大氣採樣

大氣採樣是指採集大氣中污染物樣品或受污染空氣樣品的方法，採集方法一類是使大量空氣通過液體吸收劑或固體吸附劑，將大氣中濃度較低的污染物富集起來，如抽氣法、濾膜法。另一類是用容器（玻璃瓶、塑膠袋等）採集含有污染物的空氣。

基本介紹

• 中文名：大氣採樣
• 外文名：Air sampling
• 採樣方法：直接取樣法和濃縮取樣法
• 所屬學科：環境科學
• 注意事項：選擇合適的採樣方式
• 套用領域：環境監測

簡介

當大氣中被測組分濃度較高或分析方法很靈敏時，採用直接取樣法，常用的取樣容器有注射器、塑膠袋和一些固定容器等，測得的為大氣中污染物的瞬時濃度或短時間內的平均濃度；當大氣中被測組分濃度較低時，採用濃縮取樣法，包括溶液吸收法、填充小柱採樣法、低溫冷凝法和濾料採樣法，此法測得的為採樣時間內大氣中污染物的平均濃度。大氣採樣要根據採樣的目的和現場情況，選擇合適的採樣方式，確保採集的樣品應具有代表性。

現場採樣

前者測得的是採樣時間內大氣中污染物的平均濃度；後者測得的是瞬時濃度或短時間內的平均濃度。採樣的方式應根據採樣的目的和現場情況而定。所採樣品應有代表性。採樣效率要高，操作務求簡便，並便於進行隨後的分析測定，以獲得可靠的大氣污染的基本數據。

採樣點的布設

污染源調查

確定採樣點布設之前，應進行詳細的調查研究，其內容包括：

1、對本區大氣污染源調查，初步分析出各塊地域的污染源概況；

2、了解本地區常年主導風向，大致估計出污染物的可能擴散概況；

3、利用人民來信來訪或人群調查，初步判斷污染物的影響程度；

4、利用已有的監測資料推斷分析應設點的數量和方位。

採樣點的布設原則

1、採樣點應設在整個監測區域的高、中、低三種不同污染物濃度的地方；

2、在污染源比較集中、主導風向比較明顯的情況下，應將污染源的下風向作為主要監測範圍，布設較多的採樣點，上風向布設少量點作為對照；

3、工業較密集的城區和工礦區，人口密度及污染物超標地區，要適當增設採樣點，城市郊區和農村，人口密度小及污染物濃度低的地區，可酌情少設採樣點；

4、採樣點的周圍應開闊，採樣口水平線與周圍建築物高度的夾角應不大於30°。測點周圍無局部污染源，並應避開樹木及吸附能力較強的建築物。交通密集區的採樣點應設在距人行道邊緣至少1.5m遠處；

5、各採樣點的設定條件要儘可能一致或標準化，使獲得的監測數據具有可比性；

6、採樣高度根據監測目的而定，研究大氣污染對人體的危害，應將採樣器或測定儀器設定於常人呼吸帶高度，即採樣口應在離地面1.5～2m處；研究大氣污染對植物或器物的影響，採樣口高度應與植物或器物高度相近。連續採樣例行監測採樣口高度應距地面3～15m；若置於屋頂採樣，採樣口應與基礎面有1.5m以上的相對高度，以減小揚塵的影響。特殊地形地區可視實際情況選擇採樣高度。

採樣點的數目

採樣點的數目設定是一個與精度要求和經濟投資相關的效益函式，應根據監測範圍大小、污染物的空間分布特徵、人口分布密度、氣象、地形、經濟條件等因素綜合考慮確定。

採樣點布點方法

1、功能區布點法 一個城市或一個區域可以按其功能分為工業區、居民區、交通稠密區、商業繁華區、文化區、清潔區、對照區等。各功能區的採樣點數目的設定不要求平均，通常在污染集中的工業區、人口密集的居民區、交通稠密區應多設採樣點。同時應在對照區或清潔區設定1～2個對照點。

2、幾何圖形布點法 目前常用以下幾種布設方法：

① 格線布點法

這種布點法是將監測區域地面劃分成若干均勻網狀方格，採樣點設在兩條直線的交點處或方格中心。每個方格為正方形，可從地圖上均勻描繪，方格實地面積視所測區域大小、污染源強度、人口分布、監測目的和監測力量而定，一般是1～9km²布一點。若主導風向明確，下風向設點應多一些，一般約占採樣點總數的60%。這種布點方法適用於有多個污染源，且污染源分布比較均勻的情況。

② 同心圓布點法

此種布點方法主要用於多個污染源構成的污染群，或污染集中的地區。布點是以污染源為中心畫出同心圓，半徑視具體情況而定，再從同心圓畫45°夾角的射線若干，放射線與同心圓圓周的交點即是採樣點。

③ 扇形布點法

此種方法適用於主導風向明顯的地區，或孤立的高架點源。以點源為頂點，主導風向為軸線，在下風向地面上劃出一個扇形區域作為布點範圍。扇形角度一般為45°～90°。採樣點設在距點源不同距離的若干弧線上，相鄰兩點與頂點連線的夾角一般取10°～20°。

