第二节气态污染物的采样方法课件.ppt

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1、第二节 气态污染物的采样方法,通常可分为两大类，即直接采样法浓缩采样法,一、直接采样法（direct sampling method）,直接采样法是将空气样品直接采集在合适的空气收集器（air collector）内，再带回实验室分析。,直接采样法,该法主要适用于采集气体和蒸气状态的污染物，用于空气污染物浓度较高、分析方法灵敏度较高、不适宜使用动力采样的现场，采样后应尽快分析。用直接采样法所得的测定结果代表空气中有害物质的瞬间或短时间内的平均浓度。,直接采样法p18,根据所用收集器和操作方法的不同，直接采样法又可分为注射器采样法塑料袋采样法置换采样法真空采样法。,1注射器采样法（syringe

2、 sampling method）,是用50 ml或100 ml医用气密型注射器作为收集器。在运输过程中，应将进气端朝下，注射器活塞在上方，保持近垂直位置。利用注射器活塞本身的重量，使注射器内空气样品处于正压状态，以免外界空气渗入注射器内，影响空气样品的浓度或使其被污染。注射器采样法主要用于气相色谱法分析的样品采集。,2塑料袋采样法（sampling method using plastic bag）,采用与所采集的空气污染物既不起化学反应，也不吸附和渗透的塑料袋作采样容器。通常使用501000 ml铝箔复合塑料袋、聚乙烯袋、聚氯乙烯袋、聚四氟乙烯袋和聚酯树脂袋采气袋。,在采样现场用大注射器或

3、手抽气筒将现场空气注入塑料袋内，清洗塑料袋数次后，排尽残余空气，重复35次，再注入现场空气，密封袋口，带回实验室分析。,3置换采样法（substitution sampling method）,采样容器为两端有活塞的采气管，将采气管带至采样点，打开采气管两端的活塞，采气管与采气动力或100 ml大注射器连接，抽取比采气管体积大610倍的现场空气，使管内空气完全被置换， 然后封闭两端管口。,4真空采样法（vacuum sampling method）,采样容器为耐压玻璃或不锈钢制成的真空采气瓶（5001000 ml），见图2-2（a）。,采样前，先用真空泵抽出其中的空气（见图2-3），使瓶内剩余

4、压力小于133 Pa，关闭活塞。在采样点将活塞慢慢打开，待现场空气充满采气瓶后，关闭活塞，带回实验室尽快分析。在抽真空时，应将采气瓶放于厚布袋中，以防炸裂伤人。为防止漏气，活塞应涂渍耐真空油脂。,式中，Vs为实际采样体积，ml；Vb为集气瓶容积，ml；P1为采样点采样时的大气压力，kPa； P2为集气瓶内的剩余压力，kPa。,采样体积为：,直接采样法的特点及注意事项,直接采样法的主要优点是方法简便，可在有爆炸危险的现场使用。但应注意收集容器的器壁吸附和解吸问题。直接采样法采集的空气样品最好尽快测定，以免待测组分与器壁发生化学反应、吸附、解吸和渗漏等使其浓度发生变化。,二、浓缩采样法（conce

5、ntrated sampling method）,浓缩采样法是使大量的空气样品通过空气收集器，将其中的待测物吸收、吸附或阻留，使低浓度的待测物富集而被采集在收集器内。浓缩采样法所采集空气样品的测定结果代表采样期间内待测物的平均浓度。浓缩采样法可以分为有动力采样法和无动力（无泵）采样法。,（一）有动力浓缩采样法,用抽气泵将空气样品中气态污染物采集在收集器中的吸收介质中而被浓缩。对于液体吸收介质，可用吸收管作收集器；对于颗粒状或多孔状的固体吸附介质，可用填充小柱作为收集器。因此，有动力浓缩采样法又分为：溶液吸收法、固体填充柱采样法、低温冷凝浓缩法等。,1溶液吸收法（solution absorpt

6、ion method）,是利用空气中待测物能迅速溶解于吸收液中或能与吸收剂迅速发生化学反应而被采集。,p21,（1）溶液吸收的原理：,当空气样品呈气泡状通过吸收液时，气泡中待测污染物的浓度高于气-液界面上的浓度，由于浓度梯度的存在和气态分子的高速运动，使待测物能迅速扩散到气-液界面上而被吸收液吸收（见图2-4）；当吸收过程中伴有化学反应时，扩散到气液界面上的待测气态分子立即与吸收液发生反应，使被采集的污染物与空气分离。,p21,图24 气体在溶液中的吸收过程,待测气体在溶液中的吸收速度可用下式表示。,式中，为气体吸收速度；A为气-液接触面积；D为气体的扩散系数；cg为达到平衡时气相中待测组分的

