第二章  空气样品的采集

空气样品（Airsample)具有流动性和易变性， 空气中有害物质的存在状态、浓度和分布状况易受气象条件的影响而发生变化，要正确地反映空气污染的程度、范围和动态变化的情况，必须正确采集空气样品。否则，即使采用灵敏和精确的分析方法，所测得的结果也不能代表现场空气污染的真实情况。因此，空气样品的采集是空气理化检验中至关重要的环节。

空气样品的采集原则是根据监测目的和检验项目，采集具有代表性的样品，以保证空气理化检验结果的真实性和可靠性。为此，在对采样现场调查的基础上，应该选择好采样点、采样时间和频率；要根据待测物在空气中的存在状态、理化性质、浓度和分析方法的灵敏度选择合适的采样方法和采样量；正确使用采样仪器，要建立相应的空气采样质量保证体系；在采样过程中尽量避免采样误差；在样品的采集、运输、贮存、处理和分析等过程中，要确保样品待测组分稳定，不变质，不受污染；保证采集到足够的样品量，以满足分析方法的要求。

根据检测目的不同，本章按大气、工作场所和室内环境分别阐述空气样品采样点的选择；根据待测物在空气中的存在状态，按空气中气态、气溶胶和两种状态共存的污染物分别介绍空气样品的采集方法和原理以及最小采气量和采样效率等基本概念。

第一节  采样点的选择

采集空气样品的地点称为采样点（sampling site)。采样点的选择是否正确，直接关系到所采集样品的代表性和真实性。空气理化检验目的不同，选择的采样点也不相同。

一、大气样品采样点的选择

对于大气污染调查的采样点选择，首先应根据大气污染监测目的进行调查研究，收集必要的基础资料，经过综合分析，设计布点网络，确定采样频率、采样方法和监测技术。大气污染监测有三个主要目的：①通过对大气环境中主要污染物进行定期或连续地监测，判断大气质量是否符合大气质量标准，并对大气环境质量状况作出评价。②研究大气质量的变化规律和发展趋势，为开展大气污染的预测预报工作提供依据。③研究大气环境污染与人体健康的关系，为修订大气环境质量标准提供基础资料和依据。

（一)大气污染采样调查

大气污染是由固定污染源和流动污染源排放的污染物扩散造成的，而污染物的扩散又直接与排放量、时间和空间有关，受气象、季节、地形等因素的影响极大。在设计采样方案和选择采样点前，应根据监测的目的，对所检测区域的污染源类型、位置、主要污染物及排放量、排放高度、一次污染物及二次污染物等情况进行全面调查；了解采样地区的功能、人口分布、居民和动植物受大气污染危害情况及流行性疾病等资料；掌握该地区所处的地理位置、气象条件（包括风向、风速、气温、温度变化和温度的垂直分布)、大气稳定性等地形和气象情况。综合考虑上述因素的影响，正确选择空气样品的采样点，使采集的样品具有代表性和真实性。

空气污染物对其周围区域空气的污染程度，与风向、风速和污染物的排出高度直接相关，选择采样点时应首先考虑到这些因素的影响。

1．风向和风速的影响  风向通常分为北、东北、东、东南、南、西南、西和西北八个方位。在长期观测风向的记录中，从某个方位吹来的风的重复次数与各个方位吹来的风的总次数的百分比，称为风向频率。根据风向频率绘制成风向频率图。

表2-1  风向频率和烟污强度系数

风向频率最大的风向称为主导风向，简称主风向。若各方位的平均风速差异不大，主风向的下风向受污染严重。通常从污染源排出的废气受主风向影响最大，主风向的上风向较远处为无污染区，常选作无污染的清洁对照采样点。由表2-1和图2-1可见，主导风向为北风，主导风向的下风向（南方)受污染严重，污染源的南方区域是严重污染区。风向频率最小的西南风的下风向（东北方)污染程度最小，是污染最轻的区域。

如果各个方位的平均风速差异较大时，必须用烟污强度系数来评价污染情况，考虑风向和风速两个因素的综合影响，污染源周围区域受污染的程度与风向频率成正比，与风速成反比。

某个方位烟污强度系数的大小，通常采用烟污强度系数的百分比来表示。

烟污强度系数百分比是判断污染程度的指标。根据烟污强度系数百分比绘制的烟污强度系数图，可以直观地反映污染源周围区域受风向和风速的综合影响情况。由表2-1和图2-1可见，烟污强度系数百分比最大的风向是北南风，最小的是西南风，因此受污染最严重的区域在污染源的北方，污染源的东北方受污染最轻。

2．废气排出高度的影响  废气排出高度是指烟囱的有效排出高度，即烟囱本身的高度与烟气排出后上升高度之和。在其它条件相同时，废气有效排出高度越高，烟波接触地面时的截面越大，排出口的风速越大，烟气中有害物质越容易扩散和稀释，当烟气中的污染物接触地面时，距离烟囱越远，其浓度越低。反之，烟气中有害物质越不易扩散和稀释，地面受到的污染越严重。因此，废气经烟囱排放时，烟波被推进一定距离后才能接触地面，烟囱附近地面处废气浓度反而较低。当废气由家用炉灶无组织排放时，废气中有害物质沿地面扩散，随着距离的增加，浓度降低。

（二)采样点选择的原则和要求

我国《环境监测技术规范》（大气和废气部分)对采样布点制定了以下原则和要求：

1．采样点应设在整个监测区域的高、中、低三种不同污染物浓度的地方。

2．在污染源比较集中，主风向比较明显时，应将污染源的下风向作为主要监测范围，布设较多的采样点，在其上风向布设对照点。

3．工业较密集的城区和工矿区，人口密度及污染物超标地区，要适当增设采样点；在郊区和农村，人口密度小及污染物浓度低的地区，可酌情少设采样点。

4．采样点的周围应开阔。应避免靠近污染源，根据污染源的高度和排放强度选择合适的距离设点；避免靠近高层建筑物，以免受高层建筑物下旋流空气的影响，通常采样点与建筑物的距离应大于建筑物高度的两倍。采样点水平线与周围建筑物高度的夹角应不大于30º。采样点周围无局部污染源，还尽量避开表面有吸附能力的物体（如建筑材料和树木)，间隔至少1 m。交通密集区的采样点应设在距人行道边缘至少1.5 m的地点。

