一、方法概要:
利用等速吸引法抽引排放管道中的氣液樣品,以 80 %異丙醇吸收硫
酸液滴及三氧化硫氣體,此吸收液藉由過氯酸鋇滴定(Thorin 為指
示劑),測定硫酸滴的含量。
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二、適用範圍:
本方法適用於測定煙道排氣中之硫酸液滴之含量,對採集於吸收液中
之硫酸含量,當採樣體積為 100L 時,最低可偵測濃度為 8.357×10
(-4次方)mg/m(3次方)。
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三、干擾:
當採用此法時,氟離子、氯離子、溴離子會造成輕微的正干擾,銨離
子造成輕微的負干擾。
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四、設備:
(一)器材:
1.分析天平,可稱至 0.1 mg 者。
2.移液管(1、10、25 mL)。
3.PE 樣品瓶(500、1000 mL)。
4.量瓶(100、500、1000mL)。
5.量筒(100、500mL)。
6.滴定管(50mL),必要時可用微量滴定管(Micropipet)。
7.三角錐瓶(250mL)。
(二)採樣設備:
所示採樣設備,如圖 1 硫酸液滴之採樣裝置(亦可使用商業化
組裝採樣設備)及圖 2 水份吸收裝置。
1.皮托管應使用 s 型皮托管,或其他已知皮托係數之皮托管。
2.傾斜式壓力計。
3.熱電偶溫度計。
4.ORSAT 分析儀,可分析 CO2、O2、CO 者。
5.加熱型採樣管,不鏽鋼製且至少可加熱至 120℃。
6.硫酸液滴採樣管,內襯硼矽玻璃外套不鏽鋼包覆採樣及加熱裝
置,吸氣嘴尖端應小於 30 度。
7.硫酸液滴吸收裝置,附濾紙固定器及四支吸收瓶。
8.攜帶型大氣壓力計,可測至 0.1mm-Hg 者。
9.水份吸收裝置,附固定架、冷卻槽。
10.上皿天平,可秤至 0.01g 。
11.真空泵。
12.乾式或濕式氣體流量計。
13.玻璃纖維濾紙(Glass fiber filter) ,收集率可達 99.95
%以上效率者。
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五、試劑:
除有特別規定外,所有試劑均應使用分析試劑級或以上之試劑。
(一)0.0100 N 鄰苯二甲酸氫鉀(Potassium Hydrogen Phthalate,
簡稱 PHK)之溶液。
取已乾燥(110℃ ,24小時)之 KHP0.2100g (精確到 0.1mg)
,移至 100mL 量瓶中,加純水溶解後,以純水稀釋至刻度。
(二)約0.0100 N NaOH 溶液:
稱約 0.40g之NaOH,移至 1000mL 量瓶中,加純水溶解後,以純
水稀釋至刻度。取適量配製好之 0.0100N KHP 溶液滴加 Pheno
pht-halein 指示劑 3 滴,以 NaOH 溶液滴定至滴定終點(淡
紅色出現),標定 NaOH 之濃度。
(三)約 0.0100N H2SO4 溶液:
以吸量管取約 0.27mL 之濃硫酸,移入裝有少許純水之 1000mL
量瓶中,混合均勻後,以純水稀釋至刻度。取適量體積,加 Phe
nop-hthalein 指示劑 3 滴,以剛標定好之 NaOH 溶液滴定至
滴定終點(淡紅色出現),標定 H2SO4 溶液之濃度。
(四)約 0.0100 N 過氯酸鋇(Ba(C1O4)2) 溶液:
稱取約 1.6812g 之 Ba(C1O4)2,移至 1000mL 量瓶中,加入
80%異丙醇溶解後,以 80 %異丙醇稀釋至刻度。取適量標定
好之硫酸溶液滴加 Thorin 指示劑 3 滴,以此過氯酸鋇溶液滴
