大氣樣品的采集方法和采樣儀器
大氣樣品的采集方法和采樣儀器
采集大氣（空氣）樣品的方法可歸納為直接采樣法和富集（濃縮）采樣法兩類。
一、直接采樣法
當大氣中的被測組分濃度較高，或者監(jiān)測方法靈敏度高時，從大氣中直接采集少量氣樣即可滿足監(jiān)測分析要求。例如，用非色散紅外吸收法測定空氣中的一氧化碳；用紫外熒光法測定空氣中的二氧化硫等都用直接采樣法。這種方法測得的結(jié)果是瞬時濃度或短時間內(nèi)的平均濃度，能較快地測知結(jié)果。常用的采樣容器有注射器、塑料袋、真空瓶（管）等。
（一）注射器采樣
常用100mL注射器采集有機蒸氣樣品。采樣時，先用現(xiàn)場氣體抽洗2—3次，然后抽取100mL，密封進氣口，帶回實驗室分析。樣品存放時間不宜長，一般應當天分析完。
（二）塑料袋采樣
應選擇與樣氣中污染組分既不發(fā)生化學反應，也不吸附、不滲漏的塑料袋。常用的有聚四氟乙烯袋、聚乙烯袋及聚酯袋等。為減小對被測組分的吸附，可在袋的內(nèi)壁襯銀、鋁等金屬膜。采樣時，先用二聯(lián)球打進現(xiàn)場氣體沖洗2—3次，再充滿樣氣，夾封進氣口，帶回盡快分析。
（三）采氣管采樣
采氣管是兩端具有旋塞的管式玻璃容器，其容積為100—500mL。采樣時，打開兩端旋塞，將二聯(lián)球或抽氣泵接在管的一端，迅速抽進比采氣管容積大6—10倍的欲采氣體，使采氣管中原有氣體被完全置換出，關上兩端旋塞，采氣體積即為采氣管的容積。
（四）真空瓶采樣
真空瓶是一種用耐壓玻璃制成的固定容器，容積為500—1000mL。采樣前，先用抽真空裝置將采氣瓶（瓶外套有**保護套）內(nèi)抽至剩余壓力達1.33kPa左右；如瓶內(nèi)預先裝入吸水液，可抽至溶液冒泡為止，關閉旋塞。采樣時，打開旋塞，被采空氣即充入瓶內(nèi)，關閉旋塞，則采樣體積為真空采氣瓶的容積。如果采氣瓶內(nèi)真空度達不到1.33kPa，實際采樣體積應根據(jù)剩余壓力進行計算。
當用閉口壓力計測量剩余壓力時，現(xiàn)場狀態(tài)下的采樣體積按下式計算：
式中：V——現(xiàn)場狀態(tài)下的采樣體積（L）；
V0——真空采氣瓶容積（L）；
P——大氣壓力（kPa）；
PB——閉管壓力計讀數(shù)（kPa）。
當用開管壓力計測量采氣瓶內(nèi)的剩余壓力時，現(xiàn)場狀態(tài)下的采樣體積按下式計算：
式中：PK——開管壓力計讀數(shù)（kPa）；
其余符號意義和單位同前式。
二、富集（濃縮）采樣法
大氣中的污染物質(zhì)濃度一般都比較低（ppm—ppb數(shù)量級），直接采樣法往往不能滿足分析方法檢測限的要求，故需要用富集采樣法對大氣中的污染物進行濃縮。富集采樣時間一般比較長，測得結(jié)果代表采樣時段的平均濃度，更能反映大氣污染的真實情況。這種采樣方法有溶液吸收法、固體阻留法、低溫冷凝法及自然沉降法等。
（一）溶液吸收法
該方法是采集大氣中氣態(tài)、蒸氣態(tài)及某些氣溶膠態(tài)污染物質(zhì)的常用方法。采樣時，用抽氣裝置將欲測空氣以一定流量抽入裝有吸收液的吸收管（瓶）。采樣結(jié)束后，倒出吸收液進行測定，根據(jù)測得結(jié)果及采樣體積計算大氣中污染物的濃度。
溶液吸收法的吸收效率主要決定于吸收速度和樣氣與吸收液的接觸面積。
