环境空气和废气样品采集细节问题探讨

杨芝慧，魏显珍

（1.新疆卓凯新环境科技有限公司，新疆 乌苏 833000；2.中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津 300191）

环境监测是推进生态文明建设的重要支撑，环境监测数据是客观评价环境质量状况及变化趋势，反映污染治理成效，实施环境保护相关法规标准等管理决策的基本依据。在环境监测工作中，现场采样是基础和前提性工作，因为现场工作过程中所面临的环境非常复杂，会受到很多因素的影响，只有不断提高现场采样操作的科学性和合理性，注意并合理把握好细节问题，才能确保样本检测结果的准确度、有效性和参考性。对采样过程误差的控制也是环境监测工作的薄弱环节，样品采集最为常见的误差来源有检测方法的选择、现场工况的核查、采样设备的校核检查、监测点位的布设、采样操作过程的规范化、样品的保存和运输等过程。

1 合理选择检测方法

1.1 检测低浓度样品的方法选择

大气环境的现场采样工作，针对不同的污染源应采用不同的检测方法，在大气环境中污染物浓度较高的情况下，一般采用直接采样法，而对于浓度较低的情况，可以选择使用浓缩采样法、溶液吸收法或滤料阻留法。通常使用的现场监测及便携式检测仪器检出限相对化学分析法等实验室分析方法是比较高的，所以对某些浓度相对较低的大气样品进行检测时，如用现场仪器进行采样分析，则监测结果的准确性和可靠性均得不到有效保证，在这样的情况下，应采用化学分析法进行有效的采样分析[1]。

1.2 准确认识检测方法的适用范围

环境监测方法修改或更新速度较快，一定要及时更新检测方法，并注意各方法的适用范围，分清适用的废气类型及浓度范围，否则将得不到有效和准确的检测结果。例如，监测方法《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）已经修改，其修改单规定该方法只能出具大于20 mg/m3的数据结果，很多单位错误使用GB/T16157-1996对低浓度颗粒物进行检测，对于排放浓度需要进行折算的锅炉和炉窑，监测结果低于20 mg/m3时，出具了“＜20 mg/m3”的检测结果，就不能确定折算后的准确浓度，致使无法判断是否达标排放，如天津地方燃气锅炉的颗粒物排放限值为10 mg/m3，若结果出具“＜20 mg/m3”，则不能判断是否达标排放，所以出具小于20 mg/m3的低浓度颗粒物结果必须依据《固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定 重量法》（HJ 836-2017）方法进行检测分析。

2 使用富集方法采样细节问题

2.1 溶液吸收采样法

溶液吸收采样法样品的采集效率和溶解速度与气泡在吸收液中的停留时间、气泡的直径以及吸收瓶的性能等有关。吸收液对样品的溶解速度和稳定性是需要注意的关键性问题，因为吸收液及被采集的溶液具有稳定性差的问题，极易受到空气氧化，在阳光照射、温度、湿度较高时，非常容易发生氧化分解。例如，氮氧化物、氨、甲醛等的采集要求避光，完成采样后，对样品进行密封处理，特别是在炎热的夏天，更需低温冷藏保存运输，尽快分析样本，避免各种外界因素影响检测结果。

2.2 固体吸附剂富集

用此方法采样时要注意采样体积的确定。第一，在吸附剂一定的情况下，控制采样的流量和时间，使采样管内吸附剂的后三分之一样品含量少于总量的10%（对应的采样体积称为穿透体积）[2]。穿透体积与样品及吸附剂的性质、样品浓度及共存物、环境温度、环境湿度、采样流量等因素有关。要了解所采集样品中含有多个组分，应按吸附性最差的控制采样体积；第二，最小采样体积必须使样品浓度大于分析方法的检测限，采样的目的是完成现场待测浓度和分析方法检测限的匹配，一般根据两倍的方法检测限除以最高容许浓度确定最小采样体积。因此，采样体积应小于采样管穿透体积，大于最小采样体积。

3 采样器具准备工作中的细节问题

（1）溶液吸收法采样前应检查管路是否洁净，及时清洗或更换。检查所用吸收瓶的阻力和吸收效率是否符合要求，气泡分散是否均匀；吸附管在使用前应进行老化，并抽取10%进行空白和解吸附效率测试；及时更换仪器防尘滤膜和干燥剂，一般干燥器硅胶有1/2变色则需要更换。

（2）对采样仪器装置及容器进行气密性检查，选取一定数量的吸附管按要求连接到采样仪器上进行气密性检查；现场采样时需要对真空瓶、气袋、注射容器等容器的气密性进行严格检查，避免出现其他气体混入、样品丢失、漏气等问题，有效保障样品的可靠性。

