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气态污染物的采样方法

2021.12.11
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zhaoqisun

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   1.直接采样法

   当空气中被测组分浓度较高,或所用的分析方法灵敏度很高时,可选用直接采取少量气体样品的采样法。用该方法测得的结果是瞬时或者短时间内的平均浓度,而且可以比较快的得到分析结果。直接采样法常用的容器有以下几种。

  (1)注射器采样

   用100ml的注射器直接连接一个三通活塞。采样时,先用现场空气或废气抽洗注射器3~5次,然后抽样,密封进样口,将注射器进气口朝下,垂直放置,使注射器的内压略大于大气压。要注意样品存放时间不宜太长,一般要当天分析完。此外,所用的注射器要作磨口密封性的检查,有时需要对注射器的刻度进行校准。

  (2)塑料袋采栏

   常用的塑料袋有聚乙烯,聚氯乙烯和聚四氟乙烯袋等,用金属衬里(铝箔等)的袋子采样,能防止样品的渗透。为了检验对样品的吸附或渗透,建议事先对塑料袋进行样品稳定性实验。稳定性较差的,用已知浓度的待测物在与样品相同的条件下保存,计算出吸附损失后,对分析结果进行校正。

  使用前要作气密性检查:充足气后,密封进气口,将其置于水中,不应气泡。使用时用现场气样冲洗3~5次后,再充进样品,夹封袋口,带回实验室分析。

  (3)固定容器法采样

   固定容器法也是采集小量气体样品的方法,常用的设备有两类。一是用耐压的玻璃瓶或不锈钢瓶,采样前抽至真空。采样时打开瓶塞,被测空气自行充进瓶中。真空采样瓶要注意的是必须要进行严格的漏气检查和清洗。另一种是以置换法充进被测空气的采样管,采样管的两端有活塞。在现场用二联球打气,使通过采气管的被测气体量至少为管体积的6~10倍,充分置换掉原有的空气,然后封闭两端管口。采样体积即为采气管的容积。

  2.有动力采样法

  有动力采样法是用一个抽气泵,将空气样品通过吸收瓶(管)中的吸收介质,使空气样品中的待测污染物浓缩在吸收介质中。吸收介质通常是液体和多孔状的固体颗粒物,其目的不仅浓缩了待测污染物,提高了分析灵敏度,并有利于去除干扰物质和选择不同原理的分析方法。有动力浓缩采样法有溶液吸收法、填充柱采样法和低温冷凝法。

  (1)溶液吸收法

  该方法主要是用采集气态和蒸气态的污染物,是最常用的气体污染物样品的浓缩采样法。根据需要,吸收管分别设计为:气泡吸收管、多孔玻板吸收管、多孔玻柱吸收管、多孔玻板吸收瓶和冲击式吸收管等。由于溶液吸收法的吸收效率受气泡直径、吸收液体高度、尖嘴部的气泡速度等因素的影响,为了提高吸收效率,尤其是对雾状气溶胶,目前只有两种方法:

  ①让气体样品以很快的速度冲击到盛有吸收液的瓶底部,使雾状气溶胶颗粒因惯性作用被冲撞到瓶底部,再被瓶中吸收液阻留。冲击式吸收管是根据此原理设计制成的。冲式吸收管不适宜用于采集气态污染物,这是因为气体分子的惯性很小,在快速抽气的情况下,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,才能被吸收完全。

  ②让气体样品通过多孔玻板,使其分散成极细的小气泡进入吸收液中,使雾状气溶胶部分在通过多孔玻板时,被弯曲的孔道所阻留,然后被洗入吸收液中;一部分在通过多孔玻板后,形成很细小的气泡,被吸收液吸收。所以多孔玻板吸收管不仅对气态和蒸气态污染物的吸收效率较高,而且对与其共存的气溶胶也有很高的采样效率。

  在使用溶液吸收法时,应注意以下几个问题:

  ①当采气流量一定时,为使气液接触面积增大,提高吸收效率,应尽可能的使气泡直径变小,液体高度加大,尖嘴部的气泡速度减慢。但不宜过度,否则管路内压增加,无法采样。建议通过实验测定实际吸收效率来进行选择。

  ②由于加工工艺等问题,应对吸收管的吸收效率进行检查,选择吸收效率为90%以上的吸收管,尤其是使用气泡吸收管和冲击式吸收管时。

  ③新购置的吸收管要进行气密性检查:将吸收管内装适量的水,接至水抽气瓶上,两个水瓶的水面差为1m,密封进气口,抽气至吸收管内无气泡出现,待抽气瓶水面稳定后,静置10min,抽气瓶水面应无明显降低。

  ④部分方法的吸收液或吸收待测污染物后的溶液稳定性较差,易受空气氧化、日光照射而分解或随现场温度的变化而分解等,应严格按操作规程采取密封、避光或恒温采样等措施,并尽快分析。