7、浓度；cl为气液界面上的浓度。,由于扩散到气-液界面上的被测气态或蒸气分子迅速与吸收液发生反应或被吸收液溶解而被吸收，这时可认为cl0。如果吸收速度不考虑在液相的扩散，而只受在气泡内气相扩散的影响，则上式可写成：,因此，增大气-液接触面积可以提高吸收效率。空气样品是以气泡状通过吸收液的，气-液接触的总面积为：,式中，Q为采气流量；H为吸收管的液体高度；g为气泡的速度；d为气泡的平均直径。所以当采气流量Q一定时，要使气-液接触面积增加，应增加吸收管中液体的高度，尽量减小气泡的直径并使气泡通过吸收液时的速度减慢，以提高采样效率。,（2）吸收液的选择：p22,应根据待测污染物的理化性质和分析方法而定

8、，选择对被采集的空气污染物具有较大溶解度或发生化学反应速度快的吸收液；所采集的待测污染物在吸收液中应有足够长的稳定时间；吸收液的成分对分析测定应无影响。同时应该尽可能选用价廉、易得、无毒无害的吸收液。最理想的吸收液不仅可以吸收空气中的待测物，同时还可以用作显色液。,吸收液的选择,常用的吸收液有水、水溶液或有机溶剂等。一般酸性污染物可采用碱性吸收液；碱性污染物可采用酸性吸收液；有机蒸气易溶于有机溶剂，可采用加有一定量可与水互溶的有机溶剂作为吸收液。利用酸碱反应、氧化还原反应、沉淀反应、络合反应原理选择吸收液。p22,（3）常用的收集器,溶液吸收法常用的收集器主要有气泡吸收管、多孔玻板吸收管、冲击

9、式吸收管（用于气溶胶的采集）。,1）气泡吸收管（bubbling absorption tube）,有大型和小型气泡吸收管两种p35,大型气泡吸收管可盛510 ml吸收液，采样速度一般为0.51.5 L/min；小型气泡吸收管可盛13 ml 吸收液，采样速度一般为0.3 L/min。气泡吸收管内管的出气口的内径为1 mm，距管底距离为5 mm；外管直径上大下小，这样可使吸收液液柱增高，增加空气与吸收液的接触时间，以利待测物的吸收；外管上部直径较大，可以避免吸收液随气泡溢出吸收管。,气泡吸收管常用于采集气体和蒸气状态物质。使用前应进行气密性检查，并作吸收效率实验，通常要求单个气泡吸收管的吸收效率

10、达90%以上。如单管使用时，采样效率低，可将两个气泡吸收管串联采样。采样时应垂直放置，采样完毕，应该用管内的吸收液洗涤进气管内壁3次，再将吸收液倒出分析。,2）多孔玻板吸收管（fritted glass bubbler）,有直型和U型两种（见图），可盛510 ml 吸收液，采样速度0.11.0 L/min。采样时，空气流经多孔玻板的微孔进入吸收液，大气泡分散成许多小气泡，增大了气-液接触面积，同时又使气泡的运动速度减小，使采样效率较气泡吸收管明显提高。,p3536,多孔玻板吸收管通常用单管采样，主要用于采集气体和蒸气状态的物质，也可以采集雾状和颗粒较小的烟状污染物。但颗粒较大的烟、尘容易堵塞多

11、孔玻板的孔隙，不宜用多孔玻板吸收管采集。,2固体填充柱采样法（solid adsorbent sampling method）,利用空气通过装有固体填充剂的小柱时，空气中有害物质被吸附或阻留在固体填充剂上，从而达到浓缩的目的，采样后再通过解吸或洗脱供测定用。,（1）填充剂采样的原理：p23,固体填充剂是具有较大比表面积的多孔物质，对空气中多种气态或蒸气态污染物有较强的吸附能力，这种吸附作用通常包括物理吸附和化学吸附。颗粒状吸附剂可用于气体、蒸气和气溶胶的采样。应根据采样和分析的需要，选择合适的固体吸附剂。,填充柱采样管是将适当颗粒状固体吸附剂填充在一根适当内径（35 mm）和长度（610 cm

12、）的玻璃管内（见图）。,图 填充柱采样管p37,填充柱采样管的采样速度为0.10.5 L/min，采气阻力因吸附剂颗粒大小不同而变化。一般低流量采样时吸收效率较高。,（2）最大采气量和穿透容量：p23,用固体填充柱采样管在室温和相对湿度80%以上，以一定的采样流量采样时，当柱后流出的被采集组分浓度为进入浓度的5%时，固体填充剂所采集被测物的量称为穿透容量，以mg（被测物）/g（固体填充剂）表示；通过填充剂采样管的空气总体积称为穿透体积，也称为该填充柱的最大采样体积，以L表示。,穿透容量和最大采气量可以表示填充柱对被采集的某组分的采样效率（或浓缩效率）。穿透容量和最大采气体积越大，表明浓缩效率越

13、高。对于多组分的采集，则实际的采集体积应不超过穿透容量最小组分的最大采气体积。,影响穿透容量和最大采气量的主要因素： p24,填充剂的性质和用量、采气流速、被采集组分的浓度、填充柱采样管的直径和长度。此外，采样时的温度、空气中所含水分和二氧化碳也会影响最大采气量。,（3）填充柱的洗脱效率：,用填充柱采样后，通常采用两种方式将样品中的待测物洗脱下来进行分析。一是热解吸：将填充柱采样管插入加热器中，迅速加热解吸，用载气吹出，通入测定仪器中进行分离和测定。热解吸时的加热温度要适当，既要保证能定量解吸，也要避免待测物在高温下分解或聚合。热解吸法常用于空气中污染物的气相色谱分析。 二是溶剂洗脱：选用合适

