điều này
cho phép thu thập một lượng lớn mẫu hơn là dùng lấy mẫu thể tích thấp. Điều này cải
thiện độ chính xác và cho phép phân tích nhiều thành phần trong bụi bẩn. dụng cụ lấy
mẫu được đặt ở nơi trú ẩn làm bằng nhôm, do đó, bộ lọc song song giữa mặt đất và đầu
hồi mái nhà bảo vệ hệ thống lọc từ tác động trực tiếp. (Hình 3).


Các bộ lọc trực tiếp thường thay đổi trong mỗi 24 đến 48h, cân, chiết xuất và phân
tích. Có thể dài hơn hoặc ngắn hơn, chu kỳ lấy mẫu có thể được sử dụng nếu cần. Bộ tách
mẫu Hi-Vol thì hiệu quả hơn đối với những hạt <100µm và được sử dụng để xác định
nồng độ của của tổng các hạt lơ lửng (TSP). Thay đổi bộ lấy mẫu Hi-Vol với một sự
chuyên biệt, kích thước chọn lọc, đầu vào có thể được dùng để lấy các hạt có đường kính
nhỏ hơn 10µm(PM10) và chúng được sử dụng bởi các môi trường xung quanh trạm giám
sát chất lượng không khí gần nhất. Bộ lấy mẫu phân đôi có hai cửa hút gió và chúng phân
loại các hạt thành hai phạm vi kích thước, 1 thô (10-25 µm) và một mịn (<2.5µm). Tầng
va chạm có thể được sử dụng để tách các hạt vật chất thành nhiều phần phân đoạn kích
thước trong lúc lấy mẫu. Nồng độ của các hạt vật chất được xác định bởi các trọng
trường.
Hầu hết các phương pháp lọc xác định nồng độ trung bình lâu dài (ví dụ như 24h).
Mặt khác, nồng độ ngắn ngày có thể được xác định bởi cách dùng mẫu băng giấy. Trong
các thiết bị này, băng di chuyển qua một đầu để vào lấy mẫu, và cuộn băng mới có thể
được lập trình để thúc đẩy mỗi 2h hoặc hơn thế. Điều này cho phép hình thành các phép
đo bán liên tục. Thiết bị đánh giá β cũng sử dụng một cuộn băng nhưng nó đo sự suy
giảm của tia β bởi các hạt bụi còn nằm đọng lại trên mặt bộ lọc giấy. Đây là một phương
pháp khá nhạy cảm và giai đoạn lấy mẫu theo trật tự
Quan trắc liên tục theo thời gian của các hạt lơ lửng trong không khí có thể sử dụng
các dụng cụ hoạt động theo nguyên tắc tán xạ ánh sáng hoặc cân bằng áp lực. Trong các
phương pháp cân bằng áp lực, các hạt bụi được bơm vào trên bề mặt của các tinh thể
thạch anh, chúng được tích lại bởi trường tĩnh điện. Sự thay đổi về khối lượng trong
những tinh thể được ghi lại như sự thay đổi của tần số cộng hưởng của nó trong một
mạch dao động.
Một phương pháp khác để đo thời gian thực tế của hàm lượng của aerosol khí quyển
là tần số dao động giảm dần của các yếu tố vi lượng (TEOM) trong đó các aerosol dạng
hạt được tập hợp trên một bộ lọc được đặt trên một giá hình nón. Tần số thay đổi giảm
dần của các yếu tố như khối lượng các aerosol trên bộ lọc tăng dần và nó có thể được
dùng để xác định nồng độ aerosol.
Các thành phần hóa học thường được xác định bằng cách trích chiết và tiến hành các
phân tích hóa học, mặc dù các phương pháp không phá hủy cấu trúc như tia huỳnh quang
X (XRF) cũng có thể được dùng. Giấy lọc bằng sợi thủy tinh đã được sử dụng để xác
định khối lượng chung bằng phương pháp trọng lực. Tuy nhiên, giấy lọc bằng sợi thủy
tinh không được dùng cho các phân tích sulfate, nitrate, canxi hoặc magie khi chúng có
hàm lượng ban đầu cao. Ngoài ra, các chất khí như SO2, NOx và HNO3 là được hấp thụ
bởi các giấy lọc sợi thủy tinh có tính kiềm cao. Giấy lọc bằng sợi thủy tinh hoặc
polystyrene có thể được sử dụng cho các kim loại nặng (Pb, Fe, Cd, Zn). Màng giấy lọc