5．根据监测目的确定采样高度。研究大气污染对人体健康的危害时国家医学考试网，采样点应离地面1.5～2 m；连续采样例行监测，采样口高度应距地面3~15 m；若置于屋顶采样，采样点的相对高度在1.5 m以上， 以减小扬尘的影响。各采样点应该容易接近、安全，并能提供可靠的电源，各采样点的采样设施、条件要尽可能一致或标准化，使获得的监测数据具有可比性。

（三)采样布点方法 

1．网格布点法  将监测区域的地面划分成若干均匀网状方格，采样点设在两条直线的交点处或方格中心。对于有多个污染源，且污染源分布较均匀的地区常用此法布设采样点，它能较好地反映污染物的空间分布。网格的大小视污染程度、人口密度以及人力、物力和财力条件而定。

2．功能分区布点法  将监测区域划分为工业区、商业区、居住区、工业和居住混合区和商业繁华区、清洁区等，再根据具体污染情况和人力、物力条件，在各功能区设置一定数量的采样点。清洁对照点一般设在无污染区或远郊地区，一般在污染较集中的工业区和人口较密集的居住区多设采样点。按功能区划分布点法多用于区域性常规监测。

3．同心圆布点法  适用于受单一污染源或多个污染源构成的一个污染群所影响的地区布设采样点。即以污染群的中心或特定的污染源为中心，在污染源四周不同方位的不同距离地点设置采样点。一般在八个方位作射线，作半径为100~5000 m的同心圆，根据污染源、风向频率、有害物质排出高度和排放量以及人力、物力等情况，在不同方位一定范围内设采样点。常年主导风向的下风向可以多设一些采样点。

4．扇形布点法  适用于孤立的高架点源， 而且主导风向明显的地区。以污染源所在位置为顶点，常年主风向的下风向的扇形区域不同距离设置采样点，同时在无污染区选择对照点。扇形的角度一般为45º，不超过90°。

为了掌握污染物的垂直分布情况，对于建筑物沿山坡层层分布的城市，除了设置水平采样点外，还需设置一些垂直采样点。在实际工作中，应因地制宜，往往采用以一种布点方法为主，兼用其他方法的综合布点，使采样网点布设更完善合理。

目前，监测大气污染最有效的方法是建立大气污染自动监测系统，即在一个城市、一个区域或一个国家设置监测网，由监测中心站控制和指挥一系列的监测站，各监测站与中心站之间保持自动的信息联系。在一个监测区域内，采样点设置数目应根据监测范围大小、污染物的空间分布特征、人口分布及密度、气象条件、地形及经济条件等因素综合考虑确定。

（四)采样时间和频率

采样时间系指每次采样从开始到结束所经历的时间，也称采样时段。采样频率系指在一定时间范围内的采样次数。要根据监测目的和我国环境空气质量标准（GB 3095-1996)所要求的监测项目、污染物分布特征及人力、物力等因素决定采样时间和采样频率。

一般短时间采样，空气样品缺乏代表性，监测结果不能反映污染物浓度随时间的变化，仅适用于突发污染事件、初步调查等情况的应急监测。为增强所采集样品的代表性，可以采取两种方式：一是增加采样频率，即每隔一定时间采样测定一次，取多个试样测定结果的平均值为代表值。这种方法适用于人工采样测定的情况，是我国目前大气污染常规监测和环境质量评价监测所采用的方法。若采样频率安排合理、适当积累足够多的数据，测定结果具有较好的代表性。二是使用自动采样仪器进行连续自动采样，其监测结果能很好地反映污染物浓度的变化，可以获得任何一段时间（如l小时、1天、1个月、1个季度或1年)的代表值或平均值。

我国居住区大气的卫生标准通常要求检测空气中有害物质的一次最高容许浓度和日平均最高容许浓度。因此，对城镇空气污染状况调查时，应选择每日适当时间（包括夜间)多次采样。这样既可测得空气污染物的一次最高浓度，又可得到其日平均浓度。

二、工作场所采样点的选择

对工作场所空气污染状况调查主要是为了评价工作场所的环境条件，为改善劳动环境、职业卫生评价和经常性卫生监督工作提供科学依据；鉴定和评价工作场所中通风、消烟除尘等卫生技术设施的效果；调查职业中毒原因；通过现场观察与理化检验相结合，为制订职业卫生标准和厂房设计等提供依据。

（一)工作场所空气污染情况调查 

工作场所指劳动者进行职业活动的全部地点。为了正确选择采样点、采样对象、采样方法和采样时机，采样前必须对工作场所进行现场调查，必要时可进行预采样。现场调查主要包括：①调查工作过程中使用的原料、辅料、生产的产品、副产品和中间产物等的种类、数量、纯度、杂质及其理化性质等。②了解工作流程包括原料投入方式、生产工艺、加热温度和时间、生产方式和设备的完好程度等。③了解工作地点（即劳动者从事职业活动或进行生产管理过程中经常或定时停留的地点)、劳动者的工作状况、劳动人数，了解在工作地点停留时间、工作方式、接触有害物质的程度、频度及持续时间等。④了解工作地点空气中有害物质的产生和扩散规律、存在状态、浓度等。⑤了解工作地点的卫生状况和环境条件、卫生防护设施及其使用情况、个人防护设施及使用状况等。

（二)采样点的选择

工作场所采样点是指根据监测需要和工作场所状况，选定具有代表性的、用于空气样品采集的工作地点。2004年我国制定了工作场所空气中有害物质监测的采样规范（GBZ159－2004)，包括了工作场所空气中有毒物质和粉尘监测的采样方法，适用于时间加权平均容许浓度、短时间接触容许浓度和最高容许浓度的监测。

