第三章 空气和废气监测

本章内容 第一节 空气污染基本知识 第二节空气污染监测方案的制定 第三节 空气样品的采集方法和采样器 第四节 气态和蒸汽态状污染物的测定 第四节 气态和蒸汽态状污染物的测定 第五节 颗粒物的测定 第六节降水监测

第一节 空气污染基本知识 一、大气、空气和空气污染 二、空气污染的危害 三、空气污染源 四、空气中的污染物及其存在状态 五、空气中污染物的时空分布特点 六、空气中污染物的浓度表示方法

第一节空气污染基本知识 本节内容： 1）了解大气、空气和大气污染的基本概念及大气 本节内容：  1）了解大气、空气和大气污染的基本概念及大气 污染对人和生物的危害， 2）掌握大气污染物的存在状态，大气污染物的时 空分布特点和对大气监测的意义。 3）掌握大气中污染物浓度的表示方法与气体体积 换算。

一、大气、空气和空气污染 大气：包围在地球周围的气体，其厚度达1000-1400km。 大气污染(atmosphere pollution)：大气中有害物质浓度超过环境所能允许的极限并持续一定时间后，会改变大气特别是空气的正常组成，破坏自然的物理、化学和生态平衡体系，从而危害人们的生活、工作和健康，损害自然资源及财产、器物等，这种情况称为大气污染。

大气组成比例图

二、空气污染的危害 对人的危害 对动植物的危害 对材料的损坏 对大气的影响

对人的危害 1.急性危害： 高浓度污染物短时间内造成的危害。 2.慢性危害 低浓度污染物长期作用于人体，会产生慢性远期效应，这种效应对人体的危害叫慢性危害，不易引起人们注意，很难鉴别，其危害途径是污染物与呼吸道粘膜接触；主要症状是眼、鼻粘膜刺激、慢性支气管炎、哮喘、肺癌及因生理机能障碍而加重高血压心脏病的病情。

大气污染对人的危害－急性 1.1952年伦敦烟雾事件，空气中二氧化硫和总悬浮颗粒物的高浓度，造成四天内死亡4000人 2. 20世纪40年代初期美国洛杉矶市，洛杉矶光化学烟雾事件。 全市250多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升，向大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳。该市临海依山，处于50公里长的盆地中，汽车排出的废气碳氢化合物和氮氧化物在日光作用下，发生一些列光化学反应，形成臭氧、过氧乙酰硝酸酯和醛类等强氧化剂烟雾造成的，致使许多人喉头发炎、鼻、眼受刺激红肿，并伴有不同程度的头痛。

大气污染对人的危害－慢性 1961年日本四日市哮喘事件： 1955年以来，工业废气，粉尘，SO2年排放量13万吨，大气中SO2浓度超标5－6倍，500m厚的烟雾中漂浮着多种有毒气体和重金属粉尘。重金属微粒与SO2形成硫酸烟雾。1961年，哮喘病发作，患者中慢性气管炎占25%，支气管哮喘占30％，哮喘支气管炎占10％，肺气肿及其它呼吸道疾病占5％，1967年，一些患者自杀，1971年，全市确认病人817人，死亡10人。

对动植物的危害 1.70年代初，美国空气污染造成经济损失250亿美元/年 2.臭氧使美国每年森林农作物经济损失超过30亿美元 3.哥伦比亚的炼铜厂S02污染，使该厂南部52英里内30％的树木，南部33英里内60％的树木死亡或者严重受损。

对材料的损坏 是城市地区经济损失的一大原因 SO2,H2O,H2S使PbSO4→PbS 白→黑，油画变黄，腐蚀材料，腐蚀建筑材料，使橡胶制品脆裂，损坏艺术品，使有色材料退色。颗粒物沉积在高压浅色绝缘器件上，高湿度时可变为导体造成短路。比如电视机爆炸。

对大气的影响 大气中的污染物能改变大气的性质和气候的形式。 1.CO2吸收地面的辐射，颗粒物对阳光的散射作用能改变地面温度，使温度上升或者下降（温室效应greenhouse effect ） 2.细的颗粒物可降低能见度，使降水增加，雾增加 3.改变大气的电学性质 4.酸雨，已使世界上一些地区生态受到明显的伤害。 造成酸雨的原因：SO2,NO2，我国南方酸雨比较严重

思考题 伦敦烟雾的主要大气污染物是_ 和_ 。而导致洛杉矶烟雾的大气污染物主要是 、 和 。

三、空气污染源 { { 火山爆发：粉尘、二氧化硫 自然源 森林火灾：二氧化碳、碳氢化合物、热辐射 工业企业排放的废气 人工源 交通运输工具排放的废气 室内空气污染源 { {

