專利名稱：：一種被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及污染物釆樣
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物釆樣裝置。
背景技術(shù)：
：大氣環(huán)境中半揮發(fā)性有機污染物的濃度很低，常規(guī)的主動釆樣裝置通過氣泵采集大量氣體樣品，經(jīng)收集裝置濃縮后進行分析測定，需要動力來源，使得采樣點在空間布設(shè)位置上受到客觀條件的限制。被動采樣裝置基于分子擴散原理，選擇合適的吸收介質(zhì)，暴露于大氣環(huán)境一段時間后測定吸收介質(zhì)中待測物質(zhì)含量，同時配合部分主動采樣分析結(jié)果確定被動釆樣裝置的釆樣效率，得到環(huán)境中待測物質(zhì)的濃度信息。半透膜采樣裝置曾被廣泛應(yīng)用于水體中污染物的被動釆集，后被應(yīng)用于空氣被動釆樣中(JimmieD,Petty,JamesN.Huckins，JamesL.Zajicek,Applicationofsemipermeablemembranedevices(SPMDs)aspassiveairsamplers.Chemosphere,1993(27》1609-1624》Shoeib在被動釆樣裝置比較研究中釆用聚氨酯泡沬(PUF)材料作為吸收介質(zhì)(Shoeib,M.;Harner，T"Characterizationandcomparisonofthreepassiveairsamplersforpersistentorganicpollutants,Environ.Sci.Technol.2002(36):4142-4151)，開發(fā)出PUF被動釆樣裝置。上述兩種被動釆樣裝置已被廣泛應(yīng)用于大氣監(jiān)測與相關(guān)科學研究中。上述氣態(tài)半揮發(fā)性有機污染物被動采樣裝置分別以甘油三油酸酯和聚氨酯泡沬材料為吸收介質(zhì)，放置在百葉箱或其他半封閉裝置中進行大氣半揮發(fā)性有機物的被動釆集，釆樣結(jié)東后對吸收介質(zhì)進行提取、濃縮(必要時進行分離純化)，分析吸收介質(zhì)中半揮發(fā)有機物的含量。被動釆樣的同時進行部分典型樣點的主動釆樣，獲得這些樣點氣態(tài)半揮發(fā)性有機污染物濃度信息，結(jié)合被動釆樣結(jié)果計算釆樣裝置的釆樣效率，據(jù)此推算其他樣點大氣半揮發(fā)性有機污染物濃度。上述被動釆樣技術(shù)均針對半揮發(fā)性有機物的氣態(tài)組分，而該類化合物在大氣中除以氣態(tài)形式存在之外，部分還會與大氣中顆粒物結(jié)合，尤其其中分子量較大，揮發(fā)性較弱的組分，大部分以顆粒結(jié)合態(tài)的形式存在于大氣中，且毒性往往強于小分子量、揮發(fā)性強的組分，是人體健康與暴露風險研究中更為值得關(guān)注的對象。上述采樣裝置不能釆集到這一組分，雖然半透膜或PUF表面可捕獲到少量顆粒物，但由于與氣態(tài)組分沒有明確的區(qū)分，隨機性強，重現(xiàn)性差，無法據(jù)此得到大氣中顆粒結(jié)合態(tài)半揮發(fā)性有機污染物的濃度信息，且對氣態(tài)組分的計算結(jié)果具有一定干擾作用。大氣顆粒物釆樣器通過物理過濾作用使一定體積空氣中的顆粒堆積在過濾器的過濾介質(zhì)(如濾膜)上，通過對過濾介質(zhì)的精確稱重和化學分析，分析顆粒物中各組分的質(zhì)量濃度信息。微孔均勻沉積式碰撞釆樣器(如MOUDI-100/110,NanoMOUDI-115,FA-3等)還可分級釆集不同粒徑范圍的顆粒物樣品，通過后期實驗室分析得到不同粒徑顆粒物中各組分的質(zhì)量濃度信息。不過，上述顆粒物釆樣器都需要動力來源，使得在樣點布設(shè)上受到很大限制。近年出現(xiàn)的便攜式氣溶膠采樣儀以及氣溶膠被動釆樣裝置可提供空氣中氣溶膠濃度與粒徑分布的信息，但由于采樣量小，無法進行后期分析，從而得到顆粒物中目標化合物的濃度信息。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題是提供一種被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物采樣裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中很難得到大氣中顆粒結(jié)合態(tài)半揮發(fā)性有機污染物的濃度信息的缺陷。