被動(dòng)采樣器，又稱無動(dòng)力擴(kuò)散采樣器，是當(dāng)前環(huán)境空氣氨氣監(jiān)測(cè)的常用方法之一。我們將持續(xù)分享更多被動(dòng)采樣器在氨氣監(jiān)測(cè)中的真實(shí)案例與技術(shù)要點(diǎn)，歡迎關(guān)注我們的動(dòng)態(tài)。

一、定義（什么是被動(dòng)采樣器？）

被動(dòng)采樣器是一種不依賴泵、電力或機(jī)械裝置，通過污染物自身的自然擴(kuò)散或吸附作用，將其從環(huán)境介質(zhì)中采集到特定吸收介質(zhì)上的監(jiān)測(cè)工具。由于其采樣過程不需要主動(dòng)動(dòng)力，故又被稱為“無動(dòng)力擴(kuò)散采樣器”或“自然擴(kuò)散采樣器”。

以下為來自國內(nèi)外多個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)被動(dòng)采樣器的定義：

1. 歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 17346:2020

擴(kuò)散式采樣器（diffusive sampler），一種通過氣體在靜態(tài)空氣層或多孔材料中的擴(kuò)散和/或薄膜滲透等物理過程控制采樣速率，從而采集環(huán)境氣體或蒸汽樣本，且無需主動(dòng)氣流驅(qū)動(dòng)的裝置。

Diffusive sampler，device which is capable of taking samples of gases or vapours from the atmosphere at a rate controlled by a physical process such as gaseous diffusion through a static air layer or a porous material and/or permeation through a membrane, but which does not involve the active movement of air through the device.

2. 美國環(huán)保署（US EPA）Compendium of Methods

被動(dòng)采樣器通過擴(kuò)散或滲透等自然物理過程，從周圍環(huán)境介質(zhì)（空氣或水）中采集污染物，無需主動(dòng)泵送驅(qū)動(dòng)。

Passive samplers collect contaminants from the surrounding medium (air or water) using natural physical processes such as diffusion or permeation, without the need for active pumping.

3. 中國文物保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《館藏文物保存環(huán)境檢測(cè) 氣體擴(kuò)散采樣測(cè)定方法 氨的測(cè)定》WW/T 0047—2012

無動(dòng)力擴(kuò)散采樣 (passive diffusion sampling )指將采樣裝置或氣樣捕集介質(zhì)暴露于環(huán)境空氣中，不需要抽氣動(dòng)力，依靠環(huán)境空氣中待測(cè)成分的 自然擴(kuò)散作用而直接采集待測(cè)物質(zhì)的采樣方式。

4. 中國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，《環(huán)境空氣質(zhì)量手工監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》HJ 194-2017

被動(dòng)采樣法 passive sampling，指將采樣裝置或氣樣捕集介質(zhì)暴露于環(huán)境空氣中，不需要抽氣動(dòng)力，依靠環(huán)境空氣中待測(cè)污染物分子的自然擴(kuò)散、遷移、沉降等作用而直接采集污染物的采樣方法。

二、被動(dòng)采樣器的分類與應(yīng)用場合

按監(jiān)測(cè)介質(zhì)分類如下：

特別說明：本文及后續(xù)內(nèi)容將聚焦于大氣污染物的被動(dòng)采樣器，尤其以氨氣為典型案例進(jìn)行講解。

三、被動(dòng)采樣器的發(fā)展簡史

被動(dòng)采樣器雖在近年廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，但其技術(shù)基礎(chǔ)與研究探索早已具備悠久歷史，以下為環(huán)境空氣領(lǐng)域中被動(dòng)采樣器發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：

1. 早期探索期：1853年

被動(dòng)采樣的雛形可追溯至19世紀(jì)中葉，1853年，研究人員嘗試使用碘化鉀浸漬濾紙來檢測(cè)大氣中的臭氧（O?），通過紙張顏色變化實(shí)現(xiàn)定性監(jiān)測(cè)。這一做法雖簡陋，卻為無動(dòng)力監(jiān)測(cè)提供了基本實(shí)驗(yàn)思路。

2. 理論萌芽期：1927年

Gordon與Lowe提出用無動(dòng)力裝置來半定量采集空氣污染物，標(biāo)志著“被動(dòng)采樣”作為一種獨(dú)立采樣機(jī)制的概念成形。

3. 定量化突破：1973年

Palmes與Gunnison成功開發(fā)出可用于定量分析二氧化硫（SO?）的被動(dòng)采樣器。隨后，基于Palmes被動(dòng)采樣器，又陸續(xù)開發(fā)出用于二氧化氮（NO?）與氨氣（NH?）等污染物的采樣器，奠定了現(xiàn)代空氣污染被動(dòng)監(jiān)測(cè)的技術(shù)基礎(chǔ)。

