建筑环境测试技术之建筑环境测量.pptx
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1、9 建筑环境测量 建筑环境测量涉及到建筑外环境、室内空气品质、室内热湿与气流环境、建筑声环境光环境等部分的测量问题第1页/共69页9.1空气中气体污染物的测量室内环境污染包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、苯及苯系物、挥发性有机化合物、可吸入颗粒物及生物微粒、放射性污染第2页/共69页9.1.1一氧化碳和二氧化碳的测量物质对光的吸收是物质与辐射能相互作用的一种形式。射入物质的光子能量与物质的基态和激发态能量差相等时才会被吸收。由于吸光物质的分子(离子)只有有限数量的离子化的能级,物质对光的吸收在波长上具有选择性。能被某种物质吸收的波长,称为该物质的特征吸收波长。第3页/共69页9
2、.1.1一氧化碳和二氧化碳的测量不分光吸收式红外线气体分析器利用被测气体对红外光的特征吸收来进行定量分析。当被测气体通过受特征波长光照射的气室时,被测组分(即一氧化碳或二氧化碳)吸收特征波长的光。吸收光能的多少,与样品中被测组分浓度有关。比尔定律I透射的特征波长红外光强度;I0入射的特征波长红外光强度;k被测组分对特征波长的吸收系数;l入射光透过被测样品的光程;c样品中被测组分的浓度。第4页/共69页一氧化碳和二氧化碳红外线分析器的光检测器是薄膜电容微音器。一氧化碳和二氧化碳红外线分析器的光检测器是薄膜电容微音器。它是利用待测组份的变化引起电容量变化来测量待测组份的浓度的。它是利用待测组份的变
3、化引起电容量变化来测量待测组份的浓度的。金属薄膜偏向固定金属片一方,从而改变了电容器两极间的距离,金属薄膜偏向固定金属片一方,从而改变了电容器两极间的距离,也就改变了电容量。这个电容量的变化就可指示气样中待测组份的也就改变了电容量。这个电容量的变化就可指示气样中待测组份的浓度,浓度,c-c-被测组分浓度被测组分浓度 F F电容极板面积;电容极板面积;D D薄膜动极与固定电极间距离;薄膜动极与固定电极间距离;K K比例系数;比例系数;气体介电常数。气体介电常数。图9-1 红外线气体分析器的基本组成1、2-红外光源 3-切光片 4-、5滤光镜(气室)6-测量室 7-参比气室 8-使两光路平衡的遮光
4、板 9-薄膜电容微音器第5页/共69页不分光吸收式红外线气体分析器图9-2正压取样系统1-气体分析器 2-流量控制器 3-干燥器 4-化学过滤器 5-机械过滤器6-阀 7-气水分离器 8-冷却器 9-烟道气入口 10-冷凝水出口第6页/共69页9.1.2 二氧化硫的测量 测量SO2 常用的方法库仑滴定法库仑滴定法紫外荧光法紫外荧光法电导法分光光度法火焰光度法第7页/共69页库仑滴定式二氧化硫分析仪1-铂丝阳级 2-活性炭参比电极 3-铂网阴级 4-库仑池 5-放大器 6-微安表 7-记录仪 8-数据处理系统如果气样中含有 SO2,溶液中的碘发生下列反应2I-I2+2eI2+2e2I-IR参比电
5、极电流p进入库伦池SO2量碱性碘化钾溶液第8页/共69页库仑滴定式二氧化硫分析仪参比电极增加参比电极增加1A电流,相当于气样中电流,相当于气样中0.08mg/m3 3 的的SO2 2的浓度。的浓度。第9页/共69页2.紫外荧光式二氧化硫分析仪式中 I0入射光(激发光)强度;c被测物质的浓度;l 透过液层厚度;k被测物质摩尔吸光系数 荧光效率,F 总的荧光强度荧光分析法是利用测荧光波长和荧光强度建立起来的定性、定量方法。二氧化硫分子被紫外光照射后发出荧光,荧光的强弱与二氧化硫的量有关。根据比尔定律,光透过物质后部分被物质吸收,则透射光强度I表示为第10页/共69页2.紫外荧光式二氧化硫分析仪1-
6、紫外光源 2、4-透镜 3-反应室 5-激发光滤光片 6-发射光滤光片 7-光电倍增管 8-放大器 9-指示表荧光计紫外光源发射脉冲紫外光经激发光滤光片进入反应室,SO2分子在此被激发产生荧光,经发射光滤光片投射到光电倍增管上,将光信号转换成电信号,经电子放大系统等处理后直接显示浓度读数。第11页/共69页2.紫外荧光式二氧化硫分析仪荧光法测定SO2需要除去干扰物质-水分和芳香烃化合物。(1 1)水分)水分SO2SO2可溶于水造成损失,可溶于水造成损失,SO2SO2遇水产生荧光猝灭而造成负误差,遇水产生荧光猝灭而造成负误差,可用半透膜渗透法或反应室加热法除去水的干扰。可用半透膜渗透法或反应室加
