现代环境监测技术专题优秀PPT.ppt

其次节其次节 自动监测与遥感技术自动监测与遥感技术第三节第三节 环境应急监测环境应急监测第四节第四节 生态监测生态监测第一节第一节 超痕量分析技术超痕量分析技术7.1.1 7.1.1 超痕量分析概述超痕量分析概述在试验室分析样品时，常以样品用量的多在试验室分析样品时，常以样品用量的多少，分常量分析技术、半微量分析技术、微量少，分常量分析技术、半微量分析技术、微量分析技术和超微量分析技术。具体划分见表分析技术和超微量分析技术。具体划分见表7-7-1-11-1。表表7-1-1 7-1-1 样品用量分析技术分类样品用量分析技术分类7.1 7.1 超痕量分析技术超痕量分析技术 依据样品成分的含量区分常量、微量和痕量依据样品成分的含量区分常量、微量和痕量依据样品成分的含量区分常量、微量和痕量依据样品成分的含量区分常量、微量和痕量分析技术见表分析技术见表分析技术见表分析技术见表7-1-27-1-27-1-27-1-2。表表表表7-1-2 7-1-2 7-1-2 7-1-2 样品成分含量分析分类样品成分含量分析分类样品成分含量分析分类样品成分含量分析分类7.1.2 7.1.2 超痕量分析中常用的前处理方法超痕量分析中常用的前处理方法1.1.液液-液萃取法（液萃取法（LLELLE）液液-液萃取法是一种传统经典的提取液萃取法是一种传统经典的提取方法。它是利用相像相溶原理，选择一方法。它是利用相像相溶原理，选择一种极性接近于待测组分的溶剂，把待测种极性接近于待测组分的溶剂，把待测组分从水溶液中萃取出来。常用的萃取组分从水溶液中萃取出来。常用的萃取溶剂有正己烷、苯、乙醚、乙酸乙酯、溶剂有正己烷、苯、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等二氯甲烷等2.2.固相萃取法（固相萃取法（SPESPE）固相萃取具有有机溶剂用量少、固相萃取具有有机溶剂用量少、简便快速等优点。简便快速等优点。固相萃取的核心是固相吸附剂，固相萃取的核心是固相吸附剂，不但能快速定量吸附待测物质，而且不但能快速定量吸附待测物质，而且还能在合适的溶剂洗脱时快速定量释还能在合适的溶剂洗脱时快速定量释放出待测物质，整个萃取过程最好是放出待测物质，整个萃取过程最好是完全可逆的。完全可逆的。固相萃取柱基本上分两种：固相固相萃取柱基本上分两种：固相萃取柱（萃取柱（cartridgecartridge）和固相萃取盘）和固相萃取盘（diskdisk）。）。3.3.固相微萃取法（固相微萃取法（SPMESPME）固相微萃取技术是以固相萃取为基础发展而来固相微萃取技术是以固相萃取为基础发展而来固相微萃取技术是以固相萃取为基础发展而来固相微萃取技术是以固相萃取为基础发展而来4.4.吹脱捕集法（吹脱捕集法（P&TP&T）和静态顶空法（）和静态顶空法（HSHS）吹脱捕集和静态顶空都是气相萃取技术，它吹脱捕集和静态顶空都是气相萃取技术，它吹脱捕集和静态顶空都是气相萃取技术，它吹脱捕集和静态顶空都是气相萃取技术，它们的共同特点是用氮气、氦气或其它惰性气体将们的共同特点是用氮气、氦气或其它惰性气体将们的共同特点是用氮气、氦气或其它惰性气体将们的共同特点是用氮气、氦气或其它惰性气体将待测物质从样品中抽提出来。但吹脱捕集与静态待测物质从样品中抽提出来。但吹脱捕集与静态待测物质从样品中抽提出来。但吹脱捕集与静态待测物质从样品中抽提出来。但吹脱捕集与静态顶空不同，它使气体连续通过样品，将其中的挥顶空不同，它使气体连续通过样品，将其中的挥顶空不同，它使气体连续通过样品，将其中的挥顶空不同，它使气体连续通过样品，将其中的挥发组分萃取后在吸附剂或冷阱中捕集，是一种非发组分萃取后在吸附剂或冷阱中捕集，是一种非发组分萃取后在吸附剂或冷阱中捕集，是一种非发组分萃取后在吸附剂或冷阱中捕集，是一种非平衡态的连续萃取，因此吹脱捕集法又称为动态平衡态的连续萃取，因此吹脱捕集法又称为动态平衡态的连续萃取，因此吹脱捕集法又称为动态平衡态的连续萃取，因此吹脱捕集法又称为动态顶空法。顶空法。顶空法。顶空法。5.5.索氏提取法（索氏提取法（Soxhelt Soxhelt ExtractionExtraction）索氏提取器是索氏提取器是18791879年年Franz von SoxhletFranz von Soxhlet独创的一种独创的一种传统经典的试验室样品前处理传统经典的试验室样品前处理装置，用于萃取固体样品。常装置，用于萃取固体样品。