主動(dòng)與被動(dòng)空氣采樣
前言：
近年來，空氣采樣技術(shù)最重要的發(fā)展之一是被動(dòng)采樣器的演變。該技術(shù)于 1973 年由研究人員 Palmes 和 Gunnison 首次引入健康和安全行業(yè)。隨著該技術(shù)的應(yīng)用多年來不斷發(fā)展和變化，市場(chǎng)上可用的被動(dòng)采樣器的數(shù)量和類型也不斷增加。被動(dòng)采樣器現(xiàn)在是空氣采樣設(shè)備庫中的關(guān)鍵組成部分。
主要內(nèi)容：
主動(dòng)采樣涉及使用空氣采樣泵主動(dòng)將空氣抽過過濾器等收集裝置。然而，被動(dòng)采樣不需要泵主動(dòng)移動(dòng)空氣。空氣中的氣體和蒸汽通過物理過程收集，例如通過靜態(tài)空氣層擴(kuò)散或通過膜滲透。衛(wèi)生和安全專業(yè)人使用的大多數(shù)被動(dòng)采樣器都采用擴(kuò)散原理；因此，它們被稱為擴(kuò)散采樣器。
主動(dòng)和被動(dòng)系統(tǒng)各有優(yōu)勢(shì)，例如尺寸和重量，從而為工人帶來便利并降低初始成本。然而，影響可靠性的兩個(gè)主要因素（稍后討論）非常重要。
總體而言，主動(dòng)采樣與風(fēng)速基本無關(guān)；然而，擴(kuò)散采樣器在空氣流動(dòng)最小或極端的大風(fēng)條件下根本無法正常工作。大多數(shù)氣體和蒸汽的主動(dòng)采樣是在具有備用部分的吸附劑管上進(jìn)行的；這使得能夠根據(jù)某些定義的指導(dǎo)方針進(jìn)行質(zhì)量和可靠性檢查，并實(shí)現(xiàn)非?？煽康牧炕?。大多數(shù)擴(kuò)散采樣器沒有并且無法做到這一點(diǎn)。
擴(kuò)散采樣器的工作原理
擴(kuò)散采樣器的工作原理是污染物分子沿濃度梯度移動(dòng)。簡(jiǎn)單來說，空氣中的污染物從工作場(chǎng)所環(huán)境中濃度較高的區(qū)域擴(kuò)散到收集裝置中濃度較低（或?yàn)榱悖┑膮^(qū)域。Fick菲克是一位先驅(qū)研究人員，他因定義化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散的速率而受到贊譽(yù)。Fick菲克第一擴(kuò)散定律由以下公式表示:
Q = D (A/L) C T
其中:
Q=收集量 (ng)
D=擴(kuò)散系數(shù)(cm2/min)
A=擴(kuò)散路徑的橫截面積 (cm2)
L=擴(kuò)散路徑長(zhǎng)度 (cm)
C=空氣濃度 (mg/m3)
T=采樣時(shí)間 (min)
請(qǐng)注意：擴(kuò)散系數(shù) (D) 特定于所采樣的污染物。每種污染物都有自己的擴(kuò)散系數(shù)，由其獨(dú)特的化學(xué)和物理特性決定。參數(shù) (A/L) 特定于采樣設(shè)備，并由采樣器的幾何形狀決定。D X (A/L) 的乘積是擴(kuò)散采樣器對(duì)特定化合物的理論采樣或吸收率。
近年來，已有許多舉措在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證采樣或吸收率，并驗(yàn)證采樣器在不同環(huán)境條件下的性能。這可以更可靠地評(píng)估采樣設(shè)備的整體準(zhǔn)確性和精確度。具有記錄驗(yàn)證研究的采樣器應(yīng)用于合規(guī)或合法應(yīng)用。
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被動(dòng)采樣器示意圖
被動(dòng)（擴(kuò)散）采樣器的類型
目前市場(chǎng)上有兩大類被動(dòng)采樣器，它們采用擴(kuò)散原理：(a) 需要實(shí)驗(yàn)室分析的采樣器和 (b) 直讀設(shè)備。直讀被動(dòng)采樣器通?；诒壬夹g(shù)。色帶的長(zhǎng)度或顏色變化的強(qiáng)度可在刻度上讀取或與圖表進(jìn)行比較，以確定濃度水平。
被動(dòng)式比色管是直讀式被動(dòng)采樣器的一個(gè)很好的例子。這些管子只需插入支架并夾在工人的翻領(lǐng)上即可。目標(biāo)化合物擴(kuò)散到管子的開口端，與試劑結(jié)合并產(chǎn)生顏色變化，該變化以百萬分之一小時(shí) (ppm-hrs) 為單位從管刻度上讀取。用戶只需將讀數(shù)除以采樣的小時(shí)數(shù)即可確定 ppm 暴露量。
