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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( 四 )


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图3管型被动采样器
Fig.3Tube-stylepassivesampler
2.2徽章式采样器
徽章式采样器主要用于职业暴露评估 ， 其吸附剂是层状的吸附膜 ， VOCs沿着吸附膜上面的塑料盖的平面扩散进入采样器.图4展示了两种常见的徽章式采样器.图4(a)是SKCUltra采样器 ， VOCs沿着200个孔的塑料盖〔(a)图左侧白色盖 ， 高采样速率〕或者12个孔的塑料盖〔(a)图右侧灰色盖 ， 低采样速率〕进入采样器.相对于管型采样器 ， 徽章式采样器的横截面积较大、扩散路径较短 ， 因此其采样速率较高 ， 一般可以达7~8mL/min.这类采样器可以用化学洗脱或者热脱附进行样品前处理.图4(b)是美国3M公司的OVM3500采样器 ， 其结构与SKCUltra采样器类似.
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图4两种徽章式被动采样器
Fig.4Twotypesofbadge-stylepassivesampler
2.3径向采样器
在径向采样器中 ， VOCs沿径向从四周进入采样器并被捕集(见图5).相对于其他类型的采样器 ， 径向采样器的横截面积最大、扩散路径最短 ， 因此其采样速率很高 ， 通常可达30~50mL/min ， 甚至超过100mL/min.由于采样速率大 ， 径向采样器较容易达到吸附饱和 ， 其反向扩散开始的时间也较早 ， 因此更适用于短时间采样.根据吸附剂的不同 ， 径向采样器可以用化学洗脱和热脱附的方法进行样品前处理 ， 一般适用于C6~C10化合物的采样[37].
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图5径向采样器(RadielloTM)
Fig.5Radial-stylesampler(RadielloTM)
2.4膜扩散采样器
WMS(WaterlooMembraneSamplerTM)是一类膜扩散采样器(见图6).VOCs通过PDMS(Polydimethylsiloxane ， 聚二甲硅氧烷)膜的渗透和扩散进入采样器内部.PDMS膜可以阻止水分子的进入(水分子与VOCs分子竞争吸附剂上的吸附位点) ， 同时可以排除气流的干扰.WMS采样器有体积分别为1.8和0.8mL两种规格：体积为1.8mL的采样器(WMSTM)的膜面积是0.24cm2 ， 拥有较高的采样速率；体积为0.8mL的采样器(WMS-LUTM)的膜面积是0.079cm2 ， 拥有较低的采样速率.根据吸附剂的不同 ， 可以选择化学洗脱或者热脱附进行样品前处理.
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图6WMS(WaterlooMembraneSamplerTM)采样器
Fig.6WaterlooMembraneSamplerTMpermeationpassivesampler
3吸附剂类型
吸附剂种类是决定采样速率的另一个关键因素.常用于VOCs采集的吸附剂及其主要特征见表1[41].早期的基于吸附剂的VOCs采样方法主要使用活性炭吸附 ， 再利用二硫化碳进行化学洗脱.随着热脱附技术的成熟 ， 化学洗脱的使用频率越来越低.活性炭的亲水性和反应性使其只能用于挥发性很强且稳定性较高的VOCs的热脱附处理.新型吸附剂的出现使得活性炭的使用越来越少[41].
对于热脱附法 ， 早期常使用多孔聚合物Tenax?TA、ChromosorbCentury、PoraPakQ、PoraPakN等作为吸附剂[41].Tenax?TA的附性能太弱 ， 既不适用于强极性VOCs ， 也不适用于挥发性比正己烷更强的VOCs.其他多孔聚合物类吸附剂在高温下会释放杂质VOCs ， 同时其使用温度不能太高 ， 这都限制了其在热脱附方面的应用.
意大利科学家在20世纪70年代后期开发出了第一种碳分子筛产品——石墨化炭黑 ， 并很快实现了商业化[42].碳分子筛具有很强的吸附性 ， 能够有效捕集强挥发性的VOCs ， 而且其亲水性较低 ， 可以有效排除水蒸气的干扰.另外 ， 碳分子筛能够适应很高的热脱附温度 ， 并具有较低的背景VOCs干扰 ， 因此被视作活性炭的优异替代品.碳分子筛的出现为复合吸附剂的问世奠定了重要基础.


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