工业企业排放的废气 工业企业排放量最大的是以煤和石油为燃料，在燃烧过程中排放的粉尘、SO2、NOX、CO、CO2等，其次是生产过程中排放的多种有机物和无机污染物质。表3-1（P148）

交通运输工具排放的废气 主要是交通车辆、轮船、飞机排出的废气。 其中，汽车数量大，排放的污染多，集中在大城市。排放的主要污染物有碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物和黑烟等。 美国大气污染80%来自汽车的尾气。造成光化学烟雾污染等。

室内空气污染源 化学建材和装饰材料中的油漆、胶合板、内墙涂料、刨花板中含有的挥发性有机物，如甲醛、苯、甲苯、氯仿等有毒物质； 大理石、地砖、瓷砖中的放射性物质的排放（氡气及其子体）； 烹饪、吸烟等室内燃烧所产生的油、烟污染物质； 人群密集且通风不良的封闭室内二氧化碳过高； 空气中的霉菌、真菌、病毒等。

室内空气污染的影响因子及相关标准 化学性影响因子 甲醛、总挥发性有机物、O3、NH3、CO、CO2、SO2、NO2等 物理性影响因子 温度、相对湿度、空气流速、新风量、PM10、电磁辐射等 生物性影响因子 真菌、细菌、病毒等 放射性影响因子 氡气及其子体

室内空气质量的表征 （1）有毒、有害污染因子指标 《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）中规定了最高允许量。 （2）舒适性指标 包括室内温度、湿度、大气压、通风率、新风量等，属于主观性指标，与季节、人群生活习惯有关。

四、空气中的污染物及其存在形态 1.按形成过程分类 2.按存在状态分类 已发现有危害而被人注意的就有一百多种，我国“大气污染综合排放标准”规定了33种污染物排放限值。其中大部分是有机物，环境科学中用下列两种方法进行分类： 一次污染物 1.按形成过程分类 二次污染物 分子状态污染物 2.按存在状态分类 粒子状态污染物

一次污染物 直接从各种污染源排放到大气中的有害物质，常见的有： SO2 , CO, NOX (NO, NO2)，碳氢化合物，颗粒物等。 颗粒物中包括有毒重金属、苯并芘(BaP)等多种有机化合物、无机化合物等

二次污染物 一次污染物在空气中相互作用或它们与空气中正常组分之间的反应产生的新的污染物。 这类新污染物与一次污染物的化学、物理性质完全不同，多为气溶胶，具有颗粒小、毒性一般比一次污染物大等特点。 常见的二次污染物有：硫酸盐，硝酸盐，臭氧，醛类，过氧乙酰硝酸酯(PAN)等。 气溶胶：固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，如雾、尘、烟等。

分子状污染物 沸点低，气体分子形式存在，并以分子状态进入大气，或者常温下液体，但挥发性强，受热时易以蒸汽进入大气中。 如：SO2,CO,NO2,HCl,氯气，臭氧，常温常压下为气体；苯, 苯酚等挥发性强。 这类污染物具有运动速度较大、扩散快、在空气布比较均匀的特点。它们的扩散情况与自身比重有关，比重大的向下沉降，如汞蒸气等；比重小的向上漂浮，并受气象条件的影响，可随气流扩散到很远的地方。

粒子状污染物 是分散在大气中的液体和固体颗粒。粒径大小在0.01-100m之间，复杂的非均匀体系。 根据颗粒物在重力作用下的沉降特性将其分为： 直径>100m的颗粒物能较快地沉降到地面上，称为降尘 直径<100m的颗粒物，为总悬浮颗粒物 直径<10m的颗粒物(PM10)可长期漂浮在空气中，通过呼吸系统进入肺部，在肺泡内积累，并可进入血液输往全身，故对人体健康危害大，称为可吸入颗粒物。 2.5 m <直径<10m的颗粒物(PM2.5-10) 直径<2.5m的颗粒物(PM2.5)

粒子状污染物存在形式—烟、雾、尘 烟：某些固体物质在高温下由于蒸发或升华作用变成气体逸散于空气中，遇冷后又凝聚成微小的固体颗粒悬浮于空气中构成烟。例如，高温熔融的铅、锌，可以迅速挥发并氧化成氧化铅和氧化锌的微小固体颗粒。粒径0.01-1μm。 雾：雾是由悬浮在空气中微小液滴构成的气溶胶。粒径小于10 μm。 尘：是分散在空气中的固体微粒，如交通车辆行驶时所带起的扬尘，粉碎固体物料时所产生的粉尘，燃煤烟气中的含碳颗粒物等。

