生态修复网|【专家视角】马杰：污染场地土壤气被动采样技术研究进展( 三 )
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式中：M为被吸附剂捕集的待测物的总质量 ， pg；t为采样时长 ， min.M和t都能够准确测定 ， 因此UR是决定监测结果可靠性的关键参数.UR的单位是mL/min ， 但它并不是流量 ， 其物理意义可以理解为对含有相同浓度待测物的样品 ， 在相同的采样时长内 ， 采用被动方法捕集相同质量待测物的等效主动采样流量[6].
被动采样利用了待测物在气体样品与吸附剂之间的浓度梯度 ， 在浓度梯度驱动下待测物通过扩散进入采样器并被吸附剂捕集(见图1).一般使用费克定律对被动采样速率进行定量计算〔见式(2)〕：
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图1被动采样器的吸附和传质原理
Fig.1Adsorptionandmasstransfermechanismsofpassivesamplers
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式中：A为扩散路径的横截面积 ， m2；D为目标VOCs的气相扩散系数 ， m2/min；Cenv为气体样品中VOCs的浓度 ， μg/m3；Cads为吸附界面上VOCs的浓度 ， μg/m3 ， 理想情况下Cads=0；L为扩散距离 ， m.假设吸附剂处于理想状态 ， 则Cads=0 ， 式(2)简化为
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变形以后得到：
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采样速率主要受待测物种类、吸附剂种类、采样器结构的影响 ， 不同被动采样器用于不同种类VOCs采样时的UR可能相差6个数量级 ， 从最低的0.0055mL/min到最高的125mL/min[24].理论上某种采样器对特定VOCs的采样速率是恒定的 ， 因此很多采样器都标识了常见VOCs的采样速率值.但实际上采样速率还受到温度、湿度、空气流速、待测物浓度等环境因素的影响 ， 实际过程中很难严格维持采样速率的恒定[25].
通常情况下需要通过试验测定特定采样器在特定条件下的采样速率值.具体测定方法可以参考文献[21,26-33].但是受条件限制 ， 有时候未必能进行实验室测定 ， 此时可以采用计算的方法 ， 如基于式(4)对采样速率进行估算 ， 也有一些研究[34-35]利用扩散系数对采样速率进行估算.然而 ， 如果目标VOCs与吸附剂的相互作用不符合理想状况 ， 计算出的采样速率可能与真实值存在较大偏差[36].
2采样器结构
采样器结构是决定采样速率的关键因素之一.根据采样器结构的不同 ， 被动采样器可分为径向采样器和轴向采样器两类(见图2).其中 ， 轴向扩散采样器包括徽章型采样器和管型采样器；径向扩散采样器的典型代表为RadielloTM采样器 ， 另外还有一种特殊的膜扩散采样器(WaterlooMembraneSamplerTM).
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图2轴向采样器和径向采样器的对比
Fig.2Comparisonofaxialpassivesamplerandradialpassivesampler
2.1管型采样器
管型采样器是由主动采样的吸附管加装了特殊的采样帽改进而来的(见图3).管型采样器横截表面积小、扩散路径长 ， 因此其采样速率(0.5~1mL/min)较低.管型采样器可以在较长的采样时间内维持稳定的采样速率 ， 同时具有较低的逸散程度.这类采样器适用于沸点范围较宽的待测物(从易挥发的氯乙烯到难挥发的SVOCs) ， 一般使用热脱附进行样品前处理[37].管型采样器既可以用于职业卫生评估中ppm(1ppm=10-6)级浓度的短时间(1~8h)采样[38] ， 也可以用于低浓度的长时间(3~4周)采样[39-40].
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