歡迎閱讀我們的“高精度氣體分析”系列文章，我們將在這此深入探索影響我們環(huán)境和健康的大氣污染物和溫室氣體。我們將聚焦二氧化氮（NO2），這是一種工業(yè)科研領(lǐng)域非常重要的化合物，其對(duì)人體和環(huán)境可造成的負(fù)面影響如下：
人類健康：短期接觸二氧化氮可能會(huì)加重呼吸道疾病，長(zhǎng)時(shí)間接觸高濃度的二氧化氮可能會(huì)導(dǎo)致哮喘，并可能增加對(duì)呼吸道感染的易感性。
環(huán)境：二氧化氮可以與大氣中的水相互作用，形成酸雨。
二氧化氮是一種紅外活性自由基分子，沸點(diǎn)與室溫大致相同（21.2°C），與其二聚體 N2O4可以形成平衡混合物。它是一種紅棕色氣體，是常見的氮氧化物（NOX）之一。它主要是在自然來(lái)源和人為來(lái)源的高溫燃燒過(guò)程中形成的。其中，一些常見的來(lái)源包括：
(一) 車輛排放：二氧化氮是汽車、卡車和其他車輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的副產(chǎn)品。在交通繁忙的地區(qū)，容易出現(xiàn)二氧化氮濃度升高的情況（約占總排放量的64%）；
(二) 住宅供暖系統(tǒng)：通常燃燒化石燃料，會(huì)釋放二氧化氮（約占總排放量的7%）；
(三) 工業(yè)活動(dòng)：燃燒類型的發(fā)電廠和工廠會(huì)向大氣中排放二氧化氮（僅占總排放量的3%）；
(四) 農(nóng)業(yè)活動(dòng)/燃燒和化肥：同樣在二氧化氮排放中占據(jù)了一席之地（但通常只是局部污染問(wèn)題）。
如果二氧化氮排放量過(guò)高，超過(guò)了世衛(wèi)組織（WHO）發(fā)布的《全球空氣質(zhì)量指南》，那么有時(shí)需要采取嚴(yán)厲的措施，來(lái)保護(hù)人類健康、環(huán)境和氣候，荷蘭的情況就是如此。2019年，氮危機(jī)，也稱“stikstofcrisis”，席卷了整個(gè)荷蘭工業(yè)，導(dǎo)致住房等各種項(xiàng)目被立即叫停，這加劇了荷蘭持續(xù)已久的住房短缺問(wèn)題，還導(dǎo)致政府計(jì)劃大幅減少牲畜數(shù)量，并降低高速公路的限速。
大氣中氮?dú)猓ɡ?，NO2和NH3）監(jiān)測(cè)的重要性，這將有助于相關(guān)部門采取有效的措施，以減少排放。
測(cè)量方法
目前，二氧化氮的監(jiān)測(cè)和量化技術(shù)有很多，每種技術(shù)都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)：
化學(xué)發(fā)光法（CLD）是目前較廣為使用的二氧化氮測(cè)量方法，也為各國(guó)所信賴。CLD是一種間接檢測(cè)方法，它通過(guò)將二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮，再將一氧化氮與臭氧發(fā)生反應(yīng)，形成激發(fā)態(tài)二氧化氮。這種激發(fā)態(tài)的二氧化氮分子會(huì)因?yàn)槭Щ疃l(fā)光（化學(xué)發(fā)光），從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量。這種方法非常靈敏，成本適中，并且可以提供實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。CLD儀器通常符合EN 14211標(biāo)準(zhǔn)（《環(huán)境空氣質(zhì)量-利用化學(xué)發(fā)光測(cè)量二氧化氮和一氧化氮濃度的標(biāo)準(zhǔn)方法》）所規(guī)定的條件。主要缺點(diǎn)是，由于CLD可能受到其他含氮分子（例如，PAN或NH3）的干擾，需要進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)和維護(hù)，并且檢測(cè)到的發(fā)光信號(hào)包含了環(huán)境中二氧化氮與一氧化氮的總和。
另一種常用的技術(shù)是差分光學(xué)吸收光譜法（DOAS）。這種方法對(duì)二氧化氮靈敏度很高，在遙感應(yīng)用方面大有用處。它可以提供大氣中二氧化氮分布和來(lái)源方面的見解。主要缺點(diǎn)是，DOAS需要具備專門的設(shè)備和專業(yè)知識(shí)；天氣條件和其他干擾氣體可能會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，導(dǎo)致在某些情況下使用受限。
