174
Chöông IV
CÔ SÔÛ CUÛA PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH
KHOÂNG KHÍ – CAÙC CHAÁT KHÍ
IV.1.THAØNH PHAÀN KHOÂNG KHÍ
Khoâng khí laø moät hoãn hôïp khí nhöng chieám phaàn lôùn laø khí Nitô (N) vaø Oxy (O)
vaø caùc thaønh phaàn khí khaùc coù haøm löôïng nhoû hôn. Do caùc quaù trình hoaït ñoäng cuûa
moät soá chaát khí nhaân taïo toàn taïi trong khí quyeån, Hình 4.1 moâ taû thaønh phaàn khaùc
nhau trong khoâng khí thoáng keâ ñöôïc trong nhöõng naêm gaàn ñaây.
Trong chöông 1 chuùng ta ñaõ ñöôïc löu yù veà vaán ñeà möa axit vì khoâng khí chöùa
moät löôïng lôùn sunphua vaø oxit nitô. Caùc hôïp chaát naøy bò oxy hoùa thaønh axit
sunphuaric vaø axit nitôric baèng söï töông taùc vôùi caùc thaønh phaàn khaùc trong khoâng
khí (nhö ozoân vaø caùc haït buïi). Söï noùng leân toaøn caàu do söï taêng löôïng khí dioxit
cacbon. Vaán ñeà naûy sinh laø taêng söï haáp thuï böùc xaï hoàng ngoaïi bôûi dioxit cacbon.
Ñöa caùc hôïp chaát coäng hoùa trò khaùc vaøo trong khí quyeån, ñaëc bieät neáu nhö chuùng
haáp thuï böùc xaï ôû böôùc soùng maø khoâng khí khoâng haáp thuï (vuøng cöûa soå). Ñieàu naøy
coù theå xaûy ra vôùi caùc hôïp chaát chöùa caùc lieân keát C – H, C – Cl hoaëc C – Br.
Moái quan taâm ñaëc bieät laø caùc hôïp chaát nhö metan (khí nhaø kính khaùc) vaø khí
ozon (chaát oxi hoùa gaây khoù thôû), noàng ñoä cuûa chuùng ñang taêng leân thaäm chí ôû
nhöõng vuøng khoâng coù neàn coâng nghieäp. Caùc vaán ñeà ñòa phöông hoùa trong vuøng ñoâ
thò hoaëc caùc vuøng coâng nghieäp coù theå coøn phöùc taïp hôn nhieàu khoâng chæ vì ñöa moät
soá lôùn chaát oâ nhieãm maø coøn caùc phaûn öùng khí quyeån taïo ra nhöõng chaát môùi. ÔÛ
nhöõng thaønh phoá lôùn vaøo caùc ngaøy naéng noùng coù theå thaáy ñöôïc hieän töôïng naøy,
Döôùi ñieàu kieän khí töôïng ñaëc bieät (söï nghòch nhieät khi caùc lôùp khoâng khí nheï noùng
tìm thaáy ôû treân khoâng khí laïnh ñaäm ñaëc taïo ra ñieàu kieän khí quyeån beàn), chaát oâ
nhieãm taäp hôïp laïi trong khoâng khí maø khoâng bò phaùt taùn. Caùc chaát khí thoaùt ra töø
caùc phöông tieän giao thoâng (CO, NO, NO2, hydrocabon khoâng chaùy heát …) töông taùc
vôùi nhau taïo ra moät loaït caùc chaát oxi hoaù bao goàm ozon vaø peroxyacetyl nitrat
(PAN). (Hình 4.2).
Phaûn öùng giöõa caùc chaát khí taïo ra söông muø bao truøm laáy thaønh phoá, ñöôïc bieát
laø muø quang hoùa vaø caùc hôïp chaát naøy gaây ra caùc beänh veà ñöôøng hoâ haáp. Caùc chaát
höõu cô bay hôi (VOCs) trong khí quyeån cuõng raát ñöôïc quan taâm. Nhieåu chaát laø
nhöõng chaát ñoäc, taát caû laø nhöõng khí nhaø kính, chuùng coù theå ñoùng goùp vaøo caùc phaûn
öùng hoùa hoïc giöõa caùc chaát khí trong khí quyeån.