1．采样点的选择原则  工作场所中采样点应该选择有代表性的工作地点，应包括空气中有害物质浓度最高、劳动者接触时间最长的工作地点。在不影响劳动者工作的情况下，采样点尽可能靠近劳动者，空气收集器应尽量接近劳动者工作时的呼吸带。采样点应设在工作地点的下风向，远离排气口和可能产生涡流的地点。

在评价工作场所防护设备或措施的防护效果时，应根据设备的情况设置采样点，在工作地点劳动者工作时的呼吸带进行采样。以观察措施实施前后，工人呼吸带的有毒物质浓度的变动情况。

2．采样点数量的确定

（1)工作场所按产品的生产工艺流程，凡逸散或存在有害物质的工作地点，至少应设置1 个采样点。

（2)一个有代表性的工作场所内有多台同类生产设备时，按1～3台设置1个采样点；4～10台的设置2个采样点；10台以上的，至少设置3个采样点。

（3)对一个有代表性的工作场所，有2台以上不同类型的生产设备，逸散同一种有害物质时，采样点应设置在逸散有害物质浓度大的设备附近的工作地点；逸散不同种有害物质时，将采样点设置在逸散待测有害物质设备处，采样点的数目参照（2)的情况确定。

（4)劳动者在多个工作地点工作时，在每个工作地点设置1个采样点。劳动者的工作流动时，在其流动的范围内，一般每10 m设置1个采样点。仪表控制室和劳动者休息室，至少设置1个采样点。

3．采样时段的选择  在空气中有害物质浓度最高的时段进行采样，采样时间一般不超过15 min。采样必须在正常工作状态和环境下进行，避免人为因素的影响。 空气中有害物质浓度随季节发生变化的工作场所，应将空气中有害物质浓度最高的季节选择为重点采样季节。在工作周内，应将空气中有害物质浓度最高的工作日选择为重点采样日。在工作日内，应将空气中有害物质浓度最高的时段选择为重点采样时段。

对于职业接触限值为最高容许浓度的有害物质的采样，当劳动者实际接触时间不足15 min时，按实际接触时间进行采样；对于短时间接触容许浓度的有害物质的采样，采样时间一般为15 min；采样时间不足15 min时，可进行1次以上的采样；对于时间加权平均容许浓度的有害物质的采样，根据工作场所空气中有害物质浓度的存在状况，可选择个体采样或定点采样，长时间采样或短时间采样方法。以个体采样和长时间采样为主。个体采样应选择有代表性的、接触空气中有害物质浓度最高的劳动者作为重点采样对象。

在所选择的每个采样点都应采集平行样品。即在相同条件下，用同一台采样器的两个收集器的进气口相距5～10 cm，同时采集两份样品。当平行样品测定结果的偏差不超过20%时，所采样品为有效样品，否则为无效样品。平行样品间的偏差计算公式为：

式中， D为平行样品间的偏差； a，b分别为两个平行样品的浓度值。如果现场空气污染物的浓度受周围环境影响很大，平行样品测定结果的偏差超过了20%，此时可用多次单个采样分析结果的平均值或浓度波动范围来表示现场待测物的浓度。

三、室内空气样品采样点的选择

根据我国室内空气质量标准（GB/T 18883－2002)和民用建筑工程室内环境污染控制规范（GB50325－2001)对室内环境检测布点的要求，在监测室内空气污染时，应该按照所监测的室内面积大小和现场情况确定采样点的位置、数量，以便能正确反映室内空气污染物的水平。

1．采样点选择的原则  室内空气的采样点应避开通风道和通风口，离墙壁距离应大于0.5 m。采样点的高度原则上与人的呼吸带高度相一致，相对高度0.5～1.5 m。

2．采样点的数量  室内采样点的数量应按房间的面积设置，原则上小于50 m²的房间应设1～3个点；50～100 m²设3～5个点；100 m²以上至少设5个点。样点设在对角线上或梅花式均匀分布，当房间内有2个及其以上的采样点时，应取各点检测结果的平均值作为该房间的检测值。

对于民用建筑工程的验收，应抽检具有代表性房间的室内环境污染物浓度，采样检测数量不得少于5%，并不得少于3个房间。房间总数少于3间时，应全数采样检测。凡进行了样板间室内环境污染物浓度测试结果合格的，抽检数量减半，但不得少于3个房间。

3．采样时间和频率  采样前至少关闭门窗 4 h。年平均浓度至少连续或间隔采样3个月，日平均浓度至少连续采样18 h；8 h平均浓度至少连续采样6 h；1 h平均浓度至少连续采样45 min。评价室内空气质量对人体健康影响时，在人们正常活动情况下采样；对建筑物的室内空气质量进行评价时，应选择在无人活动时进行采样，最好连续监测3～7日，至少监测一日。每次平行采样，平行样品的相对误差不超过20%。经装修的室内环境，采样应在装修完成7 d以后进行,一般建议在使用前采样监测。

第二节  气态污染物的采样方法

气态污染物的采样方法通常分为直接采样法和浓缩采样法两大类。

一、直接采样法

直接采样法（direct sampling method)是一种将空气样品直接采集在合适的空气收集器（air collector)内，再带回实验室分析的采样方法。该法主要适用于采集气体和蒸气状态的污染物，适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。

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、置换采样法和真空采样法。

1．注射器采样法（syringe sampling method)  这种方法用50 ml或100 ml医用气密型注射器作为收集器。在采样现场，先抽取空气将注射器清洗3～5次，再采集现场空气，然后将进气端密闭。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，以防外界空气渗入注射器，影响空气样品的浓度或使其被污染。用气相色谱分析的项目常用注射器采样法采样。

2．塑料袋采样法（sampling method using plastic bag)  该法用塑料袋作为采样容器。塑料袋既不吸附空气污染物、不解吸空气污染物，也不与所采集的空气污染物发生化学反应。在采样现场，用大注射器或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3～5次，再注入现场空气，密封袋口，带回实验室分析。通常使用50～1000 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。使用前应检查采气袋的气密性，并对待测物在塑料采样袋中的稳定性进行试验。所用的采气袋应具有使用方便的采气和取气装置，而且能反复多次使用，其死体积不应大于其总体积的5%。