以上幾種採樣布點方法，可以單獨使用，也可以綜合使用，目的就是要求有代表性地反映污染物濃度，為大氣監測提供可靠的樣品。

採樣時間和採樣頻率

採樣時間指每次採樣從開始到結束所經歷的時間，也稱採樣時段。不同污染物的採樣時間要求不同，我國大氣質量分析方法對每一種污染物的採樣時間都有明確規定。

採樣頻率指在一定時間範圍內的採樣次數。顯然採樣頻率越高，監測數據越接近真實情況。例如：在一個季度內，每六天採樣一天，而一天內又間隔相等時間採樣測定一次(如在2、8、14、20時採樣)，求出日平均、月平均、季度平均監測結果。目前我國許多城市建立了空氣品質自動監測系統，自動監測儀器24小時自動線上工作，可以比較真實地反映當地的大氣質量。對於人工採樣監測，應做到：在採樣點受污染最嚴重時採樣；每日監測次數不少於3次；最高日平均濃度全年至少監測20天，最大一次濃度樣品不得少於25個。

採樣方法

大氣樣品的採集方法一般分為直接採樣法和富集(濃縮)採樣法兩種。直接採樣法適用於大氣中被測組分濃度較高或者所用監測方法十分靈敏的情況，此時直接採取少量氣體就可以滿足分析測定要求。直接採樣法測得的結果反映大氣污染物在採樣瞬時或者短時間內的平均濃度。富集(濃縮)採樣法適用於大氣中污染物的濃度很低，直接取樣不能滿足分析測定要求的情況，此時需要採取一定的手段，將大氣中的污染物進行濃縮，使之滿足監測方法靈敏度的要求。由於濃縮採樣法採樣需時較長，所得到的分析結果反映大氣污染物在濃縮採樣時間內的平均濃度。

直接採樣法

直接採樣法按採樣容器不同分為玻璃注射器採樣法、塑膠袋採樣法、球膽採樣法、採氣管採樣法和採樣瓶採樣法等。

a 玻璃注射器採樣

用大型玻璃注射器(如100 mL注射器)直接抽取一定體積的現場氣樣，密封進氣口，送回實驗室分析。注意：取樣前應必須用現場氣體沖洗注射器3次，樣品需當天分析完。

b 塑膠袋採樣

用塑膠袋直接取現場氣樣，取樣量以塑膠袋略呈正壓為宜。注意應選擇與採集氣體中的污染物不起化學反應，不吸附、不滲漏的塑膠袋；取樣前應先用二聯橡皮球打進現場空氣沖洗塑膠袋2～3次。

c 球膽採樣

要求所採集的氣體與橡膠不起反應，不吸附。用前先試漏，取樣時同樣先用現場氣沖洗球膽2～3次後方可採集封口。

d 採氣管採樣

採氣管是兩端具有旋塞的管式玻璃容器，其容積為100～500mL。採樣時，打開兩端旋塞，將二聯球或抽氣泵接在管的一端，迅速抽進比採樣管容積大6～10倍的欲採氣體，使採氣管中原有氣體被完全置換出，關上兩端旋塞，採氣體積即為採氣管的容積。

e 採樣瓶採樣

採樣瓶是一種用耐壓玻璃製成的固定容器，容積為500～1000mL。採樣時先將瓶內抽成真空並測量剩餘壓力，攜帶至現場打開瓶塞，則被測空氣在壓力差的作用下自動充進瓶中，關閉瓶塞，帶回實驗室分析。

富集(濃縮)採樣法

濃縮採樣法有以下幾種，可根據監測目的和要求進行選擇。

a 溶液吸收法

用抽氣裝置使待測空氣以一定的流量通入裝有吸收液的吸收管，待測組分與吸收液發生化學反應或物理作用，使待測污染物溶解於吸收液中。採樣結束後，取出吸收液，分析吸收液中被測組分含量。根據採樣體積和測定結果計算大氣污染物質的濃度。

常用的吸收液有水、水溶液、有機溶劑等。吸收液吸收污染物的原理分為兩種：一種是氣體分子溶解於溶液中的物理作用，例如用水吸收甲醛；另一種是基於發生化學反應的吸收，例如用鹼性溶液吸收酸性氣體。伴有化學反應的吸收速度顯然大於只有溶解作用的吸收速度。因此，除溶解度非常大的氣體外，一般都選用伴有化學反應的吸收液。對吸收液的要求：一是對氣態污染物質溶解度大，與之發生化學反應的速度快；二是污染物質在吸收液中有足夠的穩定時間；三是要便於後續分析測定工作；四是價格便宜，易於得到。