常用的萃取溶剂有丙酮用的萃取溶剂有丙酮-正己烷混正己烷混合溶剂、二氯甲烷合溶剂、二氯甲烷-丙酮混合溶丙酮混合溶剂、二氯甲烷、甲苯剂、二氯甲烷、甲苯-甲醇混合甲醇混合溶剂等。溶剂等。图图7-1-1 7-1-1 索氏提取器索氏提取器 6.6.超声提取法（超声提取法（Ultrasonic ExtractionUltrasonic Extraction）超声提取法简洁快速，但有可能提取不超声提取法简洁快速，但有可能提取不完全。必需进行方法验证，供应方法空白完全。必需进行方法验证，供应方法空白值、加标回收率、替代物回收率等质控数值、加标回收率、替代物回收率等质控数据，以说明得到的数据结果的可信度据，以说明得到的数据结果的可信度7.7.压力液体萃取法（压力液体萃取法（PLEPLE）和亚临界水萃取）和亚临界水萃取法（法（SWESWE）压力液体萃取法也被称为加速溶剂萃压力液体萃取法也被称为加速溶剂萃取法（取法（ASEASE）（）（Accelerated Solvent Accelerated Solvent ExtractionExtraction），是在提高压力和增加温度），是在提高压力和增加温度的条件下，用萃取溶剂将固体中的目标化的条件下，用萃取溶剂将固体中的目标化合物提取出来。它能大大加快萃取过程又合物提取出来。它能大大加快萃取过程又明显削减溶剂的运用量明显削减溶剂的运用量8.8.超临界流体萃取法（超临界流体萃取法（SFESFE）超临界流体萃取法（超临界流体萃取法（Supercritical Supercritical Fluid ExtractionFluid Extraction）是利用超临界流体的溶解）是利用超临界流体的溶解实力和高扩散性能发展而来的萃取技术。实力和高扩散性能发展而来的萃取技术。9.9.微波消解（微波消解（MDMD）和微波协助萃取法（）和微波协助萃取法（MAEMAE）微波消解（微波消解（Microwave DigestionMicrowave Digestion）和微）和微波协助萃取法（波协助萃取法（Microwave-Assisted Microwave-Assisted ExtractionExtraction）是利用微波耦合的原理对介电常）是利用微波耦合的原理对介电常数大的物质快速加热来完成消解或加速溶出的数大的物质快速加热来完成消解或加速溶出的方法。方法。10.10.免疫亲和固相萃取法（免疫亲和固相萃取法（IASPEIASPE）免疫亲和固相萃取法（免疫亲和固相萃取法（免疫亲和固相萃取法（免疫亲和固相萃取法（Immunoaffinity Solid Immunoaffinity Solid Immunoaffinity Solid Immunoaffinity Solid Phase ExtractionPhase ExtractionPhase ExtractionPhase Extraction）是随着免疫技术在分析化学中）是随着免疫技术在分析化学中）是随着免疫技术在分析化学中）是随着免疫技术在分析化学中的应用而发展起来的，其原理是将抗体固定在固相的应用而发展起来的，其原理是将抗体固定在固相的应用而发展起来的，其原理是将抗体固定在固相的应用而发展起来的，其原理是将抗体固定在固相载体上，制成免疫亲和吸附剂，将样品溶液通过吸载体上，制成免疫亲和吸附剂，将样品溶液通过吸载体上，制成免疫亲和吸附剂，将样品溶液通过吸载体上，制成免疫亲和吸附剂，将样品溶液通过吸附剂，样品中的目标化合物因与抗体发生免疫亲和附剂，样品中的目标化合物因与抗体发生免疫亲和附剂，样品中的目标化合物因与抗体发生免疫亲和附剂，样品中的目标化合物因与抗体发生免疫亲和作用而被保留在固相吸附剂上。然后用酸性作用而被保留在固相吸附剂上。然后用酸性作用而被保留在固相吸附剂上。然后用酸性作用而被保留在固相吸附剂上。然后用酸性（pH=23pH=23pH=23pH=23）缓冲溶液或有机溶剂作为洗脱剂洗脱固）缓冲溶液或有机溶剂作为洗脱剂洗脱固）缓冲溶液或有机溶剂作为洗脱剂洗脱固）缓冲溶液或有机溶剂作为洗脱剂洗脱固定相，使目标化合物从抗体上解离下来定相，使目标化合物从抗体上解离下来定相，使目标化合物从抗体上解离下来定相，使目标化合物从抗体上解离下来7.1.3 7.1.3 超痕量分析测试技术超痕量分析测试技术1 1 光谱分析法光谱分析法 光谱分析法是基于光与物质相互作光谱分析法是基于光与物质相互作用时，测量由物质内部发生量子化的能用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的放射或吸取光谱级之间的跃迁而产生的放射或吸取光谱的波长和强度变更的分析方法。