烟雾 烟和雾同时构成的固、液混合态气溶胶，如硫酸烟雾、光化学烟雾等。 硫酸烟雾：由燃煤产生的高浓度二氧化硫和煤烟形成的，二氧化硫经氧化剂、紫外光等因素的作用被氧化成三氧化硫，三氧化硫与水蒸气结合形成硫酸烟雾。 光化学烟雾：当空气中的氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物达到一定浓度后，在强烈阳光照射下，经发生一系列光化学反应，形成臭氧、PAN、醛类等物质悬浮于空气中构成光化学烟雾。

思考题 空气中的污染物以哪几种形态存在？ 气溶胶与人体健康密切相关，其中 因其粒径小，能进入人体支气管肺泡，对人体健康影响较大。 气溶胶与人体健康密切相关，其中 因其粒径小，能进入人体支气管肺泡，对人体健康影响较大。 什么是可吸入颗粒物? 空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物，称为 ，简称 ；PM10即 ，是指当量直径 的颗粒物。

五、空气污染物的时空分布特点 空气污染物随时间、空间变化大 空气污染物的时空分布及其浓度与污染物排放源的分布、排放量及地形、地貌、气象等条件密切相关。

大气污染物的时间分布 《环境空气质量标准》中，要求测定污染物的瞬时最大浓度及日平均、月平均、季平均、年平均浓度，是为了反映污染物随时间变化情况。 时间分辨率：根据监测目的的不同，要求在规定的时间内反映出污染物浓度的变化规律，此规定时间即为时间分辨率。

气象条件 一次污染物因受逆温层及气温、气压等限制，清晨和黄昏浓度较高，中午较低 二次污染物，如光化学烟雾，因在阳光照射下才能形成，故中午浓度较高，清晨和夜晚较低。 风速大，污染物稀释扩散速度快，浓度变化也快； 风速小，污染物稀释扩散速度慢，浓度变化也慢

污染源的类型、排放规律、污染物性质 我国北方城市空气中二氧化硫浓度的变化规律是： 1.在一年中1.2.11.12月属采暖期，二氧化硫比其他月份高 2.在一天之内，6:00-8:00和18:00-21:00为供热高峰时间，二氧化硫比其他时间高。 质量轻的分子态或气溶胶污染物高浓度分散在空气中，易扩散和稀释，随时空变化快； 质量重的尘、汞蒸气等，扩散能力差，影响范围较小。

思考题 与其他环境要素的污染物相比，大气污染物具有随 和 变化大的特点。

六、空气中污染物浓度表示方法 （1）质量浓度ρ（mg/m3或μg/m3）对 任何状态的污染物都适用。受空气温度和压力变化的影响。 （2）体积分数φ （mL/m3或μL/m3；ppm或ppb），仅适于气态或蒸汽态物质。不受空气温度和压力变化的影响。 气体体积换算 我国空气质量标准中采用标准状况（0°C，101.325kPa）时的体积。 把现场状态下的体积Vt换算成标准状态下的体积Vo : Vo = Vt×273×P /(273+t)×101.325 两种单位换算关系： φ = 22.4×ρ/M

思考题 标准状态是指温度和压力各为多少? 作业： 书p233.2

第二节空气污染监测方案的制定 本节内容： 1）大气污染监测的目的、有关资料的收集方法和范围、具体监测项目的确定原则和项目内容， 2）监测网点的优化布点原则、要求和方法要点、采样时间和频率的确定原则与要求。

制定大气污染监测方案的程序 首先要根据监测目的进行调查研究 收集必要的基础资料 然后经过综合分析，确定监测项目 设计布点网络 选定采样频率、采样方法和监测技术 建立质量保证程序和措施 提出监测结果报告要求及进度计划等。

一、大气污染监测的目的 1.通过对大气环境中主要污染物质进行定期或连续地监测，判断大气质量是否符合国家制定的大气质量标准，并为编写大气环境质量状况评价报告提供数据 2.为研究大气质量地变化规律和发展趋势，开展大气污染的预测预报工作提供依据 3.为政府部门执行有关环境保护法规，开展环境质量管理、环境科学研究及修订大气环境质量标准提供基础资料和依据

二、调研及资料收集 (一) 污染源分布及排放情况 (二）气象资料 (三) 地形资料 (四) 土地利用和功能分区情况 (五) 人口分布及人群健康情况 监测区域以往的空气监测资料也应尽量收集，供制订监测方案参考