14、的溶剂和洗脱条件，将被测物由填充柱中定量洗脱下来进行分析。,洗脱效率是指能够被热解吸或洗脱液洗脱下来的被测物的量占填充剂上采集的被测物总量的百分数。其计算公式为：,式中，E为洗脱效率；m为洗脱下来的被测物的量；M为滤料上被测物总量。,（4）填充剂的种类：,对于填充柱采样管，不仅要求采样浓缩效率高，而且解吸回收率也要高，因此正确选择合适的填充剂是关键。常用的颗粒状填充剂有：硅胶、活性炭、素陶瓷、氧化铝高分子多孔微球等。,1）硅胶（silica gel）,分子式为SiO2nH2O，是一种极性吸附剂，对极性物质有强烈的吸附作用。它既具有物理吸附作用，也具有化学吸附作用。,空气中水分对其吸附作用有影响

15、，吸水后会失去吸附能力。硅胶在使用前需在100200活化，以除去物理吸附水。硅胶的吸附力较弱，吸附容量小，被吸附的物质比较容易从硅胶上解吸。所采集的物质可在350下通氮气或清洁空气解吸附；也可用极性溶剂（如水、乙醇等）洗脱；还可用饱和水蒸气在常压下蒸馏提取。,2）活性炭（activated carbon）,是一种非极性吸附剂，可用于非极性和弱极性有机蒸气的吸附。其吸附容量大、吸附力强，但较难解吸。活性炭适宜于非极性或弱极性有机蒸气的采集，可在常温下或降低采集温度的条件下，有效采集低沸点的有机蒸气。被吸附的气体或蒸气可通氮气加热（250300）解吸或用适宜的有机溶剂（如二硫化碳）洗脱。,3）高分

16、子多孔微球（high polymer porosity micro-sphere）,是多孔性芳香族聚合物，使用较多的是二乙烯基与苯乙烯基的共聚物。它们具有表面积大、机械强度较高、热稳定性较好、对某些化合物具有选择性的吸附、解吸较容易等优良性能，广泛用作气相色谱固定相或空气污染物的采样。,主要用于采集有机蒸气，特别是一些分子较大，沸点较高，又有一定挥发性的有机化合物，如有机磷、有机氯农药以及多环芳烃等。可根据被采集污染物的理化性质，选择适宜的型号。可以根据待测物的性质，选择适合的多孔微球采样。通常使用2050目的高分子多孔微球。,表2-2 常用于空气样品采集的高分子多孔微球,高分子多孔微球在使用

17、前应经过净化处理：,先用乙醚浸泡，振摇15 min，除去高分子多孔微球吸附的有机物，弃除乙醚后再用甲醇清洗，以除去残留的乙醚；然后用水洗净甲醇，于102干燥15 min。也可以于索氏提取器内用石油醚提取24 h，然后在清洁空气中挥发除去石油醚，再在60活化24 h。净化处理的高分子多孔微球保存于密封瓶内。,与溶液吸收法相比，固体填充剂采样法有以下优点：p25,可以长时间采样，适用于大气污染组分的日平均浓度的测定。克服了溶液吸收法在采样过程中待测物的蒸发、挥发等损失和采样时间短等缺点。采用适当的固体填充剂对气体、蒸气和气溶胶都有较高的采样效率，而溶液吸收法通常对烟、尘等气溶胶的采集效率不高。采集

18、在固体填充剂上的待测污染物比在溶液中稳定，可存放几天甚至数周。在现场采样时，固体填充剂采样管携带方便。,3低温冷凝浓缩法又称为冷阱法（cold trap method）p25,空气中某些沸点较低的气态物质，在常温下用固体吸附剂很难完全阻留，利用致冷剂使收集器中固体吸附剂温度降低，以利于空气中低沸点物质被吸附而被采集。常用的致冷剂有冰-盐水（-10），干冰-乙醇（-72），液氮-乙醇（-117），液氮（-196）等。,采样管做成U型或蛇型，插入冷阱中（见图p26）,经低温采样，被测组分冷凝在采样管中，然后接到气相色谱仪进样口（六通阀），在常温或加热气化，通以载气、进入色谱仪中进行分离和测定。,在

19、采样管的进气端除去水分及CO2,低温冷凝浓缩采样时，由于空气中水分及CO2等也能被冷凝而被吸附，降低了固体填充剂的吸附能力和吸附容量。热解吸时，水分及CO2等也会同时气化，增大了气化体积，造成浓缩效率降低，甚至可能影响测定。所以，采样时应在采样管的进气端连接干燥管（如高氯酸镁、烧碱石棉、氢氧化钾、氯化钙等），以除去水分及CO2。应该注意，所选用的干燥剂不应造成空气中待测污染物的损失。,（二）无动力（无泵）采样法,又称为被动式采样法（passive sampling method）,该法是利用气体分子的扩散或渗透作用使其到达吸附剂表面或与吸收液接触而被采集，不需要抽气动力和流量计等装置，采样一定