3．置换采样法（substitution sampling method)  置换采样法以集气瓶为采样容器（图2-2)。在采样点，将采气动力或100 ml大注射器与采样容器连接（图2­­-3)，打开采样容器的活塞，抽取比采气管容积6～10倍的现场空气，将管内空气完全置换后，再采集现场空气样品，密闭，带回。

4．真空采样法（vacuumsampling method)  采样容器为耐压玻璃或不锈钢制成的真空采气瓶（500～1000 ml)（图2-2a)。采样前，先用真空泵将采样容器抽真空（见图2-3)，使瓶内剩余压力小于133 Pa，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。采样体积为：

式中，V_s为实际采样体积，ml；V_b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。

抽真空时，应将采气瓶放于厚布袋中，以防采气瓶炸裂伤人。为防止漏气，活塞应涂渍耐真空油脂。

直接采样法的优点是方法简便，可在有爆炸危险的现场使用。但要特别注意防止收集容器器壁的吸附和解吸现象。收集器内壁的吸附作用可使待测组分浓度降低，例如，用塑料袋采集二氧化硫、氧化氮、苯系物、苯胺等样品时，器壁吸附待测物，应该选用聚四氟乙烯塑料收集器采集这些性质活泼的气态污染物。有些收集器的内壁吸附待测物后又会解吸附，释放待测物，使待测组分浓度增加。因此，用直接采样法采集的空气样品应该尽快测定，减少收集器内壁的吸附、解吸作用。

二、浓缩采样法

浓缩采样法（concentrated sampling method)是大量的空气样品通过空气收集器时，其中的待测物被吸收、吸附或阻留，将低浓度的待测物富集在收集器内。空气中待测物浓度较低，或分析方法的灵敏度较低时，不能用直接采样法，需对空气样品进行浓缩，以满足分析方法的要求。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

这种采样方法以抽气泵为动力，将空气样品中气态污染物采集在收集器的吸收介质中而被浓缩。以液体为吸收介质时，可用吸收管为收集器；用颗粒状或多孔状的固体物质为吸附介质时，可用填充柱等为收集器。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。在实际应用时，还应根据检测目的和要求、污染物的理化性质和所用分析方法等选择使用。

1．溶液吸收法（solution absorptionmethod)  该法利用空气中待测物能迅速溶解于吸收液，或能与吸收剂迅速发生化学反应而被采集。

（1)溶液吸收原理：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，由于气态分子的高速运动，又存在浓度梯度，待测物迅速扩散到气-液界面，被吸收液吸收（图2-4)；当吸收过程中还伴有化学反应时，扩散到气液界面上的待测气态分子立即与吸收液反应，被采集的污染物与空气分离。

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；c_g为平衡时气相中待测组分的浓度；c_l为达到平衡时液相中待测组分的浓度。

由于扩散到气-液界面的待测气态或蒸气分子与吸收液迅速发生反应，或被吸收液溶解而被吸收，这时可认为c_l＝0。如果不考虑待测物在液相的扩散，而只受在气泡内气相扩散的影响，则上式可写成：

可见，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态通过吸收液的，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；为气泡的速度；d为气泡的平均直径。所以，当采气流量一定时，要使气-液接触面积增加，以提高采样效率，应该增加吸收管中液体的高度、减小气泡的直径、气泡通过吸收液的速度要慢。

（2)吸收液的选择：常用的吸收液有水、水溶液或有机溶剂等。采集酸性污染物可选用碱性吸收液；采集碱性污染物可选用酸性吸收液；有机蒸气易溶于有机溶剂，可选用加有一定量可与水互溶的有机溶剂作为吸收液。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。

实际工作中应根据待测污染物的理化性质和分析方法选择吸收液。待测物在吸收液中应有较大溶解度，发生化学反应速度快，稳定时间长；吸收液的成分对分析测定无影响；选用的吸收液还应价廉、易得、无毒害作用。

（3)收集器：溶液吸收法常用的收集器主要有气泡吸收管、多孔玻板吸收管和冲击式吸收管。

1)气泡吸收管（bubbling absorption tube)：气泡吸收管有大型和小型气泡吸收管两种（图2-5)。大型气泡吸收管可盛5～10 ml吸收液，采样速度一般为0.5～1.5 L/min；小型气泡吸收管可盛1～3 ml 吸收液，采样速度一般为0.3 L/min。气泡吸收管内管出气口的内径为1 mm，距管底距离为5 mm；外管直径上大下小，有利增加吸收液液柱高度，增加空气与吸收液的接触时间，提高待测物的采样效率；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，并作采样效率实验。通常要求单个气泡吸收管的采样效率大于90%；若单管采样效率低，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（图2-6)，可盛5～10 ml 吸收液，采样速度0.1～1.0 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。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、尘容易堵塞多孔玻板的孔隙，不宜用多孔玻板吸收管采集。采样完毕，应该用管内的吸收液洗涤多孔玻板吸收管进气管内壁3次后，再取出分析。洗涤多孔玻板吸收管时，最好连接在抽气装置上，抽洗多孔玻板，防止孔板堵塞。

2．固体填充柱采样法（solid adsorbent samplingmethod)  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，将待测物解吸或洗脱，供测定用。

（1)填充剂的采样原理：固体填充剂是一种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，后者是通过分子间亲和力相互作用，吸附能力较强。

理想的固体填充剂应具有良好的机械强度、稳定的理化性质、通气阻力小，采样效率高，易于解吸附，空白值低等性能。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。

填充柱采样管是一根填充了颗粒状固体吸附剂的玻璃管（内径3～5 mm，长6～10 cm)；采样速度0.1～0.5 L/min；吸附剂颗粒大小不同时，采样管的采气阻力也不一样；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：在室温、相对湿度80%以上的条件下，用固体填充柱采样管以一定的流量采样，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有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、空气中水分和二氧化碳的含量对最大采气量好有影响。

（3)填充柱的洗脱效率：用填充柱采样后，通常采用两种方式洗脱待测物。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。另一种溶剂洗脱，选用合适的溶剂和洗脱条件，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。