teflon có cơ sở giá thấp nhất nhưng chúng lại là thứ đắt. Chúng được khuyến cáo cho việc
phân tích các thành phần chính như: SO42-, NO3-, NH4+ và Cl- trong các hạt bụi. Dù thế
nào đi nữa, giấy lọc mẫu trắng cũng phải được phân tích và trừ các giá trị trong mẫu
trắng vào mẫu khi tính hàm lượng. Các ion chính đã được phân tích trong dung dịch chiết
quang hoặc bằng phương pháp sắc ký ion (IC) hoặc bằng phương pháp quang phổ.
Phương pháp quang phổ. Các kim loại nặng được chiết xuất vào một dung dịch axit
(thường là HN03 hoặc một hỗn hợp của HN03 và một số axit khác) và được xác định
bằng phổ hấp thụ nguyên tử đốt bằng than chì hoặc ngọn lửa (AAS) hoặc kết hợp phổ
phát xạ nguyên tử plasma.
Một số quy trình có thể dẫn đến sai sót khi sử dụng các bộ lọc để xác định thành
phần hóa học của các hạt. Một trong số này thì hình thành hạt trong đó khí có thể được
hình thành trên bề mặt của bộ lọc. Ví du như, khi độ ẩm cao, SO2 có thể bị hấp thụ và bị
oxi hóa thành SO42-. Ngoài ra, các thành phần dễ bay hơi có thể bị bốc hơi từ các hạt bụi
trong khi lấy mẫu.
3.8.3 Thủ tục lấy mẫu và Xác định khối lượng
3.8.3.1 Phương pháp
Mẫu chỉ định là các hạt vật chất được thu thập trên giấy lọc sợi thủy tinh và được
cân trên một cân phân tích có độ nhạy cao.
3.8.3.2 Vật liệu
- Dụng cụ lấy mẫu thể tích lớn (Hi-Vol). Ngoài ra, một thể tích nhỏ mẫu tồn tại trong khi
lắp ráp bao gồm các bộ lọc (47 mm), độ ẩm của dụng cụ (ví dụ như silica gel trong ống
chữ U), đồng hồ đo lưu lượng, và máy bơm (1-30 L min-1) trong chuỗi.
- Giấy lọc sợi thủy tinh cho dụng cụ lấy mẫu thể tích lớn Hi-Vol (ví dụ Whatman GF /
A), 203 x 254mm. Ngoài ra, giấy lọc sợi thủy tinh 47mm cũng dùng cho việc lấy mẫu với
thể tích nhỏ.
3.8.3.3 Quy trình thực nghiệm.
a. Lấy mẫu Hi-Vol và xác định khối lượng.
lấy giấy lọc sợi thủy tinh (203 x 254 mm) để cân bằng ở điều kiện phòng trong 24 giờ
trước và sau khi lấy mẫu. Nhiệt độ của căn phòng nên trong khoảng 15-30 0C và độ ẩm
tương đối nên trong khoảng 20-45%. Cân trên cân phân tích có độ nhạy đến 0,1 mg. Bạn


