CN105158032A - 加速扩散大气采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加速扩散大气采样装置，包括采样箱、抽气泵和第一、第二两个收集室，其中：抽气泵的出气口与第一收集室的一端连通，第一收集室的另一端连通采样箱的进气口，而采样箱的出气口与第二收集室的一端连通，第二收集室的另一端与抽气泵的进气口连通，从而构成了一个循环的气流回路。抽气工作时，循环气体中的有机污染物被收集室中的采样介质收集，使采样箱中的气体中污染物浓度始终较低，从而加速外界环境中污染物向采样箱的扩散，达到加速扩散、提高采样效率的目的。本发明的采样装置避免了主动采样方式对环境空气的扰动，比被动采样方式效率更高，且不会对采样点的微气象条件造成改变。

Description

加速扩散大气采样装置

技术领域

本发明涉及大气挥发性和半挥发性有机污染物采样装置，具体涉及一种通过加速扩散收集近地面垂直剖面污染物的采样装置。

背景技术

气态挥发和半挥发有机污染物气地交换过程和气地交换通量的定量测定是认识其环境归趋和二次污染释放的重要环节。但是，由于对象污染物浓度极低，且受多重因素干扰，表征非常困难。由于无法进行在线定量测定，目前用于污染物气地交换的涡流相关法不适合微量的气态有机污染物。对此目前已有的方法包括：通量箱法、垂直剖面主动采样测定、垂直剖面被动采样测定等。

上述的现有的一些测定方法都存在一些缺陷：由于受密闭空间的影响，通量箱内微气象条件(温、风、湿等)被完全改变，严重影响测定结果；至于剖面主动采样则会导致对近地面空气的强烈扰动，完全改变实际剖面；垂直剖面被动采样则受限于很低的采样效率(需要数月时间)。

发明内容

针对现有的近地面污染物测定方法存在的种种缺陷，本发明提供了一种不会改变微环境气象条件、不会扰动空气以及采样效率较高的大气污染物采样装置。

为实现上述技术目标，本发明提出通过加速外界环境中气态污染物向装置内扩散的方式，实现不扰动空气条件下的加速采样。具体的，是通过下述加速扩散采样装置来实现的：

一种大气采样装置，包括采样箱、抽气泵和第一、第二两个收集室，其中：抽气泵的出气口与第一收集室的一端连通，第一收集室的另一端连通采样箱的进气口，而采样箱的出气口与第二收集室的一端连通，第二收集室的另一端与抽气泵的进气口连通，从而构成了一个循环的气流回路。

优选的，上述抽气泵、第一收集室、采样箱和第二收集室之间通过软管连通。

所述采样箱的一面为玻璃纤维滤膜，其外表面暴露在大气环境中。有机污染物可以通过扩散从大气环境中经玻璃纤维滤膜进入采样箱，再进入采样装置的循环回路，而气流则会被阻挡，使外界大气不参与装置内气流循环，从而达到不扰动空气状态的目标。

优选的，所述采样箱可采用如下结构：基板、上层密封垫圈、玻璃纤维滤膜、下层密封垫圈和压板依次紧密贴合在一起，其中基板、上层密封垫圈和玻璃纤维滤膜围出采样箱的内部空间，压板的形状和大小与下层密封圈相配合，用于固定玻璃纤维滤膜，同时使玻璃纤维滤膜与外界环境大气直接接触，外界环境中的污染物可以通过玻璃纤维滤膜扩散进入采样箱的内部空间。

在本发明的一个具体实施方式中，上述基板和玻璃纤维滤膜采用矩形形状，而上、下层密封垫圈和压板采用矩形框形状，在它们的相应位置设有一圈螺孔，将它们按基板、上层密封垫圈、玻璃纤维滤膜、下层密封垫圈和压板的顺序依次层叠后通过螺杆穿过螺孔，再用螺母紧固，从而使它们紧密贴合在一起。同时，在基板上设有进气孔和出气孔，使采样箱连通收集室。

进一步的，所述第一收集室和第二收集室结构具体包括一个或多个粗玻璃管、一个或多个具孔橡皮塞和一根细玻璃管，其中所述粗玻璃管的主体为圆柱形，前端收缩成细管，后端由所述具孔橡皮塞住，内部放置采样介质；具孔橡皮塞上的孔的孔径与所述粗玻璃管的前端和/或细玻璃管的外径相配合，用于插入另一个粗玻璃管的前端，或插入细玻璃管。