欲提高吸收速度，必須根據(jù)被吸收污染物的性質(zhì)選擇效能好的吸收液。常用的吸收液有水、水溶液和有機溶劑等。按照它們的吸收原理可分為兩種類型，一種是氣體分子溶解于溶液中的物理作用，如用水吸收大氣中的氯化氫、甲醛；用5％的甲醇吸收有機農(nóng)藥；用10％乙醇吸收硝基苯等。另一種吸收原理是基于發(fā)生化學反應。例如，用氫氧化鈉溶液吸收大氣中的硫化氫基于中和反應；用四氯汞鉀溶液吸收SO2基于絡合反應等。理論和實踐證明，伴有化學反應的吸收溶液的吸收速度比單靠溶解作用的吸收液吸收速度快的多。因此，除采集溶解度非常大的氣態(tài)物質(zhì)外，一般都選用伴有化學反應的吸收液。吸收液的選擇原則是：
（1）與被采集的物質(zhì)發(fā)生化學反應快或?qū)ζ淙芙舛却蟆?/span>
（2）污染物質(zhì)被吸收液吸收后，要有足夠的穩(wěn)定時間，以滿足分析測定所需時間的要求。
（3）污染物質(zhì)被吸收后，應有利于下一步分析測定，*好能直接用于測定。
（4）吸收液毒性小、價格低、易于購買，且盡可能回收利用。
增大被采氣體與吸收液接觸面積的有效措施是選用結(jié)構(gòu)適宜的吸收管（瓶）。下面介紹幾種常用吸收管。
1.氣泡吸收管
這種吸收管可裝5—10mL吸收液，采樣流量為0.5—2.0L/min，適用于采集氣態(tài)和蒸氣態(tài)物質(zhì)。對于氣溶膠態(tài)物質(zhì)，因不能像氣態(tài)分子那樣快速擴散到氣液界面上，故吸收效率差。
2.沖擊式吸收管
這種吸收管有小型（裝5—10mL吸收液，采樣流量為3.0L/min）和大型（裝50—100mL吸收液，采樣流量為30L/min）兩種規(guī)格，適宜采集氣溶膠態(tài)物質(zhì)。因為該吸收管的進氣管噴嘴孔徑小，距瓶底又很近，當被采氣樣快速從噴嘴噴出沖向管底時，則氣溶膠顆粒因慣性作用沖擊到管底被分散，從而易被吸收液吸收。沖擊式吸收管不適**集氣態(tài)和蒸氣態(tài)物質(zhì)，因為氣體分子的慣性小，在快速抽氣情況下，容易隨空氣一起跑掉。
3.多孔篩板吸收管（瓶）
該吸收管可裝5—10mL吸收液，采樣流量為0.1—1.0L/min。吸收瓶有小型（裝10—30mL吸收液，采樣流量為0.5—2.0L/min）和大型（裝50—100mL吸收液，采樣流量30L/min）兩種。氣樣通過吸收管（瓶）的篩板后，被分散成很小的氣泡，且阻留時間長，大大增加了氣液接觸面積，從而提高了吸收效果。它們除適**集氣態(tài)和蒸氣態(tài)物質(zhì)外，也能采集氣溶膠態(tài)物質(zhì)。
（二）填充柱阻留法
填充柱是用一根長6—10cm、內(nèi)徑3－5mm的玻璃管或塑料管，內(nèi)裝顆粒狀填充劑制成。采樣時，讓氣樣以一定流速通過填充柱，則欲測組分因吸附、溶解或化學反應等作用被阻留在填充劑上，達到濃縮采樣的目的。采樣后，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(jù)填充劑阻留作用的原理，可分為吸附型、分配型和反應型三種類型。
1.吸附型填充柱
這種柱的填充劑是顆粒狀固體吸附劑，如活性炭、硅膠、分子篩、高分子多孔微球等。它們都是多孔性物質(zhì)，比表面積大，對氣體和蒸氣有較強的吸附能力。有兩種表面吸附作用，一種是由于分子間引力引起的物理吸附，吸附力較弱；另一種是由于剩余價鍵力引起的化學吸附，吸附力較強。極性吸附劑如硅膠等，對極性化合物有較強的吸附能力；非極性吸附劑如活性炭等，對非極性化合物有較強的吸附能力。一般說來，吸附能力越強，采樣效率越高，但這往往會給解吸帶來困難。因此，在選擇吸附劑時，既要考慮吸附效率，又要考慮易于解吸。
2.分配型填充柱
