雾霾、酸雨和空气中二氧化硫的监测

       进入2013年以来，全国许多地方大部分时间都被这可恶的雾霾天气笼罩着。雾霾比非典还可怕，非典可以隔离，空气污染了，无处不在，谁都跑不掉！
       导致空气质量下降的污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入颗粒物、臭氧等。在一些地区，尤其是大城市，工业生产、汽车尾气、建筑施工、冬季取暖烧煤等排放的有害物质难以扩散，导致空气质量显著下降。可吸入颗粒物PM10和PM2.5是产生污染的首要物质。中石化已经坦承，炼油企业是雾霾天气的直接责任者之一。油品的含硫量高，放出含硫量高的尾气在空气中会越来越浓。
       一份来自联合国环境规划署的报告称，PM2.5每立方米的浓度上升20毫克，中国和印度每年会有约34万人死亡。对PM2.5引起的死亡人数至今争议还很大，但PM2.5引起我国居民呼吸道疾病发病率上升，如慢性阻塞性肺疾病、肺癌、支气管哮喘等疾病发病率不断攀升确实是不争的事实。
        污染源排放的SO2(二氧化硫)气体、NOx气体(氮氧化物)，人们用肉眼看不见，只有用分析检测仪器这种特殊的“眼睛”才能看到。关键是SO2气体和NOx气体一旦变成硫酸盐和硝酸盐颗粒物，人们就能看到他们了，这就是我们称之为“霾”的污染物。
        硫酸盐和硝酸盐，最重要的原因是他们溶于水，吸湿性很强，很小的粒子人们也看不到(人眼只能看到粒径>400纳米以上的粒子)，但这些超细粒子如果含有硫酸盐和硝酸盐就会吸水，吸水膨胀到400纳米以上，人们就看到它了(雾霾混合体);城市汽车排放的细小颗粒(含碳粒子)峰值在200纳米，人们看不到，晴天空气湿度低，随风扩散得很快，当静稳天气湿度又大，特别是吸收了工业排放的SO2，很快就会增长到400纳米以上，进入到人们的视线。
        另外，空气中SO2偏高也是造成酸雨的主要原因。由于排放的S02气体进入大气后,造成局部地区中的SO2富集,在水凝过程中溶解于水形成亚硫酸[SO2+H2O=H2SO3],然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的氧化作用生成硫酸[2H2SO3+O2=2H2SO4],随雨水降下形成酸雨。酸雨的潜在危害主要表明在四个方面：
        1.对水生系统的危害，会丧失鱼类和其它生物群落，改变营养物和有毒物的循环，使有毒金属溶解到水中，并进入食物链，使物种减少和生产力下降。据报道，“千湖之国”瑞典因酸雨，从七十年代初到八十年代中，有1.8万个湖泊酸化。国内报道重庆南山等地水体酸化，ＰＨ值小于4.7，鱼类不能生存。
        2.对陆地生态系统的危害，重点表现在土壤和植物。对土壤的影响包括抑制有机物的分解和氮的固定，淋洗钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化。对植物，酸雨损害新生的叶芽，影响其生长发育，导致森林生态系统的退化。据报道，欧洲每年有6500万公顷森林受害，在意大利有9000公顷森林因酸雨而死亡。我国重庆南山1800公顷松林因酸雨已死亡过半。
        3.对人体的影响。一是通过食物链使汞、铅等重金属进入人体，诱发癌症和老年痴呆；二是酸雾侵入肺部，诱发肺水肿或导致死亡；三是长期生活在含酸沉降物的环境中，诱使产生过多氧化脂，导致动脉硬化、心梗等疾病概率增加。
        4.对建筑物、机械和市政设施的腐蚀。据报道，仅美国因酸雨对建筑物和材料的腐蚀每年达２０亿美元。

        改革开放使中国的经济取得了令人瞩目的发展速度。但在追求经济增长指标的同时，污染也正在逐渐地进入了大气、河流、土壤乃至人的身体里。在看到环境污染正在严重侵蚀国人健康的同时，还应当认识到，它也正在扼杀中国经济的增长奇迹。长期以来，我国经济发展方向一直沿袭一条粗放型、大投资、能源密集型、资源密集型产业发展之路。这条路主要也是高耗能、高耗资源的重污染之路，这是造成环境灾难的直接经济原因。
        为了人民的生命健康，必须痛下决心坚决进行经济转型，加大环境投入，加强环境治理，将环境问题对中国经济的影响减少到最低程度。
        二氧化硫检测仪器是定点大气环境质量监测仪器系统的一个主要部分。在所有检测二氧化硫的技术中，采用紫外荧光原理检测大气中二氧化硫浓度是世界多个国家、世界卫生组织的标准化方法。
        二氧化硫的分析检测是基于荧光光谱原理。根据物质分子吸收光谱和荧光光谱能级跃迁机理，有吸收光子能力的物质在特定波长的光(如紫外光)照射下，分子受激发跃迁到高能级(激发态)，在返回基态瞬间发射出较激发光波长更长的光即荧光。二氧化硫分子便具有这个特点，二氧化硫在200-240纳米波长范围区域有强紫外(UV)吸收.在这个波长区域的光学吸收会产生310-350纳米的荧光发射。

        根据朗伯—比尔定律，

        I荧 = GφI0αlc
        式中：I荧 表示光电倍增管接收到的荧光强度，G表示光反应腔体的几何系数，φ表示荧光量子效率，I0为紫外光入射光强，α表示SO2分子对紫外光的吸收系数，l表示光程，c表示SO2气体的浓度。
　　当单色光入射光强不变时，低浓度二氧化硫气体的荧光强度与其浓度成正比关系。这就是定量分析二氧化硫浓度的理论依据。
       大气样品首先通过一个涤气器(Scrubber)以去掉可能与SO2一样产生同样波长吸收的化学物质。紫外光源(UV Source)就是锌灯(Zinc Lamp，美国BHK公司生产，郑州英诺高科有限公司代理)，产生213.9 纳米波长的紫外光，作用于反应腔体(Reaction Chamber)中的大气样品中的SO2分子。用光电倍增管(PM Tube)以正确的角度检测和测量发射的荧光，荧光的量转化为电信号，直接反映二氧化硫的含量。