  ⑤吸收管路的内压不宜过大或过小,可能的话要进行阻力测试采样时,吸收管要垂直放置,进气内管要置于中心的位置。

  ⑥现场采样时,要注意观察不能有泡沫抽出。采样后,用样品溶液洗涤进气口内壁三次,再倒出分析。

  (2)填充柱采样法

   用一个内径约3~5mm,长5~10cm的玻璃管,内装颗粒状的或纤维状的固体填充剂。填充剂可以用吸附剂,或在颗粒状的或纤维状的担体上涂渍某种化学试剂。当空气样品以0.1~0.5L/min或2~5L/min的流速被抽过填充柱时,气体中被测组分因吸附、溶解或化学反应等作用而被阻留在填充剂上。

  填充柱的浓缩作用与气相色谱柱类似,若把空气样品看成是一个混合样品,通过填充柱时,空气中含量最高的氧和氮气等首先流出,而被测组分阻留在柱中。在开始采样时,被测组分阻留在填充柱的进气部位,继续采样,被测组分阻留区逐渐向前推进,直至整个柱管达到饱和状态,被测组分才始从柱中流漏出来。若在柱后流出气中发现被测组分浓度等于进气浓度的5%时,通过采样管的总体积称为填充柱的最大采样体积。它反映了该填充柱对某个化合物的采样效率(或浓缩效率),最大采样体积越大,浓缩效率越高。若要浓缩多个组分,则实际采样体积不能超过阻留最弱的那个化合物的最大采样体积。

  实际上,由于进入填充柱采样管的气体浓度比较低,从流出气体中检出被测组分的流出量是很困难的。所以确定一个化合物的最大采样体积,一般常用间接的方法。即采样后,将填充柱分成三等份,分别测定各部分的浓缩量。如果后面的1/3部分的浓缩量占整个采样管总浓缩量的10%以下,可以认为没有漏出:如果大于25%,则可能有漏出损失。

  填充柱采样法的特点与应注意的问题:

  ①可以长时间采样,可用于空气中污染物口平均浓度的测定。而溶液吸收法因吸收液在采气过程中有液体蒸发损失,一般情况下,不适宜进行长时间的采样。

  ②选择合适的固体填充剂对蒸气和气溶胶都有较好的采样效率。而溶液吸收法对气溶胶往往采样效率不高。

  ③污染物浓缩在填充剂上的稳定性,一般都比吸收在溶液中要长得多,有时可放几天,甚至几周不变。

  ④在现场填充杆采样比溶液吸收管方便得多,样品发生再污染,洒漏的机会要少得多。

  ⑤填充柱的吸附效率受温度等因素的影响较大,一般而言,温度升高,最大采样体积将会减少。水分和二氧化碳的浓度较待测组分大得多,用填充柱采样时对它们的影响要特别留意,尤其对湿度(含水量)。由气候等条件的变化,湿度对最大采样体积的影响更为严重,必要时,可在采样管前接一个干燥管。

  ⑥实际上,为了检查填充柱采样管的采样效率,可在一根管内分前、后段填装滤料,如前段装100mg,后段装50mg,中间用玻璃棉相隔。但前段采样管的采样效率应在90%以上。

  (3)低温冷凝浓缩法

   空气中某些沸点比较低的气态物质,在常温下用固体吸附剂很难完全被阻留,用制冷剂将其冷凝下来,浓缩效果较好。常用的制冷剂有:冰盐水、冰乙醇以及半导体制冷器(0~-40℃)等。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,撤离冷阱,在常温下或加热气化,通入载气,吹入色谱中进行分离和测定。

  低温冷凝法采样,在不加填充剂的情况下,制冷温度至少要低于被浓缩组分的沸点80~100℃,否则效率很差,这是因为空气样品在冷却时凝结形成很多小雾滴,含有一部分被测物随气流带走。若加入填充剂可起到过滤雾滴的作用。因此,这时对温差的要求可以降低一些。例如,用内径2mmU型玻璃管,内装10cm6201担体,在冰-盐水中低温采集空气中醛类化合物(乙醛、丙烯醛、甲基丙烯醛、丁烯醛等)采样后,加热至140℃解吸,用气相色谱测定。

  用低温冷凝采集空气样品,比在常温下填充柱法的采气量大得多,浓缩效果较好,对样品的稳定性更有利。但是用低温冷凝采样时,空气中水分和二氧化碳等也会同时被冷凝,若用液氮或液体空气作制冷剂时,空气中氧也有可能被冷凝阻塞气路。另外,在气化时,水分和二氧化碳也随被测组分同时气化,增大了气化体积,降低了浓缩效果,有时还会给下一步的气相色谱分析带来困难。所以,在应用低温冷凝法浓缩空气样品时,在进样需接某种干燥管(如内填过氯酸镁、烧碱石棉、氢氧化钾或氯化钙等的干燥管),以除去空气中水分和二氧化碳。

  3.被动式采样法

   被动式采样器是于气体分子扩散或渗透原理采集空气中气态或蒸气态污染物的一种采样方法,由于它不用任何电源或抽气动力,所以又称无泵采样器。这种采样器体积小,非常轻便,可制成一只钢笔或一枚徽章大小,用作个体接触剂评价的监测:也可放在欲测场所,连续采样,间接用作环境空气质量评价的监测。目前,常用于室内空气污染和个体接触量的评价监测。


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