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氣體顏色檢測(cè)管
需要實(shí)驗(yàn)室分析的被動(dòng)采樣器通常使用固體吸附材料或經(jīng)過化學(xué)處理的紙來收集空氣中的污染物。經(jīng)驗(yàn)證后，這些方法可以與主動(dòng)采樣方法一樣可靠。
如今，含有固體吸附劑的被動(dòng)采樣器被廣泛用于工作場(chǎng)所采樣。最流行的采樣器含有木炭吸附劑，用于收集苯、甲苯和二甲苯等有機(jī)蒸氣。采樣后，分析實(shí)驗(yàn)室可以去除固體吸附劑，提取收集的污染物并通過氣相色譜進(jìn)行分析。目前正在研究使用含有固體吸附劑的被動(dòng)采樣器在室內(nèi)空氣質(zhì)量和環(huán)境空氣研究中進(jìn)行低濃度測(cè)定。對(duì)于這些應(yīng)用，采樣和分析方法必須允許測(cè)量十億分之一以下 (sub-ppb) 的水平。
源自SKC575-001被動(dòng)采樣器
在被動(dòng)采樣器中，使用經(jīng)過化學(xué)處理的濾紙是一種日益流行的趨勢(shì)。在這些采樣器中，濾紙只是作為化學(xué)試劑的基質(zhì)。目標(biāo)化合物擴(kuò)散到經(jīng)過處理的濾紙上，與化學(xué)試劑結(jié)合，產(chǎn)生穩(wěn)定的化合物以供后續(xù)分析?；诖瞬僮髟淼谋粍?dòng)采樣器通常用于未處理吸附劑無法有效捕獲的化學(xué)物質(zhì)。例如，2004 年 ISO 16000-4 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種被動(dòng)采樣器，它包含用 2,4-二硝基苯肼 (2,4-DNPH) 處理的過濾材料，用于收集甲醛蒸氣。
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圖示：SKC 甲醛被動(dòng)采樣器
熱解吸被動(dòng)采樣器
熱解吸的工作原理是將吸附劑置于高溫下，從而將污染物從吸附劑上分離出來。由于污染物不會(huì)被解吸溶劑稀釋，因此可以將收集到的全部污染物直接引入分析儀器（而不是溶液的一小部分）。
因此，熱解吸可用于測(cè)量非常低的空氣濃度，通常為十億分之一以下。事實(shí)上，EPA 方法TO-17中規(guī)定熱解吸用于測(cè)量用吸附管收集的室內(nèi)和環(huán)境空氣中的低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物。
目前，大多數(shù)已發(fā)表的熱解吸方法都是針對(duì)用吸附管采集的樣品。毫無疑問，未來在使用擴(kuò)散吸附采樣器采集樣品后，熱解吸技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)增加。
注：擴(kuò)散式熱解析采樣器采樣后樣品倒入管中進(jìn)行熱解析。
SKC推出新款Ultra徽章采樣器現(xiàn)在提供被動(dòng)采樣器的便利性和熱解吸靈敏度。它旨在隨時(shí)間對(duì)ppb和ppt級(jí)VOC進(jìn)行有人值守或無人值守的短期和長(zhǎng)期采樣。該產(chǎn)品非常適合蒸汽入侵研究，其中埋藏的廢物中的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)會(huì)散發(fā)蒸汽，這些蒸汽可能會(huì)通過地下遷移到上層建筑物的空氣空間中。在大多數(shù)情況下，這些“室內(nèi)化學(xué)濃度”很低，但可能需要進(jìn)行測(cè)量。
被動(dòng)采樣器的可靠性