20、时间后，检测被吸附或吸收的空气污染物。适宜于空气中气态或蒸气态有害物质的采集。根据采样原理不同，被动式采样法可分为扩散法和渗透法两类。,1扩散法 p30,利用污染物气体分子的扩散作用完成采样目的。根据费克（Fick）扩散第一定律，待测污染物分子在空气中由高浓度向低浓度方向扩散，其传质速度与该污染物的浓度梯度、污染物分子的扩散系数、扩散带的截面积以及扩散带的长度有如下关系：,式中，为待测污染物分子在空气中的传质速度，g/min；D为污染物分子在空气中的扩散系数，cm2/min；A为扩散带的截面积，cm2；L为扩散带的长度，cm； c0为待测污染物在空气中的浓度，mg/m3；c1为待测污染物在吸附

21、（收）介质表面处的浓度，mg/m3。,如果扩散至吸附（收）介质表面的待测污染物可以迅速而定量地被吸收，则可认为cl=0，此时，吸附（收）介质所采集到的待测污染物的质量为：,式中，m为吸附（收）介质所采集到的被测污染物的质量，g；t为采样时间，min。,上式表明，采样器采集污染物的质量与采样器本身的构造、污染物在空气中的浓度及其分子的扩散系数、采样时间有关。对于具体的污染物及构造一定的采样器，DA/L为常数，用K表示，单位为cm3/min。由于其单位与有动力采样器的采样流量相当，所以称为被动式采样器的采样速率。K 值可通过实验测得，因此，只要测得m和t，即可计算空气中被测污染物的浓度。,因为风速

22、直接影响有害物质在空气中的浓度梯度。风速太小（ 7.5 cm/s）时，空气很稳定，污染物在空气中分布不均，c0浓度不能代表空气中有害物质的实际浓度；风速大于7.5cm/s，对采样没有明显影响。当风速太大时，也会破坏扩散层，影响采样器的准确响应。而气温气压对其影响不大。,影响扩散法的因素主要是风速，,2渗透法 p31,利用空气中污染物气态或蒸气态分子的渗透作用来完成采样目的。分子通过渗透膜后被吸附（收）剂所吸附（收）。其采样原理与扩散法相似，可用扩散法相同的公式计算空气中待测污染物的浓度。不过，在这里，采样速率K除与待测污染物的性质有关外，还与渗透膜材料有关。,个体采样器（personal sa

23、mpler），p4950,随着室内空气污染监测的发展，个体接触量监测已经成为评价环境污染与人体健康影响的重要依据。在空气污染和人体健康的监测中，常采用无泵采样器作为个体采样器，见图2-9。组成：外壳、扩散层（渗透膜）、收集剂,图2-9 徽章式个体采样器,1.外壳； 2.压环；3. 核孔滤膜；4. 涤纶纱布；5. 压环；6. 吸收层；7. 托板；8. 底座,由于其体积小，重量轻，可以做成钢笔或徽章的形状，佩戴在人们的上衣口袋处，跟随人们的活动实时采样，采样后送回实验室分析，用于测定人们对污染物的接触量或空气污染物的时间加权平均浓度。被动采样器不仅可以用作个体监测器；也可悬挂于室内监测场所，连续采

24、样一定时间后，测定污染物的浓度，以评价室内空气质量。,第三节 气溶胶污染物的采样方法,气溶胶的采样方法主要有：沉降法、滤料法、冲击式吸收管法。,一、静电沉降法 p26,静电沉降法（electrostatic sedimentation method）是使空气样品通过高压电场（12 kV20 kV），气体分子被电离，产生的离子吸附在气溶胶粒子上而带电荷，在电场的作用下，带电荷的微粒沉降到极性相反的收集电极上，将收集电极表面的沉降物清洗下来，进行测定。此法采样速度快，采样效率高。但在有易爆炸性气体、蒸气或粉尘的现场，不能使用该采样方法。,二、滤料采样法(sampling method with f

25、ilter) p26,空气样品经抽气泵抽入装有滤料（滤纸或滤膜）的采样夹，空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤料上，根据滤料上被采集污染物的质量和采样体积，即可计算出空气中污染物浓度，这种采样方法称为滤料采样法。由于滤料具有体积小、重量轻，易存放，携带方便，保存时间较长的优点。它广泛用于采集空气中的颗粒态污染物。,图 滤料采样夹 p37,滤料采样夹用优质塑料制成，使用的滤料和滤料垫的直径应根据采集大气或作业场所的项目而定。滤料采样夹要求气密性好。,采用滤纸或滤膜等滤料采集空气中颗粒态污染物，采集机理有p27,直接阻挡作用，还有惯性沉降、扩散沉降、静电吸引等作用。在采样过程中，采样效率受滤料和气溶胶的性