根據吸收原理不同，常用吸收管可分為氣泡式吸收管、衝擊式吸收管、多孔篩板吸收管(瓶)3種類型。

1、氣泡式吸收管 管內裝有5～10mL吸收液，進氣管插至吸收管底部，氣體在穿過吸收液時，形成氣泡，增大了氣體與吸收液的界面接觸面積，有利於氣體中污染物質的吸收。氣泡吸收管主要用於吸收氣態、蒸氣態物質。

2、衝擊式吸收管 適宜採集氣溶膠態物質。因為該吸收管的進氣管噴嘴孔徑小，距瓶底又很近，當被採氣樣快速從噴嘴噴出沖向管底時，氣溶膠顆粒因慣性作用衝擊到管底被分散，從而易被吸收液吸收。但衝擊式吸收管不適合採集氣態和蒸氣態物質，因為氣體分子的慣性小，在快速抽氣情況下，容易隨空氣一起逃逸。衝擊式吸收管的吸收效率是由噴嘴口徑的大小和噴嘴距瓶底的距離決定的。

3、多孔篩板吸收管(瓶) 氣體經過多孔篩板吸收管的多孔篩板後，形成很小的氣泡，同時氣體的阻留時間延長，大大地增加了氣-液接觸面積，從而提高了吸收效果。各種多孔篩板的孔徑大小不一，要根據阻力要求進行選擇。多孔篩板吸收管(瓶)不僅適用於採集氣態和蒸氣態物質，也適用於採集氣溶膠態物質。

溶液吸收法的吸收效率主要決定於吸收速度，而吸收速度又取決於吸收液對待測物質的溶解速度和待測物質與吸收液的接觸面積和接觸時間。因此，提高吸收效率，必須根據待測物質的性質和在大氣中的存在形式，正確地選擇吸收溶液和吸收管。

b 填充柱阻留法

填充柱是用一根長6～10cm，內徑3～5mm的玻璃管或塑膠管，內裝顆粒狀填充劑製成。採樣時，讓氣樣以一定流速通過填充柱，欲測組分因吸附、溶解或化學反應等作用被阻留在填充劑上，達到濃縮採樣的目的。採樣後，通過解吸或溶劑洗脫，使被測組分從填充劑上釋放出來進行測定。根據填充劑阻留作用原理，填充柱可分為吸附型、分配型和反應型三種類型。

1、吸附型填充柱填充劑是固體顆粒狀吸附劑如活性炭、矽膠、分子篩、高分子多孔微球等多孔性物質，具有較大的比表面積，吸附性強，對氣體、蒸氣分子有較強的吸附性。吸附劑對物質的吸附能力是不同的，一般說來，極性吸附劑對極性物質吸附力強，非極性吸附劑對非極性物質的吸附力強。測定不同物質應選用不同的吸附劑作為填充劑。然而，吸附劑吸附能力越大，被測物質的解吸就越困難，所以，選擇吸附劑時，應綜合考慮吸附劑對被測物質的吸附和解吸兩方面的因素。

2、分配型填充柱填充柱內裝填充劑是表面塗有高沸點有機溶劑(如異十三烷)的惰性多孔顆粒物(如硅藻土)，高沸點有機溶劑稱為固定液，惰性多孔顆粒物稱為固定相。採樣時，氣樣通過填充柱，在有機溶劑中分配係數大的組分保留在填充劑上而被富集。如用塗有5%的甘油的矽酸鋁載體做固體吸附劑，可以把空氣中的六六六、狄氏劑、DDT、多氯聯苯(PCB)等污染物阻留富集。富集後，用甲醇溶出吸附物，分析測定。

3、反應型填充柱反應型填充柱的填充劑可以是能與被測物起反應的純金屬細絲或細粒(如A1、Au、Ag、Cu、Zn等)，也可以用固體顆粒物(石英砂、玻璃微球等)或纖維狀物(濾紙、玻璃棉等)表面塗一層能與被測物起反應的化學試劑製成。當氣體通過反應型填充柱時，被測物質在填充劑表面上發生化學反應而被阻留下來。採樣後，將反應產物用適當的溶劑洗脫或加熱吹氣解吸下來進行分析測試。

c 濾料採樣法

這種方法是將過濾材料(濾紙或濾膜)夾在採樣夾上。採樣時，用抽氣裝置抽氣。氣體中的顆粒物質被阻留在過濾材料上。根據過濾材料採樣前後的質量和採樣體積，即可計算出空氣中顆粒物的濃度。這種方法主要用於大氣中的氣溶膠、降塵、可吸人顆粒物、煙塵等的測定。

d 低溫冷凝採樣法

低溫冷凝採樣法是將U形管或蛇形採樣管插入冷阱中，大氣流經採樣管時，被測組分因冷凝從氣態轉變為液態凝結於採樣管底部，達到分離和富集的目的。

e 自然積集法

這種方法是利用物質的自然重力、空氣動力和濃差擴散作用採集大氣中的被測物質，如自然降塵量、硫酸鹽化速率、氟化物等大氣樣品的採集。這種方法不需要動力設備，簡單易行，且採樣時間長，測定結果能較好地反映大氣污染情況。