có thể cuộn giấy lọc một cách bình thường cho nặng nếu cần thiết. Đặt giấy lọc trong
thiết bị lấy mẫu và lấy mẫu trong thời gian 24 hoặc 48 giờ.
Các dụng cụ lấy mẫu thể tích lớn nên được đặt trên mái nhà của một tòa nhà hoặc
trong một nơi tách biệt. Đo tốc độ dòng chảy của mẫu Hi-Vol theo hướng dẫn của nhà sản
xuất ở đầu và ở cuối của mẫu theo thời gian, và tính toán tốc độ dòng chảy trung bình.
Khu vực lọc có hiệu quả là 178 x 229 mm
Sau khi lấy mẫu, giấy lọc nên được xếp dọc theo trục dài với bề mặt tiếp xúc đối
mặt vào phía trong. Giấy lọc có thể được lưu trữ trong vỏ bọc. Sau khi xác định nồng độ
khối lượng, giấy lọc có thể được lưu trữ lên đến 1 năm để phân tích hóa học.
Từ sự khác biệt về trọng lượng của giấy lọc trước và sau lấy mẫu, thời gian lấy
mẫu và tốc độ dòng chảy trung bình, xác định nồng độ các hạt lơ lửng tổng số (TSP)
trong không khí:
TSP (µg m-3) =
Nếu bạn đang sử dụng dụng cụ lấy mẫu thể tích lớn loại đặc biệt với kích thước
đầu vào PM10 có chọn lọc, sau khi tính toán sẽ có nồng độ của PM10.
b. lấy mẫu thể tích thấp
Nếu dụng cụ lấy mẫu Hi-Vol không có sẵn, bạn có thể sử dụng một giấy lọc sợi thủy tinh
( tẩm axit) hoặc màng lọc kết nối với một máy bơm khí lấy mẫu thể tích thấp. Bạn có thể
sử dụng lưu lượng từ 1 đến 20 L min -1-, tùy thuộc vào máy bơm có sẵn. Cân giấy lọc
trước và sau khi lấy mẫu như trong trường hợp của giấy lọc Hi-Vol và xác định nồng độ
TSP.
3.8.4 Kim loại nặng
3.8.4.1Phương pháp.
Chất lơ lửng thu thập trên một giấy lọc được tách ra bằng axit nitric. Kim loại nặng (Al,
Ba, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Pb, Mn, Ni, Si, Sn, Zn vàV) được xác định bằng ngọn lửa AAS.
3.8.4.2 Vật liệu
• Giấy lọc từ dụng cụ lấy mẫu thể tích cao hay thấp
• Giấy lọc cho mẫu có thể tích cao (sợi thủy tinh được tẩm axit , sợi thủy tinh được
phủ Teflon, vv.)
• Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử








Các dung dịch của các kim loại nặng thường phải được phân tích 1000 mgL -1 (xem
bảng 4.19)
Axit nitric, đậm đặc, độ tinh khiết cao
Axit nitric, 0,25 M
Bếp điện với máy khuấy từ và cá từ
Giấy lọc để lấy mẫu thể tích thấp, Whatman 541 (tẩm acid) hoặc Millipore HAWP
0,45µm(47mm) màng lọc để lấy mẫu thể tích thấp.

3.8.4.3 Quy trình thí nghiệm.
(a) Chiết xuất.
Bằng cách sử dụng nút chai có lỗ khoan bằng thép không gỉ với đường kính trong
16,2mm, cắt ra tám vòng ngẫu nhiên từ giấy lọc hi-vol. Bạn sẽ phải sử dụng một yếu tố
nhân diện tích 24,72 để mở rộng các kết quả phân tích đại diện của tổng diện tích lọc.
Bạn có thể sử dụng nút chai có lỗ khoan kích thước khác nhau, hoặc đơn giản là cắt ra
một mảnh giấy lọc bằng kéo.Trong mọi trường hợp, bạn sẽ phải tính toán các yếu tố nhân
thích hợp, để đo diện tích lấy mẫu có hiệu quả của giấy lọc và khu vực mà bạn đã cắt ra.
Đối với vùng nông thôn, mẫu không bị ô nhiễm bạn có thể phải tăng diện tích giấy lọc
rằng bạn sẽ trích xuất, trong khi đối với ô vùng nhiễm nghiêm trọng, mẫu công nghiệp
bạn có thể phải giảm diện tích. Lưu trữ các phần chưa sử dụng của giấy lọc để phân tích
cho những lần khác.
Thực hiện quá trình hút ẩm trong tủ hút.Đặt tám đĩa (hoặc bất kỳ phần nào của bộ lọc
bạn đã cắt ra) và 20mL HN0 3 1:1 (10mL nước phòng thí nghiệm + 10 ml HN0 3) trong
một becher và che lại bởi kính.Làm giàu khoảng 5 ml trên bếp điện tại 150-180 0C trong
khi khuấy bằng máy khuấy từ. Thêm 10 ml dung dịch HN0 3 1:1 và lặp lại. Lọc chiết xuất
thông qua một giấy lọc Whatman 541, rửa cốc và bộ lọc giấy bằng phần phân ước nhỏ
liên tiếp HN03 0,25M.Chuyển dịch lọc và rửa vào bình định mức 50ml và thực hiện việc
đánh dấu nhãn với HN03 0,25M.Lặp lại quy trình này với một số lựa chọn ngẫu nhiên
cho giấy lọc sạch để thiết lập các mức bộ lọc trắng.
Trong trường hợp bạn đang sử dụng mẫu có khối lượng thấp nhiều hơn mẫu có khối
lượng cao, theo quy trình tương tự nhưng phải trích xuất toàn bộ giấy lọc chứ không phải
một phần của nó. Cũng trích lọc mẫu trắng trong cùng một cách.
b) Phân tích.
Xác định nồng độ của một hoặc nhiều kim loại sử dụng ngọn lửa AAS. Đảm bảo các
đèn ca-tốt (cực âm) rỗng thích hợp được đặt ra cho mỗi kim loại và sử dụng các đường
hấp thụ và loại ngọn lửa quy định tại Bảng 4.20 (xem mục 4.16) cho các kim loại khác
nhau. Đây là những dòng cộng hưởng chính nhưng các dòng khác có thể được lựa chọn
nếu cần thiết.