(一) 污染源分布及排放情况 通过调查，将监测区域内的污染源类型、数量、位置、排放的主要污染物及排放量弄清楚，同时了解所用原料、燃料及消耗量。 将由高烟囱排放的较大污染源与由低烟囱排放的小污染源区别开来。小污染源的排放高度低，对周围地区地面空气中污染物浓度影响比高烟囱排放源大。 对于交通运输污染较重和有石油化工企业的地区，应区别一次污染物和由于光化学反应产生的二次污染物。因为二次污染物是在大气中形成的，其高浓度可能在远离污染源的地方，在布设监测点时应加以考虑。

(二）气象资料 污染物在空气中的扩散、迁移和一系列的物理、化学变化在很大程度上取决于当时的气象条件。 应收集监测区域的风向、风速、气温、气压、降水量、日照时间、相对湿度、温度垂直梯度和逆温层底部高度等资料。

(三) 地形资料 地形对当地的风向、风速和大气稳定情况等有影响，是设置监测网点应当考虑的重要因素。 例如，工业区建在河谷地区时，出现逆温层的可能性大；位于丘陵地区的城市，市区内空气污染物的浓度梯度会相当大；位于海边的城市会受海风、陆风的影响，位于山区的城市会受山谷风的影响等。

(四) 土地利用和功能分区情况 不同功能区：工业区、商业区、混合区、居民区 建筑物的密度 有无绿化地

(五) 人口分布及人群健康情况 掌握监测区域的人口分布、居民和动植物受空气污染危害情况及流行性疾病资料，对制订监测方案、分析判断检测结果有益。

三、监测项目 《环境空气质量标准》规定的污染物监测项目 选测项目—国家空气质量监测网的背景点及区域环境空气质量监测网的对照点，开展的必测项目及选测项目 必测项目—国家空气质量监测网的监测点，开展的必测项目 必测项目 选测项目 SO2 NO2 CO O3 PM10  总悬浮颗粒物TSP  氟化物  Pb 苯并芘 有毒有害有机物

四、监测站(点)的布设 （一）布设采样点的原则和要求 （二）布设监测点和采样点方法

（一）布设采样点的原则和要求 1. 监测点周围50m内不能有污染源 2. 点式监测仪器采样口周围、监测光束附近，或开放光程检测仪器发射光源到监测光束接收端之间不能有阻碍环境空气流通的高大建筑物、树木或其他障碍物。从采样口或监测光束到附近最高障碍物之间的水平距离，应为该障碍物与采样口或监测光束高度差的两倍以上。 3. 采样口周围水平面应保证270°以上的捕集空间，如果采样口一边靠近建筑物，采样口周围水平面应有180°以上的自由空间。 4. 监测点周围环境状况相对稳定，安全和防火措施有保障。 5. 监测点附近无强大的电磁干扰，周围有稳定可靠的电力供应，通信线路容易安装和检修。

（一）布设采样点的原则和要求 6. 监测点周围应有合适的车辆通道。 7.对于手工间歇采样，采样口离地面的高度1.5-15m处；对于自动监测采样，采样口或监测光束离地面的高度应为3-15m；对于道路交通的污染监测点，采样口离地面的高度为2-5m。 8. 在保证监测点具有空间代表性的前提下，若所选点位周围半径300-500m内建筑物平均高度在20m以上，无法按满足手工间歇采样和自动监测采样的高度要求设置时，其采样高度可在15-25m内选取。 9. 在建筑物上安装监测仪器时，监测仪器的采样口离建筑物墙壁、屋顶等支撑物表面距离应大于1m。

10. 当某监测点需设置多个采样口时，为防止其他采样口干扰颗粒物样品的采集，颗粒物采样口与其他采样口之间的直线距离应大于1m。若使用大流量总悬浮颗粒物采样装置进行并行监测，其他采样口与颗粒物采样口的直线距离应大于2m。 11. 对于空气质量监测点，应避免车辆尾气或其他污染源直接对监测结果产生干扰，点式监测仪器采样口与道路边缘之间最小间隔距离应按表3-3的要求确定。 12. 污染监测点的具体设置原则根据监测目的由地方环境保护行政主管部门确定。针对道路交通的污染监测点，采样口距道路边缘的距离不得超过20m。

采样点数目 我国空气污染例行监测的采样点设置数目依据城市人口数量，要求对有自动监测系统的城市以自动监测为主，人工连续采样为辅；无自动监测系统的城市，以人工连续采样为主，辅以单机自动监测，便于解决缺少瞬时值的问题。 表3-4 我国空气污染例行监测采样点设置数目

（二）采样站（点）布设方法 经验法、统计法、模拟法 经验法： 1、功能区布点法 2、网格布点法 3、同心圆布点法 4、扇形布点法

（1）功能区布点法  适用范围：区域性常规监测。  适用范围：区域性常规监测。  方法：先划分“功能区”—工业区、商业区、居住区、工业和居住混合区、交通 稠密区、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。  特点：便于了解工业污染对其他功能区的影响。