的波长和强度变更的分析方法。n（1 1）荧光分析法）荧光分析法n在确定波长光照射下，荧光强度与荧光物质浓度在确定波长光照射下，荧光强度与荧光物质浓度的定量关系如下：的定量关系如下：nF=KI0cF=KI0cn式中：式中：F F荧光强度；荧光强度；n K K比例常数；比例常数；n 荧光物质的荧光效率；荧光物质的荧光效率；n I0 I0入射光强度；入射光强度；n c c荧光物质的浓度。荧光物质的浓度。（2 2）发光分析法）发光分析法 发光分析是基于化学发光和生物发光发光分析是基于化学发光和生物发光而建立起来的一种新的超微量分析技术而建立起来的一种新的超微量分析技术 。它通过发光体系光强度测定来定量某一分它通过发光体系光强度测定来定量某一分析物浓度。析物浓度。（3 3）原子放射光谱分析法）原子放射光谱分析法 放射光谱分析是利用物质受电能或热放射光谱分析是利用物质受电能或热能的作用，产生气态的原子或离子价电子能的作用，产生气态的原子或离子价电子的跃迁特征光谱线来探讨物质的一种检测的跃迁特征光谱线来探讨物质的一种检测方法。用不同元素光谱线的波长可以进行方法。用不同元素光谱线的波长可以进行定性检测，光谱线的强度则可以用来定量定性检测，光谱线的强度则可以用来定量分析。分析。（4 4）原子吸取光谱法）原子吸取光谱法 原子吸取光谱法又称原子吸取分光光度法。原子吸取光谱法又称原子吸取分光光度法。它是一种测量基态原子对其特征谱线的吸取程它是一种测量基态原子对其特征谱线的吸取程度而进行定量分析的方法。其原理是：试样中度而进行定量分析的方法。其原理是：试样中待测元素的化合物在高温下被解离成基态原子，待测元素的化合物在高温下被解离成基态原子，光源发出的特征谱线通过原子蒸气时，被蒸气光源发出的特征谱线通过原子蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子吸取中待测元素的基态原子吸取 原子吸取光谱法具有灵敏度高、干扰小、原子吸取光谱法具有灵敏度高、干扰小、操作简便、快速等特点。可测定操作简便、快速等特点。可测定7070多种元素，多种元素，是环境中痕量金属污染物测定的主要方法是环境中痕量金属污染物测定的主要方法2 2 电化学分析法电化学分析法（1 1）电位滴定法）电位滴定法电位滴定是用标准溶液滴定待测离子的电位滴定是用标准溶液滴定待测离子的过程中，用指示电极的电位变更来代替指示过程中，用指示电极的电位变更来代替指示剂颜色变更显示终点的一种方法。它最大的剂颜色变更显示终点的一种方法。它最大的特点是可以进行连续滴定和自动滴定。特点是可以进行连续滴定和自动滴定。（2 2）极谱分析法）极谱分析法 极谱法是测定电解过程中所得电极谱法是测定电解过程中所得电压压-电流曲线为基础的电化学分析方法。电流曲线为基础的电化学分析方法。极谱分析法有经典极谱法、单扫描极谱极谱分析法有经典极谱法、单扫描极谱法、脉冲极谱法等，其中经典极谱法的法、脉冲极谱法等，其中经典极谱法的灵敏度较低灵敏度较低 经典极谱法是以滴汞电极为工作经典极谱法是以滴汞电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，在两电极，饱和甘汞电极为参比电极，在两电极间施加直流电压，然后测量在确定电极间施加直流电压，然后测量在确定外加电压时通过电解池的电流，绘制电外加电压时通过电解池的电流，绘制电流流-电压关系曲线电压关系曲线（3 3）溶出伏安法）溶出伏安法 溶出伏安法所运用的仪器和装置与极溶出伏安法所运用的仪器和装置与极谱法相同，仅工作电极不同。所得极化曲谱法相同，仅工作电极不同。所得极化曲线为峰状。常用的工作电极有悬汞电极、线为峰状。常用的工作电极有悬汞电极、玻碳电极和铂微电极等，包括电积和溶出玻碳电极和铂微电极等，包括电积和溶出两个过程两个过程 溶出伏安法有阳极溶出伏安法（溶出伏安法有阳极溶出伏安法（ASVASV）和阴极溶出伏安法（和阴极溶出伏安法（CSVCSV）两种。）两种。3 3 色谱分析法色谱分析法（1 1）气相色谱法）气相色谱法 气相色谱法是以气体为流淌气相色谱法是以气体为流淌相对混合物组分进行分别分析的色相对混合物组分进行分别分析的色谱分析法。依据固定相不同，气相谱分析法。依据固定相不同，气相色谱法可分为气色谱法可分为气-固色谱和气固色谱和气-液色液色谱。气谱。