Thực hiện theo các quy trình máy quang phổ của bạn. Đối với mỗi kim loại, chuẩn bị
một loạt (năm hoặc sáu) các hiệu chuẩn tiêu chuẩn trong HN0 3 0,25M. Những điều này
phải được chuẩn bị hàng ngày bằng cách pha loãng từ dung dịch thường dùng 1000 mgL -1
trên phạm vi nồng độ mà bạn mong đợi cho mỗi kim loại (xem Bảng 4.19 và 4.20). Vẽ
một đồ thị hiệu chuẩn hấp thụ so với nồng độ cho từng kim loại mà bạn đang phân tích và
đọc ra nồng độ trong dịch chiết mẫu.
(c) Tính toán.
Tổng số kim loại không khí của mẫu lấy được tính bằng:
Tổng số kim loại trong mẫu lấy(µg) = (C x V x AMF)s - (C x V x AMF)b
trong đó C là nồng độ trong chiết xuất (µgmL-1), V là thể tích của chiết xuất (25 mL),
AMF là các yếu tố nhân diện tích (24,72), và "s" và "b" bên dưới tương ứng mẫu và mẫu
trắng.
Bạn có thể phải tính toán AMF cho trường hợp của bạn, tùy thuộc vào diện tích lấy mẫu
của các bộ lọc và kích thước của diện tích bộ lọc chiết xuất. Tổng khối lượng của kim
loại trong mẫu lấy được chia cho tổng khối lượng mẫu không khí (tốc độ dòng chảy x
thời gian lấy mẫu) để cung cấp cho nồng độ trong không khí:
Nồng độ trong không khí (µgm-3) =
Trong trường hợp bạn đang sử dụng mẫu có khối lượng thấp nhiều hơn mẫu có khối
lượng cao, bạn nên lưu ý rằng chiết xuất cuối cùng của bạn sẽ có nồng độ thấp hơn nhiều
trong trường hợp của phương pháp mẫu hi-vol, và bạn có thể điều khiển gần với giới hạn
phát hiện của ngọn lửa AAS. Điều này sẽ dẫn đến sai sót lớn hơn trong nồng độ so với
phương pháp mẫu có khối lượng cao.Bạn có thể làm giảm những sai sót bằng cách kéo
dài thời gian lấy mẫu đến vài ngày, hoặc thậm chí một tuần.Thực hiện tất cả các tính toán
như trên bằng cách sử dụng tốc độ dòng chảy lấy mẫu và thời gian lấy mẫu mà bạn sử
dụng.Trong trường hợp này không cần thiết phải bao gồm các yếu tố nhân diện tích trong
việc tính toán như bạn đang phân tích toàn bộ giấy lọc.
Ghi chú
1. Bạn có thể sử dụng AAS buồng đốt than chì thay vào đó, nếu nó có sẵn trong phòng
thí nghiệm của bạn. Phương pháp này là nhạy cảm hơn AAS ngọn lửa
2. Bạn có thể sử dụng ICP-AES thay thế nếu nó có sẵn trong phòng thí nghiệm của bạn.
3. Bộ lọc sợi thủy tinh có thể chứa nguồn gốc (nền) cao của một số kim loại và có thể
không phù hợp cho một số phân tích kim loại. Tuy nhiên, bạn có thể giảm bớt phần
hàm lượng nền của bộ lọc sợi thủy tinh bằng cách ngâm sợi thủy tinh giấy lọc trong
HCl loãng và rửa kỹ với nước trong phòng thí nghiệm. Giấy lọc khô và sử dụng như
bình thường. Để thay thế, bạn có thể sử dụng mẫu có khối lượng thấp với bộ lọc giấy
Whatman 541, cái mà có mức độ nền của kim loại thấp hơn so với bộ lọc sợi thủy