定至滴定終點(粉紅色出現),標定過氯酸鋇溶液之濃度。
(五)Thorin 指示劑(1-(o-arsonophenylazo)-2-naphthol-3,6-d
isu-lfonic acid,disodium salt):
溶解 0.2g Thorin 於100mL 水中。
(六)80 % 異丙醇(isopropyl alcohol) 溶液:
於 1000mL 量瓶中,加入 200mL 水,再加入 ACS 級異丙醇至
刻度。
(七)3 %過氧化氫溶液:
於 1000mL 量瓶中,加入 100mL 30% 過氧化氫,再加純水至刻
度。
(八)試劑水:
去離子蒸餾水或純水(電阻值≧17MΩ-cm以上者)。
(九)矽膠:
使用 6~16mesh 之矽膠,使用前至少以 110℃至少烘乾 12 小
時以上。
(十)氯化鈣:
使用前至少以 110℃至少烘乾 12 小時以上。
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六、採樣與保存:
(一)等速吸引流量測定:
硫酸液滴採樣以移動採樣法採樣,採樣之測定位置、測定孔、測
定點及等速吸引測定,請參考 NIEA A 101.17 譯「排放管道中
粒狀污染物採樣及其濃度之測定方法」所述的規定辦理。
1.如圖 1 ,以熱電偶溫度計,量測採樣點之排氣溫度(θs)
,並以大氣壓力計量測大氣壓(Pa)。
2.以皮托管及傾斜式壓力計,量測煙道內所選定採樣點之動壓(
Pd)及總壓( PT),代入公式 Ps=PT -C(2次方)×Pd(C:
皮托管係數),以計算出靜壓(Ps)值。
3.如圖 2 ,以水分吸收裝置測定煙道內氣體之含水率(Xw)。
以氯化鈣吸收水分,計算吸濕前後之重量差(ma),記錄流量
計上之排氣溫度(θm) 及壓差計壓力(Pm),查表得飽和水
蒸氣壓(Pv),記錄吸引氣體體積(Vm)。
使用濕式氣體流量計時排氣中水分含量之計算方法如下述:
22.4
──×ma
18
Xw=──────────────×100
273 Pa+Pm–Pv
Vm×────×──────
273+Θm 760
使用乾式氣體流量計時:
除去計算式中 Pv 項,以 Vm 為吸引氣體量(乾式氣體流量計
之讀數)計算之。但是,此法僅限用於在乾式流量計之前已將
氣體乾燥者。
吸引流量為每 10g氯化鈣最大吸引流量每分鐘 1L(L/min/10g
CaCl2) 。
4.以採樣袋採集煙道內之氣體,並以 ORSAT 氣體分析儀(依分
析儀手冊操作),量測煙道內之氣體組成(Xco2、Xo2、Xco、
XN2),並代入公式
1
γ。=──×(MCXC+MX+MCOXCO+MX)
22.4
(100-XW)
×─────+18XW
100
以計算出標準狀態下(0℃,1 atm)管道內濕排氣單位體積之
質量,再代入公式
273 Pa+Ps
γ= γ。×────×────
273+Θs 760
求得實際狀態下管道內濕排氣單位體積之質量(γ)。
5.綜合以上1、2、3、4四項及皮托管係數、重力加速度(g),
代入公式
┌──
v=C×│2gPd
│──
γ
計算出煙道排氣之流速(v)。
6.根據排氣之流速(v)及硫酸液滴採樣管吸氣嘴之內徑(d),
代入公式
π Xw 273+Θm
qm =─×d( 2次方) × v×(1-──)×──── ×
4 100 273+Θs
Pa+Ps
─────×60×10(負 3次方)
Pa+Pm-Pv
求出等速吸引之流量(Qm)。
但是使用乾式流量計前,氣體已先乾燥者,計算時可除去式中
Pv 項。
註一:如果使用平衡型自動等速吸引裝置,則可不必另外測定
等速吸引流量。
(二)硫酸液滴之採樣:
1.調整泵之吸引流量,使與測得之煙道排氣流速相同。