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：空气理化检验工作中，不但要求填充柱采样管的采样浓缩效率高，而且要求采样后的解吸回收率也要高。因此，选择合适的填充剂至关重要。

常用的颗粒状填充剂有硅胶、活性炭、素陶瓷、氧化铝和高分子多孔微球等。

1)硅胶（silica gel， SiO₂·nH₂O)：硅胶是一种极性吸附剂，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，吸水后会失去吸附能力。使用前，硅胶要在100~200℃活化，以除去物理吸附水。硅胶的吸附力较弱，吸附容量小，已吸附的物质容易解吸，在350℃条件下，通氮气或清洁空气可解吸所采集的物质，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)：活性炭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；吸附容量大，吸附力强，但较难解吸。少量的吸附水对活性炭吸附性能影响不大，因所吸附的水可被非极性或弱极性物质所取代。不同原料（椰子壳、杏核、动物骨)烧制的活性炭的性能不完全相同。活性炭适宜于采集非极性或弱极性有机蒸气，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（250~300℃)解吸或用适宜的有机溶剂（如二硫化碳)洗脱。

3)高分子多孔微球（high polymer porositymicro-sphere)：它是一种多孔性芳香族化合物的聚合物，使用较多的是二乙烯基与苯乙烯基的共聚物。高分子多孔微球表面积大、机械强度较高、热稳定性较好、对一些化合物具有选择性的吸附作用、较容易解吸；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，特别是采集一些分子量较大，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，选择适宜型号的高分子多孔微球，通常选用20~50目的高分子多孔微球。常用的高分子多孔微球见表2-2。

表2-2  常用于空气样品采集的高分子多孔微球

使用前，应将高分子多孔微球进行净化处理：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，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，固体填充剂采样法具有以下优点：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。固体填充剂只要选用适当，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。采集在固体填充剂上的待测污染物比在溶液中更稳定，可存放几天甚至数周。另外，去现场采样时，固体填充剂采样管携带也很方便。

3．低温冷凝浓缩法  又称为冷阱法（cold trap method)。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，有利于吸附、采集空气中低沸点物质。

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。采样管可做成U型或蛇型，插入冷阱中（见图2-8)。经低温采样，待测组分冷凝在采样管中，将其连接在气相色谱仪进样口（六通阀)，在常温下，或加热气化，并通入载气、待测组分被解吸，进入色谱仪进行分离和测定。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等也将同时气化，增大了气化体积，导致浓缩效率降低，甚至可能影响测定。所以，采样时应在采样管的进气端连接一个干燥管，管内装有高氯酸镁、烧碱石棉、氢氧化钾、氯化钙等干燥剂，以除去水分和CO₂。应该注意，所选用的干燥剂不应造成空气中待测物的损失。

（二)无动力（无泵)采样法

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，自动到达吸附剂表面，或与吸收液接触而被采集，一定时间后检测待测物。不需要抽气动力和流量计等装置，适宜于采集空气中气态和蒸气状态的有害物质。

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  该法利用待测物气体分子的扩散作用达到采样目的。根据费克（Fick)扩散第一定律，在空气中，待测物分子由高浓度向低浓度方向扩散，其传质速度（，ng/s)与该物质的浓度梯度（c₁-c₀)、分子的扩散系数（D)以及扩散带的截面积（A)成正比，与扩散带的长度（L)成反比：

式中，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（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c_l=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，mg；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、构造一定的采样器来说，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。

影响扩散法的因素主要是风速，因为风速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，c₀浓度不能代表空气中有害物质的实际浓度；当风速太大时，又会破坏扩散层，影响采样器的准确响应。

气温气压对扩散法影响不大。

2．渗透法 利用空气中气态或蒸气态分子的渗透作用达到采样目的。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，采样速率K除与待测污染物的性质有关外，还与渗透膜的材料有关。

由于被动式采样器的结构不同、不同待测物的理化性质也不同，因此，采样时每种被动式采样器都的不同的采样容量、最大或最小采样时间，在的规定容量和时间范围内，采样速度应保持恒定。

随着室内空气污染监测工作的发展，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（personalsampler)。这种采样器体积小，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；也可悬挂于室内的监测场所，连续采样一定时间后，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、滤料法和冲击式吸收管法。

一、静电沉降法

静电沉降法（electrostaticsedimentation method)是使空气样品通过高压电场（12 kV～20 kV)，气体分子被电离，产生离子，气溶胶粒子吸附离子而带电荷，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。但当现场有易爆炸性的气体、蒸气或粉尘时，不能使用该采样方法。

二、滤料采样法

将滤料（滤纸或滤膜)安装在采样夹（图2-10)上，抽气，空气穿过滤料时，空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤料上，用滤料上采集污染物的质量和采样体积，计算出空气中污染物浓度，这种采样方法称为滤料采样法(samplingmethod with filter)。由于滤料具有体积小、重量轻，易存放，携带方便，保存时间较长等优点，滤料采样法已被广泛用于采集空气中的颗粒态污染物。

用滤纸或滤膜等滤料采样时，滤料对颗粒物不仅有直接阻挡作用，还有惯性沉降、扩散沉降和静电吸引等作用。滤料采样法的采样效率与滤料和气溶胶的性质有关，同时还受采样流速等因素的影响。

滤料采样夹用优质塑料制成，采样时要根据采集大气样品、采集作业场所样品的不同要求，选用直径适当的滤料和滤料垫。滤料采样夹的气密性要好，用前要进行相关性能检查：在采样夹内装上不透气的塑料薄膜，放于盛水的烧杯中，然后向采样夹内送气加压，当压差达到1 kPa时，水中不产生气泡，表明滤料采样夹的气密性好。

（一)常用滤料

常用滤料有定量滤纸、玻璃纤维滤纸、有机合成纤维滤料、微孔滤膜和浸渍试剂滤料等。

1．定量滤纸（quantitativefilter paper)  这种滤料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。但由于滤纸纤维较粗，孔隙较小，因此通气阻力大。采集的气溶胶颗粒能进入滤纸内部，解吸较困难。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。空气采样时主要使用中、慢速定量滤纸或层析滤纸。