所述收集室可以包括一个粗玻璃管，也可以包括两个或更多个串联的粗玻璃管，后一个粗玻璃管的前端插入前一个粗玻璃管后端的具孔橡皮塞的孔中，依次串联，最后一个粗玻璃管后端的具孔橡皮塞孔中插入所述细玻璃管。第一个粗玻璃管的前端和细玻璃管分别与其他部件连通。具孔橡皮塞用于保证玻璃管的气密性，橡皮塞上的孔略小于粗玻璃管的前端外径和细玻璃管的外径，保证两者之间接触紧密，不会漏气。

收集室内置可以吸收目标污染物的采样介质，例如用于收集挥发性半挥发性有机污染物的聚氨酯泡沫、合成树脂等。

优选的，所述抽气泵为真空抽气泵。

当抽气泵抽气工作时，采样装置内部的气体在回路中循环，其中的有机污染物在通过收集室时都会被收集室中的采样介质收集，从而使采样箱中的气体中污染物浓度始终较低，从而加速了外界环境中污染物向采样箱的扩散，达到了加速扩散、提高采样效率的目的。

本发明采用了加速扩散渗的方式进行采样，相比于主动采样的方法，避免对环境空气的扰动，可以实现更为精确的近地面污染物浓度测定；相比于被动采样方法，明显具有更高的采样效率；同时本发明的采样装置也不会像通量箱法那样对采样点的微气象条件造成改变。

附图说明

图1为本发明实施例的采样装置的循环回路的结构示意图；

图2为循环回路中的收集室的结构示意图；

图3为循环回路中的采样箱的结构示意图；

图4为采样箱的各个组成部件的结构示意图。

图中：1-真空抽气泵，2-软管，3-收集室，4-采样箱，1a-真空抽气泵出气口，1b-真空抽气泵进气口，3a-粗玻璃管，3b-橡皮塞，3c-细玻璃管，4a-采样箱出气管，4b-采样箱进气管，4c-固定基座，4d-基板，4e-硅胶密封垫圈，4f-玻璃纤维滤膜，4g-压板，4d1、4e1、4f1、4g1-螺孔，4d2-出气孔，4d3-进气孔。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明，但不以任何方式限制本发明的范围。

参照图1，该大气采样装置包括一个真空抽气泵1，两个收集室3，一个采样箱4，以及多根用于连接真空抽气泵1、收集室3、采样箱4的软管2，由此共同构成了一个可以内部循环的气体回路。真空抽气泵1的出气口1a通过软管2与一个收集室3一端相连；该收集室3的另一端又通过另一根软管2与采样箱4的进气管4b相连；而采样箱的出气管4a又通过一根软管2与另一个收集室3相连；这一收集室3又通过软管2与真空抽气泵1的进气口1b相连；由此构成了一个完整的气体循环回路，图1中通过软管2旁的箭头标出了其中气体的流动方向。

当装置运行时，气体从真空抽气泵1的出气口1a开始，首先通过一个收集室3，该收集室3内置可以吸收目标污染物采样介质，这样，通过该收集室3后气体所含污染物浓度变得非常低，然后通过采样箱进气管4b进入采样箱4，由于采样箱4内的气体所含污染物浓度远低于外界环境，所以外界环境中的污染物会通过扩散进入采样箱4，因而从采样箱出气口4a出去的气体里包含了从外界环境中采集的污染物，当它通过另一收集室3时，就会被其中的采样介质采集，从而达到了通过扩散采集外界环境污染物的目标。

参照图2，收集室3的具体结构包括两个粗玻璃管3a，两个具孔橡皮塞3b和一根细玻璃管3c。粗玻璃管3a主体为圆柱形玻璃管，长10cm，内径2.5cm，内部放置采集污染物的采样介质，粗玻璃管3a一端收缩成内径0.6cm，外径1cm的细管，可以和软管2连接；具孔橡皮塞3b用于保证玻璃管的气密性，橡皮塞3b上的孔应略小于粗玻璃管3a细端和细玻璃管3c的外径，以保证两者之间接触紧密，不会漏气；细玻璃管3c为内径0.6cm，外径1cm的玻璃细管，一端用于连接塞入粗玻璃管3a粗口端的橡皮塞3b，另一端连接软管2。