26、质以及采样流速等因素的影响。,（一）常用的滤料种类,常用滤料有：定量滤纸、玻璃纤维滤纸、有机合成纤维滤料、微孔滤膜、浸渍试剂滤料等。,1定量滤纸（quantitative filter paper） p27,是由植物纤维素浆制成。它的优点是灰分低，机械强度高，不易破损，耐热（150），价格低廉。由于滤纸纤维较粗，孔隙较小，因此通气阻力大。采集的气溶胶颗粒进入滤纸内部，解吸较困难。采金属尘粒，易于处理，空白也低。滤纸的吸湿性大，不宜用作称重法测定空气中颗粒物的浓度。用于空气采样的主要是中、慢速定量滤纸或层析滤纸。,2玻璃纤维滤纸（glass fiber filter paper） p27,用超细

27、玻璃纤维制成，厚度小于1 mm。其优点是耐高温，可在低于500烘烤，去除滤纸上存在的有机杂质；吸湿性小、通气阻力小，适用于大流量法采集空气中低浓度的有害物质。玻璃纤维滤纸不溶于酸、水和有机溶剂，可用水、有机溶剂和稀硝酸等提取被测物质。常用于采集空气中的TSP，用重量法测其浓度，再分割做各种成分分析。,其缺点是金属空白值高，机械强度较差；溶液提取时，易成糊状，需要过滤；若要将玻璃纤维消解，需用氢氟酸或焦磷酸。石英玻璃纤维滤纸是以石英为原料制成的，克服了普通玻璃纤维滤纸空白值高的缺点，但是价格昂贵。,3聚氯乙烯滤膜（polyvinyl chloride filtration membrane）又称

28、为测尘滤膜。p28,具有静电性强、吸湿性小、阻力小、耐酸碱、孔径小、机械强度好、重量轻及金属空白值较低等优点，可溶于某些有机溶剂（如乙酸乙酯或乙酸丁酯）中，常用于粉尘浓度和分散度的测定。缺点是不耐热，最高使用温度为65；采样后样品处理时，加热会发生卷曲，可能包裹颗粒物；一般不应采用高氯酸消解样品，因为会发生剧烈氧化燃烧，造成样品损失。,4微孔滤膜（micro-pore filtration membrane）p28,由硝酸纤维素或乙酸纤维素制成的多孔有机薄膜。微孔滤膜质轻色白，表面光滑，机械强度较好，最高使用温度为125，可在沸水乃至高压釜中蒸煮。它能溶于丙酮、乙酸乙酯、甲基异丁酮等有机溶剂；

29、也易溶于热的浓酸，但几乎不溶于稀酸中。其采样效率高，灰分低，特别适宜于采集气溶胶中的金属元素。微孔滤膜具不同大小和孔径规格，常用的孔径规格为0.11.2 m。采集气溶胶一般选用0.8 m孔径的微孔滤膜，但是微孔滤膜的通气阻力较大，采样速度显著低于聚氯乙烯滤膜和玻璃纤维滤纸。,5聚氨酯泡沫塑料（polyurethane foam plastic）,是由泡沫塑料的细泡互相连通而成的多孔滤料，表面积大，通气阻力小，适宜于较大流量的采样。常用于以气溶胶和蒸气态两相共存的某些污染物的同时采集。使用前应进行处理，先用1 mol/L NaOH煮沸浸泡数10 min，然后用水洗净，风干。用于有机污染物的采集时

30、，可用正己烷等有机溶剂经索氏提取48 h后，除尽溶剂，再风干。处理好的聚氨酯泡沫塑料应密闭保存，使用过的聚氨酯泡沫塑料经处理后可以反复使用。,采样滤料的选择p2831,应根据分析的目的和要求，选择采样滤料。所选用的滤料在采样条件下应有足够高的采样效率，较小的采气阻力，本身的重量轻，机械强度好，滤料中待测组分的空白值低，而且被采集的污染物容易定量洗脱或提取。玻璃纤维滤纸和合成纤维滤料的阻力较小，可用于较大流量的采样。对金属污染物分析，最好采用金属空白值低的微孔滤膜。而对有机污染物分析，可选用经高温预处理后的玻璃纤维滤纸等。,三、冲击式吸收管,冲击式吸收管（impinger）其外形与直型多孔玻板吸

31、收管相同，内管与气泡吸收管相似，内管应垂直于外管管底，出气口的内径为1.0 mm0.1 mm，管尖距外管底5.0 mm0.1 mm（见图2-11）。,(p36),冲击式吸收管主要用于采集烟、尘等气溶胶，p22,吸收管可盛510 ml吸收液，采样速度为 3L/min。采样时，冲击式吸收管主要用于采集烟、尘等气溶胶，由于采气流量大，待测物随气流以很快的速度冲出内管管口，因惯性作用冲击到吸收管的底部与吸收液作用而被吸收。管尖内径大小及其距管底的距离，对采样效率影响很大。使用前也应进行采样效率实验和气密性检查。,冲击式吸收管不适用采集气态物质，,因为气体分子的惯性很小，在快速抽气情况下，容易随空气一起