2．玻璃纤维滤纸（glass fiber filter paper)  这种滤纸是用超细玻璃纤维制成的，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，采样后可用水、有机溶剂和稀硝酸等提取待测物质。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)  聚氯乙烯滤膜又称为测尘滤膜，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，金属空白值较低，可溶于某些有机溶剂（如乙酸乙酯、乙酸丁酯)，常用于粉尘浓度和分散度的测定。它的主要缺点是不耐热，最高使用温度为55℃；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，以防发生剧烈氧化燃烧，造成样品损失。

4．微孔滤膜（micro-pore filtration membrane) 这是一种用硝酸纤维素或乙酸纤维素制作的多孔有机薄膜，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；也易溶于热的浓酸，但几乎不溶于稀酸中。微孔滤膜的采样效率高，灰分低，所采集的样品特别适宜于气溶胶中金属元素的分析。微孔滤膜具有不同大小和孔径规格，常用的孔径规格为0.1～1.2 mm。一般选用0.8mm孔径的微孔滤膜采集气溶胶。由于微孔滤膜的通气阻力较大，它的采样速度明显低于聚氯乙烯滤膜和玻璃纤维滤纸的采样速度。

5．聚氨酯泡沫塑料（polyurethane foam plastic)  它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。常用于同时采集气溶胶和蒸气状态两相共存的某些污染物。使用前应进行处理，先用1 mol/lNaOH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，可用正己烷等有机溶剂经索氏提取4～8 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。

采样滤料种类较多，采样时应根据分析目的和要求，选择使用。所选的滤料应该采样效率高，采气阻力小，重量轻，机械强度好，空白值低，采样后待测物易洗脱提取。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。表2-3为常用滤料中杂质的含量。分析金属污染物时，最好选用金属空白值低的微孔滤膜，分析有机污染物时，要选用经高温预处理后的玻璃纤维滤纸等。

表2-3 几种滤料中的无机元素含量（本底值，单位：mg/cm²)

三、冲击式吸收管

冲击式吸收管（impwww.med126.com/jianyan/inger)的外形与直型多孔玻板吸收管相同，内管与气泡吸收管相似，内管垂直于外管管底，出气口的内径为1.0 mm±0.1 mm，管尖距外管底5.0 mm±0.1 mm。吸收管可盛5～10 ml吸收液，采样速度为 3L/min。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污染物的同时采样方法

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，有时需要同时采集和测定，并要求采样时不能改变它们原来的存在状态。两种状态污染物的同时采样法主要有浸渍试剂滤料、泡沫塑料、多层滤料以及环形扩散管与滤料联用的采样方法。

一、浸渍滤料法

先将某种化学试剂浸渍在滤料（滤纸或滤膜)上，采样时，利用滤料的物理阻留作用、吸附作用，以及待测物与滤料上化学试剂的反应，同时采集气态和颗粒态污染物，这种采样方法称为浸渍滤料法。浸渍滤料的采样效率高，应用范围广泛。

二、泡沫塑料采样法

聚氨基甲酸酯泡沫塑料比表面积大，气阻小，适用于较大流量的采样。聚氨酯泡沫塑料具有多孔性，它既可以阻留气溶胶，又可以吸附有机蒸气。杀虫剂、农药等污染物是一种半挥发性的物质，常以蒸气和气溶胶两种状态共存于空气中，可用泡沫塑料采样法采集分析。

采样时，通常在滤料采样夹后联接一个圆筒，组成采样装置。采样夹内安装玻璃纤维滤纸，用于采集颗粒物；圆筒内可装4块泡沫塑料（每块长4 cm，直径3 cm)，用于采集蒸气状态的污染物则。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定。

三、多层滤料采样法

用两层或三层滤料串联组成一个滤料组合体（图2-13)，第一层滤料采集颗粒物；常用的滤料是聚四氟乙烯（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是浸渍过化学试剂的滤纸，用于采集通过第一层的气态组分。例如，采集无机氟化物时，第一层是乙酸纤维素或硝酸纤维素滤膜，采集颗粒态氟化物，第二层是用甲酸钠或碳酸钠浸渍过的滤纸，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，第一层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，可能部分气体被吸附或发生反应而造成损失，使用玻璃纤维滤膜采样时这一现象更为突出；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

扩散管和滤料组合采样法（denuder/filterpack 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。如图2-14所示，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和气体流量有关。通常扩散管的内径为2～6 mm，长度为100～500 mm，采气流量小于2 L/min。

（二)环形扩散管和滤料组合采样法

环形扩散管和滤料组合采样法（annulardenuder/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。

环形扩散管和滤料组合采样装置由颗粒物切割器，环形扩散管和滤料夹三部分所组成，基本结构见图2-1415。

环形扩散管是由玻璃制成的两个同心玻璃管，外管长20～30 cm，内径3～4 cm，内管为两端封闭的空心玻管，内外管之间的环缝为0.1～0.3 cm，两段环形扩散管可以涂渍不同的试剂。临用前，在环形扩散管上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。常用的颗粒物切割器有撞击式和旋风式两种，在设计流量下，50%的切割直径（D₅₀)为2.5 mm或4 mm（PM2.5或PM4)和10 mm（PM10)。

当采样气流以层流状态（雷诺数<2000)通过扩散管时，根据possanzini等人的推导，环形扩散管对气体组分的采气效率可按下式计算：

式中，c₀为进入管内待测气体的浓度，mg/m³；c为从管内流出待测气体的平均浓度，mg/m³；D为该气体的扩散系数，cm²/s；L为涂渍部分的管长，cm；Q为通过扩散管的气体流量，cm³/s；d₁、d₂分别为环形扩散管内管的外径、外管的内径，cm。

当采样气流呈层流状态通过环形扩散管时，环型扩散管采集气体的效率主要决定于扩散管的几何尺寸和采样速度。

环形扩散管和滤料组合采样法已广泛应用与大气、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%H₃PO₃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。

环形扩散管价格低廉，可反复使用，但是环形扩散管的设计和加工精度要求较高，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[J1] [J2] [J3] 