這種填充柱的填充劑是表面涂高沸點有機溶劑（如異十三烷）的惰性多孔顆粒物（如硅藻土），類似于氣液色譜柱中的固定相，只是有機溶劑的用量比色譜固定相大。當被采集氣樣通過填充柱時，在有機溶劑（固定液）中分配系數(shù)大的組分保留在填充劑上而被富集。例如，大氣中的有機氯農(nóng)藥（六六六、DDT等）和多氯聯(lián)苯（PCB）多以蒸氣或氣溶膠態(tài)存在，用溶液吸收法采樣效率低，但用涂漬5％甘油的硅酸鋁載體填充劑采樣，采集效率可達90—100％。
3.反應型填充柱
這種柱的填充劑是由惰性多孔顆粒物（如石英砂、玻璃微球等）或纖維狀物（如濾紙、玻璃棉等）表面涂漬能與被測組分發(fā)生化學反應的試劑制成。也可以用能和被測組分發(fā)生化學反應的純金屬（如Au、Ag、Cu等）絲毛或細粒作填充劑。氣樣通過填充柱時，被測組分在填充劑表面因發(fā)生化學反應而被阻留。采樣后，將反應產(chǎn)物用適宜溶劑洗脫或加熱吹氣解吸下來進行分析。例如，空氣中的微量氨可用裝有涂漬硫酸的石英砂填充柱富集。采樣后，用水洗脫下來測定之。反應型填充柱采樣量和采樣速度都比較大，富集物穩(wěn)定，對氣態(tài)、蒸氣態(tài)和氣溶膠態(tài)物質(zhì)都有較高的富集效率，是大氣污染監(jiān)測中具有廣闊發(fā)展前景的富集方法。
（三）濾料阻留法
該方法是將過濾材料（濾紙、濾膜等）放在采樣夾上，用抽氣裝置抽氣，則空氣中的顆粒物被阻留在過濾材料上，稱量過濾材料上富集的顆粒物質(zhì)量，根據(jù)采樣體積，即可計算出空氣中顆粒物的濃度。
濾料采集空氣中氣溶膠顆粒物基于直接阻截、慣性碰撞、擴散沉降、靜電引力和重力沉降等作用。有的濾料以阻截作用為主，有的濾料以靜電引力作用為主，還有的幾種作用同時發(fā)生。濾料的采集效率除與自身性質(zhì)有關外，還與采樣速度、顆粒物的大小等因素有關。低速采樣，以擴散沉降為主，對細小顆粒物的采集效率高；高速采樣，以慣性碰撞作用為主，對較大顆粒物的采集效率高?？諝庵械拇笮☆w粒物是同時并存的，當采樣速度一定時，就可能使一部分粒徑小的顆粒物采集效率偏低。此外，在采樣過程中，還可能發(fā)生顆粒物從濾料上彈回或吹走現(xiàn)象，特別是采樣速度大的情況下，顆粒大、質(zhì)量重的粒子易發(fā)生彈回現(xiàn)象；顆粒小的粒子易穿過濾料被吹走，這些情況都是造成采集效率偏低的原因。
常用的濾料有纖維狀濾料，如濾紙、玻璃纖維濾膜、過氯乙烯濾膜等；篩孔狀濾料，如微孔濾膜、核孔濾膜、銀薄膜等。
濾紙由純凈的植物纖維素漿制成，因有許多粗細不等的天然纖維素相重疊在一起，形成大小和形狀都不規(guī)則的孔隙，但孔隙較少，通氣阻力大，適用于金屬塵粒的采集。因濾紙的吸水性較強，不利于用重量法測定顆粒性物質(zhì)。玻璃纖維濾膜由超細玻璃纖維制成，具有較小的不規(guī)則孔隙，其優(yōu)點是耐高溫、耐腐蝕、吸濕性小、通氣阻力小，采集效率高，常用于采集大氣中的飄塵，并可用溶劑提取采集在它上面的有害組分進行分析。過氯乙烯濾膜、聚苯乙烯濾膜由合成纖維制成，通氣阻力是目前濾膜中*小的，并可用有機溶劑溶成透明溶液，進行顆粒物分散度及顆粒物中化學組分的分析。微孔濾膜是硝酸（或醋酸）纖維素等基質(zhì)交聯(lián)成的篩孔狀膜，孔徑細小、均勻，根據(jù)需要可選擇不同孔徑膜，如采集氣溶膠常用孔徑0.8μm的膜。這種膜重量輕，金屬雜質(zhì)含量極微，溶于多種有機溶劑，尤其適用于采集分析金屬的氣溶膠。核孔濾膜是將聚碳酸酯薄膜覆蓋在鈾箔上，用中子流轟擊，使鈾核分裂產(chǎn)生的碎片穿過薄膜形成微孔，再經(jīng)化學腐蝕處理制成。這種膜薄而光滑，機械強度好，孔徑均勻，不親水，適用于精密的重量分析，但因微孔呈圓柱狀，采樣效率較微孔濾膜低。銀薄膜由微細的銀粒燒結(jié)制成，具有與微孔濾膜相似的結(jié)構(gòu)。它能耐400℃高溫，抗化學腐蝕性強，適用于采集酸、堿氣溶膠及含煤焦油、瀝青等揮發(fā)性有機物的氣樣。