气-固色谱的固定相是固体吸固色谱的固定相是固体吸附剂颗粒。气附剂颗粒。气-液色谱的固定相是液色谱的固定相是表面涂有固定液的担体表面涂有固定液的担体气相色谱法具有高效、灵敏、快速、能同时气相色谱法具有高效、灵敏、快速、能同时气相色谱法具有高效、灵敏、快速、能同时气相色谱法具有高效、灵敏、快速、能同时分别分析多种组分、样品用量少等特点，在环境分别分析多种组分、样品用量少等特点，在环境分别分析多种组分、样品用量少等特点，在环境分别分析多种组分、样品用量少等特点，在环境有机污染物的分析中得到广泛的应用，如苯、二有机污染物的分析中得到广泛的应用，如苯、二有机污染物的分析中得到广泛的应用，如苯、二有机污染物的分析中得到广泛的应用，如苯、二甲苯、多环芳烃、酚类、农药等。甲苯、多环芳烃、酚类、农药等。甲苯、多环芳烃、酚类、农药等。甲苯、多环芳烃、酚类、农药等。气相色谱仪主要有载气源、色谱柱、检测器气相色谱仪主要有载气源、色谱柱、检测器气相色谱仪主要有载气源、色谱柱、检测器气相色谱仪主要有载气源、色谱柱、检测器和记录仪四部分组成和记录仪四部分组成和记录仪四部分组成和记录仪四部分组成（2 2）高效液相色谱法）高效液相色谱法 高效液相色谱法具有高效、高速、高高效液相色谱法具有高效、高速、高灵敏度等特点，它已成为环境中有机污染灵敏度等特点，它已成为环境中有机污染物分析不行缺少的重要分析方法之一。物分析不行缺少的重要分析方法之一。按分别机制不同，高效液相色谱法分按分别机制不同，高效液相色谱法分为以下几种类型。为以下几种类型。液液-固色谱固色谱 液液-液色谱液色谱 离子交换色谱（离子色谱）离子交换色谱（离子色谱）空间排斥色谱空间排斥色谱（3 3）色谱）色谱-质谱联用技术质谱联用技术 气相色谱是强有力的分别手段，特殊气相色谱是强有力的分别手段，特殊适合于分别困难的环境有机污染物样品。适合于分别困难的环境有机污染物样品。同时，质谱和气相色谱在工作状态上均为同时，质谱和气相色谱在工作状态上均为气相动态分析，除了工作气压之外，色谱气相动态分析，除了工作气压之外，色谱的每一特征都能和质谱相匹配，且都具有的每一特征都能和质谱相匹配，且都具有灵敏度高、样品用量少的共同特点灵敏度高、样品用量少的共同特点 质谱法是通过对样品离子的质量和强质谱法是通过对样品离子的质量和强度的测定，进行成分和结构分析的一种分度的测定，进行成分和结构分析的一种分析方法。析方法。4 4 高效毛细管电泳高效毛细管电泳 高效毛细管电泳（高效毛细管电泳（HPCEHPCE）是离子或）是离子或荷电粒子以电场为驱动力，在毛细管中荷电粒子以电场为驱动力，在毛细管中按其速度或安排系数不同进行高效分别按其速度或安排系数不同进行高效分别分析的新技术。分析的新技术。（1 1）毛细管区带电泳）毛细管区带电泳 毛细管区带电泳（毛细管区带电泳（CZECZE）是基于溶质）是基于溶质有效淌度的差异而进行分别的方法。有效淌度的差异而进行分别的方法。（2 2）胶束电动毛细管色谱）胶束电动毛细管色谱 在电泳缓冲溶液中加入表面活性剂，在电泳缓冲溶液中加入表面活性剂，当溶液中表面活性剂浓度超过临界胶束浓当溶液中表面活性剂浓度超过临界胶束浓度时，表面活性剂之间的疏水基团聚集在度时，表面活性剂之间的疏水基团聚集在一起形成胶束。溶质在水相（导电的水溶一起形成胶束。溶质在水相（导电的水溶液）和胶束相（带电的离子胶束）之间进液）和胶束相（带电的离子胶束）之间进行安排。溶质的迁移速度确定于它在两相行安排。溶质的迁移速度确定于它在两相间的安排系数间的安排系数（3 3）毛细管凝胶电泳）毛细管凝胶电泳 在毛细管内充入凝胶或其他筛分介质，在毛细管内充入凝胶或其他筛分介质，利用溶质中各组分在凝胶中的浓度不同而利用溶质中各组分在凝胶中的浓度不同而将它们分别。这些物质具有的三维多孔结将它们分别。这些物质具有的三维多孔结构和分子筛效应，不溶于水，呈电中性，构和分子筛效应，不溶于水，呈电中性，无吸附作用。无吸附作用。5 免疫分析技术（1）荧光免疫技术 荧光免疫技术是Cons&Kaplan 1941年创建的，以荧光物作为标记物的免疫分析技术。