tinh. Khi sử dụng mẫu lấy khối lượng thấp bạn có thể phải kéo dài thời gian lấy mẫu
đến 48 giờ, hoặc lâu hơn nếu cần thiết.
4. Nếu chiết xuất mẫu quá cô đặc, bạn có thể pha loãng với HN0 3 0,25 M để phù hợp
trong phạm vi hiệu chuẩn.
5. Nếu chiết xuất mẫu là quá loãng, bạn có thể chiết xuất phần lớn hơn trong giấy lọc
hoặc bạn có thể tạo thành chiết xuất cuối cùng đến một thể tích thấp hơn (ví dụ 25
mL) chứ không phải là 50 mL.
3.8.5 Các thành phần chính
3.8.5.1 Phương pháp luận.
Mẫu hạt được thu trên giấy lọc được tách ra từ trong nước và được phân tích kim loại
kiềm (Na +, K +) và kiềm thổ (Mg2 +, Ca2 +) bằng AAS, clo (Cl-), sunfat (SO4 2- ) và nitrat
(NO3-), bởi IC và amoni (NH4+) bằng cách đo màu.
3.8.5.2 Vật liệu
- Giấy lọc từ dụng cụ lấy mẫu Hi-Vol hoặc thể tích nhỏ
- sắc ký Ion
- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử
- Máy quang phổ
- bếp từ
Các giải pháp đối với Na, K, Mg, Ca, Cl-, SO42-, NO3-, và NH4+,
1000 mgL-1. Nếu những chất này không có sẵn, chuẩn bị bằng cách cân lượng thích hợp
của muối hòa tan (ví dụ NaCl, NaN03) và pha loãng thành 1 lít trong bình định mức như
đã nêu tại mục 2.4.6, 2.5.1 và 2.5.2.
3.8.5.3 Quy trình thực nghiệm.
(a) Sự chiết xuất:
Đặt giấy lọc thể tích thấp, hoặc một phần của giấy lọc Hi-Vol, trong một cốc thủy tinh và
thêm 20 ml nước phòng thí nghiệm. Làm ấm ở 700C trong 15 phút. Đem đổ vào một bình
thể tích 50 ml và lặp lại lần nữa vẫn với 20 ml nước trong phòng thí nghiệm. Chuyển vào
bình định mức tương tự và định mức với nước. chiết với giấy lọc trắng(trống rỗng) theo
cách tương tự.
(b) Phân tích. (i) Na, K, Ca, Mg. Phân tích bằng ngọn lửa AAS như được mô tả trong
mục 2.5.1. Chuẩn bị một dãy chuẩn bằng cách pha loãng các chất 1000mg L-1. Bạn có thể
phải quyết định về phạm vi thích hợp của các tiêu chuẩn bằng cách thử và sai, tùy theo
nồng độ trong mẫu chiết xuất của bạn. Bạn cũng có thể pha loãng dd chiết của bạn nếu
dung dịch quá đậm đặc để phù hợp trong đường chuẩn.
(ii) Cl-, SO42- , NO3- . Phân tích bằng phương pháp IC trong cùng một cách như mô tả
trong phân tích nước mưa tại mục 2.4.6. Bạn có thể phải làm một số tối ưu hóa để lựa
chọn các điều kiện thích hợp nhất. Dd chiết xuất của bạn có thể cô đặc hơn so với nước
mưa và bạn có thể làm giảm độ nhạy của máy dò dẫn. Bạn có thể phải quyết định về