選擇濾膜時，應根據(jù)采樣目的，選擇采樣效率高、性能穩(wěn)定、空白值低、易于處理和利于采樣后分析測定的濾膜。
（四）低溫冷凝法
大氣中某些沸點比較低的氣態(tài)污染物質(zhì)，如烯烴類、醛類等，在常溫下用固體填充劑等方法富集效果不好，而低溫冷凝法可提高采集效率。
低溫冷凝采樣法是將U形或蛇形采樣管插入冷阱中，當大氣流經(jīng)采樣管時，被測組分因冷凝而凝結(jié)在采樣管底部。如用氣相色譜法測定，可將采樣管與儀器進氣口連接，移去冷阱，在常溫或加熱情況下氣化，進入儀器測定。
致冷方法有致冷劑法和半導體致冷器法。表3－9列舉出常用致冷劑。
低溫冷凝采樣法具有效果好、采樣量大、利于組分穩(wěn)定等優(yōu)點，但空氣中的水蒸氣、二氧化碳，甚至氧也會同時冷凝下來，在氣化時，這些組分也會氣化，增大了氣體總體積，從而降低濃縮效果，甚至干擾測定。為此，應在采樣管的進氣端裝置選擇性過濾器（內(nèi)裝過氯酸鎂、堿石棉、氯化鈣等），以除去空氣中的水蒸氣和二氧化碳等。但所用干燥劑和凈化劑不能與被測組分發(fā)生作用，以免引起被測組分損失。
（五）自然積集法
這種方法是利用物質(zhì)的自然重力、空氣動力和濃差擴散作用采集大氣中的被測物質(zhì)，如自然降塵量、硫酸鹽化速率、氟化物等大氣樣品的采集。這種采樣方法不需要動力設備，簡單易行，且采樣時間長，測定結(jié)果能較好地反映大氣污染情況。下面舉兩個實例。
表3-9 常用致冷劑
1.降塵試樣采集
采集大氣中降塵的方法分為濕法和干法兩種，其中，濕法應用更為普遍。
濕法采樣是在一定大小的圓筒形玻璃（或塑料、瓷、不銹鋼）缸中加入一定量的水，放置在距地面5—15m高，附近無高大建筑物及局部污染源的地方（如空曠的屋頂上），采樣口距基礎面1.5m以上，以避免頂面揚塵的影響。我國集塵缸的尺寸為內(nèi)徑15cm、高30cm，一般加水1500—3 000mL（視蒸發(fā)量和降雨量而定），夏季需加入少量硫酸銅溶液，以抑制微生物及藻類的生長；冰凍季節(jié)需加入適量乙醇或乙二醇，以免結(jié)冰。采樣時間為30±2天，多雨季節(jié)注意及時更換集塵缸，防止水滿溢出。
干法采樣一般使用標準集塵器。夏季也需加除藻劑。我國干法采樣用的集塵缸示于圖3－13（圖略），在缸底放入塑料圓環(huán)，圓環(huán)上再放置塑料篩板。
2.硫酸鹽化速率試樣的采集
排放到大氣中的二氧化硫、硫化氫、硫酸蒸氣等含硫污染物，經(jīng)過一系列氧化演變和反應，*終形成危害更大的硫酸霧和硫酸鹽霧的過程稱為硫酸鹽化速率。常用的采樣方法有二氧化鉛法和堿片法。
二氧化鉛采樣法是將涂有二氧化鉛糊狀物的紗布繞貼在素瓷管上，制成二氧化鉛采樣管，將其放置在采樣點上，則大氣中的二氧化硫、硫酸霧等與二氧化鉛反應生成硫酸鉛。堿片法是將用碳酸鉀溶液浸漬過的玻璃纖維濾膜置于采樣點上，則大氣中的二氧化硫、硫酸霧等與碳酸鹽反應生成硫酸鹽而被采集。
三、采樣儀器
（一）組成部分
用于大氣污染監(jiān)測的采樣儀器主要由收集器、流量計和采樣動力三部分組成。
1.收集器
收集器是捕集大氣中欲測物質(zhì)的裝置。前面介紹的氣體吸收管（瓶）、填充柱、濾料采樣夾、低溫冷凝采樣管等都是收集器。要根據(jù)被捕集物質(zhì)的存在狀態(tài)、理化性質(zhì)等選用適宜的收集器。
2.流量計