即将某些荧光物通过化学方法与特异性抗体结合制成荧光抗体，使其保持原抗体的免疫活性，然后使荧光抗体与被检抗原发生特异性结合，形成的免疫复合物在确定波长光的激发下产生荧光，借助荧光显微镜检测或定位被检抗原 常用的荧光物质有异硫氰酸荧光素常用的荧光物质有异硫氰酸荧光素常用的荧光物质有异硫氰酸荧光素常用的荧光物质有异硫氰酸荧光素(HITC)(HITC)(HITC)(HITC)、四、四、四、四乙基罗丹明乙基罗丹明乙基罗丹明乙基罗丹明(RR200)(RR200)(RR200)(RR200)、四甲基异硫氰酸罗丹明、四甲基异硫氰酸罗丹明、四甲基异硫氰酸罗丹明、四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)(TRITC)(TRITC)(TRITC)荧光免疫技术可分为干脆荧光抗体法，间接荧光免疫技术可分为干脆荧光抗体法，间接荧光免疫技术可分为干脆荧光抗体法，间接荧光免疫技术可分为干脆荧光抗体法，间接荧光抗体法和补体荧光抗体法荧光抗体法和补体荧光抗体法荧光抗体法和补体荧光抗体法荧光抗体法和补体荧光抗体法（2 2）放射免疫分析）放射免疫分析 放射免疫分析（放射免疫分析（RIARIA）是依据同位素分）是依据同位素分析的敏感性和抗原析的敏感性和抗原-抗体反应的特异性两大特抗体反应的特异性两大特点综合起来建立的一种超微量分析技术。点综合起来建立的一种超微量分析技术。RIARIA分为放射免疫法、放射自显影法等分为放射免疫法、放射自显影法等 放射免疫分析具有精确度高、样品用量放射免疫分析具有精确度高、样品用量少、易规范化和自动化等优点，但需特殊的少、易规范化和自动化等优点，但需特殊的仪器设备，有确定的放射危急仪器设备，有确定的放射危急 在环境分析中，多用于对病毒中和抗原在环境分析中，多用于对病毒中和抗原的结构蛋白进行定位及位点分析的结构蛋白进行定位及位点分析（3 3）酶联免疫分析）酶联免疫分析 酶联免疫分析（酶联免疫分析（ELISAELISA）是利用标记物的酶）是利用标记物的酶催化底物的显色反应来反映抗原抗体结合的过程，催化底物的显色反应来反映抗原抗体结合的过程，是将酶催化底物反应的灵敏性和抗原抗体反应的是将酶催化底物反应的灵敏性和抗原抗体反应的特异性结合，是一种定性和定量的综合技术。常特异性结合，是一种定性和定量的综合技术。常用的标记酶有辣根过氧化物酶用的标记酶有辣根过氧化物酶(HRP)(HRP)和碱性磷酸酶和碱性磷酸酶（AKPAKP）原理为：使抗原或抗体结合到某种固相载体原理为：使抗原或抗体结合到某种固相载体表面，并保持其免疫活性；使抗原或抗体与某种表面，并保持其免疫活性；使抗原或抗体与某种酶连接成酶标抗原或抗体，这种酶标抗原或抗体酶连接成酶标抗原或抗体，这种酶标抗原或抗体既保留其免疫活性，又保留酶的活性既保留其免疫活性，又保留酶的活性（4 4）发光免疫分析）发光免疫分析 发光免疫分析（发光免疫分析（发光免疫分析（发光免疫分析（LIALIALIALIA）是一种利用物质的发光特）是一种利用物质的发光特）是一种利用物质的发光特）是一种利用物质的发光特征征征征 发光免疫分析按标记物的不同分为化学发光免发光免疫分析按标记物的不同分为化学发光免发光免疫分析按标记物的不同分为化学发光免发光免疫分析按标记物的不同分为化学发光免疫分析法疫分析法疫分析法疫分析法(CLIA)(CLIA)(CLIA)(CLIA)、化学发光酶免疫分析法（、化学发光酶免疫分析法（、化学发光酶免疫分析法（、化学发光酶免疫分析法（CLEIACLEIACLEIACLEIA）、）、）、）、电化学发光免疫分析及生物发光免疫分析（电化学发光免疫分析及生物发光免疫分析（电化学发光免疫分析及生物发光免疫分析（电化学发光免疫分析及生物发光免疫分析（BLIABLIABLIABLIA）等等等等6 6 生物传感技术生物传感技术 生物传感器是高科技的电子技术和生物工程生物传感器是高科技的电子技术和生物工程生物传感器是高科技的电子技术和生物工程生物传感器是高科技的电子技术和生物工程技术相结合的产物技术相结合的产物技术相结合的产物技术相结合的产物 生物传感器的选择性的好坏完全取决于它的生物传感器的选择性的好坏完全取决于它的生物传感器的选择性的好坏完全取决于它的生物传感器的选择性的好坏完全取决于它的分子识别元件，分子识别元件，分子识别元件，分子识别元件，而其他性能则和它的整体组成有而其他性能则和它的整体组成有而其他性能则和它的整体组成有而其他性能则和它的整体组成有关关关关7.2 7.2 自动监测与遥感技术自动监测与遥感技术7.2.1 7.2.1 空气污染自动监测技术空气污染自动监测技术1 1 系统组成与功能系统组成与功能 空气质量自动监测系统由监测子站（包空气质量自动监测系统由监测子站（包括流淌监测车）、中心计算机室、质量保证括流淌监测车）、中心计算机室、质量保证明验室、系统支持试验室组成。监测子站和明验室、系统支持试验室组成。