2.依據圖1之裝配,組裝成一套硫酸液滴之採樣裝置;第一個吸
收瓶內盛裝 50mL 80%之異丙醇溶液,以吸收硫酸(H2SO4)
液滴及三氧化硫(SO3) 。第二個吸收瓶盛裝矽膠,用以吸收
水份。於吸收瓶與泵之間加裝泵保護裝置(除酸瓶:200mL 10
%過氧化氫,吸濕瓶:200g矽膠),以防止水氣及酸氣被吸入
而損害泵。
3.採氣量以100L為原則,可依硫酸液滴濃度作適宜地增減。
4.測漏試驗:啟動泵,以採樣時流速進行測漏,抽至流量小於4
%採樣流量,即表示無漏氣現象發生;若有漏氣應檢查並修復
至無漏氣為止。
5.將硫酸液滴採樣管伸入煙道內測定點,記錄流量計之起始值(
V 1),啟動泵開始採樣(每個採樣點採樣時間需相同),隨
時調整至等速吸引之流量(qm)。採樣結束後,停止泵,記錄
流量計之結束值(V 2),流量計上之排氣溫度(θm) 及壓
差計壓力(Pm,將採樣管移至其他測定點執行採樣,至完成所
有測定點之採樣,計算總採樣之體積(Vm)。
6.平均各測定點採樣時測定之流量計上之排氣溫度(θm) 及壓
差計壓力(Pm),依下式求出在標準狀態下所吸引之乾氣體量
:
273 Pa+Pm-Pv
Vm(std)=Y×Vm×────×──────
273+Θm 760
其中Y係流量計校正係數。
使用乾式氣體流量計時:
除去計算式中之P項,以Vm 為吸引氣體量(乾式氣體流量計
之讀數)計算之。但是,此法僅限用於在乾式流量計之前已將
氣體乾燥者。
採樣後如同3之測漏試驗檢查之。
(三)樣品保存:
將第一吸收瓶中之吸收液移至 100mL 量瓶中,將濾紙移至另一1
00mL PE 樣品瓶中儲存。其後以80%異丙醇清洗吸收瓶及濾紙固
定器之前半部,將清洗液一併倒入量瓶中,再以 80 %異丙醇稀
釋至 100mL。將吸收液全數倒入內置濾紙之 PE 樣品瓶內,密封
並標示液面高度後,於4℃下保存。
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七、步驟:
(一)空白樣品分析:
以採樣之 80 %異丙醇為空白樣品,每次取出 25mL ,滴加 2
至3 滴之 Thorin 指示劑,以標準過氯酸鋇滴定至粉紅色出現為
止,記錄標準過氯酸鋇滴定之體積(Vtb,mL) 。
(二)硫酸液滴含量之分析:
樣品至少靜置3小時後,每次取出25mL,滴加2至3滴之 Thori
n 指示劑,以標準過氯酸鋇滴定至粉紅色出現為止,記錄標準過
氯酸鋇滴定之體積( Vtl,mL)。
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八、結果與處理:
依下列公式計算煙道排氣中之硫酸液滴含量 CH2SO4(mg/m(3次方
))
Vsa
──
N(Vtl-Vtb)Va
CH2SO4=K1×──────────×10(6次方)(㎎/m(3次
方))
Vm(std)
此處 K1 =0.04904(g/meq)
N =標準過氯酸鋇濃度(N)
Vtl =滴定樣品所須標準過氯酸鋇體積(mL)
Vtb =滴定空白樣品所須標準過氯酸鋇體積(mL)
Vsa =每次被滴定樣品之體積(mL)
Va =樣品之全部體積(mL)
Vm(std)=標準狀態(0℃,1 atm)下採樣之氣體樣品體積(L)
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九、品質管制:
(一)儀器設備之校正:下列儀器設備除另有規定外,應定期依儀器校
正方法予以校正。
1.濕式氣體流量計
2.溫度計
3.天平
4.攜帶型大氣壓力計
5.採樣管吸氣嘴
(二)異丙醇之查核:以 10mL 異丙醇加 10mL 10%碘化鉀(K1)溶液
,與 10mL 純水加 10mL10% 碘化鉀溶液,在 352nm 處,測其