（2）网格布点法  适用范围：多个污染源，且分布较均匀。  方法：将监测区域地面划分成若干均匀网格， 采样点可在交点或方格中心处。  适用范围：多个污染源，且分布较均匀。  方法：将监测区域地面划分成若干均匀网格， 采样点可在交点或方格中心处。 具体采样点要视实际情况而定。

（3）同心圆布点法  适用范围：多个污染源，且大污染源较集中。  方法：先找污染群中心，以此为圆心在地面上画  适用范围：多个污染源，且大污染源较集中。  方法：先找污染群中心，以此为圆心在地面上画 若干个同心圆，再从圆心作若干条放射线， 原则上交点即为采样点，实际上采样点 可视具体情况而定。

（4）扇形布点法  适用范围：孤立的高架点源。  方法：以点源位置为顶点，主导风向为轴线，在下风向 地面上划一个扇形为布点范围。  适用范围：孤立的高架点源。  方法：以点源位置为顶点，主导风向为轴线，在下风向 地面上划一个扇形为布点范围。 扇形角度为45°（也可大些，但≤90°）。 点设在距点源不同距离的若干弧线上。 每条弧线设3-4点，相邻两点与顶点连线的夹角 一般取10～20°。  特点：浓度最大值在距点源高度数10倍处。

统计法 适用于：已积累了多年监测数据的地区。 根据城市空气污染物分布在时间与空间上变化的相关性，通过对监测数据的统计处理，对现有监测点进行调整，删除监测信息重复的监测点。

模拟法 根据监测区域污染源的分布、排放特征、气象资料、应用数学模型预测污染物的时空分布状况，布设监测点。

思考题 大气污染监测常用的布点方法包括哪些？

五、采样频率和时间 采样频率：指一定时间范围内的采样次数。 采样时间：每次采样从开始到结束所经历的时间。 要根据监测目的、污染物分布特征、分析方法灵敏度等因素确定。 例如， 为监测空气质量的长期变化趋势，连续或间歇自动采样测定为最佳方式； 事故性污染等应急监测要求快速测定，采样时间尽量短； 对于一级环境影响评价项目，要求不得少于夏季和冬季两期监测，每期应取得有代表性的7天监测数据，每天采样监测不少于6次(2:00,7:00,10:00,14:00,16:00,19:00)

国家环保局颁布的城镇空气质量采样时间和采样频率表 监测项目 采样时间和频率 二氧化硫 隔日采样，每天24±0.5小时，每月14-16天，每年12个月 氮氧化物 同二氧化硫 总悬浮颗粒物 隔双日采样，每天连续24±0.5小时，每月5－6天，每年12个月 灰尘自然降尘量 每月采样30±2天，每年12个月 硫酸盐化速率

思考题 说明采样时间和采样频率对获得具有代表性的结果有何意义？

第三节 空气样品的采集方法和 采样仪器 本节内容 第三节 空气样品的采集方法和 采样仪器 本节内容 1）掌握大气样品的采集方法和采样仪器，方法包括直接采样法、富集浓缩采样法（其中富集浓缩采样法是重点和难点）； 2）大气采样的仪器，其中大气颗粒物的采样仪器是重点和难点；了解采样的效率和采样记录；

第三节空气样品的采集方法和仪器 一、直接采样法 二、富集（浓缩）采样法 三、采样仪器 四、采样效率 五、采样记录

采样方法 1 .直接采样法 ①被测组分浓度高 ②分析方法灵敏度高 如，非色散红外吸收法测定空气中的一氧化碳，紫外荧光法测定空气中的二氧化硫。 1 .直接采样法 ①被测组分浓度高 ②分析方法灵敏度高 如，非色散红外吸收法测定空气中的一氧化碳，紫外荧光法测定空气中的二氧化硫。 2.浓缩采样法 ①被测组分浓度低 ②分析方法灵敏度不够高 空气中的污染物浓度一般比较低（10-6-10-9数量级），直接采样法往往不能满足分析方法检测限的要求，需要用富集采样法。

一、直接采样法 1.注射器采样 2.塑料袋采样 3 .采气管采样 4. 真空瓶采样

注射器采样 常用100mL注射器采集有机蒸气样品。采样时，先用现场气体抽洗2-3次，然后抽取100mL，密封进样口，带回实验室分析。样品存放时间不宜长，一般当天分析完。