phạm vi thích hợp của các tiêu chuẩn, tùy thuộc vào nồng độ trong chiết xuất của bạn.
Chuẩn bị dãy chuẩn bằng cách pha loãng hóa chất 1000 mg.L-1, và nếu cần thiết, pha
loãng dd chiết của bạn để phù hợp với những đường cong hiệu chuẩn. Bạn cũng có thể
phân tích các bằng cách sử dụng phương pháp mô tả trong Chương 4 về phân tích nước
(xem phần 4.12 của Cl-, Mục 4.14 của SO42- - và mục 4.10.3 của NO3-).
(iii) NH4+. Phân tích dd chiết bằng cách sử dụng phương pháp đo màu phenolhypochlorite
được mô tả trong mục 2.5.2 về nước mưa. cho 0.5mL dd đã chiết xuất vào trong ống
nghiệm, và thêm 5 ml dd A, tiếp theo thêm 5ml dd B. Lắc và để yên trong khoảng thời
gian khuyến cáo và phân tích theo hướng dẫn tại mục 2.5.2.
(c) Tính toán. Đọc ra các nồng độ trong dd chiết từ đồ thị hiệu chuẩn. Tổng lượng mẫu
lấy được tính từ:
Tổng khối lượng của mẫu (μg) = (Cs - Cb) x V
với Cs và Cb là kết quả chiết xuất mẫu và mẫu trắng, đơn vị là μg mL-1, và V là thể tích dd
chiết (50 ml). Trong trường hợp bạn đang sử dụng một phần của một bộ lọc Hi-Vol, bạn
sẽ phải nhân với hệ số phân chia.
Tổng khối lượng của mẫu được chia cho tổng khối lượng của mẫu không khí (tốc độ
dòng chảy x thời gian lấy mẫu) để cho ra nồng độ trong không khí:
Nồng độ trong kk (μg m-3) =
Ghi chú
1. Lý tưởng nhất, bạn nên sử dụng các bộ lọc Teflon (PTFE) cho việc lấy mẫu có nhiều
thành phần chính. giấy lọc sợi thủy tinh nói chung là không thích hợp cho nồng độ nền
rất cao của các bộ lọc trắng. Tuy nhiên, bạn có thể giảm bớt nồng độ nền đối với bộ lọc
sợi thủy tinh bằng cách xử lý phù hợp. Ngâm giấy lọc sợi thủy tinh trong axit loãng (HCl,
HNO3) và rửa kỹ với nước trong phòng thí nghiệm. Làm khô giấy lọc và sử dụng như
bình thường. Để lấy mẫu khối lượng thấp, bạn có thể sử dụng 47mm Whatman PTFE
(0.5μm kích thước lỗ chân lông) hoặc 47mm Millipore HAWP (0.45μm kích thước lỗ
chân lông).
2. Nếu mẫu chiết xuất là quá đậm đặc, bạn có thể pha loãng nó để phù hợp trong phạm vi
hiệu chuẩn.
3. Nếu mẫu chiết xuất được pha loãng quá, bạn có thể trích xuất phần lớn hơn của giấy
lọc và/ hoặc làm giảm lượng chiết xuất (ví dụ như pha chế dd chiết xuất trong bình 25mL
chứ không phải là bình 50 ml).

3.8.6 Các câu hỏi và vấn đề
1. Chuẩn bị một bảng tóm tắt tất cả các phép đo trong các mẫu của bạn

(nồng độ khối lượng, thành phần hóa học).
2. Thảo luận về các tác động môi trường tiềm năng của các hạt vật chất.
3. Liệt kê tất cả các nguồn của hạt vật chất trong không khí mà bạn có thể

nghĩ đến, và phân loại chúng như thiên nhiên hoặc con người gây ra.


4. Giải thích các kích thước hạt ảnh hưởng đến lắng đọng trong phổi.
5. Giới hạn phát hiện cho Mn bởi ngọn lửa AAS được cho là 0,01 mg L-1.