32、跑掉，只有在吸收液中溶解度很大或与吸收液反应速度很快的气体分子，才能吸收完全。,第四节 气态和气溶胶两种状态同时采样法p31,许多空气污染物并不是以单一状态存在，常以气态和气溶胶两种状态共存于空气中。需要同时采集和测定空气中的颗粒物和与之共存的气态组分，并在采样时不改变它们的存在状态，主要的采样方法有：浸渍试剂滤料、泡沫塑料、多层滤料、环形扩散管与滤料联用采样法。,一、浸渍滤料法p31,浸渍滤料法是采用某种化学试剂浸渍在滤纸（或滤膜）上作为采样滤料，利用滤料的物理阻留和吸附以及与浸渍在滤料上的试剂发生化学反应，可以同时采集气态和颗粒态污染物。浸渍滤料的采样效率高，应用范围较广泛。P31如用三乙

33、醇胺甘油溶液浸渍的玻璃纤维滤纸采集气态NO2和其盐类化合物。,二、泡沫塑料采样法p32,聚氨基甲酸酯泡沫塑料比表面积大，气阻小，适用较大流量的采样，常用于采集半挥发性的污染物，如杀虫剂、农药等。这些污染物在空气中是以蒸气态和气溶胶两种状态存在，由于聚氨酯泡沫塑料具有多孔性，既可以阻留气溶胶，又可以吸附有机蒸气。,图2-12 泡沫塑料采样装置,通常采用滤料采样夹，将玻璃纤维滤纸置于泡沫塑料之前采集颗粒物，采样夹的下方联接一个可装4块泡沫塑料（每块长4 cm，直径3 cm）的圆筒，蒸气态污染物则采集在泡沫塑料上。泡沫塑料使用前需预处理，除去杂质。这一方法已成功地用于空气中多环芳烃的蒸气和气溶胶的测

34、定。,三、多层滤料采样法p32,用两层或三层滤料串联组成一个滤料组合体（如图），第一层滤料采集颗粒物，常用聚四氟乙烯（teflon）滤膜、玻璃纤维滤纸或其他有机纤维滤料，第二层或第三层滤料用浸渍试剂滤纸，采集通过第一层的气态组分。,例如无机氟化物的采集，第一层用乙酸纤维素或硝酸纤维素滤膜采集颗粒态氟化物，第二层用甲酸钠或碳酸钠浸渍滤纸采集气态氟化物。为了减少气态氟化物在第一层滤膜上的吸附，可采用带有加热套的采样夹。,多层滤料采样法存在的主要问题是：,气体通过第一层滤料时，气体可能被吸附或发生反应造成损失，特别是使用玻璃纤维滤膜采样时更为突出；一些活泼的气体与采集在第一层滤料上的颗粒物反应，以及

35、颗粒物在采样过程中分解导致气相组分和颗粒物组成发生变化，造成采样和测定误差。,四、环形扩散管和滤料组合采样法,（一）扩散管和滤料组合（denuder/filter pack sampling）是针对多层滤料采样法的缺点发展起来的。采样装置由扩散管和滤料夹组成，扩散管为内壁涂有吸收液膜的玻璃管。,p33,扩散管和滤料组合采样器采集原理,当空气进入扩散管时，气体污染物分子质量小，惯性小，易扩散到管壁上，被吸收液所吸收；颗粒物则受惯性作用通过扩散管，被后面的滤料阻留。气体的采样效率与扩散管的长度以及气体流量有关。通常扩散管的内径为26 mm，长度为100500 mm，采气流量小于2 L/min。,（

36、二）环形扩散管和滤料组合采样法（annular denuder/filter pack sampling）,是在扩散管和滤料组合采样法的基础上进一步发展起来的，可以在较大流量下采样。,图2-15 环形扩散管和滤料联合采样装置,装置由：p34颗粒物切割器，环形扩散管滤料夹三个部分所组成。,环形扩散管是由玻璃制成的两个同心玻璃管，外管长2030 cm，内径34 cm，内管为两端封闭的空心玻管，内外管间的环缝为0.10.3 cm，两段环形扩散管可以涂渍不同的试剂。环形扩散管临用前涂渍适当的吸收液后，用净化的热空气流干燥，密闭待用。采样时先将涂渍不同试剂的两段环形扩散管连接，再与后面的滤膜采样夹相连接

37、。颗粒物切割器常用的有撞击式和旋风式两种。,环形扩散管与滤料组合采样法的应用,已广泛应用与大气和室内空气中气态和气溶胶共存的污染物采样。例如用分别涂渍1% Na2CO3甲醇溶液和5% H3PO4甲醇溶液的两段环形扩散管同时收集室内空气和大气中气态氨、硝酸、氯化氢和二氧化硫气体，并用聚四氟乙烯滤膜和尼龙（Nylon）滤膜置于环形扩散管之后采集相应的颗粒物，均获得满意的结果。环形扩散管价廉，并可反复使用，但是环形扩散管的设计和加工要求精度较高，否则颗粒物通过扩散管环缝时也可能因碰撞或沉积而造成损失。,第五节 采样仪器p34,空气采样仪器，又称为空气采样器（air sampler），指以一定的流量采