监测子站和中心计算机室通过有线或无线方式相互传输中心计算机室通过有线或无线方式相互传输数据信号和状态及限制信号数据信号和状态及限制信号图图7-2-1 7-2-1 空气质量自动监测系统基本结构框图空气质量自动监测系统基本结构框图监测子站监测子站 监测子站是整个系统的基础，它由采监测子站是整个系统的基础，它由采样系统、污染物监测仪、校准设备、气象样系统、污染物监测仪、校准设备、气象仪器、数据采集器等组成（如图仪器、数据采集器等组成（如图7-2-27-2-2所示）所示）。完成监测数据的采集、处理和存储，并完成监测数据的采集、处理和存储，并按中心计算机指令向限制中心传输监测数按中心计算机指令向限制中心传输监测数据和设备状态信息。据和设备状态信息。图图7-2-2监测监测子站子站设备设备配置和配置和结结构示意构示意图图2 2 子站布设及监测项目子站布设及监测项目（1 1）监测点位布设与方法）监测点位布设与方法 监测点位布设的一般原则：监测点位布设的一般原则：监测点位应具有较好的代表性，监测点位应具有较好的代表性，能客观反映确定空间范围内的能客观反映确定空间范围内的空气污染水平和变更规律。在空气污染水平和变更规律。在布局上应结合城市规划、人口布局上应结合城市规划、人口及功能区分布、区域空气污染及功能区分布、区域空气污染程度、污染源的现状及变更趋程度、污染源的现状及变更趋势以及地形和气象条件的影响势以及地形和气象条件的影响等因素，综合考虑监测点位的等因素，综合考虑监测点位的布设。布设。（2 2 2 2）监测项目）监测项目）监测项目）监测项目 目前我国国家环境空气质量监测网规定的必目前我国国家环境空气质量监测网规定的必目前我国国家环境空气质量监测网规定的必目前我国国家环境空气质量监测网规定的必测项目为：二氧化硫（测项目为：二氧化硫（测项目为：二氧化硫（测项目为：二氧化硫（SO2SO2SO2SO2）、二氧化氮（）、二氧化氮（）、二氧化氮（）、二氧化氮（NO2NO2NO2NO2）、）、）、）、可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（PM10PM10PM10PM10）、一氧化碳（）、一氧化碳（）、一氧化碳（）、一氧化碳（COCOCOCO）、臭氧）、臭氧）、臭氧）、臭氧（O3O3O3O3）选测项目为：总悬浮颗粒物（选测项目为：总悬浮颗粒物（选测项目为：总悬浮颗粒物（选测项目为：总悬浮颗粒物（TSPTSPTSPTSP）、铅）、铅）、铅）、铅（PbPbPbPb）、氟化物（）、氟化物（）、氟化物（）、氟化物（F F F F）、苯并）、苯并）、苯并）、苯并aaaa芘（芘（芘（芘（B(a)PB(a)PB(a)PB(a)P）、有）、有）、有）、有毒有害有机物毒有害有机物毒有害有机物毒有害有机物 此外，监测点依据须要可安装气象参数监测此外，监测点依据须要可安装气象参数监测此外，监测点依据须要可安装气象参数监测此外，监测点依据须要可安装气象参数监测仪器，监测风向、风速、温度、湿度、气压等气仪器，监测风向、风速、温度、湿度、气压等气仪器，监测风向、风速、温度、湿度、气压等气仪器，监测风向、风速、温度、湿度、气压等气象参数象参数象参数象参数3 3 自动监测仪器自动监测仪器（1 1）点式气态污染物自动监测仪器）点式气态污染物自动监测仪器n nSOSO2 2自动监测仪自动监测仪 SO SO2 2自动监测方法有电导法、库仑滴定自动监测方法有电导法、库仑滴定法、比色法、紫外荧光法等。法、比色法、紫外荧光法等。紫外荧光法紫外荧光法SOSO2 2监测仪监测仪工作原理工作原理 该法的原理是用紫外光（该法的原理是用紫外光（该法的原理是用紫外光（该法的原理是用紫外光（190-230 nm190-230 nm190-230 nm190-230 nm）激发）激发）激发）激发SOSOSOSO2 2 2 2分子，处于激发态的分子，处于激发态的分子，处于激发态的分子，处于激发态的SOSOSOSO2 2 2 2分子返回基态时发出荧分子返回基态时发出荧分子返回基态时发出荧分子返回基态时发出荧光（光（光（光（240-420 nm240-420 nm240-420 nm240-420 nm），荧光的强度与），荧光的强度与），荧光的强度与），荧光的强度与SOSOSOSO2 2 2 2浓度成线性浓度成线性浓度成线性浓度成线性关系，由此测出关系，由此测出关系，由此测出关系，由此测出SOSOSOSO2 2 2 2浓度浓度浓度浓度SOSO2 2+hv+hv1 1 SO SO2 2*SOSO2 2*SO SO2 2+hv+hv2 2图图7-2-3紫外紫外荧荧光法光法SO2自自动监测仪动监测仪工作原理工作原理n nNOxNOx自动监测仪自动监测仪n n NOx NOx自动监测方法有库仑滴定法、自动监测方法有库仑滴定法、比色法、化学发光法等。