空气采样仪器又称为空气采样器（air sampler)，指以一定的流量采集空气样品的仪器，通常由收集器、抽气动力和流量调节装置等组成。采样时应按照收集器、流量计、采样动力的先后顺序串联，保证空气样品首先进入收集器而不被污染和被吸附，使所采集的空气样品具有真实性。

一、采气动力

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（samplingpower)有手抽气筒、水抽气瓶、电动抽气机和压缩空气吸引器等。

1．手抽气筒 它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；根据抽气筒的容积和抽气次数控制和计算采气量，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 图2-16是用两个2～10 L带容积刻度的小口玻璃瓶组成采气样装置。每个瓶口的橡皮塞内插入长短不同的玻璃管各一根，用橡皮管连接两根长玻璃管，将两瓶一高一低放置，高位瓶内充满水后盖好橡皮塞，松开螺旋夹，水由高位瓶流向低位瓶，在高位瓶形成负压，短玻璃管处产生吸气作用。采样时，将收集器与高位瓶的短玻璃管连接，并通过螺旋夹调节水流速度来调节采样速度。采集所需的气体体积后，夹紧螺旋夹，高位瓶中水面下降的体积刻度，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气密性能检查。

3．电动抽气机 电动抽气机种类较多，常见的有以下几种：

（1)吸尘器：是一种流速较大、阻力较小的采气动力。采样过程中，每隔30min应停机片刻，以防电动机发热，损坏电动机。在电动机转动过程中，若出现声音异常，产生火花或动力突然下降，应立即停机检查。 吸尘器的采样动力易受外界电压变化的影响，产生采样误差。采样时应注意观察流量的变化。

（2)真空泵：适于用作阻力较大的采集器的采气动力。真空泵可长时间采样，但机身笨重，不便于现场使用。

（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：利用电动机通过偏心轮带动泵上的橡皮薄膜不断地抬起、压下运动，产生吸气、排气作用，达到采气目的。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0.5 L/min～3 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) 又称为负压引射器（图2-1617)。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。

二、气体流量计

测量气体流量的仪器称为气体流量计（gas flowmeter)。

（一)气体流量计的种类

气体流量计种类很多，常用的主要有孔口流量计（orificeflowmeter)、转子流量计（rotatorflowmeter)、皂膜流量计（soap bubbleflowmeter)和湿式流量计（wetflowmeter)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计测量气体流量比较精确，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速。

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 转子流量计由一根内径上大下小的玻璃管和一个转子组成（图2-18)。 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的流速。因此，气体对转子的压力下端比上端大，这一压力差（DP)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。使用前，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而损坏采样仪。在实际采样工作中，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 它是一种压力差计，有隔板式和毛细管式两种类型。在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，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，与气体流量成正相关关系。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；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。

3．皂膜流量计 皂膜流量计由一根有体积刻度的玻璃管和橡皮球组成（图2-20)。玻璃管下端有一支管，橡皮球内装满肥皂水，当用手挤压橡皮球时，肥皂水液面上升至支管口，从支管流入的气流使肥皂水产生致密的肥皂膜，并推动其沿管壁缓慢上升。肥皂膜从起始刻度到终止刻度所示的体积值就是流过气体的量， 记录相应的时间，即可计算出气体的流速。

肥皂膜气密性良好，质量轻，沿清净的玻璃管壁移动的摩擦力只有20～30 Pa，阻力很小。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1～100 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 它由一个金属筒制成，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2-2021)。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 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

在空气理化检验工作中，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气体流量，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六种。

（一)大流量采样器

大流量采样器如图2-2122所示。其流量范围为1.1～1.7 m³/min，滤料夹上可安装200 mm×250 mm的玻璃纤维滤纸，以电动抽气机为抽气动力。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0.1～100 mm；采样时间可持续8～24h，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。新购置的采样器和更换电机后的采样器应进行流量校准，采样器在使用期间，每月应定期校准流量。

（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（图2-2223)。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200～250 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8～24 h。使用前，应校准其流量计在采样前后的流量。

（三)小流量采样器

小流量采样器的结构与中流量采样器相似。采样夹可装直径40 mm的滤纸或滤膜，采气流量20～30 L/min。由于采气量少，需要较长时间的采样才能获得足够量的样品，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 mm，D50=（10±1)mm 。

（四)分级采样器

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，分别测定各级滤料上所采集颗粒物的含量和成分。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，游离二氧化硅等化学有害物质和病原微生物。粉尘采样器的采样速度一般为10～30 L/min。它配有滤料采样夹，可用滤纸或滤膜采样。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（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1.0～1.5 m。它有两个采样夹，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

图2-26为携带式气体采样器（portablegas sampler)的结构示意图。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0.2～1.5 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、多孔玻板吸收管等收集器配套采样。该仪器轻便、易携，常用于现场采样。

综上所述，采样仪器在使用前，应按仪器说明书对仪器进行检验和标定；对采样系统进行气密性进行检查，不得漏气；要用一级皂膜计校准采样系统的流量，误差不超过5％。

现场采样时，应用两个采样管不采样，并按其他样品管一样处理，作为采样过程中空白管，进行平行分析，若空白检验超过控制范围，则同批样品作废。

采样时应记录现场的情况，包括各种污染源，采样日期、时间、地点、数量、布点方式、大气压力、气温、相对湿度、风速以及采样者签字等，并随样品一同送到实验室。在计算浓度时应将采样体积换算成标准状态下的体积。

第六节  最小采气量和采样效率

一、最小采气量

最小采气量（minimum sampling volume)　当空气中待测有害物质的浓度为其最高容许浓度值时，保证所采用的分析方法能够检出待测有害物质所需要采集的最小空气体积称为最小采气量。它与国家卫生标准中规定的待测有害物质的最高容许浓度值、分析方法的灵敏度以及分析时所用的样品量有关。

当空气中有害物质的浓度低于国家卫生标准的最高容许浓度时，采气量对分析结果有很大的影响。如采气量足够大，就可以测出阳性结果；反之，就不能检出。对于不能检出的结果有两种可能，一种可能是空气中被测有害物质的浓度很低，不能检出；另一种可能是由于采集的空气样品量太少，没有达到分析方法灵敏度所要求的采集量。为了避免后一种情形的出现，在空气理化检验采样时提出了最小采气量的要求。空气样品的最小采气量的计算方法如下：

