大气持久性有机污染物（POPs）被动采样探讨

李丽贤

【摘要】当前，环境问题备受瞩目，其中大气污染问题更成为全世界关注的焦点，得益于各国环境技术的推进，大气持久性有机污染物被动采样技术得以研发和推广，目前成为协助大气采样的关键技术，实现了对大气污染物成分等的深入分析。本文分析了大气被动采样的技术原理，采样装置类型以及未来的发展前景。

【关键词】大气POPs；被动采样；原理；类型；发展前景

大气会对POPs的释放产生显著的反应，利用被动采样技术能够更加细致、清晰、明确地分析持久性有机污染物的浓度，迁移规律等。最近几年来，大气被动采样技术获得全新进步，发挥着重要的采样功能。而且采样设备通常构造简单，便于操作，成本较低，适合用在大的范围内持续性有机污染物的采样、观测与分析，为大气污染问题的治理提供了全新的出路。

一、大气被动采样的原理分析

以气体分子扩散与渗透科学理论为基础，通过吸附剂来吸附大气中的污染物，这样大气中的有机污染物就会在二者间流动，而且采样时间越长，吸附剂上的污染物就会越快地逸失，最终污染物的吸附和逸失会达到速率均等、平衡状态，具体的变化过程如下图：

这其中包括三大时期，线性阶段，linear phase；曲线阶段，curvilinear phase；平衡阶段，equilibrium phase， 平衡阶段。现阶段，所使用的大气被动采样装置，一般参与线性阶段的采样工作。

二、大气被动采样器的介绍

被动采样器一般按照其配置的吸附材料类型来加以归类，当前主要的被动采样器有：半渗透膜装置、高分子树脂聚合物被动采样装置，聚氨酯软性泡沫采样装置，聚合物涂层玻璃采样器等。

1、半渗透膜装置

简称为：SPMD，出现于上个世纪九十年代，将低密度聚合物膜筒充当采样材料，内部配置脂类，一般为三油酸甘油酯。

最早用来采样大气中的液体POP，且已经形成了成熟的理论与产品系统，最近一些年来，也被用在其他污染物采样中，优势体现为：大容量、适用时间范围广、耐饱和等。不足体现为：繁琐复杂的操作步骤、实际运输、安装过程中可能遭到污染，其内部配置的油脂会外溢，同固体污染物粘结，影响采样。

實际的设置流程如下：把半渗透膜装置圈套在百叶箱里面的支架，这样才能确保半渗透膜装置不遭受外界自然力的侵蚀而出现扰动、失真等问题。

2、聚氨酯软性泡沫材料采样设备

英文简称：PUF-PAS.最早被设计发明于北美，用软性泡沫来吸附大气中的污染物，这一采样设备主要包括两个上下相对的不锈钢锅盖以及一个螺杆构成，实际采样过程中，把PUF碟片牢固于主轴，从而发挥对污染物的吸附功效，两个不锈钢锅盖的上下端口处于闭合状态，形成一个半密闭空间，从而控制外界风力、阳光等的侵蚀和影响，空气可以从锅盖的上下端口处流动。

这一采样设备一般常用在时间分辨率较长的采样，而且其体积较小，方便运输，实际操作也较容易，装置的清洁工作也相对简单，目前得到了深入而广泛地应用。

3、高分子树脂聚合物被动采样装置

英文简称：XAD-PAS. 其吸附介质为：苯乙烯-二乙烯基苯共聚物XAD-2粉末。把XAD树脂设置于圆筒中，圆筒上设置了孔隙，其上下都留有开口，都由金属套来覆盖，发挥有效的保护功能，同时，空气能够从微孔处流入筒内，并在筒里面流动，流入的空气就会吸附在树脂上。

优势：大容量、能够用来进行长时间的采样，特别是适用于HCH类似的污染物。不足：装配配置构造复杂，不便于运输，成本较高、操作相对复杂。

三、聚氨酯软性泡沫材料采样设备工作原理

目前PUF-PAS设备得到了广泛运用，体现出多方面的优势功能，实际的运用技术原理为：

1、采样速率

从上面公式可知，采样速率和采样设备的表面积密切相关，采样容积也会随着采样设备的体积来对应发生变化。

2、采样速率的外界影响因素

（1）温度因素

各种温度状态下，气体污物的扩散速度不同，经过实验研究表明：如果外界温度自0度升到20度时，污物分子扩散系数则会对应仅上升百分之十三，所以，通常来说，外界温度变化不会对采样速率产生太大影响。然而，必须明确的是，对应一些具有挥发特征的有机污染物，可能由于受到温度影响，气、粒分配发生变化。

（2）风力因素

外界的风力因素也是影响采样速率的一大关键因素，特别是风速的大小，这一点已经通过实验得以证实。

因为风力能够使空气边界层厚度发生变化，从而污染物扩散距离也对应变化，采样速率对应发生变化。实验得出：无风条件下，PCB空气边界层达到0.28毫米厚度，风速达到1.7米/秒时，厚度则为0.028毫米，由此可见，微小的风速差别会带来较大的空气边界层厚度差异。

聚氨酯软性泡沫材料采样设备意识到了风速问题，所以，对其外罩进行专门设计，控制风速的影响。依靠流体动力学模型原理，对腔内的气流场进行了有效模拟，最终结果得出：PUF碟片的各个区域有着不等的风速，当外面风速处于1-4米/秒，腔内风速达到0-1米/秒，因此，该采样设备的碗型空腔设计能够达到抵御风速影响的目的。

四、被动采样未来研究展望

1、PAS吸附材料的更新研发。从众多的采样设备来看，PUF更具优势，然而，对于高挥发性的有机污染物则体现出其劣势，会影响其采样的科学性、准确性，对此，业内对PUF做出了全新的研究，其中含有XAD-2粉末作为吸附材料，事实证明，其具有更强的吸附能力和容量，有效解决了传统的吸附材料不能应对的高挥发性有机污染物易饱和问题。

2、PAS观测数据同POPs环境模型的配合使用。利用PAS不仅能够观测全球范围内的大气、也能深入局部地域来观测，从而可以创建形成一个大气分布场，为整个世界的有机污染物分布分析提供依据。

五、总结

大气被动采样技术已经得到了一定的发展和进步，在大气POPs采样、观测与分析中已经发挥了一定的功能和作用，辅助并支持了大气污染物的治理，未来的大气被动采样技术在现代化信息技术、智能技术等的支持下，必将获得全新的发展。

参考文献：

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