175
%v
ppm(v/v)
ppb(v/v)
Hình 4.1. Thaønh phaàn khí cuûa khí quyeån
Hình 4.2. Söï thay ñoåi noàng ñoä khí trong muø quang hoùa hoïc
N2 78.1
O2 20.9
Ar 0.934
CO2 0.033
CO2 320
Ne 20
He 5
CH4 2
Kr 1
H2 0,5
H2 500
N2O 300
CO 100
Xe 90
O3 40
NO2 20
NH3 6
SO2 2
CH3Cl 0,5
C2H4 0,2
CCl4 0,1
CCl3F 0,1
Thôøi gian theo ngaøy Thôøi
g
ian
Buoåi tröa
Saùn
g
Chieàu
Nồn
g
d
ộ
,
pp
m v/V
176
Moät trong nhöõng lyù do chính quan taâm ñeán moâi tröôøng hieän nay laø aûnh höôûng
tieàm taøng cuûa chaát oâ nhieãm (bao goàm chaát oâ nhieãm sol khí) hoaëc laø tröïc tieáp hoaëc
giaùn tieáp ñeán söùc khoûe cuûa con ngöôøi. Phaàn lôùn daân soá cuûa theá giôùi coâng nghieäp söû
duïng ngaøy laøm vieäc trong caùc toaø nhaø hoaëc ôû nhaø. Quan traéc khoâng khí trong caùc
toaø nhaø (khoâng khí beân trong) cuõng laø moät vaán ñeà quan troïng. Khí quyeån beân trong
khu vöïc kín ngaên caûn söï phaùt taùn caùc chaát oâ nhieãm. Nhieàu chaát khí oâ nhieãm ñaõ tìm
thaáy trong caùc toaø nhaø.
Khoâng khí trong nhaø cuõng coù söï phaân boá raát roäng caùc chaát oâ nhieãm. Soá lôùn chaát
naøy coù theå laø caùc chaát hoùa hoïc ñoäc haïi ñöôïc taïo ra hoaëc söû duïng beân trong toaø nhaø:
- Caùc chaát khí töø ñoát nhieân lieäu
- Dung moâi cuûa caùc loaïi sôn
- Caùc chaát khí töø chaát loûng laøm saïch
Coù nhieàu nguoàn khoâng mong ñôïi. Thaäm chí vaät lieäu söû duïng ñeå caùch aâm töôøng
cuõng coù theå phaùt ra khí ñoäc.
Noàng ñoä chaát oâ nhieãm trong khoâng khí vaø khí thaûi coù theå thay ñoåi trong moät
thôøi gian ngaén vaø ñoái vôùi muïc ñích quan traéc khoâng khí, do vaäy caàn phaûi bieát noàng
ñoä trung bình trong suoát thôøi gian ñoù cuõng nhö noàng ñoä ño ñöôïc töùc thôøi. Ñaây laø
noàng ñoä trung bình taûi troïng thôøi gian (TWA – Time – Weighted Average)
IV.1.1. Caùc ñôn vò bieåu dieãn noàng ñoä chaát khí trong khoâng khí
Thoâng thöôøng noàng ñoä chaát khí ñöôïc bieåu dieãn laø theå tích chaát phaân tích / toång
theå tích maãu. Ñôn vò khoái löôïng / toång theå tích cuõng coù theå ñöôïc söû duïng cho caû
chaát khí vaø caùc phaàn töû raén:
- μg m-3 cho khoâng khí ngoaøi trôøi
- mgm-3 cho khoâng khí trong nhaø.
Söï chuyeån ñoåi giöõa ppm vaø mgm-3 khoâng phöùc taïp, ñoøi hoûi moät caùch ñôn giaûn
khoái löôïng phaân töû töông ñoái cuûa hôïp chaát vaø theå tích mol cuûa chaát khí (ñeå chuyeån
ñoåi xaáp xæ coù theå laáy 24,0 lít cho taát caû caùc chaát khí ôû 200C vaø 1 atm).
Ví duï: giôùi haïn cuûa EC haøng thaùng thaûi ra NO2 töø caùc nhaø maùy nhieät ñieän laø 650
mgm-3. Chuyeån ñoåi thaønh ppm
Giaûi: Khoái löôïng phaân töû töông ñoái cuûa dioxit nitô = 46
Do vaäy, soá mol cuûa dioxit nitô trong 1 m3 khoâng khí :
(650. 10-3)/ 46 = 14.1. 10-3 mol
Theå tích bò chieám bôûi 1 mol khí ôû 200C vaø 1 atm = 24.0 l = 0.0240 m3 . Do vaäy,
theå tích cuûa dioxit nitô trong 1m3 khoâng khí :
14.1.10-3 × 0.0240 = 338 × 10-6 m3
Do vaäy noàng ñoä cuûa oxit nitô = 338 ppm theå tích / theå tích
177
Coâng thöùc toång quaùt cho chuyeån ñoåi coù theå vieát:
Noàng ñoä ppm =
IV.1.2. Xaùc ñònh noàng ñoä chaát oâ nhieãm trong khoâng khí
Ñaây laø phöông phaùp coù theå baét gaëp ngay laàn ñaàu tieân ñeå quan traéc caùc thaønh
phaàn veát. Moät theå tích ñaõ bieát cuûa chaát khí ñöôïc thoåi qua dung dòch haáp thuï. Sau
khi laáy maãu keát thuùc, dung dòch ñöôïc mang veà phoøng thí nghieäm ñeå phaân tích.