目前广泛运用的比色法、化学发光法等。目前广泛运用的是化学发光法是化学发光法n n 化学发光法化学发光法NOxNOx自动监测仪工作原理自动监测仪工作原理n n 该法的原理是基于该法的原理是基于NONO和和O3O3的化学发的化学发光反应，生成激发态光反应，生成激发态NO2NO2分子分子,当激发态当激发态NO2NO2分子回到基态时放射出波长范围在分子回到基态时放射出波长范围在600-600-2400 nm2400 nm范围的光，通过测量化学发光强度范围的光，通过测量化学发光强度可进行定量测定。在可进行定量测定。在O3 O3 过量并充分反应的过量并充分反应的状况下，发光强度与状况下，发光强度与NONO量成正比量成正比化学反应式为：化学反应式为：NO+O3 NO2*+O2 NO+O3 NO2*+O2 NO2*NO2+hv NO2*NO2+hv 式中：式中：NO2*NO2*是激发态二氧化氮，是激发态二氧化氮，h h为普朗克常数，为普朗克常数，v v为放射光子的频率。为放射光子的频率。图图7-2-4 7-2-4 化学发光法化学发光法NOxNOx自动监测仪工作原理自动监测仪工作原理n nCO自动监测仪自动监测仪n nCO自动监测方法中非色散红外吸取法自动监测方法中非色散红外吸取法（NDIR）和气体滤波相关光谱法（）和气体滤波相关光谱法（GFC）（也称气体滤波相关红外吸取法）应用最（也称气体滤波相关红外吸取法）应用最广泛。广泛。n n图图7-2-5气体气体滤滤波相关光波相关光谱谱法法CO自自动监测仪动监测仪工作原理工作原理n nO3O3O3O3自动监测仪自动监测仪自动监测仪自动监测仪n n O3 O3 O3 O3自动监测方法有化学发光法、紫外光度自动监测方法有化学发光法、紫外光度自动监测方法有化学发光法、紫外光度自动监测方法有化学发光法、紫外光度法等。在环境空气质量监测中多接受紫外光度法法等。在环境空气质量监测中多接受紫外光度法法等。在环境空气质量监测中多接受紫外光度法法等。在环境空气质量监测中多接受紫外光度法n n 紫外光度法紫外光度法紫外光度法紫外光度法O3O3O3O3自动监测仪工作原理：基于自动监测仪工作原理：基于自动监测仪工作原理：基于自动监测仪工作原理：基于O3O3O3O3分子对中心波长分子对中心波长分子对中心波长分子对中心波长254 nm254 nm254 nm254 nm的紫外光的特征吸取，的紫外光的特征吸取，的紫外光的特征吸取，的紫外光的特征吸取，干脆测定紫外光通过干脆测定紫外光通过干脆测定紫外光通过干脆测定紫外光通过O3O3O3O3后减弱的程度，依据朗伯后减弱的程度，依据朗伯后减弱的程度，依据朗伯后减弱的程度，依据朗伯-比尔定律求出臭氧的浓度。比尔定律求出臭氧的浓度。比尔定律求出臭氧的浓度。比尔定律求出臭氧的浓度。I/II/II/II/I0 0 0 0=e=e=e=e-kcL-kcL-kcL-kcL其中：其中：其中：其中：I I I I0 0 0 0当样气中不含臭氧时（经臭氧涤除器当样气中不含臭氧时（经臭氧涤除器当样气中不含臭氧时（经臭氧涤除器当样气中不含臭氧时（经臭氧涤除器去除去除去除去除O O O O3 3 3 3），测得的紫外光强度；），测得的紫外光强度；），测得的紫外光强度；），测得的紫外光强度；I I I I当样气中含臭氧时，测得的紫外光当样气中含臭氧时，测得的紫外光当样气中含臭氧时，测得的紫外光当样气中含臭氧时，测得的紫外光强度强度强度强度 L L L L光程长度；光程长度；光程长度；光程长度；kO kO kO kO3 3 3 3 的吸光系数；的吸光系数；的吸光系数；的吸光系数；cO cO cO cO3 3 3 3 的浓度。的浓度。的浓度。的浓度。