7、热法除去水的干扰。(2 2)芳香烃化合物)芳香烃化合物芳香烃化合物在芳香烃化合物在190230mm190230mm紫外光激发下也能发射荧光造成正误紫外光激发下也能发射荧光造成正误差,差,可用装有特殊吸附剂的过滤器预先除去。可用装有特殊吸附剂的过滤器预先除去。第12页/共69页大气中的氮氧化物主要以NONO2形式存在,可以分别测定,也可测定二者的总量。常用的测量方法化学发光法库伦滴定式法盐酸萘乙二胺分光光度法 9.1.3 氮氧化物的测量第13页/共69页某些化合物分子吸收化学能后,被激发到激发态,再由激发态返回至基态时,以光量子的形式释放出能量,这种化学反应称为化学发光反应。利用测量化学发光强度
8、对物质进行分析测定的方法称为化学发光分析法。化学发光法第14页/共69页式中 普朗克常数;发射光子的频率;I-发光强度与化学发光反应温度有关的常数;C空气的浓度。样品中一氧化氮的浓度与化学发光强度成正比,即与接收这种发光的光电倍增管输出电流的大小成正比。化学发光现象通常出现在放热化学反应中,包括激发和发光两个过程。一氧化氮和臭氧反应可发射光,其反应机理为 化学发光法第15页/共69页 化学发光式氮氧化物分析仪1、18-尘埃过滤器 2-NO2 NO转换器 3、7-电磁阀 4、6、19-流量计 8-膜片阀 10-O3发生器 11-反应室及滤光片 12-光电倍增管 13-放大器 14-指示表 15-
9、高压电源 16-稳压电源 17-零气处理装置 20-三通管 21-抽气泵产生的光量子经反应室端面上的滤光片获得特征波长光射到光电倍增管上,将光信号转换成与气样中的NO2浓度成正比的电信号,经放大和信号处理后,送入指示、记录仪表显示和记录测定结果 NO2NOO3第16页/共69页9.1.4 甲醛的测量测量甲醛的方法常用酚试剂比色法乙酰丙酮分光度法第17页/共69页9.1.4 甲醛的测量酚试剂比色法甲醛与酚试剂反应生成嗪,在高铁离子存在下,嗪与酚试剂的氧化产物生成蓝绿色化合物,根据颜色深浅,嗪与酚试剂的氧化产物生成蓝绿色化合物,根据颜色深浅,用分光光度计用分光光度计测定。第18页/共69页9.1.
10、4 甲醛的测量-酚试剂比色法依据比尔定律可知,当一束平行单色光通过均匀、非散射的稀溶液时,溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。式中式中 A吸光度;吸光度;k k被测组分对特征波长的吸收系数,被测组分对特征波长的吸收系数,l l入射光透过被测样品的光程,入射光透过被测样品的光程,cm;c c样品中被测组分的浓度样品中被测组分的浓度,g/L。第19页/共69页9.1.4 甲醛的测量-酚试剂比色法 分光度计原理图分光度计原理图1-1-钨灯钨灯 2-氢灯氢灯 3-凹面聚镜凹面聚镜 4-平面反射镜平面反射镜 5-石英透镜石英透镜 6-入射狭缝入射狭缝S S1 1 7-7-准直镜准直镜
11、8-石英棱镜石英棱镜9-9-出射狭缝出射狭缝S S2 2 10-10-吸收池吸收池 11-紫敏光电管紫敏光电管 12-红敏光电管红敏光电管第20页/共69页用贝塞比色管建立标准色列用水做参比,测定确定计算因子Bg采用实际试样测定,确定甲醛浓度C C空气中甲醛浓度,空气中甲醛浓度,mg/m3 3;A A样品溶液的吸光度,吸光度;样品溶液的吸光度,吸光度;A A0 0空白溶液的吸光度,吸光度;空白溶液的吸光度,吸光度;B Bs s用标准溶液制备标准曲线得到的计算因子,用标准溶液制备标准曲线得到的计算因子,V V0 0换算成标准状况下的采样体积换算成标准状况下的采样体积检测时先取8支支10 mL比色
12、管比色管,配不同比例标准色列。在各管中加入1%硫酸铁铵溶液硫酸铁铵溶液0.4 mL摇匀,放置15min后,进行测定在波长630mm下5mL 5mL 未采样的吸未采样的吸收液作试剂空白收液作试剂空白分光光度计第21页/共69页9.1.4 甲醛的测量-酚试剂比色法将样品放在检测室内甲醛从这个测试样品中释放出来,与检测室内的空气混合在一起,通过采样器定时顺序采样,从检测室连续抽取混合气体并通过装有蒸馏水的吸收瓶吸收甲醛,然后采用分光光度法测定甲醛浓度。第22页/共69页9.1.5 苯及总挥发性有机化合物(TVOC)的测量吸附富集吸附富集色谱分析色谱分析空气中的苯、空气中的苯、总挥发性有机总挥发性有机