被動(dòng)采樣器對(duì)于用戶來說是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的選擇，對(duì)于佩戴者來說是一種不顯眼的設(shè)備。然而，在選擇被動(dòng)采樣器用于合規(guī)或法律應(yīng)用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎行事。被動(dòng)采樣器的性能會(huì)受到許多環(huán)境因素的影響。停滯的空氣（即表面速度小于22 ml/min）會(huì)顯著降低被動(dòng)采樣器的采樣率?；蛘撸呖諝馑俣瓤赡軙?huì)干擾不包含風(fēng)障的采樣器的正常擴(kuò)散。目標(biāo)化合物或干擾化合物的濃度非常高和/或高濕度也可能限制采樣器吸附或保留污染物以供后續(xù)分析的能力。逆擴(kuò)散也可能是一個(gè)因素，一些化學(xué)物質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到吸附劑上，但不能充分保留。這在瞬時(shí)峰值暴露區(qū)域可能是一個(gè)問題。
使用被動(dòng)采樣器時(shí)，采樣時(shí)間也是一個(gè)重要的考慮因素。用戶應(yīng)嚴(yán)格遵循供應(yīng)商對(duì)最小和最大采樣時(shí)間的建議。這些指導(dǎo)原則將有助于確保采樣時(shí)間足以收集足夠的污染物以供實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，而不會(huì)使采樣器過載。
被動(dòng)采樣器經(jīng)過制造商、OSHA職業(yè)安全與健康管理局或外部實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試和評(píng)估，并按照操作指南使用，是一種可靠的采樣工具。這些設(shè)備的整體采樣和分析誤差與主動(dòng)采樣方法相當(dāng)。
應(yīng)用場(chǎng)景：
? MDHS 88 空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物
工作場(chǎng)所健康與安全計(jì)劃中的被動(dòng)采樣器
? 8-hr TWA 暴露
被動(dòng)采樣器已針對(duì)指定化合物進(jìn)行了驗(yàn)證，是一種可靠、經(jīng)濟(jì)高效且簡(jiǎn)單的評(píng)估 8 小時(shí)暴露水平的方法。它們省去了泵和相關(guān)配件的費(fèi)用以及培訓(xùn)、校準(zhǔn)和維護(hù)的時(shí)間。
? 短期暴露
OSHA認(rèn)證的被動(dòng)采樣方法通常規(guī)定最短采樣時(shí)間為 5分鐘。這允許使用被動(dòng)采樣器來評(píng)估指定化合物的短期暴露限值 (STELs)。
? IAQ室內(nèi)空氣質(zhì)量
一些被動(dòng)采樣器經(jīng)過評(píng)估，發(fā)現(xiàn)可用于室內(nèi)空氣采樣。由于該環(huán)境中的污染物水平較低，最短采樣時(shí)間為24小時(shí)。如果采樣器懸掛在某個(gè)區(qū)域，用戶應(yīng)確保有足夠的空氣流動(dòng)，以避免采樣器缺氣（如上所述）。
被動(dòng)采樣器值得考慮。
參考方法:
EN 4821 1994：工作場(chǎng)所大氣-化學(xué)劑測(cè)量程序執(zhí)行的一般要求。
EN 838：工作場(chǎng)所大氣 - 用于測(cè)定氣體和蒸汽的擴(kuò)散采樣器 - 要求和測(cè)試方法。
EN 1232：工作場(chǎng)所大氣 - 化學(xué)劑個(gè)人采樣泵 - 要求和測(cè)試方法。
EN 1076：工作場(chǎng)所大氣 – 用于測(cè)定氣體和蒸汽的泵吸吸附管 – 要求和測(cè)試方法。
MDHS 88：空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物
EN 16000-4：室內(nèi)空氣-第 4 部分-甲醛測(cè)定-擴(kuò)散采樣法。
EN 13528 – 1/2：環(huán)境空氣質(zhì)量 – 用于測(cè)定氣體和蒸汽濃度的擴(kuò)散采樣器。
BS ISO 16107：工作場(chǎng)所氣體——評(píng)估擴(kuò)散采樣器性能的協(xié)議。
坦佩雷大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，三氧化硫可以通過與有機(jī)酸和無機(jī)酸相互作用，在大氣中形成除硫酸以外的其他產(chǎn)物。這些以前未表征的酸性硫酸酐產(chǎn)物幾乎肯定是大氣新顆粒形成的關(guān)鍵因素，也是將羧酸有效摻入大氣納米顆粒的一種方式。更好地預(yù)測(cè)氣溶膠的形成有助于遏制空氣污染并減少氣候變化的不確定性。