（3）采样前后都要用经检定合格标准流量计校验采样系统的流量，流量误差应小于5%；使用经检定合格的孔口流量计等对颗粒物采样器进行流量检查，当流量示值误差超过采样流量2%时，应对采样器流量进行校准。采样器的温度测量示值应用经检定合格的温度计进行检查，误差超过±2℃时对采样器进行温度校准；采样器的压力传感器应用经检定合格的气压计进行检查，误差超过±1 kPa时应对采样器进行压力校准[3]。

（4）采样工具和容器的选择应建立在最可靠的对所分析组分有关的空白试验结果之上，有必要对采样工具的任何部件（如导管、密封圈、金属或塑料组件）是否对有关分析组分产生影响的情况进行细致的评价和检验。必须根据监测项目的要求来选择材质合适的采样工具和容器。容器材质对环境样品中某些组分的吸附作用导致样品分析组分损失是不可忽视的误差来源，例如，塑料容器可吸附有机质和痕量金属，大气采样的气路管壁会吸附某些废气成分。

4 制定监测方案的细节问题

根据项目污染源排放特性和周围环境状况及环境气象条件确定采样点位、时间和频次。首先，环境空气及无组织废气污染物的分布及浓度与周围的地貌环境、气象情况等自然条件息息相关。采集时一般针对需要采样的地区特点选取同心圆和扇形布点法，并在不同海拔处布置采样点位，扩大数据的采集范围。由于监测对象的某些指标在不同的时间和空间其浓度不同，因此必须在不同的时段并根据监测的目的和监测能力等因素来确定合理的采样频率，以便尽可能地反映监测对象在时、空、量上的变化规律，以最低的采样频率，取得最有代表性的监测数据。对于监测影响较大的雨雪天气或有利于污染物扩散和稀释的其他气象条件，如大气不稳定度为A、B，无明显风向或风向变化超过±45°，风速大于4.5 m/s，均不适宜进行手工采样厂界无组织监测[4]。在采集环境空气VOCs样品时，环境温度应小于40℃，当风速大于5.6 m/s时，吸附管应与风向垂直放置，并在上风向设置掩体。对敏感点进行监测时，敏感点应处于污染源的下风向。

5 选择采样断面细节问题分析

采样断面尽量选择在气流平稳、尘粒分布均匀的位置，避开烟道的弯头、阀门和变径管等处，实际监测中还要考虑采样安全、采样人员所处工作环境、劳动强度等问题进行综合分析，从而确定采样断面。有时由于采样现场条件的限制，找不到理想的断面，应当增加采样点数量。例如，有多台锅炉共用一个大型烟囱排放废气和烟尘，其各台锅炉除尘器后都有一段平整的水平烟道通向共用烟道的情况，应考虑将采样断面选在各水平烟道上，因为大型烟囱上的采样存在烟气流速低和旁路漏风等问题而影响采样的准确性，还可能存在安全问题。采样断面位于引风机前的采样应将采样管插入烟道中，先对距离采样孔最远的采样点进行采样，然后逐个采至最近的一个点，采样结束时迅速封闭采样气路，从烟道中快速取出采样管。如果必须把采样孔开在水平烟道的上部，采样时需要采样管头部朝下插入烟道才能进行。采样结束停止抽气后，滤筒中粒径较大的尘粒在重力作用下会向下坠落损失，造成误差。因此，应在采样结束前两秒内提前把采样管从烟道中取出，并将采样管头部保持向上放置。

6 运行工况核查中的细节问题

监测采样应在生产工况运行稳定状态下进行，并有专人负责对工况进行监督，常见的工况核定方法如表1所示。另外，通过烟温可粗略判断锅炉或炉窑的运行工况，如果发现烟气温度有很明显的向上漂移增高或者向下滑落降低现象，锅炉系统可能正处于升温阶段或停止输进燃料，都说明工况尚不稳定；出现这种情况时应当停止采样，待锅炉运行稳定正常后再进行采样监测。

表1 常用的工况核定/统计方法

7 结论

由于环境空气和废气的组成、现场气象条件及局地流场变化均相对复杂，为保证环境监测的效率，人们需要明确大气采样的具体目标。环境监测实施现场采样时，所选用的技术和方法、运用的仪器、操作的技术手段和方法等，都对现场采样的质量影响很大。样品的选取、采集涵盖了很多方面的内容，需要了解不同类型物质现场采样的需求，分析采样过程中的相关问题，并针对性制定对策，完善注意事项，做好采样准备，科学实施采样举措，这样才能提升采样结果的可靠性，提升环境监测的实效性。