13、化合物化合物建材胶结剂建材胶结剂中苯系物中苯系物用溶剂萃用溶剂萃取稀释取稀释第23页/共69页 气相色谱仪 1-1-分子筛脱水管分子筛脱水管 2-固定限流器固定限流器 3-流量控制器流量控制器 4-稳压器稳压器 5-5-进样口进样口 6-色谱柱色谱柱 7-检测器检测器 8-电子部件电子部件 9-计算机计算机 试样进入色谱柱时,试样进入色谱柱时,固定相对各组份的吸固定相对各组份的吸附或溶解能力不同,附或溶解能力不同,各组份在色谱柱中的各组份在色谱柱中的运行速度就不同,运行速度就不同,经过一定的柱长后,经过一定的柱长后,各个组分便彼此分离,各个组分便彼此分离,按顺序离开色谱柱进按顺序离开色谱柱进入
14、检测器。入检测器。检测与记录系统按各检测与记录系统按各组分物理、化学特性组分物理、化学特性将各组份按顺序转换将各组份按顺序转换成的电信号,成的电信号,流动相或者载气流动相或者载气色谱柱为空心管中填充某种色谱柱为空心管中填充某种物质(称为固定相)物质(称为固定相)第24页/共69页1-1-分子筛脱水管分子筛脱水管 2-固定限流器固定限流器 3-流量控制器流量控制器 4-稳压器稳压器 5-5-进样口进样口 6-色谱柱色谱柱 7-检测器检测器 8-电电子部件子部件 9-计算机计算机 氢氢火焰离火焰离子检测器子检测器 1-1-壳体壳体 2-加热器加热器 3燃烧燃烧产物排出口产物排出口-4-收集电极收集
15、电极 5-供电供电电极电极 6-氢气和待测样品入口氢气和待测样品入口 7-燃烧头燃烧头 8-8-助燃空气入口助燃空气入口C C空气中苯或甲苯、二甲苯浓度,空气中苯或甲苯、二甲苯浓度,mg/m3 3;h h样品峰高的平均值,样品峰高的平均值,mm;h h0 0空白管的峰高,空白管的峰高,mm;B Bg g用混合标准气体绘制标准曲线得到的用混合标准气体绘制标准曲线得到的计算因子(回归线斜率的倒数)计算因子(回归线斜率的倒数)V V0 0换算成标准状况下的采样体积,换算成标准状况下的采样体积,Eg由实验确定的热解析效率待测样品在氢待测样品在氢-空气火焰中燃烧,变成空气火焰中燃烧,变成带电的离子。这些
16、离子在由电极带电的离子。这些离子在由电极4 4、5 5 产生的高压电场中作定向运动,到达收产生的高压电场中作定向运动,到达收集电极从而形成离子流,通过测量这一集电极从而形成离子流,通过测量这一电流大小,便可得知物质的浓度。电流大小,便可得知物质的浓度。第25页/共69页气相色谱仪-氢火焰检测器第26页/共69页cm空气样品中待测i组分的浓度,g/m3;Fi样品管中i组分的质量,g;Bi空白管中i组分的质量,g;V0换算成标准状况下的采样体积,总挥发性有机化合物(TVOCs)总挥发性有机化合物含量总挥发性有机化合物含量 C CTVOCTVOC标准状态下所采空气样品标准状态下所采空气样品中总挥发性
17、有机化合物的浓度,中总挥发性有机化合物的浓度,g/m3 3用吸附管采集一定体积的空气样品,空气中的用吸附管采集一定体积的空气样品,空气中的挥发性有机化合物保留在吸附管中。将吸附管挥发性有机化合物保留在吸附管中。将吸附管安装在热解析仪上加热,使有机蒸汽从吸附剂安装在热解析仪上加热,使有机蒸汽从吸附剂上解析下来,并被载气流带入冷阱,进行预浓上解析下来,并被载气流带入冷阱,进行预浓缩,载气流方向与采样时的方向相反。然后再缩,载气流方向与采样时的方向相反。然后再以低流速快速解析,经传输线进入毛细管气相以低流速快速解析,经传输线进入毛细管气相色谱仪,用保留时间定性,峰面积定量。色谱仪,用保留时间定性,峰
18、面积定量。第27页/共69页9.2 空气含尘浓度及生物微粒的测量早期的大气尘的概念,是指大气中的固态颗粒,即真正的灰尘。大气尘的现代概念不仅是指固体尘,而是既包含固态颗粒也包含液态微粒的多分散气溶胶,是专指大气中的悬浮颗粒,粒径小于10m。这种尘在环境保护领域被叫做飘尘,以区别于在较短时间内即沉降到地面的落尘(沉降尘)。我国大气环境质量标准中所称的“总悬浮微粒”(TSP),则是包括10m以下的悬浮微粒,又包括10100m的沉降微粒。其中10m以下的悬浮微粒又称为可吸入颗粒物,对人体危害较大。第28页/共69页9.2 空气含尘浓度及生物微粒的测量空气含尘的浓度一般有三种表示方法:计重浓度:以单位
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