Daây chuyeàn haáp thuï bao goàm moät soá bình qua ñoù chaát khí ñöôïc huùt ra. Theå tích
maãu ñöôïc ño baèng khí keá, nhöng ñoái vôùi thôøi gian laáy maãu ngaén, doøng khí coù theå
giöõ khoâng ñoåi, doøng khí vaø thôøi gian laáy maãu chính xaùc coù theå ñöôïc söû duïng nhö
nhau. Cô quan quoác teá cho ñeå chuaån hoùa (ISO) ñöa ra ñaëc tröng phöông phaùp laáy
maãu (Hình 4.3). Heä laáy maãu ñaëc tröng ñeå quan traéc khí quyeån ñöa ra trong Hình 4.4
caùc thaønh phaàn rieâng bieät cuûa daây truyeàn laáy maãu coù theå thay ñoåi töông öùng vôùi
nhu caàu ñaëc bieät cuûa phaân tích.
Caùc taùc nhaân söû duïng trong loï Drechsel (Hình 4.4) ñöôïc xaùc ñònh bôûi chaát khí
phaân tích. Coù nhöõng taùc nhaân ñaëc tröng cho haàu heát chaát khí voâ cô bao goàm SO2,
Cl2, H2S vaø NH3, tröø CO. Quy trình chuaån ñöa ra cuûa phöông phaùp West vaø Gaeke
ñeå phaân tích SO2 baèng traéc quang laø SO2 ñöôïc haáp thuï trong dung dòch nöôùc
tetracloromercurat natri vaø phaùt trieån maøu baèng caùch theâm p-rosanilin hydrocloric
(trong HCl) vaø formandehyt. Ñoä haáp thuï ñöôïc ño ôû böôùc soùng 560nm.
H2O + SO2 + HgCl4 2- → HgCl2SO3 2- + 2H+ + 2Cl-
Doøng maãu
Hình 4.3. Sô ñoà daây chuyeàn haáp thuï
Laáy maãu khí
Loïc ñeå laáy caùc haït
Dung dòch haáp thuï
Loïc ñeå baûo veä bôm
Bôm
Noàng ñoä (mg/m-3) x 24,0
Khoái löôïng phaân töû
Duïng cuï ño khí
178
Hình 4.4. Sô ñoà duïng cuï laáy maãu khí
IV.1.2.1.1. Haáp thuï baèng chaát raén
Phöông phaùp söû duïng phoå bieán nhaát ñoái vôùi caùc hôïp chaát höõu cô bay hôi, ñaëc
bieät cho khí quyeån trong nhaø laø haáp thuï chaát khí vaøo chaát raén vaø sau ñoù phaân tích
caùc thaønh phaàn baèng saéc kyù khí.
Phöông phaùp laáy maãu thuï ñoäng vaø chuû ñoäng coù theå ñöôïc söû duïng. Caùc duïng cuï
laáy maãu thuï ñoäng (ñoâi khi ñöôïc goïi laø duïng cuï laáy maãu khuyeách taùn) bao goàm chaát
haáp thuï (ñieån hình laø than hoaït tính) hoaëc polymer xoáp “ Tenax) chöùa trong moät
oáng nhoû haøn kín moät ñaàu vaø ñaàu khaùc thì ñeå tieáp xuùc vôùi khí quyeån. Chaát haáp thuï
taùch töø khoâng khí baèng söï khueách taùn vaøo vuøng hoaëc laø khe hôû hoaëc polymer xoáp
trô töông öùng vôùi nhaø saûn xuaát. Caùc oáng coù theå keïp chaët ôû ve aùo hoaëc mang trong
tuùi thôû ñeå quan traéc caù nhaân.
Caùc phöông phaùp laáy maãu chuû ñoäng laø huùt khí qua oáng maãu baèng moät bôm huùt.
Toác ñoä laáy maãu coù theå ñaït ñeán 20 ml/phuùt sao cho laáy maãu lieân tuïc trong suoát thôøi
gian taùm giôø maø khoâng vöôït quaù dung tích haáp thuï cuûa oáng. Moät soá oáng haáp thuï
(hình 4.5) chöùa hai phaàn chaát haáp thuï. Phaàn chính ñöôïc söû duïng ñeå phaân tích, trong
khi ñoù phaàn thöù hai ñöôïc söû duïng ñeå xaùc nhaän laø dung tích cuûa phaàn phaân tích chöa
bò baõo hoøa.
Bôm huùt caàn phaûi goïn nheï sao cho coù theå gaén treân thaét löng vôùi oáng maãu gaén
treân ve aùo (Hình 4.6). Öu ñieåm cuûa laáy maãu chuû ñoäng laø coù theå quan traéc noàng ñoä
thaáp ñoái vôùi thôøi gian laáy maãu ñaõ cho.
Khí quyeån
be
â
n ngoa
ø
i
Phin loïc
Ñoàng hoà ño khí
Bôm
Pheãu uùp ngöôïc ñeå
traùnh buïi laéng
ñoïng
Moät hoaëc nhieàu
bình Drechset chöùa
dung dòch haáp thuï
Taùc nhaân laøm khoâ
hoaëc chaát baûo veä cho
bôm. Bình Drechset
cuùi cuøng coù theå ñeå
khoâng coù taùc duïng
khoâng cho dung dòch
traøn vaøo bôm