38、集空气样品的仪器，通常组成由：收集器、抽气动力流量调节装置等。,一、采气动力p43,采样过程中需要使用抽气动力，使空气进入或通过收集器。实际工作中，应根据采样方法的流量和采样体积选择合适的抽气动力。常用的采气动力（sampling power）有：手抽气筒、水抽气瓶、电动抽气机压缩空气吸引器等。,1手抽气筒 p44,是由一个金属圆筒和活塞构成。拉动活塞柄，利用活塞往返运动，可连续抽气采样。它根据抽气筒的容积和抽气次数可以控制和计算采气量，利用抽气快慢控制采样速度。适用于无电源、采气量小和采气速度慢的情况下采样。手抽气筒使用前应校正容积，检查是否漏气。,2水抽气瓶p44,高位瓶中水面下降的体积刻

39、度，即为所采集的空气体积。适用于采样速度2 L/min、无电源或者易燃、易爆的现场采样。水抽气瓶可用玻璃瓶，也可采用塑料瓶。为了准确测量采样体积，采样前应对水抽气瓶进行密闭性能检查。,3电动抽气机p44,种类较多，常见的有以下几种： （1）吸尘器： （2）真空泵： （3）刮板泵：适用于各种流速的采集器，可进行较长时间采样，具有重量轻、体积小、使用寿命长和克服阻力性能好等特点。 （4）薄膜泵：该泵噪声小，重量轻，能克服一定的阻力。根据泵体的大小，采气范围为0.53 L/min。广泛用作大气采样器和大气自动分析仪器的抽气动力。,4压缩空气吸引器（compressed air aspirator）

40、又称为负压引射器,利用压缩空气高速喷射时，吸引器产生的负压作为抽气动力。适用于禁用明火及无电源但具备压缩空气的场所，特别适用于矿山井下采样，可以连续使用。采样时控制压缩空气的喷射量可调节采样速度。,1.压缩空气2. 吸气口接吸收管,二、气体流量计（gas flowmeter）p38,（一）气体流量计的种类常用的主要有：孔口流量计（orifice flowmeter）、转子流量计（rotator flowmeter）、皂膜流量计（soap bubble flowmeter）湿式流量计（wet flowmeter）四种。,孔口流量计和转子流量计，轻便、易于携带，适合于现场采样；皂膜流量计和湿式流量

41、计测量气体流量较精确，一般用来校正其它流量计。皂膜流量计、湿式流量计直接测量气体流过的体积值；转子流量计、孔口流量计测量气体的流量。由于空气的体积受到很多因素的影响，使用前应校正流量计的刻度。,1转子流量计 p39,由一根内径上大下小的玻璃管和转子组成。 转子可以是铜、铝、不锈钢或塑料制成的球体或上大下小的锥体。由于玻璃管中转子下端的环形孔隙截面积比上端的大，当气体从玻璃管下端向上流动时，转子下端的流速小于上端。因此，气体对转子的压力下端比上端大，这一压力差（P）使转子上升。另外，气流对转子的摩擦力，也使转子上升。,当压力差、摩擦力共同产生的上升作用力与转子自身的重量相等时，转子就停留在某一高

42、度，这一高度的刻度值指示这时气体的流量（Q）。气体流量与采样时间的乘积即为采集气体的量。气体流速越大，转子上升越高。气体流量计算公式如下：,式中，k为常数；为空气密度，mg/m3。由于气温、气压等因素对空气密度有影响，因此气体流量也受气温和气压的影响。,采样前，应将转子流量计的流量旋钮关至最小，开机后由小到大调节流量至所需的刻度。应在收集器与流量计之间连接一个小型缓冲瓶，以防止吸收液流入流量计中而损坏采样仪。在实际采样中，若空气湿度大，应在转子流量计进气口前连接干燥管除湿，以防转子吸附水分增加自身质量，使流量测量结果偏低。,2孔口流量计p38,是一种压力差计，它有隔板式和毛细管式两种类型。 在

43、水平玻璃管的中部有一个狭窄的孔口（隔板），孔口前后各连接U形管的一端（图2-19），U形管中装有液体。不采样时U形管两侧液面在同一水平面上；采样时，有气体流经孔口，因阻力产生压力差。孔口前压力大，液面下降；孔口后压力小，液面上升；液柱差与两侧压力差成正比，与气体流量成正比关系。常用流量计的孔口为1.5或3.0 mm，相应的流量为5或15 L/min。,孔口流量计的流量可用下式计算：,式中，Q为流量，L/min；H为液柱差，mm；为空气的密度，mg/m3；l为孔口流量计中液体的密度，mg/ml。所用液体一般是着色的液体石腊或水，便于读数。同转子流量计一样，孔口流量计的气体流量受气温和气压的影响。