Tính toán giới hạn phát hiện phương pháp Mn trong µgm -3 dựa trên lấy mẫu không khí
với một mẫu Hi-Vol trong 24h tại 1.5m3min-1, và khai thác và phân tích theo các thủ tục
nêu trên trong Mục 3.8.4
Trả lời câu hòi:
1. Chuẩn bị một bảng tóm tắt về tất cả các phương pháp đo trong phân tích mẫu ( nồng
độ, thành phần)
Quan trắc liên tục theo thời gian của các hạt bụi lơ lửng có thể sử dụng các công cụ kiểm
soát theo nguyên tắc tán xạ ánh sáng hoặc cân piezo. Trong phương pháp cân piezo, các
hạt bụi được bơm lên bề mặt tinh thể thạnh anh và nó được lắng đọng tĩnh điện. Sự thay
đổi khối lượng của tinh thể được ghi lại như một sự thay đổi của tần số cộng hưởng của
nó trong một mạch dao động. Một phương pháp khác để đo nồng độ của các sol khí là
cana vi lượng đo dao đông nguyên tố theo hình nêm (TEOM), trong phương pháp này các
hạt sol khí được lấy bằng vật liệu lọc có dạng hình nêm. Tần số của dao động nguyên tố
hình nêm thay đổi do khối lượng các sol khí trên vật liệu lọc tăng và nó được dùng để xác
định nồng độ sol khí.
Thành phần hóa học của bụi thường được xác định bằng cách chiết xuất từ các tờ giấy lọc
và thực hiện các phân tích hóa học, kỹ thuật huỳnh quanh tia X cũng có thể được sử
dụng. Giấy lọc sợi thủy tinh được sử dụng để xác định khối lượng.Tuy nhiên giấy lọc sợi
thủy tinh được khuyến cáo không nên sử dụng cho việc phân tích sulfat, nitrat, canxi hoặc
magie khi chúng có hàm lượng nền cao. Ngoài ra, các chất khí như SO 2, NOx, HNO3
được hấp thụ bởi các bộ lọc sợi thủy tinh có tính kiềm cao. Sợi thủy tịnh hoặc bộ lọc
polystyrene có thể được sử dụng cho các kim loại nặng (Pb, Fe, Cd, Zn).
Màng lọc teflon có hiệu quả cao nhưng chúng rất đắt. Nó thường đươc sử dung để phân
tích các thành phần chính như SO42-, NO3-, NH4+; and Cl- trong các hat bụi. Trong một vài
trường hơp, mẫu trắng của giấy lọc phải được phân tích và giá trị này phải đươc trừ vào
khi tính nồng độ của mẫu. Các ion chính được chiết tách trong nước và phân tích bằng
sắc kí ion hoặc phổ hấp thu nguyên tử. Kim loại nặng thường được tách ra bằng một dung
dịch axit (thường là HNO3 hoặc một hỗn hợp của HNO3 và một số axit khác) và được xác
định bằng ngọn lửa hoặc than chì trong lò quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS). Môt số
qui trình có thể bị sai sót do việc sử dụng giấy lọc để xác định thành phần hóa học của
hat. Một trong số đó là hiện tượng các khí có thể phản ứng trên bề mặt các tờ giấy lọc.Ví
dụ, với độ ẩm cao thì SO2 có thể được hấp thụ và oxy hóa thành SO 42-. Ngoài ra, các
thành phần dễ bay hơi có thể bị bay hơi từ hạt bụi trong quá trình lấy mẫu.