图图7-2-6 7-2-6 双光路型紫外光度法双光路型紫外光度法O O3 3自动监测仪工作原理自动监测仪工作原理（2 2 2 2）差分吸取光谱系统（）差分吸取光谱系统（）差分吸取光谱系统（）差分吸取光谱系统（DOASDOASDOASDOAS）监测仪器）监测仪器）监测仪器）监测仪器 差分吸取光谱技术是利用空气中的气体分子的差分吸取光谱技术是利用空气中的气体分子的差分吸取光谱技术是利用空气中的气体分子的差分吸取光谱技术是利用空气中的气体分子的窄带吸取特性来鉴别气体成分，并依据窄带吸取窄带吸取特性来鉴别气体成分，并依据窄带吸取窄带吸取特性来鉴别气体成分，并依据窄带吸取窄带吸取特性来鉴别气体成分，并依据窄带吸取强度来推演出微量气体的浓度，与传统点式仪器强度来推演出微量气体的浓度，与传统点式仪器强度来推演出微量气体的浓度，与传统点式仪器强度来推演出微量气体的浓度，与传统点式仪器相比，在很多方面显示了其优势相比，在很多方面显示了其优势相比，在很多方面显示了其优势相比，在很多方面显示了其优势 差分吸取光谱方法的测量周期短、响应快，并差分吸取光谱方法的测量周期短、响应快，并差分吸取光谱方法的测量周期短、响应快，并差分吸取光谱方法的测量周期短、响应快，并且仪器设计可实现紫外到可见光谱区的扫描，从且仪器设计可实现紫外到可见光谱区的扫描，从且仪器设计可实现紫外到可见光谱区的扫描，从且仪器设计可实现紫外到可见光谱区的扫描，从而用一台仪器可实时检测多种不同气体的质量浓而用一台仪器可实时检测多种不同气体的质量浓而用一台仪器可实时检测多种不同气体的质量浓而用一台仪器可实时检测多种不同气体的质量浓度度度度 DOAS DOAS DOAS DOAS测量原理：各种气体在不同的光谱波段都测量原理：各种气体在不同的光谱波段都测量原理：各种气体在不同的光谱波段都测量原理：各种气体在不同的光谱波段都有自己的特征吸取光谱，如有自己的特征吸取光谱，如有自己的特征吸取光谱，如有自己的特征吸取光谱，如NH3NH3NH3NH3、NO NO NO NO 在紫外在紫外在紫外在紫外200 200 200 200 nmnmnmnm旁边有很强的吸取，旁边有很强的吸取，旁边有很强的吸取，旁边有很强的吸取，SO2 SO2 SO2 SO2 和和和和O3 O3 O3 O3 在在在在200 nm200 nm200 nm200 nm350 350 350 350 nmnmnmnm光谱范围内有很强的吸取，光谱范围内有很强的吸取，光谱范围内有很强的吸取，光谱范围内有很强的吸取，NO2 NO2 NO2 NO2 在在在在440 nm440 nm440 nm440 nm旁边旁边旁边旁边的差分吸取特别猛烈，的差分吸取特别猛烈，的差分吸取特别猛烈，的差分吸取特别猛烈，COCOCOCO的吸取则主要集中在红的吸取则主要集中在红的吸取则主要集中在红的吸取则主要集中在红外波段。外波段。外波段。外波段。由由由由Beer-Lambert Beer-Lambert Beer-Lambert Beer-Lambert 定律定律定律定律,光强探测器所接收到的光强探测器所接收到的光强探测器所接收到的光强探测器所接收到的光强应为：光强应为：光强应为：光强应为：I()=I0()exp-()nlI()=I0()exp-()nlI()=I0()exp-()nlI()=I0()exp-()nl式中：式中：式中：式中：为波长，为波长，为波长，为波长，I0()I0()I0()I0()为入射光在经过物质之为入射光在经过物质之为入射光在经过物质之为入射光在经过物质之前的光强，前的光强，前的光强，前的光强，I()I()I()I()为经过物质后探测到的光强，为经过物质后探测到的光强，为经过物质后探测到的光强，为经过物质后探测到的光强，()()()()为吸取截面，为吸取截面，为吸取截面，为吸取截面，n n n n为吸取气体的浓度，为吸取气体的浓度，为吸取气体的浓度，为吸取气体的浓度，l l l l为吸为吸为吸为吸取光程长度。取光程长度。取光程长度。取光程长度。DOASDOASDOASDOAS整套仪器主要包括：光源、放射和接收系统、整套仪器主要包括：光源、放射和接收系统、整套仪器主要包括：光源、放射和接收系统、整套仪器主要包括：光源、放射和接收系统、角反射镜（放射和接收系统如不在同一侧，不需角反射镜（放射和接收系统如不在同一侧，不需角反射镜（放射和接收系统如不在同一侧，不需角反射镜（放射和接收系统如不在同一侧，不需角反射镜）、光缆、光谱仪、光电探测器和计算角反射镜）、光缆、光谱仪、光电探测器和计算角反射镜）、光缆、光谱仪、光电探测器和计算角反射镜）、光缆、光谱仪、光电探测器和计算机等。机等。机等。机等。图图7-2-7 DOAS7-2-7 DOAS仪器基本组成仪器基本组成（3 3 3 3）颗粒物监测仪器）颗粒物监测仪器）颗粒物监测仪器）颗粒物监测仪器空气颗粒物的自动监测方法有空气颗粒物的自动监测方法有空气颗粒物的自动监测方法有空气颗粒物的自动监测方法有射线吸取法、射线吸取法、