被動(dòng)或擴(kuò)散采樣法無(wú)需電源，可由非科研人員在沒(méi)有技術(shù)支持的情況下操作。它是一種簡(jiǎn)單、輕便且廉價(jià)的技術(shù)，適用于獲取二氧化氮濃度變化的長(zhǎng)期趨勢(shì)。但由于提供的是平均測(cè)量值，因此不適合獲取短期的峰值或變化。在二氧化氮濃度波動(dòng)的地區(qū)，該方法的準(zhǔn)確性可能會(huì)受到影響。
電化學(xué)傳感器具有便攜性和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，適用于二氧化氮泄漏評(píng)估。主要缺點(diǎn)是，該方法對(duì)其他氣體和環(huán)境條件具有交叉敏感性，會(huì)影響傳感器的精度。因此，傳感器的校準(zhǔn)和維護(hù)是獲得可靠的測(cè)量結(jié)果的關(guān)鍵。
腔衰減相移光譜法（CAPS）是一種具有較高靈敏度、選擇性且十分精確的光譜技術(shù)，它通過(guò)分析光穿過(guò)高精度光學(xué)腔時(shí)的相位變化，來(lái)直接測(cè)量氣體的吸收情況。主要缺點(diǎn)是，儀器本身較為復(fù)雜和專業(yè)，初始成本和運(yùn)營(yíng)成本較高，需要技藝嫻熟的用戶進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)和驗(yàn)證。
MIRO Analytical使用中紅外直接激光吸收光譜法，來(lái)監(jiān)測(cè)和分析環(huán)境空氣中的污染物和溫室氣體。該技術(shù)將高靈敏度和高識(shí)別度結(jié)合，通過(guò)測(cè)量振動(dòng)躍遷，即便在復(fù)雜的大氣混合物中，也能準(zhǔn)確鑒別和量化二氧化氮的濃度。因此，可以說(shuō)它是較準(zhǔn)確和通用的二氧化氮監(jiān)測(cè)方法。輔以先進(jìn)的儀器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，該方法可以以1赫茲或10赫茲的測(cè)量速率，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
參考案例
MGA- NO2儀器自2020年6月安裝于瑞士國(guó)家空氣污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（NABEL）的少女峰監(jiān)測(cè)站（海拔3571米）起，便一直在報(bào)告實(shí)時(shí)二氧化氮數(shù)據(jù)，由此NABEL/Empa的Christoph Hüglin博士給出評(píng)價(jià)：
“在少女峰高山站點(diǎn)運(yùn)行的MIRO激光二氧化氮光譜儀的表現(xiàn)非常出色。它具有很高的靈敏度、精確度和可靠性，加上較低的維護(hù)成本，非常適合我們?cè)谶@個(gè)偏遠(yuǎn)地區(qū)展開工作。”
圖：蘇黎世州廢物、水、能源和空氣辦公室（AWEL）的J. Sintermann使用車載MGA10記錄到的蘇黎世氮氧化物（NOX）排放圖
在蘇黎世州AWEL的合作下，MGA憑借其穩(wěn)健性、移動(dòng)性、靈敏度、精確性和高時(shí)間分辨率，展開了基于小型貨車的城市溫室氣體和污染物移動(dòng)式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活動(dòng)。
在測(cè)量期間，車輛在蘇黎世周圍行駛，并持續(xù)測(cè)量溫室氣體和污染物（包括二氧化氮）。通過(guò)這項(xiàng)工作，可識(shí)別出主要的排放源。
二氧化氮是我國(guó)大氣常規(guī)指標(biāo)中必須要監(jiān)控的氣體組分，對(duì)人體和環(huán)境空氣都具有一定程度的危害。通過(guò)分析動(dòng)力學(xué)分析，利用先進(jìn)的MIRO檢測(cè)技術(shù)，可以精準(zhǔn)、快速的監(jiān)控NO2濃度和分布及動(dòng)向。
圖：MIRO Analytical的多合一氣體分析儀MGA能夠以高精度同時(shí)監(jiān)測(cè)多達(dá)10種不同的溫室氣體和污染性氣體。
MGA是我們的多合一氣體分析儀，僅憑一臺(tái)儀器就可同時(shí)測(cè)量多達(dá)10種不同的溫室氣體和污染性氣體。
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