式中，V_min为最小采气量，L；s为分析方法的绝对检出限，mg；T为被测物质在空气中的最高容许浓度，mg/m³；a为样品溶液的总体积，ml；b为分析时所取样品溶液的量，ml。

例如，用酚试剂分光光度法测定空气中的甲醛浓度，方法的检出限为0.05 μg/5ml。用10 ml含酚试剂的水溶液作吸收液，测定时取5 ml样液分析。大气中甲醛的最高容许浓度（一次)为0.05 mg/m³。根据上式可计算得出最小采气量为4 L。

在实际工作中，如果采样现场空气中被测有害物质的浓度较高时，可相应减少采气量，这样不仅可以减少采样时间，还可以避免样品溶液在分析时多次稀释带来的误差。如果采样现场空气中有害物质的浓度很低，又要求测出其低于最高容许浓度的具体数值时，则应增加采气量，采集比V_min更多的空气样品量。

二、采样效率及其评价方法

采样效率（sampling efficiency)是指在某一采样方法在规定的条件下（如采样流量、被采集物质浓度、采样温度和采样时间等)下，某采样方法所采集到待测物的量占其总量的百分数。

采样效率受多种因素的影响，在选择采样方法或建立新的采样方法时必须确定其采样效率。空气理化检验工作中，采样方法的采样效率应高于90%，如果采样效率太低，将对测定结果产生较大影响。空气中待测物的存在状态不同，采样效率的评价方法也不一样。

（一)气体和蒸气态污染物采样效率的评价方法

用溶液吸收法或固体吸附剂采样法采集空气中气体和蒸气状态污染物时，可用以下方法评价采样效率。

1．用标准气体评价  有标准气体时，可用标准气体作为样品，用单个采集器采样，测定其采集量，按下式计算采样效率：

式中，m为所采集标准气体中待测物的实际量，a为采集量；。

2．用实际采集量评价　没有标准气时，可串联两个完全相同的采集器，以一定流速采集一定量的空气样品，分别测定每个采集器内所采待测物的量，用以下方法计算采样效率。

（1)用下式计算准确的采样效率：

式中，y为采样效率；a、b分别为各采集器中待测物的采集量。

并可计算出样品中被测物质的真实含量（x)：

（2)当已知单个采集器的采样效率大于90%时，可用下式计算近似的采样效率：

（二)气溶胶状态污染物采样效率的评价方法

采样时，往往用滤料采样法采集气溶胶状态污染物，其采样效率的表示方法有两种。一种是颗粒采样效率，以采集到的气溶胶颗粒数占其总颗粒数的百分数表示；另一种是质量采样效率，以采集到的气溶胶质量占其总质量的百分数表示。这两种表示方法的结果不一致，通常质量采样效率数值大于颗粒采样效率数值。由于质量采样效率表示方法简便易行，是常用的表示方法。

一般采用相对比较的方法来评价滤料的采样效率。可用一个已知采样效率很高的方法与被评价滤纸或滤膜同时采样，通过比较得出其采样效率。颗粒采样效率常用一个灵敏度很高的颗粒计数器测量空气样品进入滤料前和通过滤料后的颗粒数来计算。

三、影响采样效率的主要因素

1．采集器  采集器对采样效率影响很大。气态和蒸气状态有害物质以分子形式存在于空气中，若用滤纸或滤膜采集，则采样效率很低；而用溶液吸收法或适当的试剂浸渍滤纸（膜)采样则有较高的采样效率；以气溶胶形式存在的污染物，用固体吸附采集法可获得很高的采样效率，而用气泡吸收管或多孔玻板吸收管采样，则易发生堵塞致使采样效率低。

2．吸收液或固体吸附剂  一般要求所选用的吸收剂对空气中的有害物质的溶解度大、化学反应速度快，与之能生成稳定的物质。固体吸附剂应该阻留效率大，并能使被吸附的待测物定量解吸。选择合适的吸收液或固体吸附剂直接影响采样效率。在选择采样效率高的吸收液或固体吸附剂时，还应该考虑到采样后所生成的化合物对测定方法是否有影响。

3．采样速度  不同的采集器应采用不同的采样速度，如用气体吸收管采集空气中的气体污染物，采样速度一般为0.1～2 l/min。若采样速度太快，吸收液还来不及吸收待测物，待测物就被抽走，导致采样效率下降。而用滤纸、滤膜法采集气溶胶时则应采用较大的流速；由于悬浮颗粒物自身的重力作用而向下沉降，只有当采样流速能克服其重力引起的沉降时，颗粒物才能进入采集器而被采集。

4．其它因素  采样时还必须考虑气温、湿度等气象因素的影响。例如，气温较高时，低沸点的气态或蒸气态污染物易挥发或蒸发，造成待测物损失，为了提高采样效率，采样时应该降低采集器和吸收液的温度（冷阱法)。如果采样现场的温度过高（＞55℃)时，则不能使用聚氯乙烯滤膜采集该工作场所空气中的待测物，否则滤膜变形，采样效率降低。另外，还必须正确掌握采样方法和采样仪器的使用，这些都是保证采样效率达到要求的重要条件。

复习思考题

1．根据空气理化检验的目的，怎样正确选择采样点？

2．什么是主导风向和烟污强度系数？

3．采样方法分为哪几类？选择采样方法的依据是什么？

4．同时采集以气态和气溶胶两种状态存在的空气污染物，有哪几种采样方法？

5．用来采集气态污染物的收集器有哪几种类？简述其适用范围。

6．什么是穿透容量和最大采气量？

7．空气采样动力主要有哪几种？

8．采集空气样品时，有时要用气体流量计，有时不要用气体流量计。为什么？

9．简述转子流量计测定气体流量的原理。

10．常用的专用采样器有哪些？

11．如何准确评价方法的采样效率？影响采样效率的因素有哪些？

12．什么是最小采气量？最小采气量有何意义？

（黎源倩)