基于扩散定律的Willems型大气二氧化氮被动采样器的制作

(沈阳化工大学 辽宁 沈阳 110000)

NO2是主要大气污染物，危害人体健康，影响对流层中O3、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、HNO3、二次细颗粒物等污染物。为保护人体健康和生态环境安全，需准确监测大气NO2浓度，提出有效防治措施。大气NO2的监测方法可分为主动法和被动法。主动法监测频率高、准确度高，但主动法分析仪器沉重而昂贵，需要电力、校准和专业维护。被动法能够有效克服上述缺点，适合大规模监测点的同步监测工作。被动法监测NO2浓度在国外应用已十分广泛，但在国内应用仍十分有限，取样器仍依赖进口，监测成本居高不下。为此，本次工作尝试根据文献资料，自制Willems型被动取样器，并初步验证其监测效果，为我国研发NO2等大气污染物被动监测技术提供参考。

一、实验部分

(一)采样器结构：Willems型大气NO2被动取样器由七部分组成(见图1)。其中深14 mm瓶体、6 mm间隔环，3 mm挡风膜固定环和取样器盖子由一内径28 mm、深54 mm、带内盖的聚苯乙烯瓶加工制成。在挡风膜和吸收介质间形成距离6 mm扩散层，挡风膜能够有效消除取样期间空气湍流对该扩散层的影响。

图1 Willems型大气NO2被动取样器剖面示意图

1、尼龙粘贴扣(用于野外固定、放置取样器)，2、瓶体，3、吸收介质，4、间隔环，5、挡风膜，6、膜固定环，7、密封盖。

(三)吸收介质反应原理：NO2被动取样器多以三乙醇胺作为吸收剂。三乙醇胺具有吸湿性，能够吸收大气中水蒸气，三乙醇胺与NO2反应生成配合物，溶于水可生成亚硝酸根，通常情况下其转化率接近100%。

(四)取样器制作：在取样器组装前把各组件清洗干净，取样器在手套箱内组装。在手套箱前安装了前过滤装置，有效除去干扰杂质。配置10%(V/V)的三乙醇胺-丙酮溶液，在手套箱里将清洗干净的玻璃纤维膜放到其中浸渍并拿出，15分钟左右可以干透后开始组装。组装后取样器放入乐扣保鲜密封盒，套上自封袋冷藏保存。

(五)初步评价实验：在沈阳化工大学南门校园内设置了4个样点，于2017年7月1日在每个样点距地面1.7 m高度放置3个取样器，留存3个野外空白样品，于2017年7月28日收回取样器，暴露取样时间为四个星期。

二、结果与讨论

本次实验有四个采样点和一个野外空白，暴露取样时间为2.4192×106s。用5ml纯水提取得到平均值(mg/L)分别为6.342、6.686、4.269、4.426空白为0.024。标准差(mg/L)分别为1.092、2.002、0.410、0.049空白为0.006.变异系数分别为0.172、0.299、0.096、0.011空白为0.236。得到大气NO2浓度近似值(μg/m3)为39.60、41.75、26.66、27.64。得到可见，制备取样器野外空白浓度很低，接近SmartChem140仪器检出限(0.01 mg/L)。各监测样点三个重复样测试数据的变异系数很低，说明自制取样器尺寸基本一致，质量较好。而且，不同监测点监测数据有明显差异，说明制备取样器能够有效反应大气NO2空间分布趋势。

三、结论

本次工作参考相关文献，完成了Willems型大气NO2被动取样器清洗、室内组装、野外监测、室内测试和数据统计分析工作。通过严格的实验操作步骤和质量控制措施，制备的取样器本底浓度低，取样器尺寸基本一致，监测数据可信度高，能够有效揭示月尺度大气NO2空间分布特征。通过自制被动取样器，能够显著降低监测成本。本次工作为下一步用主动法校正该取样器扩散阻力打下基础，为我国推广被动法监测大气污染物浓度提供有价值的参考。