塑料袋采样 选择与气样中污染组分不发生化学反应、不吸附、不渗漏的塑料袋。常用的有聚四氟乙烯袋、聚乙烯袋、聚酯袋。为减少对被测组分的吸附，可在袋的内壁衬银、铝等金属膜。

采气管采样 采气管是两端具有旋塞的管式玻璃容器，容积为100-500mL。采样时，打开两端旋塞，将抽气泵接在管的一端，迅速抽进比采气管容积大6-10倍的欲采气体，使采气管中原有气体被完全置换出来，关上两端旋塞，采气体积是采样管的容积。

真空瓶采样 真空瓶是一种用耐压玻璃制成的固定容器，容积为500-1000mL。采样前，先用抽真空装置将采样瓶内抽至剩余压力达1.33kPa左右，采样时，打开旋塞，被采空气即充入瓶内，关闭旋塞，则采样体积为真空采样瓶的容积。

二、浓缩采样法 (1)溶液吸收法 (2)填充柱阻留法 (3)滤料阻留法 (4)低温冷凝法 (5)静电沉积法 (6)扩散渗透法 (7)自然积集法 (8)综合采样法

溶液吸收法 采集空气中气态、蒸气态及某些气溶胶态污染物质的常用方法。采样时，用抽气装置将欲测空气以一定流量抽入装有吸收液的吸收管（瓶）。采样结束后，倒出吸收液进行测定，根据测定结果及采样体积计算空气中污染物的浓度。 吸收液（水、水溶液、有机溶剂等）的选择： ①对被采集物质溶解度要大或与被采集物质的化学反应速度快 ②稳定时间长 ③有利于下一步分析 ④毒性小，价格低，易购买，可回收 大气中二氧化硫的测定

溶液吸收法使用的仪器 采用适宜结构的吸收管可以增大被采气体与吸收液接触面积。 1.气泡吸收管 2.冲击式吸收管 3.多孔筛板吸收管（瓶）

气泡吸收管 可装5-10mL吸收液，采样流量0.5-2.0L/min,适用于采集气态和蒸气态物质。 对于气溶胶态物质，不能像气态分子那样快速扩散到气液界面上，故吸收效率差。

冲击式吸收管 适宜采集气溶胶态物质。 因该吸收管的进气管喷嘴孔径小，距瓶底又很近，当被采气样快速从喷嘴喷出冲向管底时，气溶胶颗粒因惯性作用冲击到管底被分散，从而易被吸收液吸收。 冲击式吸收管不适合采集气态和蒸气态物质，因为气体分子的惯性小，在快速抽气情况下，容易随空气一起跑掉。

多孔筛板吸收管 气样通过吸收管的筛板后，被分散成很小的气泡，且阻留时间长，大大增加了气液接触面积，从而提高了吸收效果。 除适合采集气态和蒸气态物质外，也能采集气溶胶态物质。

（二）填充柱阻留法 1.吸附型填充柱 2.分配型填充柱 3.反应型填充柱 填充柱用一根长6-10cm，内径3-5mm的玻璃管或塑料管，内装颗粒状或纤维状填充剂制成。 采样时，让气样以一定流速通过填充柱，则欲测组分因吸附、溶解或化学反应等作用被阻留在填充剂上，达到浓缩采样的目的。采样后，通过解吸或溶剂洗脱，使被测组分从填充剂上释放出来进行测定。 1.吸附型填充柱 2.分配型填充柱 3.反应型填充柱

1.吸附型填充柱 填充剂： 活性炭（吸附非极性化合物）、硅胶（吸附极性化合物）、分子筛、高分子多孔微球等。 两种表面吸附作用： （1）分子间引力引起的物理吸附，吸附力较弱； （2）剩余价键力引起的化学吸附，吸附力较强

2.分配型填充柱 填充剂： 表面涂高沸点有机溶剂的惰性多孔颗粒物（如硅藻土），类似于GC中的固定相，只是有机溶剂的用量比色谱固定相大。 当被采集气样通过填充柱时，在有机溶剂中分配系数大的组分保留在填充剂上而被富集。 例如，空气中的有机氯农药和多氯联苯多以蒸气或气溶胶态存在，用溶液吸收法采样效率低，但用涂渍5%甘油的硅酸铝载体填充剂采样，采集效率可达90-100%。

3.反应型填充柱 填充剂： 由惰性多孔颗粒物(如石英砂、玻璃微球)或纤维状物(如滤纸、玻璃棉等)表面涂渍能与被测组分发生化学反应的试剂制成。也可用纯金属（ Au, Ag, Cu等）丝毛或细粒作填充剂。 气样通过填充柱时，被测组分在填充剂表面因发生化学反应而被阻留。例如，空气中的微量氨可用装有涂渍硫酸的石英砂填充柱富集。采样后，用水洗脱下来测定。 反应型填充柱采样量和采集速度大，富集物稳定，对气态、蒸汽态和气溶胶态物质有较高的富集效率。