流量計是測量氣體流量的儀器，而流量是計算采集氣樣體積必知的參數(shù)。常用的流量計有孔口流量計、轉(zhuǎn)子流量計和限流孔等。
孔口流量計有隔板式和毛細管式兩種。當氣體通過隔板或毛細管小孔時，因阻力而產(chǎn)生壓力差；氣體流量越大，阻力越大，產(chǎn)生的壓力差也越大，由下部的U形管兩側(cè)的液柱差，可直接讀出氣體的流量。
轉(zhuǎn)子流量計由一個上粗下細的錐形玻璃管和一個金屬制轉(zhuǎn)子組成。當氣體由玻璃管下端進入時，由于轉(zhuǎn)子下端的環(huán)形孔隙截面積大于轉(zhuǎn)子上端的環(huán)形孔隙截面積，所以轉(zhuǎn)子下端氣體的流速小于上端的流速，下端的壓力大于上端的壓力，使轉(zhuǎn)子上升，直到上、下兩端壓力差與轉(zhuǎn)子的重量相等時，轉(zhuǎn)子停止不動。氣體流量越大，轉(zhuǎn)子升得越高，可直接從轉(zhuǎn)子上沿位置讀出流量。當空氣濕度大時，需在進氣口前連接一個干燥管，否則，轉(zhuǎn)子吸附水分后重量增加，影響測量結(jié)果。
限流孔實際上是一根長度一定的毛細管，如果兩端維持足夠的壓力差，則通過限流孔的氣流就能保持恒定，此時的流量稱臨界狀態(tài)下的流量，其大小取決于毛細管孔徑的大小。使用不同孔徑的毛細管，可獲得不同的流量。這種流量計使用方便，價格便宜，被廣泛用于大氣采樣器和自動監(jiān)測儀器上控制流量。限流孔可以用注射器針頭代替。使用中要防止限流孔被堵塞。
流量計在使用前應進行校準，以保證刻度值的準確性。校正方法是將皂膜流量計或標準流量計串接在采樣系統(tǒng)中，以皂膜流量計或標準流量計的讀數(shù)標定被校流量計。
3.采樣動力
采樣動力應根據(jù)所需采樣流量、采樣體積、所用收集器及采樣點的條件進行選擇。一般應選擇重量輕、體積小、抽氣動力大、流量穩(wěn)定、連續(xù)運行能力強及噪聲小的采樣動力。
注射器、連續(xù)抽氣筒、雙連球等手動采樣動力適用于采氣量小、無市電供給的情況。對于采樣時間較長和采樣速度要求較大的場合，需要使用電動抽氣泵。常用的有真空泵、刮板泵、薄膜泵及電磁泵等。
真空泵和刮板泵抽氣速度較大，可作為采集大氣中顆粒物的動力。
薄膜泵是一種輕便的抽氣泵，其構(gòu)造如圖（圖略）。用微電機通過偏心輪帶動夾持在泵體上的橡皮膜進行抽氣。當電機轉(zhuǎn)動時，橡皮膜就不斷地上下移動。橡皮膜上移時，空氣經(jīng)進氣活門吸入，出氣活門關閉；橡皮膜下移時，進氣活門關閉，空氣由出氣活門排出，其采氣流量為0.5—3.0L/min，適用于阻力不大的收集器（如吸收管）采氣。
電磁泵是一種將電磁能量直接轉(zhuǎn)換成被輸送流體能量的小型抽氣泵。由于電磁力的作用，振動桿帶動橡皮泵室作往復振動，不斷地開啟和關閉泵室內(nèi)的膜瓣，使泵室內(nèi)造成一定的真空或壓力，從而達到抽吸和壓送氣體的作用。電磁泵的工作動力不用電機，克服了電機電刷易磨損、發(fā)熱等缺點，可長時間運轉(zhuǎn)，其采氣流量為0.5—1.0L/min，可裝配在抽氣阻力不大的采樣器和某些自動監(jiān)測儀器上。
（二）專用采樣裝置
將收集器、流量計、抽氣泵及氣樣預處理、流量調(diào)節(jié)、自動定時控制等部件組裝在一起，就構(gòu)成專用采樣裝置。有多種型號的商品大氣采樣器出售，按其用途可分為大氣采樣器、顆粒物采樣器和個體采樣器。
1.大氣采樣器
用于采集大氣中氣態(tài)和蒸氣態(tài)物質(zhì)，采樣流量為0.5—2.0L/min。商品儀器如GS－3型、QG－B型、DK－2A型、DQ－3B型等大氣采樣器。它們都是便攜式的，一般可用交、直流兩種電源。