雖然長(zhǎng)期以來人們一直認(rèn)為，在任何合理的濕度下，氣態(tài) SO 3的唯一命運(yùn)就是迅速轉(zhuǎn)化為硫酸，但最近有研究表明，在城市污染條件下， SO 3會(huì)大量積累（ Yao 等人） ，這表明我們對(duì)其形成和損失過程的理解存在差距。坦佩雷大學(xué)氣溶膠物理學(xué)的研究人員及其合作者現(xiàn)已證明，SO 3與大氣中一些最普遍存在的酸分子之間的相互作用會(huì)迅速產(chǎn)生酸性硫酸酐分子，這些分子具有非常高效地形成新粒子并因此影響氣候動(dòng)態(tài)的所有特征。研究文章“在環(huán)境條件下SO 3與酸的氣相反應(yīng)中直接測(cè)量共價(jià)鍵合硫酸酐”于 2024 年 5 月 21 日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。
1、簡(jiǎn)介：
長(zhǎng)度<5毫米的異質(zhì)塑料顆粒被稱為微塑料（MPs），被認(rèn)為是對(duì)人類健康可能具有潛在風(fēng)險(xiǎn)的新興污染物。MPs分為兩類主要類別：在<5mm的尺寸范圍內(nèi)直接排放的塑料顆粒，稱為“初級(jí)微塑料”，以及經(jīng)歷風(fēng)化并分解成稱為“次級(jí)微塑料”的較小碎片的塑料垃圾。除了已經(jīng)證明海洋環(huán)境、淡水系統(tǒng)和陸地環(huán)境中微塑料的存在。最近，還被發(fā)現(xiàn)室內(nèi)空氣及室外的環(huán)境中存在MPs。因此，足夠小的MPs會(huì)被人體通過呼吸道吸入，導(dǎo)致肺沉積，此外，MPs可以作為環(huán)境中有毒微量元素的載體，例如重金屬或有機(jī)污染物，從而對(duì)人類健康造成進(jìn)一步的影響，甚至造成更嚴(yán)重的癌癥發(fā)生。
(1)、 室外環(huán)境：包括輪胎橡膠、瀝青和道路標(biāo)記（例如油漆）的磨損，個(gè)人佩戴的PPE防護(hù)裝置，紡織廠，工程塑料顆粒，3D打印，垃圾填埋場(chǎng)和重懸浮的城市灰塵等。
(2)、室內(nèi)環(huán)境：室內(nèi)空氣中MPs的主要來源被認(rèn)為是合成紡織品，因?yàn)樵诖┲?，清潔和干燥過程中，小纖維很容易從衣服和其他纖維產(chǎn)品上撕裂。(聚苯乙烯 （PS）、聚乙烯 （PE）、聚酯 （PES）、聚丙烯 （PP） 和聚酰胺 （PA） 似乎是最豐富的聚合物)
3、采樣Sampling:
（1）采樣設(shè)備：SKC Leland Legacy（5-15L）采樣泵，濾盒25mm、石英微纖維/尼龍網(wǎng)濾膜25mm。
（2）采樣位置與時(shí)間：70-100mm離地高度（依據(jù)采樣位置不同）；1.5-3小時(shí)的采樣時(shí)間。
4、樣品處理：
（1）采樣完成之后，使用不銹鋼鑷子小心地移走濾膜，并將其轉(zhuǎn)移到預(yù)先清潔的圓形玻璃培養(yǎng)皿中，將其封閉保存并用鋁箔覆蓋直至分析。為了消除粘附在所用材料（例如培養(yǎng)皿、鑷子、過濾器支架）上的可能微塑料，所有材料事先用乙醇混合物 沖洗一式三次。
（2）與NAI飽和溶液混合之后分離
等等·····需要進(jìn)一步更多的探索。
5、分析處理：
（1）視覺觀察：使用熒光/體視顯微鏡觀察MPs的物理參數(shù)
（2）使用配備碲化鎘汞（MCT）檢測(cè)器的傅里葉變換紅外光譜儀來確定顆粒和纖維的化學(xué)成分，使用光譜范圍設(shè)定為 800 至 4000 cm?1。由于尼龍網(wǎng)濾膜具有高紅外信號(hào)，因此無法在濾膜直接分析，需要借助超高精度材料（鑷子、沖頭和針）有助于從原始過濾器中去除纖維和碎片，并將它們移到可進(jìn)行分析的CaF2氟化鈣分析支撐板上進(jìn)行分析。從濾膜中去除MPs是一個(gè)耗時(shí)且費(fèi)力的過程，在此過程中可能會(huì)丟失顆粒。因此這是這個(gè)分析方法的局限性。
（3）拉曼光譜檢測(cè)方法，此方法檢測(cè)限比傅里葉紅外要低一些，但是樣本處理過程中總有一些損失。
6、所使用的設(shè)備圖片如下：