（三）滤料阻留法 该方法是将过滤材料（滤纸、滤膜等）放在采样夹上，用抽气装置抽气，则空气上的颗粒物被阻留在过滤材料上，秤量过滤材料上富集的颗粒物重量，根据采样体积可计算出空气中颗粒物的浓度。 滤料常用纤维状滤料，如滤纸、玻璃纤维滤膜，过氯乙烯滤膜等。筛孔状滤料，如微孔滤膜、核孔滤膜、银薄膜等。 TSP、PM10测定

（四）低温冷凝法 ①应用范围：常温下难于被固体吸附剂完全阻留的一些低沸点气态化合物，所以用低温冷凝法将其冷凝下来。eg：苯乙烯，三氯乙醛等。 ②致冷的方法有半导体致冷法和致冷剂法。 常用的冷冻剂： 冰（0℃)、冰－盐水(－10℃)、干冰－乙醇(－72℃)、干冰（固态二氧化碳，－78.5℃)、液氨(－183℃)、 液氮(－196℃). ③特点：效果好、采样量大、利于组分稳定等优点。 但空气中的水蒸气、二氧化碳，甚至氧也会同时冷凝下来，在气化时，这些组分也会气化，增大了气体总体积，从而降低浓缩效果，甚至干扰测定。为此，在采样管的进气端装置选择性过滤器（内装过滤酸镁、碱石棉、氯化钙等），以除去空气中的水蒸气和二氧化碳等。

（五）静电沉降法 空气样品通过12 000-20 000V电场时，气体分子电离，所产生的离子附着在气溶胶颗粒上，使颗粒带电，并在电场作用下沉降到收集极上，然后将收集极表面的沉降物洗下，供分析用。 不能用于易燃、易爆的场合。

（六）扩散法或渗透法 用于个体采样器中，采集气态和蒸气态有害物质。 采样时不需要抽气动力，利用被测污染物分子自身扩散或渗透到达吸收层被吸附或吸收，又称无动力采样法。 采样器体积小，轻便，可以佩戴在人身上，跟踪人的活动，用作人体直接接触有害物质量的监测。

（七）自然积集法 利用物质的自然重力、空气动力和浓差扩散作用采集空气中的被测物质，如自然沉降量、硫酸盐化速率、氟化物等空气样品的采集。采样不需动力设备，测定结果很好的反映空气污染情况。

（七）自然积集法 1、降尘试样采集 湿法（应用广泛） 干法 2、硫酸盐化速率试样的采集 二氧化铅法 碱片法

1、降尘试样采集 湿法采样是在一定大小的圆筒形玻璃缸中加入一定量的水，放置在距地面5-12m高，附近无高大建筑物及局部污染源的地方（如空旷的屋顶上），采样口距基础面1-1.5m，以避免顶面扬尘的影响。我国集尘缸内加水100-300ml。为防止冰冻和抑制微生物及藻类的生长，保持缸底湿润，需加入适量乙二醇。 干法采样一般使用标准集尘器。

2、硫酸盐化速率试样的采集 二氧化铅采样法是将涂有二氧化铅糊状物的纱布绕贴在素瓷管上，制成二氧化铅采样管，将其放置在采样点上，测空气中的二氧化硫、硫酸雾等与二氧化铅反应生成硫酸铅。 碱片法是将用碳酸钾溶液浸渍过的玻璃纤维膜置于采样点上，则空气中的二氧化硫、硫酸雾等与碳酸盐反应生成硫酸盐而被采集。

（八）综合采样法 空气中的污染物并不是以单一状态存在的，可采用不同采样方法相结合的综合采样法，将不同状态的污染物同时采集下来。 例如，在滤料采样夹后接上液体吸收管或填充柱采样管，则颗粒物收集在滤料上，而气体污染物收集在吸收管或填充柱中。 又如，无机氟化物以气态(HF, SiF4)和颗粒态(NaF, CaF2)等存在，两种状态毒性差别很大，需分别测定，此时将两层或三层滤料串联起来采集。第一层用微孔滤膜，采集颗粒态氟化物；第二层用碳酸钠浸渍的滤膜采集气态氟化物。

大流量采样器采样头结构示意图

思考题 直接采样法和富集采样法各适用于什么情况？ 为什么富集采样法在空气污染监测中更有重要意义?一般包括哪些?