吸光度,其吸光度差不可超過 0.1 Abs。每一瓶裝之異丙醇於使
用前皆須進行查核,若其中過氧化物含量過高而不合乎使用規定
時,可用蒸餾法蒸餾,使合乎使用規定。
(三)在處理任何樣品,必須先以試劑水做方法空白,其處理過程必須
和樣品一樣,以確認分析系統、玻璃器皿、試藥、溶劑均無污染
,方法空白每一批次或每十個樣品應執行一次;樣品處理與檢測
的所有階段,須準備空白樣品以備查。
(四)採樣時,每批樣品應至少有一個現場空白(field blank) 或每
10%的樣品需有一個現場空白(取二者數量較大者)。另外,每
次採樣時需至少準備一個旅運空白(trip blank),一同運送與
分析。
1.樣品分析:分析樣品時,應伴隨做品管分析,監測標準品的回
收及變化。
2.樣品添加:添加適量的待測物到吸收液樣品中,其頻率每一批
次或每 10 個樣品中應做一個樣品添加及添加重覆,計算待測
物的回收率及兩個添加樣品間的相對差異百分比。
3.品管樣品:以空白吸收液為基質,加入和樣品添加等量的待測
物,計算其回收率;品管樣品的頻率和樣品添加相同;當樣品
添加的結果顯示有基質影響時,品管樣品的回收率可做為實驗
室分析能力的依據。
(五)每次採樣前後皆應作測漏試驗,以防止在採樣時漏氣,而造成嚴
重的誤差。記錄採樣前後之動壓值,以查對等速採樣,誤差應在
±10 %以內。
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十、精密度與準確度:
單一實驗室以配製盲樣80%異丙醇硫酸溶液於50天內,進行八次分析
得其精密度與準確度分別為 3.68 %與 1.01 ±7.44%。而經單一實
驗室模擬產生硫酸液滴及三氧化硫,採集到的硫酸液滴樣品之平均收
集率為 97.5 %。
註二:單一實驗室之模擬採集硫酸液滴及三氧化硫之裝置如圖3所示
,所有連接管宜使用真空耐壓管。先量取 50mL 80%異丙醇及
矽膠各置放在吸收瓶內。於吸收瓶與泵之間加裝泵保護裝置(
除酸瓶:200mL 10 % 過氧化氫,吸濕瓶:200 g 矽膠),以
防止水氣及酸氣被吸入而損害泵。採集前端有一三通管,一由
高壓空氣攜帶發煙硫酸所放出之三氧化硫,一由空氣推送水氣
進入,使三氧化硫與水結合成硫酸液滴,為第一瓶吸收液及濾
紙所吸收。待三氧化硫發生瓶中無白色產生時才停止。比較吸
收之三氧化硫重及發煙硫酸所釋出之三氧化硫重,即可求得硫
酸液滴之收集率。
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十一、參考資料:
(一)謝嘉峰、吳健銘、林士程,行政院環境保護署環境檢驗所(19
96)煙道排氣中硫酸液滴測定方法之驗證與研究期末報告,專
案研究計畫,EPA-85-E3S2-09-01 。
(二)Determination of Sulfuric Acid Mist and Sulfur Dioxide
Emission from Stationary Sources, U.S. EPA 40 CFR Ch.1
(7-1-88 Edition)Pt.60,App.A.Meth.8(1990)。
(三)盧正權,行政院環境保護署環境檢驗所(1994),固定污染源
及環境空氣採樣方法研究,EPA-83-E3S2-09-04。
(四)鄭福田,行政院環境保護署環境檢驗所(1993),管道排氣中
空氣污染物採樣程序規範之研究,EPA-82-1107-09-03-02。
(五)排放管道中粒狀污染物採樣及其濃度之測定方法,行政院環境
保護署環境檢驗所空氣檢驗方法彙編,NIEA A101.7 譯(1994
)。
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