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                       霧霾、酸雨和空氣中二氧化硫的監(jiān)測(cè)

       進(jìn)入2013年以來，全國(guó)許多地方大部分時(shí)間都被這可惡的霧霾天氣籠罩著。霧霾比非典還可怕，非典可以隔離，空氣污染了，無處不在，誰都跑不掉！
       導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降的污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入顆粒物、臭氧等。在一些地區(qū)，尤其是大城市，工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣、建筑施工、冬季取暖燒煤等排放的有害物質(zhì)難以擴(kuò)散，導(dǎo)致空氣質(zhì)量顯著下降。可吸入顆粒物PM10和PM2.5是產(chǎn)生污染的首要物質(zhì)。中石化已經(jīng)坦承，煉油企業(yè)是霧霾天氣的直接責(zé)任者之一。油品的含硫量高，放出含硫量高的尾氣在空氣中會(huì)越來越濃。
       一份來自聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的報(bào)告稱，PM2.5每立方米的濃度上升20毫克，中國(guó)和印度每年會(huì)有約34萬人死亡。對(duì)PM2.5引起的死亡人數(shù)至今爭(zhēng)議還很大，但PM2.5引起我國(guó)居民呼吸道疾病發(fā)病率上升，如慢性阻塞性肺疾病、肺癌、支氣管哮喘等疾病發(fā)病率不斷攀升確實(shí)是不爭(zhēng)的事實(shí)。
        污染源排放的SO2(二氧化硫)氣體、NOx氣體(氮氧化物)，人們用肉眼看不見，只有用分析檢測(cè)儀器這種特殊的“眼睛”才能看到。關(guān)鍵是SO2氣體和NOx氣體一旦變成硫酸鹽和硝酸鹽顆粒物，人們就能看到他們了，這就是我們稱之為“霾”的污染物。
        硫酸鹽和硝酸鹽，最重要的原因是他們?nèi)苡谒鼭裥院軓?qiáng)，很小的粒子人們也看不到(人眼只能看到粒徑>400納米以上的粒子)，但這些超細(xì)粒子如果含有硫酸鹽和硝酸鹽就會(huì)吸水，吸水膨脹到400納米以上，人們就看到它了(霧霾混合體);城市汽車排放的細(xì)小顆粒(含碳粒子)峰值在200納米，人們看不到，晴天空氣濕度低，隨風(fēng)擴(kuò)散得很快，當(dāng)靜穩(wěn)天氣濕度又大，特別是吸收了工業(yè)排放的SO2，很快就會(huì)增長(zhǎng)到400納米以上，進(jìn)入到人們的視線。
        另外，空氣中SO2偏高也是造成酸雨的主要原因。由于排放的S02氣體進(jìn)入大氣后,造成局部地區(qū)中的SO2富集,在水凝過程中溶解于水形成亞硫酸[SO2+H2O=H2SO3],然后經(jīng)某些污染物的催化作用及氧化劑的氧化作用生成硫酸[2H2SO3+O2=2H2SO4],隨雨水降下形成酸雨。酸雨的潛在危害主要表明在四個(gè)方面：
        1.對(duì)水生系統(tǒng)的危害，會(huì)喪失魚類和其它生物群落，改變營(yíng)養(yǎng)物和有毒物的循環(huán)，使有毒金屬溶解到水中，并進(jìn)入食物鏈，使物種減少和生產(chǎn)力下降。據(jù)報(bào)道，“千湖之國(guó)”瑞典因酸雨，從七十年代初到八十年代中，有1.8萬個(gè)湖泊酸化。國(guó)內(nèi)報(bào)道重慶南山等地水體酸化，ＰＨ值小于4.7，魚類不能生存。
        2.對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的危害，重點(diǎn)表現(xiàn)在土壤和植物。對(duì)土壤的影響包括抑制有機(jī)物的分解和氮的固定，淋洗鈣、鎂、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，使土壤貧瘠化。對(duì)植物，酸雨損害新生的葉芽，影響其生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)的退化。據(jù)報(bào)道，歐洲每年有6500萬公頃森林受害，在意大利有9000公頃森林因酸雨而死亡。我國(guó)重慶南山1800公頃松林因酸雨已死亡過半。
        3.對(duì)人體的影響。一是通過食物鏈?zhǔn)构U等重金屬進(jìn)入人體，誘發(fā)癌癥和老年癡呆；二是酸霧侵入肺部，誘發(fā)肺水腫或?qū)е滤劳?；三是長(zhǎng)期生活在含酸沉降物的環(huán)境中，誘使產(chǎn)生過多氧化脂，導(dǎo)致動(dòng)脈硬化、心梗等疾病概率增加。
        4.對(duì)建筑物、機(jī)械和市政設(shè)施的腐蝕。據(jù)報(bào)道，僅美國(guó)因酸雨對(duì)建筑物和材料的腐蝕每年達(dá)２０億美元。