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物釆樣裝置，所述裝置包括頂部擋板，安裝于釆樣裝置頂部，用于遮擋降雨和降塵的侵入；遮罩，用于消除風速對樣品釆集的影響；支撐架，下端與遮罩內(nèi)壁相連，上端連接頂部擋板，用于采樣裝置頂部擋板與遮罩部位的連接以及釆樣罐水平方向的定位；釆樣罐，分為上下兩個部分，上下封口，上部放置氣態(tài)有機污染物釆集介質(zhì)，下部放置顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物釆集介質(zhì)；插銷，用于釆樣罐垂直方向上的定位。其中，所述氣態(tài)有機污染物釆集介質(zhì)為聚氨酯泡沬吸附材料。其中，所述顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物釆集介質(zhì)為玻璃纖維濾膜。其中，所述裝置的材料為不銹鋼。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點本發(fā)明配合主動釆樣裝置，得到被動采樣裝置的采樣效率，通過曰均單位被動釆樣裝置目標化合物的釆集量估測大氣環(huán)境中氣態(tài)與顆粒結(jié)合態(tài)半揮發(fā)性有機污染物的濃度水平。圖l是本發(fā)明的一種被動式半揮發(fā)性有機污染物釆樣裝置的結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明的氣態(tài)有機污染物主動釆樣與被動釆樣監(jiān)測值的關(guān)系示意圖3是本發(fā)明的低環(huán)顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物主動釆樣與被動釆樣監(jiān)測值的關(guān)系示意圖4是本發(fā)明的高環(huán)顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物主動釆樣與被動采樣監(jiān)測值的關(guān)系示意圖5是本發(fā)明的氣態(tài)有機污染物被動與主動監(jiān)測結(jié)果的比較示意圖6是本發(fā)明的顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物被動與主動監(jiān)測結(jié)果的比較示意圖7是本發(fā)明的各釆樣點位氣態(tài)與顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物被動監(jiān)測結(jié)果示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的一種被動式半揮發(fā)性有機污染物釆樣裝置如圖1所示，包括A:頂部擋板，圓形，直徑200mm,安裝于釆樣裝置頂部，用于遮擋降雨和降塵的侵入；B:遮罩，圓簡狀，直徑160mm,高290mm,用于消除風速對樣品釆集的影響；C:支撐架，長條狀，下端與遮罩內(nèi)壁相連，上端連接頂部擋板，用于采樣裝置頂部擋板與遮罩部位的連接以及釆樣罐水平方向的定位；D:采樣罐，圓簡狀，直徑100mm，高度250mm，分為上下兩個部分，上下封口，側(cè)壁上端70mm為金屬圈，與頂部相連，內(nèi)部放置聚氨酯泡沬(PUF)吸附材料，側(cè)壁其余部位為金屬網(wǎng)，采樣罐的下端放置GFFs濾膜；E:聚氨酯泡沬(PUF)吸附材料，圓餅狀，直徑100mm，厚度1.5mm,用于氣態(tài)有機污染物的采集；F:玻璃纖維濾膜(GFFs)，圓形，直徑100mm,用于顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物的釆集；G:插銷，長條狀，釆樣裝置遮罩兩側(cè)距底部20mm的部位各開一矩形開口，將插銷兩端置于矩形開口中，用螺釘固定，用于固定釆樣罐的垂直方向上的定位。本裝置外部釆用柱狀半封閉結(jié)構(gòu)，頂部擋板可避免降水與降塵侵入干擾，利用圓簡狀遮罩營造釆樣罐周圍相對靜風環(huán)境，減弱風速對釆樣速率的影響。遮罩與擋板之間存在空隙(20mm)，允許氣流自由出入，提高顆粒結(jié)合態(tài)半揮發(fā)性有機污染物的釆樣效率。遮罩內(nèi)部放置釆樣罐，釆樣罐由上下兩個部分組成，上半部分用于氣態(tài)有機污染物的釆集，釆樣介質(zhì)選用聚氨酯泡沬(PUF),緊貼釆樣罐上側(cè)內(nèi)壁放置，頂部與側(cè)面封閉，避免降塵干擾，底端與大氣接觸，以吸收氣態(tài)有機污染物；釆樣罐下半部分用于顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物的釆集，釆樣介質(zhì)選用玻璃纖維濾膜(GFFs),平鋪于釆樣罐底部，濾膜粗糙面朝上，釆樣罐下部側(cè)壁為網(wǎng)狀，懸浮顆粒物可通過網(wǎng)眼進入釆樣罐內(nèi)部，與濾膜表面接觸時可為其捕獲。