三、采样仪器 （一）组成部分 1.收集器 2.流量计 3.采样动力 （二）专用采样器 1.空气采样器 2.颗粒物采样器

采样仪器组成部分 1. 收集器： 捕集空气中欲测污染物的装置，如：气体吸收管、填充柱、滤料、冷凝采样管等。 2. 流量计：测量气体流量。 皂膜流量计、孔口流量计、转子流量计、临界孔稳流器、湿式流量计、质量流量计等。 3. 采样动力：抽气装置 手动采样动力（注射器、连续抽气筒、双联球）：适用于采气量小、无市电供给的情况； 电动抽气泵（薄膜泵、电磁泵、刮板泵、真空泵）：采样时间长，采样速度要求大。

流量计 皂膜流量计（图3-12）：用于校正其他流量计，误差小于1% 孔口流量计（图3-13）：隔板式、毛细管式 气体通过隔板或毛细管小孔时，因阻力产生压力差；气体流量越大，阻力越大，U型管两侧的液柱差可直接读出气体的流量。 转子流量计（图3-14） 锥形玻璃管和转子构成，气体由玻璃管下端进入时，转子下端截面积大于上端，所以下端流速低于上端，下端压力大于上端，使转子上升，直到上下端压力差与转子的重量相等，转子停止不动。气体流量越大，转子升得越高。

流量计 临界孔稳流器 临界孔是一根长度一定的毛细管，空气流过毛细管时，如果两端维持足够的压力差，则通过小孔的气流就能保持恒定，此时为临界状态流量，大小取决于毛细管孔径的大小。 使用方便，广泛用于空气采样器和自动监测仪上控制流量。

（二）专用采样器 1.空气采样器（图3-15和图3-16） 用于采集空气中气态和蒸气态物质，采样流量0.5-2L/min。 2. 颗粒物采样器 （1）总悬浮颗粒物采样器： 大流量（1.1-1.7m3/min）、中流量（50-150L/min）、小流量（10-15L/min） （2）可吸入颗粒物采样器 （3）个体采样器

（1）总悬浮颗粒物采样器 大流量采样器：图3-17 滤料夹安装玻璃纤维滤膜，大流量采样8-24h，用于测定颗粒物中金属、无机盐和有机污染物等组分。 中流量采样器：图3-18 原理同大流量采样器，只是采样夹面积和采样流量小于大流量采样器

（2）可吸入颗粒物采样器 采集可吸入颗粒物(PM10)广泛使用的大流量采样器。在连续自动监测仪器中，可采用静电捕集法、 β射线法或光散射法直接测定PM10的浓度。采样器中装有分离粒径大于10m颗粒物的装置（称为分尘器或切割器）。 分尘器：旋风式、向心式、撞击式 二级式：采集粒径10m以下的颗粒物 多级式：分级采集不同粒径的颗粒物，用于测定颗粒物的粒径分布。

（3）个体采样器 主要用于研究空气污染物对人体健康的危害。 特点：体积小、重量轻，佩戴在人体上可以随人的活动连续采样，反映人体实际吸入的污染物量。 原理：空气通过剂量器外壳通气孔进入扩散层，被收集组分分子也通过扩散层到达收集剂表面被吸附或吸收。收集剂为吸附剂、化学试剂浸渍的惰性颗粒物或滤膜，如用吗啡啉浸渍的滤膜可采集大气中的二氧化硫。

四、采样效率 指在规定的采样条件（如采样流量、污染物浓度范围、采样时间等）下所采集到的污染物量占其总量的百分数。 （一）采集气态和蒸气态污染物质效率的评价方法 1.绝对比较法 2.相对比较法 （二）采集颗粒物效率的评价方法

绝对比较法 精确配制一个已知浓度为C0的标准气体，用所选用的采样方法采集，测定被采集的污染物浓度C1，采样效率K为： C1—实测浓度 由于配制已知浓度的标准气有一定困难，实际应用时受到限制。

相对比较法 配制一个恒定的但不要求知道待测污染物准确浓度的气体样品，串联2－3个采样管采集所配制的样品，分别测定各采样管中污染物的浓度，采样效率K为：

（二）采集颗粒物效率的评价方法 采集颗粒数效率：即所采集到的颗粒物粒数占总颗粒物粒数的百分数； 质量采样效率：所采集到的颗粒物质量占颗粒物总质量的百分数。使用较多。

五、采样记录 内容有：所采集样品被测污染物的名称及编号；采样地点和采样时间；采样流量、采样体积；采样时的温度、大气压力和天气状况；采样仪器，吸收液及采样时周围情况；采样者、审核者姓名等。

思考题 说明空气采样器的基本组成部分和各部分的作用，影响采样器采样效率的因素有哪些？