4. 靈敏度提升期：1990年代

Monn與Hangartner在瑞士開發(fā)出新型臭氧（O?）被動(dòng)采樣器，其最短一周采樣周期內(nèi)檢測(cè)限可達(dá)3 μg/m3，大幅提升了在低濃度污染背景下的監(jiān)測(cè)能力。此時(shí)期也出現(xiàn)了更多種類的吸收劑和采樣裝置形式。

5. 多污染物集成發(fā)展期：2000年起

意大利國家研究委員會(huì)（CNR）開發(fā)出性能穩(wěn)定、種類豐富的Analyst被動(dòng)采樣器系列，可覆蓋多種大氣污染物，比如氨氣被動(dòng)采樣器，甲醛被動(dòng)采樣器，還包括其他氣體如SO?、NO?、O?、苯、甲苯、二甲苯、硫化氫等，成為歐洲及多個(gè)國家區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的主力設(shè)備之一，也在中國多地試點(diǎn)氨氣監(jiān)測(cè)中被廣泛采用。

四、被動(dòng)采樣器的工作原理

1. 原理概述
空氣中污染物（如NH?、NO?、SO?等）在濃度梯度驅(qū)動(dòng)下，會(huì)自然擴(kuò)散穿過裝置中設(shè)定的擴(kuò)散路徑（如濾膜、擴(kuò)散管），進(jìn)入內(nèi)部吸收介質(zhì)（如酸化濾膜），最終被“捕集”。該過程遵循菲克擴(kuò)散定律（Fick’s First Law）：

J = -D × (dc/dx)
其中：
J：通量（μg/m2/s），D：擴(kuò)散系數(shù)，dc/dx：濃度梯度。

2. 氨氣被動(dòng)采樣器工作實(shí)例

以氨氣（NH?）監(jiān)測(cè)為例：采樣器內(nèi)含酸性濾膜，吸收空氣中NH?后轉(zhuǎn)化為NH??離子，再通過離子色譜法測(cè)定其濃度，從而反推出空氣中氨的濃度：

CNH? = m / (Q × t)
其中：
CNH?：環(huán)境空氣中氨氣濃度（μg/m3）
m：濾膜中測(cè)得的氨的質(zhì)量（μg）
Q：采樣器的吸收速率（μg/h）
t：采樣時(shí)間（小時(shí)）

五、被動(dòng)采樣器的結(jié)構(gòu)組成

一個(gè)被動(dòng)采樣器一般由采樣主體外殼、采集介質(zhì)（吸收膜等）、密封帽和采樣蓋（防風(fēng)網(wǎng)篩）組成，而用于室外的被動(dòng)采樣器，通常要遵照一定的要求來做防護(hù)，比如使用采樣托盤+防護(hù)罩。圖示為Analyst的PAS06型被動(dòng)采樣器，在調(diào)節(jié)吸收膜及壓環(huán)的位置可以改變采樣路徑，達(dá)到調(diào)整采樣速率的作用，因此有高流速和低流速的被動(dòng)采樣器可選。

六、被動(dòng)采樣器的主要特點(diǎn)

被動(dòng)采樣器因部署簡便而在環(huán)境空氣質(zhì)量研究中廣受歡迎——其體積小、重量輕、無運(yùn)行噪音，且無需電力或現(xiàn)場校準(zhǔn)。這一特性使其能夠應(yīng)用于偏遠(yuǎn)或高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境，同時(shí)降低設(shè)備損壞或被盜的可能性。非專業(yè)人員亦可輕松部署，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境空氣數(shù)據(jù)的時(shí)空連續(xù)性采集。

七、典型應(yīng)用場景（以氨氣為例）

八、小結(jié)

被動(dòng)采樣器作為一種無動(dòng)力、低成本、高效穩(wěn)定的環(huán)境監(jiān)測(cè)工具，已成為氨氣等污染物長期趨勢(shì)監(jiān)測(cè)的重要手段。尤其在畜禽養(yǎng)殖污染控制政策推進(jìn)背景下，其在京津冀及全國的應(yīng)用正不斷擴(kuò)大。了解其原理、結(jié)構(gòu)與使用方式，將有助于各級(jí)機(jī)構(gòu)科學(xué)開展環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作。

上海博測(cè)環(huán)境長期致力于被動(dòng)采樣技術(shù)在環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)中的推廣應(yīng)用，歡迎聯(lián)系我們獲取定制化解決方案與案例分享。