2. Thảo luận về những ảnh hưởng của bụi đối với môi trường.
Các hạt bụi có thể gây ảnh hưởng xấu cho con chúng ta hoặc chúng có thể hiệp lực để
tăng cường tác dụng độc hại của các chất ô nhiễm khác. Nồng độ cao của SO 2 và bụi có
thể dẫn đến tử vong, tỷ lệ mắc bệnh đường hô hấp và tim mạch cao. Sol khí acid sulfuric
có khả năng gây kích ứng cao nhất. Các hạt bụi trong khí quyển cũng chứa nhiều kim loại
độc hại (ví dụ như chì, cadmium), có thể gây ra các bệnh khác nhau, và các hợp chất gây
ung thư như polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs). Ngoài ra, nồng độ cao của sol
khí khí quyển như khói và sương mù có thể làm giảm tầm nhìn. Điều này có thể dẫn đến
nguy cơ tai nạn giao thông, đóng cửa các sân bay, vv … sự gia tăng bụi trong không khí
có thể ảnh hưởng cân bằng bức xạ của trái đất, với kết quả là ảnh hưởng đến thời tiết và
khí hậu. Các hạt có thể cũng gây bẩn nguyên liệu. Các chất độc hại có trong các sol khí bị
rửa trôi ra ngoài và lắng đọng trên bề mặt trái đất, và do đó được đưa vào các hệ sinh thái
trên cạn và dưới nước. Ở đó, chúng tác động xấu trên các sinh vật sống. Con người tiếp
xúc với các các hợp chất thông qua chuỗi thức ăn và nguồn nước.
3.Liệt kê các nguồn bụi trong khí quyển, phân loại theo nguồn tự nhiên và nhân tạo.
Các hạt có thể bắt nguồn từ nhiều nguồn, cả tự nhiên và nhân tạo.
Nguồn tự nhiên:
+ bụi gió thổi
+ bụi nước biển
+núi lửa
+cháy rừng
Nguồn nhân tạo:
+Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch trong các nhà máy điện hoặc xe cơ giới
động cơ
+Nhiều hoạt động khác cũng tạo ra bụi: luyện kim, sản xuất xi măng, hoạt động
nông nghiệp, khai thác đá, xây dựng, …
Thành phần
Cacbon
Na+, K+, Ca2+, mg2+
SO42NO3NH4+
ClKhoáng chất hoà tan

nguồn gốc
khí thải của đốt cháy nhiên liệu
muối biển, bụi gió thổi
lượng SO2 từ quá trình đốt than
NOx , khí thải từ quá trình đốt cháy
NH3 phát thải từ chất thải động vật,
muối biển, HCl từ đốt than
bụi gió thổi


3.8.7 Đề xuất cho dự án
1. Đồng thời mẫu nước mưa (xem Chương 2) và aerosol và phân tích cho cả

các thành phần chính và kim loại vi lượng. Xác định tỷ lệ khai thác (còn gọi là rửa trôi
tỷ lệ) cho loài khác nhau sử dụng:
Tỷ lệ rửa trôi, W =
Giả sử mật độ của nước mưa và không khí tương ứng là 1 kgL -1 và 1.225 kg m-3. Kiểm tra
tỷ lệ rửa trôi cho thành phần khác nhau và nhận xét về giá trị tương ứng của chúng.Và
những gì cho cho bạn biết?
2. Mẫu aerosol không khí tại các địa điểm khác nhau: ô nhiễm công nghiệp, đô thị,

ngoại ô và nông thôn. So sánh nồng độ của thành phần chính và các kim loại nặng
tại các địa điểm khác nhau.
3. Đo nồng độ tạp chất nền trong các loại giấy lọc khác nhau thu được từ

các nhà sản xuất khác nhau bởi phân tích khoảng trống. Đối với mỗi loại giấy lọc, phân
tích năm lần và tính toán kết quả trung bình và độ lệch chuẩn. Tóm tắt kết quả của bạn
trong một bảng. Từ đó lựa chọn loại giấy lọc bạn muốn giới thiệu cho nhà phân tích.
4. Điều tra tác động của kỹ thuật rửa khác nhau trên các tạp chất tồn tại trong giấy

lọc khác nhau. Ngâm giấy lọc trong nước, HCI loãng, HNO 3 loãng ,v.v.v.... Tóm
tắt kết quả của bạn trong một bảng. Từ đó lựa chọn kỹ thuật rửa bạn muốn giới
thiệu để phân tích.
3.8.8 Tài liệu đọc thêm
R. M. Harrison, phân tích kim loại, trong "Sổ tay của ô nhiễm không khí phân tích", ed.
R. M. Harrison và R. Perry, Chapman và Hall, London, 1986, trang 215 - 277.
R. W. Shaw, ô nhiễm không khí bởi các hạt, Khoa học. Là. , 1987, 257, 96-103.
H. Bridgman, "ô nhiễm không khí toàn cầu: Vấn đề cho những năm 1990", Wiley,
Chiches-ter, 1994, tr 65-87.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×