44、,3皂膜流量计p38,由一根带有体积刻度的玻璃管和橡皮球组成（图2-20）。 记录肥皂膜从起始刻度到终止刻度所示的体积值及相应的时间，即可计算出气体的流量。,由于皂膜流量计的体积刻度可以进行校正，并用秒表计时，因此皂膜流量计测量气体流量精确，常用于校正其它种类的流量计。 根据玻璃管内径大小，皂膜流量计可以测量1100 ml/min的流量，测量误差小于1%。皂膜流量计测定气体流量的主要误差来源是时间的测量，因此要求气流稳定，皂膜上升速度不超过4 cm/s，保证皂膜有足够长的时间通过刻度区。,4湿式流量计p39,由一个金属筒制成，内装半筒水，筒内装有一个绕水平轴旋转的鼓轮将圆筒内腔分成四个小室（图

45、2-21）。,当气体由进气管进入小室时，推动鼓轮旋转，鼓轮的转轴与筒外刻度盘上的指针连接，指针所示读数即为通过气体的流量。刻度盘上的指针每旋转一圈为5 L或10 L。记录测定时间内指针旋转的圈数就能得出气体流过的体积。在湿式流量计上方配有压力计和温度计，可测定通过气体的温度和压力。,湿式流量计上附有一个水平仪，底部装有螺旋，可以调节水平位置；前方一侧有一水位计，多加的水可从水位计的出水口溢出，保证筒内水量准确。使用前应进行漏气、漏水检查，否则会影响流量的准确测量。,不同的湿式流量计由于进气管内径不同，最大流量限额不一样。盘面最大刻度为10 L的湿式流量计，其最大流量限额为25 L/min；5

46、L的则为12.5 L/min。湿式流量计测量气体流量准确度较高，测量误差不超过5%。但自身笨重，携带不便，常用于实验室中校正其它流量计。,三、专用采样器p45,在空气检验中为了便于采样，通常将收集器、气体流量计和抽气动力组装在一起形成专用采样器。根据采样工作需要，采样时可以选择不同的收集器；一般专用采样器选用转子流量计测量流量，以电动抽气机作为采样动力。不少采样器上还装有自动计时器，能方便、准确地控制采样时间。专用采样器体积小、重量轻，携带方便，操作简便。根据其用途，专用采样器可分为以下几种：,（一）大流量采样器 p46,其流量范围为1.11.7 m3/min，滤料夹上可安装200 mm250

47、 mm的玻璃纤维滤纸，抽气动力为电动抽气机。,大流量采样器,空气由山形防护顶盖下方狭缝处进入水平过滤面。采集颗粒物的粒径范围为0.1100 m 。采样时间可持续824 h。利用压力计或自动电位差计连续记录采样流量，适用于大气中总悬浮颗粒物的采集。,（二）中流量采样器,中流量采样器由空气入口防护罩、采样夹、转子流量计、吸尘器等组成。,p47,中流量采样器,工作原理与大流量采样器基本相同，但采气流量和集尘有效过滤面积较大流量采样器小，有效集尘面的直径为100 mm，通常以200250 L/min流量采集大气中的总悬浮颗粒物。采样滤料常用玻璃纤维滤纸或有机纤维滤膜，采样时间为824 h。使用前，应校

48、准其流量计在采样前后的流量。,（三）小流量采样器 p47,小流量采样器的结构与中流量采样器相似。采样夹可装上直径40 mm的滤纸或滤膜，采气流量2030 L/min。由于采气量少，需较长时间的采样，才能获得足够用于分析的样品，通常只适宜做单项组分的测定。如可吸入颗粒物采样器或PM10采样器，采气流量为13 L/min，入口切割器上切割粒径为30 m，D50=（101）m 。,（四）分级采样器p47,通常可在采样器的入口处加一粒径分离切割器构成分级采样器。图2-24是大流量分级采样器。粗的颗粒被粒径分离切割器所截留，细的颗粒通过切割器后，被后面的滤料所收集。采样后分别用称量法或其它方法测定各级滤

49、料上所采集的颗粒物含量和成分。,图2-24 分级采样器,p48,分级采样器有二段式和多段式两种类型。二段式主要用于测定TSP和PM10，多段式可分别采集不同粒径范围的颗粒物，用于测定颗粒物的粒度分布。 粒径分离切割器的工作原理有撞击式、旋风式和向心式等多种形式。,（五）粉尘采样器,携带式粉尘采样器（portable dust sampler）用于采集粉尘，以测定空气中粉尘浓度、分散度，游离二氧化硅。粉尘采样器的采样速度一般为1030 L/min。它配有滤料采样夹，可使用滤纸或滤膜采样。粉尘采样器又分为固定式和携带式两种。,携带式粉尘采样器（见图2-25）由滤料采样夹、流量计、抽气机等组成，可用三脚支架支撑，采样高度为1.01.5 m。它带有两个采样夹，可以进行平行采样。常用于采集工作场所空气中的烟和尘。,（六）气体采样器p45,携带式气体采样器（portable gas sampler）的结构示意图。 p45,它用于采集空气中气体和蒸气状态有害物质，采样速度一般在0.21.5 L/min范围内，所用抽气动力多为薄膜泵。携带式气体采样器适用于与阻力和流量较小的气泡吸收管和多孔玻板吸收管等收集器。该仪器轻便、易携，常用于现场采样。,