        改革開放使中國(guó)的經(jīng)濟(jì)取得了令人矚目的發(fā)展速度。但在追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)指標(biāo)的同時(shí)，污染也正在逐漸地進(jìn)入了大氣、河流、土壤乃至人的身體里。在看到環(huán)境污染正在嚴(yán)重侵蝕國(guó)人健康的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，它也正在扼殺中國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)奇跡。長(zhǎng)期以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向一直沿襲一條粗放型、大投資、能源密集型、資源密集型產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路。這條路主要也是高耗能、高耗資源的重污染之路，這是造成環(huán)境災(zāi)難的直接經(jīng)濟(jì)原因。
        為了人民的生命健康，必須痛下決心堅(jiān)決進(jìn)行經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，加大環(huán)境投入，加強(qiáng)環(huán)境治理，將環(huán)境問題對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的影響減少到最低程度。
        二氧化硫檢測(cè)儀器是定點(diǎn)大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀器系統(tǒng)的一個(gè)主要部分。在所有檢測(cè)二氧化硫的技術(shù)中，采用紫外熒光原理檢測(cè)大氣中二氧化硫濃度是世界多個(gè)國(guó)家、世界衛(wèi)生組織的標(biāo)準(zhǔn)化方法。
        二氧化硫的分析檢測(cè)是基于熒光光譜原理。根據(jù)物質(zhì)分子吸收光譜和熒光光譜能級(jí)躍遷機(jī)理，有吸收光子能力的物質(zhì)在特定波長(zhǎng)的光(如紫外光)照射下，分子受激發(fā)躍遷到高能級(jí)(激發(fā)態(tài))，在返回基態(tài)瞬間發(fā)射出較激發(fā)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光即熒光。二氧化硫分子便具有這個(gè)特點(diǎn)，二氧化硫在200-240納米波長(zhǎng)范圍區(qū)域有強(qiáng)紫外(UV)吸收.在這個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域的光學(xué)吸收會(huì)產(chǎn)生310-350納米的熒光發(fā)射。

        根據(jù)朗伯—比爾定律，

        I熒 = GφI0αlc
        式中：I熒 表示光電倍增管接收到的熒光強(qiáng)度，G表示光反應(yīng)腔體的幾何系數(shù)，φ表示熒光量子效率，I0為紫外光入射光強(qiáng)，α表示SO2分子對(duì)紫外光的吸收系數(shù)，l表示光程，c表示SO2氣體的濃度。
　　當(dāng)單色光入射光強(qiáng)不變時(shí)，低濃度二氧化硫氣體的熒光強(qiáng)度與其濃度成正比關(guān)系。這就是定量分析二氧化硫濃度的理論依據(jù)。
       大氣樣品首先通過一個(gè)滌氣器(Scrubber)以去掉可能與SO2一樣產(chǎn)生同樣波長(zhǎng)吸收的化學(xué)物質(zhì)。紫外光源(UV Source)就是鋅燈(Zinc Lamp，美國(guó)BHK公司生產(chǎn)，鄭州英諾高科有限公司代理)，產(chǎn)生213.9 納米波長(zhǎng)的紫外光，作用于反應(yīng)腔體(Reaction Chamber)中的大氣樣品中的SO2分子。用光電倍增管(PM Tube)以正確的角度檢測(cè)和測(cè)量發(fā)射的熒光，熒光的量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，直接反映二氧化硫的含量。