顆粒物采樣器有總懸浮顆粒物（TSP）采樣器和飄塵采樣器。
（1）總懸浮顆粒物采樣器：這種采樣器按其采氣流量大小分為大流量（1.1—1.7m3/min）和中流量（50—150L/min）兩種類型。
大流量采樣器的結(jié)構(gòu)由濾料采樣夾、抽氣風機、流量記錄儀、計時器及控制系統(tǒng)、殼體等組成。濾料夾可安裝20×25cm2的玻璃纖維濾膜，以1.1—1.7m3/min流量采樣8—24小時。當采氣量達1500—2000m3時，樣品濾膜可用于測定顆粒物中的金屬、無機鹽及有機污染物等組分。商品儀器有ZC－1000G型、DCQ-1型、SH-1型等大流量TSP采樣器。
中流量采樣器由采樣夾、流量計、采樣管及采樣泵等組成。這種采樣器的工作原理與大流量采樣器相似，只是采樣夾面積和采樣流量比大流量采樣器小。我國規(guī)定采樣夾有效直徑為80mm或100mm。當用有效直徑80mm濾膜采樣時，采氣流量控制在7.2—9.6m3/h；用100mm濾膜采樣時，流量控制在11.3—15m3/h。商品儀器有KB－120E型、ZC－150型、TSPM－1型、NA－1型等。
（2）飄塵采樣器：采集飄塵（可吸入塵）廣泛使用大流量采樣器。在連續(xù)自動監(jiān)測儀器中，可采用靜電捕集法、β射線法或光散射法直接測定飄塵濃度。但不論哪種采樣器都裝有分離大于10μm顆粒物的裝置（稱為分塵器或切割器）。分塵器有旋風式、向心式、多層薄板式、撞擊式等多種。它們又分為二級式和多級式。前者用于采集10μm以下的顆粒物，后者可分級采集不同粒徑的顆粒物，用于測定顆粒物的粒度分布。
二級旋風分塵器的工作原理：氣以高速度沿180°漸開線進入分塵器的圓筒內(nèi)，形成旋轉(zhuǎn)氣流，在離心力的作用下，將顆粒物甩到筒壁上并繼續(xù)向下運動，粗顆粒在不斷與筒壁撞擊中失去前進的能量而落入大顆粒物收集器內(nèi)，細顆粒隨氣流沿氣體排出管上升，被過濾器的濾膜捕集，從而將粗、細顆粒物分開。分塵器必須用標準粒子發(fā)生器制備的標準粒子進行校準后方可使用。
向心式分塵器原理：氣流從小孔高速噴出時，因所攜帶的顆粒物大小不同，慣性也不同，顆粒質(zhì)量越大，慣性越大。不同粒徑的顆粒各有一定的運動軌線，其中，質(zhì)量較大的顆粒運動軌線接近中心軸線，*后進入錐形收集器被底部的濾膜收集；小顆粒物慣性小，離中心軸線較遠，偏離錐形收集器入口，隨氣流進入下**。**級的噴嘴直徑和錐形收集器的入口孔徑變小，二者之間距離縮短，使小一些的顆粒物被收集。第三級的噴嘴直徑和錐形收集器的入口孔徑又比**級小，其間距離更短，所收集的顆粒更細。如此經(jīng)過多級分離，剩下的極細顆粒到達*底部，被夾持的濾膜收集。
撞擊式采樣器的工作原理：含顆粒物氣體以一定速度由噴嘴噴出后，顆粒獲得一定的動能并且有一定的慣性。在同一噴射速度下，粒徑越大，慣性越大，因此，氣流從**級噴嘴噴出后，慣性大的大顆粒難于改變運動方向，與**塊捕集板碰撞被沉積下來，而慣性較小的顆粒則隨氣流繞過**塊捕集板進入**級噴嘴。因**級噴嘴較**級小，故噴出顆粒動能增加，速度增大，其中慣性較大的顆粒與**塊捕集板碰撞而被沉積，而慣性較小的顆粒繼續(xù)向下級運動。如此****地進行下去，則氣流中的顆粒由大到小地被分開，沉積在不同的捕集板上。*末級捕集板用玻璃纖維濾膜代替，捕集更小的顆粒。這種采樣器可以設計為3—6級，也有8級的，稱為多級撞擊式采樣器。單噴嘴多級撞擊式采樣器采樣面積有限，不宜長時間連續(xù)采樣，否則會因捕集板上堆積顆粒過多而造成損失。多級多噴嘴撞擊式采樣器捕集面積大，應用較普遍的一種稱為安德森采樣器，由八級組成，每級200—400個噴嘴，*后**也是用纖維濾膜代替捕集板捕集小顆粒物。安德森采樣器捕集顆粒物粒徑范圍為0.34—11μm。