使用時將釆樣罐上下部分合為一體，放置于遮罩內(nèi)部，通過底部插銷與遮罩內(nèi)壁支撐架固定位置。裝置材料盡量選用不銹鋼，避免釆樣過程中樣品被污染。本發(fā)明關(guān)鍵點在于顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物的收集部分是否具有足夠的釆樣效率。下面通過被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物釆樣裝置與傳統(tǒng)主動釆樣裝置對大氣環(huán)境中多環(huán)芳烴濃度的監(jiān)測結(jié)果了解本發(fā)明的效果分別于4個野外釆樣點放置被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物釆樣裝置，進行被動釆樣；同時在相應(yīng)點位定期進行主動釆樣，獲得當?shù)囟喹h(huán)芳烴濃度水平，用以計算被動釆樣裝置的釆樣效率。被動釆樣中氣態(tài)與顆粒結(jié)合態(tài)多環(huán)芳烴釆樣介質(zhì)分別選用聚氨酯泡沬(PUF,Supelco，直徑100mm，厚度15mm，密度0.024g/cm3，使用前用100ml正己烷用脂肪抽提器在85°C條件下提取8小時以上)與玻璃纖維濾膜(GFFs，直徑100mm,使用前450°C高溫加熱3小時，冷卻后放入干燥器平衡24小時，稱重)。主動釆樣中氣態(tài)與顆粒結(jié)合態(tài)多環(huán)芳烴分別選用聚氨酯泡沬(直徑22mm,厚度7.6mm,使用前處理方式同上)與玻璃纖維濾膜(直徑22mm，使用前處理方法同上)，真空泵(TMP1500)抽氣速度1.2L/min。目標化合物選取如表1所示的16種多環(huán)芳烴表1Naphthalene(NAP)Acenaphthene(ACE)Acenaphthylene(ACY)FIuorene(FLO)Phenanthrene(PHE;)Anthracene(ANT)7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>采樣結(jié)東后，用脂肪抽提器對PUF吸收介質(zhì)進行索氏提取(IOOml二氯甲烷，50°C,24小時)，提取液旋蒸至1ml左右，如濃縮后的提取液澄清透明，雜質(zhì)較少，可加入內(nèi)標(內(nèi)標法定量，內(nèi)標選用2-fluoro-l，l'-biphenyl和p-terphenyl誦d14,J&KChemical,USA,2.0嗎/ml)后直接上GC-MS儀器進行分析(Agilent6890+5973，HP-5MS,30mx0.25mmi.d.x0.25pm)，載氣He流速1ml/min，升溫程序起始6(TC，升溫速度6。C/min,280'C后持續(xù)20分鐘，檢測模式選用SIM模式。如提取液雜質(zhì)較多，需凈化后上機分析。凈化柱可選用氧化鋁(下，12厘米)+硅膠(上，12厘米)，20毫升正己烷沖淋后舍棄，20亳升二氯甲烷沖淋后收集，濃縮至l毫升，加內(nèi)標待測。用于收集顆粒結(jié)合態(tài)半揮發(fā)性有機污染物的玻璃纖維濾膜的處理程序為放入干燥器，24小時后達到恒重，稱重，釆樣前后質(zhì)量差即為濾膜所捕獲到顆粒物的質(zhì)量。將稱重后的坡璃纖維濾膜剪碎后放入脂肪抽提器進行索氏提取(提取方法同PUF)。提取液旋蒸至1ml左右后，凈化與分析方法同上。下面對分析方法的質(zhì)量控制進行詳細說明。各目標化合物的方法檢出限如表2所示，其中單位為ng/ml。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>各目標化合物的方法回收率如表3所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，PAHp為顆粒結(jié)合態(tài)多環(huán)芳烴濃度，單位為ng/m3;Qp為曰均單位被動釆樣裝置釆樣量(顆粒結(jié)合態(tài))，單位為ng/devd;MWt為化合物分子量。據(jù)此計算，被動釆樣裝置對顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物的釆樣效率為0.083±0.169m3/d,低于對氣態(tài)有機污染物的釆樣效率，但可滿足日常監(jiān)測要求。根據(jù)公式1和公式2將被動監(jiān)測結(jié)果換算為氣態(tài)與顆粒結(jié)合態(tài)持久性有機污染物體積濃度，與主動監(jiān)測結(jié)果進行比較(圖5，圖6)，結(jié)果表明，被動與主動監(jiān)測結(jié)果的偏差絕大部分處于可接受的范圍之內(nèi)(小于l個對數(shù)單位)。本發(fā)明的氣態(tài)有機污染物被動與主動監(jiān)測結(jié)果的比較如圖5所示，本發(fā)明的顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物被動與主動監(jiān)測結(jié)果的比較如圖6所示。2007-2008年冬季，將被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物釆樣裝置應(yīng)用于北京與河北地區(qū)10個采樣點的野外觀測。樣點分布及具體位置如表4所示表4<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>釆樣結(jié)東后室內(nèi)分析PUF與GFFs中多環(huán)芳烴含量，根據(jù)公式l、2換算為氣態(tài)與顆粒結(jié)合態(tài)多環(huán)芳烴濃度，結(jié)果如表5所示(單位ng/m3):<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>本發(fā)明的各釆樣點位氣態(tài)與顆粒結(jié)合態(tài)16種多環(huán)芳烴總濃度(PAH16)被動監(jiān)測結(jié)果如圖7所示，結(jié)果顯示，釆樣點位3、4(北京巿密云區(qū)遙橋峪水庫、門頭溝區(qū)小龍門森林系統(tǒng)研究站)大氣中多環(huán)芳烴濃度處于較低水平，分別為138ng/mS與123ng/m3,釆樣點位7、10(河北省保定、唐山巿區(qū))大氣中多環(huán)芳烴濃度較高，分別為2460ng/m3與2629ng/m3。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。權(quán)利要求1、一種被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物采樣裝置，其特征在于，所述裝置包括頂部擋板，安裝于采樣裝置頂部，用于遮擋降雨和降塵的侵入；遮罩，用于消除風速對樣品采集的影響；支撐架，下端與遮罩內(nèi)壁相連，上端連接頂部擋板，用于采樣裝置頂部擋板與遮罩部位的連接以及采樣罐水平方向的定位；采樣罐，分為上下兩個部分，上下封口，上部放置氣態(tài)有機污染物采集介質(zhì)，下部放置顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物采集介質(zhì)；插銷，用于采樣罐垂直方向上的定位。2、如權(quán)利要求1所述的被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物釆樣裝置，其特征在于，所述氣態(tài)有機污染物采集介質(zhì)為聚氨酯泡沬PUF吸附材料。3、如權(quán)利要求1所述的被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物釆樣裝置，其特征在于，所述顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物采集介質(zhì)為玻璃纖維濾膜。4、如權(quán)利要求1所述的被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物釆樣裝置，其特征在于，所述裝置的材料為不銹鋼。全文摘要本發(fā)明公開了一種被動式半揮發(fā)性大氣有機污染物采樣裝置，所述裝置包括頂部擋板，安裝于采樣裝置頂部，用于遮擋降雨和降塵的侵入；遮罩，用于消除風速對樣品采集的影響；支撐架，下端與遮罩內(nèi)壁相連，上端連接頂部擋板，用于采樣裝置頂部擋板與遮罩部位的連接以及采樣罐水平方向的定位；采樣罐，分為上下兩個部分，上下封口，上部放置氣態(tài)有機污染物采集介質(zhì)，下部放置顆粒結(jié)合態(tài)有機污染物采集介質(zhì)；插銷，用于采樣罐垂直方向上的定位。本發(fā)明配合主動采樣裝置，得到被動采樣裝置的采樣效率，通過日均單位被動采樣裝置目標化合物的采集量估測大氣環(huán)境中氣態(tài)與顆粒結(jié)合態(tài)半揮發(fā)性有機污染物的濃度水平。文檔編號G01N1/10GK101476993SQ20091007706公開日2009年7月8日申請日期2009年1月19日優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日發(fā)明者劉久萌,劉志剛,軍曹,王文濤,澍陶申請人:北京大學