（3）個體劑量器：近年來，為研究大氣污染物對人體健康的危害，已研制出多種個體劑量器，其特點是體積小、重量輕，便于攜帶在人體上，可以隨人的活動連續(xù)地采樣，經(jīng)分析測定得出污染物的時間加權(quán)平均濃度，以反映人體實際吸入的污染物量。這種劑量器有擴散式、滲透式等，但都只能采集揮發(fā)性較大的氣態(tài)和蒸氣態(tài)物質(zhì)。
擴散式劑量器由外殼、擴散層和收集劑三部分組成，其工作原理是空氣通過劑量器外殼通氣孔進入擴散層，則被收集組分分子也隨之通過擴散層到達收集劑表面被吸附或吸收。收集劑為吸附劑、化學試劑浸漬的惰性顆粒物質(zhì)或濾膜等。如用**啉浸漬的濾膜可采集大氣中的SO2等。
滲透式劑量器由外殼、滲透膜和收集劑組成。滲透膜為有機合成薄膜，如硅酮膜等。收集劑一般用吸收液或固體吸附劑，裝在具有滲透膜的盒內(nèi)，氣體分子通過滲透膜到達收集劑被收集。如大氣中的H2S通過二甲基硅酮膜滲透到含有乙二胺四乙酸二鈉的0.2mol/L氫氧化鈉溶液而被吸收。
四、采樣效率
一個采樣方法或一種采樣器的采樣效率是指在規(guī)定的采樣條件（如采樣流量、污染物濃度范圍、采樣時間等）下所采集到的污染物量占其總量的百分數(shù)。由于污染物的存在狀態(tài)不同，評價方法也不同。
（一）采集氣態(tài)和蒸氣態(tài)污染物質(zhì)效率的評價方法
1.**比較法
**配制一個已知濃度為c0的標準氣體，用所選用的采樣方法采集，測定被采集的污染物濃度（c1），其采樣效率（K）為：
用這種方法評價采樣效率雖然比較理想，但因配制已知濃度的標準氣有一定困難，往往在實際應用時受到限制。
2.相對比較法
配制一個恒定的但不要求知道待測污染物準確濃度的氣體樣品，用2—3個采樣管串聯(lián)起來采集所配制的樣品。采樣結(jié)束后，分別測定各采樣管中污染物的濃度，其采樣效率（K）為：
式中：c1、c2、c3——分別為**、**和第三個采樣管中污染物的實測濃度。
**、第三管的污染物濃度所占比例越小，采樣效率越高。一般要求K值在90％以上。采樣效率過低時，應更換采樣管、吸收劑或降低抽氣速度。
（二）采集顆粒物效率的評價方法
對顆粒物的采集效率有兩種表示方法。一種是用采集顆粒數(shù)效率表示，即所采集到的顆粒物粒數(shù)占總顆粒數(shù)的百分數(shù)。另一種是質(zhì)量采樣效率，即所采集到的顆粒物質(zhì)量占顆粒物總質(zhì)量的百分數(shù)。只有全部顆粒物的大小相同時，這兩種采樣效率在數(shù)值上才相等。但是，實際上這種情況是不存在的，而粒徑幾微米以下的小顆粒物的顆粒數(shù)總是占大部分，而按質(zhì)量計算卻只占很小部分，故質(zhì)量采樣效率總是大于顆粒采樣效率。在大氣監(jiān)測評價中，評價采集顆粒物方法的采樣效率多用質(zhì)量采樣效率表示。
評價采集顆粒物方法的效率與評價采集氣態(tài)和蒸氣態(tài)物質(zhì)采樣效率的方法有很大不同。一則配制已知顆粒物濃度的氣體在技術上比配制氣態(tài)和蒸氣態(tài)物質(zhì)標準氣體要復雜的多，而且顆粒物粒度范圍很大，很難在實驗室模擬現(xiàn)場存在的氣溶膠各種狀態(tài)。二則濾料采樣就像濾篩一樣，能漏過**張濾料的細小顆粒物，也有可能會漏過**張或第三張濾料，因此用相對比較法評價顆粒物的采樣效率就有困難。
鑒于以上情況，評價濾料采樣法效率一般用另一個已知采樣效率高的方法同時采樣，或串聯(lián)在它的后面進行比較得出。對顆粒采樣效率的測定，常用一個靈敏度很高的顆粒計數(shù)器測量進入濾料前后的空氣中的顆粒數(shù)來計算。
五、采樣記錄
采樣記錄與實驗室分析測定記錄同等重要。在實際工作中，不重視采樣記錄，往往會導致由于采樣記錄不完整而使一大批監(jiān)測數(shù)據(jù)無法統(tǒng)計而報廢。因此，必須給予高度重視。采樣記錄的內(nèi)容有：所采集樣品被測污染物的名稱及編號；采樣地點和采樣時間；采樣流量、采樣體積及采樣時的溫度和大氣壓力；采樣儀器、吸收液及采樣時天氣狀況及周圍情況；采樣者、審核者姓名。
六、大氣中污染物濃度表示方法與氣體體積換算
（一）污染物濃度表示方法
大氣中污染物濃度有兩種表示方法，一種是單位體積內(nèi)所含污染物的質(zhì)量數(shù)，另一種是污染物體積與氣樣總體積的比值，根據(jù)污染物的存在狀態(tài)選擇使用。
1.單位體積內(nèi)所含污染物的質(zhì)量數(shù)
單位體積內(nèi)所含污染物質(zhì)量的單位常用mg/m3或μg/m3。這種表示方法對任何狀態(tài)的污染物都適用。我國大氣質(zhì)量標準中日平均、時平均及任何一次污染物濃度所用單位為mg/m3（標），系指標準狀態(tài)下單位空氣體積中污染物的質(zhì)量。
2.污染物體積與氣樣總體積的比值
污染物體積與氣樣總體積比值的單位為ppm、或ppb。ppm系指在100萬體積空氣中含有害氣體或蒸氣的體積數(shù)；ppb是ppm的1/1000。顯然，這種表示方法僅適用于氣態(tài)或蒸氣態(tài)物質(zhì)。
兩種單位可以相互換算，其換算式如下：
式中：cp——以ppm表示的氣體濃度；
c——以mg/m3表示的氣體濃度；
M——污染物質(zhì)的分子量；（g）
22.4——標準狀態(tài)下（0℃，101.325kPa）氣體的摩爾體積（L）。
對于大氣懸浮顆粒物中的組分，可用單位質(zhì)量懸浮顆粒物中所含某組分的質(zhì)量數(shù)表示，即μg/g或ng/g（相當于ppm和 ppb）。
（二）氣體體積換算
氣體的體積受溫度和大氣壓力的影響，為使計算出的濃度具有可比性，需要將現(xiàn)場狀態(tài)下的體積換算成標準狀態(tài)下的體積。根據(jù)氣體狀態(tài)方程，換算式如下：
式中：V0——標準狀態(tài)下的采樣體積（L或m3）；
Vt——現(xiàn)場狀態(tài)下的采樣體積（L或m3）；
t——采樣時的溫度（℃）
P——采樣時的大氣壓力（kPa）
美國、日本和世界衛(wèi)生組織開展的全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用的是參比狀態(tài)（25℃，101.325kPa）；此狀態(tài)下的氣體摩爾體積為24.5，進行數(shù)據(jù)比較時應注意。
[例]測定某采樣點大氣中的NOx時，用裝有5mL吸收液的篩板式吸收管采樣，采樣流量為0.30L/min，采樣時間為1h，采樣后用分光光度法測定并計算得知全部吸收液中含2.0μgNOx。已知采樣點的溫度為5℃，大氣壓力為100kPa，求氣樣中NOx的含量。
解：（1）求采樣體積Vt和V0
Vt=0.30×60=18（L）
（2）求NOx的含量（以NO2計）
用mg/m3表示時：
用ppm表示時：
式中：46——NO2物的摩爾質(zhì)量（g）。