参照图3和图4，采样箱4主体是由基板4d、两层硅胶密封垫圈4e、玻璃纤维滤膜4f和压板4g组成，自上而下分别是一层有机玻璃材质的基板4d(长30cm，宽4cm，厚1cm)、一层矩形框状硅胶密封垫圈4e(外侧长30cm，宽4cm；内侧长28cm，宽2cm；厚0.25cm)、一层玻璃纤维滤膜4f(长30cm，宽4cm，厚0.1cm)、一层硅胶密封垫圈4e和一层有机玻璃材质的矩形框状压板4g(外侧长30cm，宽4cm；内侧长28cm，宽2cm；厚1cm)，总共五层，每一层都在相同的位置开出一圈直径6mm的螺孔(见图4中的螺孔4d1、4e1、4f1、4g1)，然后通过M6的不锈钢螺杆4h、螺母4i组合在一起(见图3)。两层硅胶密封垫圈4e可以保证层与层之间紧密地贴合在一起，保证采样箱的气密性。参照图4，硅胶密封垫圈4e是一个长方形的框，而基板4d和玻璃纤维滤膜4f都是长方形平板，这样在各层紧密贴合之后，基板4d、上层硅胶密封垫圈4e和玻璃纤维滤膜4f就共同围成了一个箱式的空间；同时下层的硅胶密封垫圈4e和压板4g也是方框结构，所以玻璃纤维滤膜4f与外界环境大气直接接触，外界环境中的污染物可以通过玻璃纤维滤膜4f扩散进入上述三者围成的箱式空间。

基板4d两端还开了两个直径4mm的气孔，即出气孔4d2和进气孔4d3(见图4)，分别通过出气管4a和进气管4b与整个气体回路相连。出气管4a和进气管4b为内径0.4cm，外径0.6cm的玻璃细管，通过固定基座4c安装到基板4d上。具体方法为：取一厚1cm、长4cm、宽2cm的有机玻璃板作为固定基座4c，在其中心处打一直径6cm的圆孔；用三氯甲烷作为粘合剂将固定基座4c固定到基板4d上，中心的圆孔与基板4d上的气孔对准；再将气管4a和4b插入固定基座4c的圆孔中，再将三氯甲烷滴入圆孔和气管的缝隙中，因为三氯甲烷可以溶解有机玻璃，加入三氯甲烷后，气管周围的有机玻璃被融化，和气管完全贴合，等三氯甲烷挥发后融化的有机玻璃又变硬，这样就固定了气管，又保证了接口的气密性。

采用上述装置在室内环境中进行试验性采样，采用聚氨酯泡沫作为采样介质收集大气中的多环芳烃，两个收集室中均包括两个粗玻璃管，每个粗玻璃管内置一段圆柱形聚氨酯泡沫作为采样介质，用于采集大气中的多环芳烃，具体的主要是指二氢苊、苊烯、芴、菲、蒽、荧蒽、芘这7种分子量较低的多环芳烃，所用真空抽气泵的流量为4L/min，采样时间为一小时，连续采集三次作为平行。

结果显示，四个粗玻璃管(按照从真空抽气泵出气口开始气流经过的顺序依次排列)内的聚氨酯泡沫收集的多环芳烃总量三次平均分别为600ng、30ng、405ng、42ng。第一个粗玻璃管中的采样介质收集到较高水平的污染物可能是由于所使用的真空抽气泵本身存在一些污染的干扰，但是经过第一个粗玻璃管收集后，第二个粗玻璃管能收集到的污染物就变得很少了，因而可以保证通过第一个收集室的两个粗玻璃管中的采样介质的收集净化，进入采样箱的气体中目标污染物的浓度非常低，从而加速外界大气污染物扩散进入采样箱，而第三个粗玻璃管中的采样介质也确实采集了较高水平的污染物，证实了这种加速扩散方法的可行性，第四个粗玻璃管中的采样介质是为了保证充分收集采样箱出来的气体中的污染物，事实上其收集到的较低的污染物水平这一结果也说明了第三个粗玻璃管中的采样介质已经可以满足收集目标污染物的容量需求了。

Claims (10)

1.一种大气采样装置，包括采样箱、抽气泵和第一、第二两个收集室，其中：抽气泵的出气口与第一收集室的一端连通，第一收集室的另一端连通采样箱的进气口，而采样箱的出气口与第二收集室的一端连通，第二收集室的另一端与抽气泵的进气口连通，从而构成了一个循环的气流回路。

2.如权利要求1所述的大气采样装置，其特征在于，所述抽气泵、第一收集室、采样箱和第二收集室之间通过软管连通。

3.如权利要求1所述的大气采样装置，其特征在于，所述采样箱的一面为玻璃纤维滤膜，该玻璃纤维滤膜的外表面暴露在大气环境中。

4.如权利要求3所述的大气采样装置，其特征在于，所述采样箱主要由基板、上层密封垫圈、玻璃纤维滤膜、下层密封垫圈和压板依次紧密贴合在一起构成，其中基板、上层密封垫圈和玻璃纤维滤膜围出采样箱的内部空间；压板的形状和大小与下层密封圈相配合，用于固定玻璃纤维滤膜。

5.如权利要求4所述的大气采样装置，其特征在于，所述基板和玻璃纤维滤膜为矩形形状，上、下层密封垫圈和压板采用矩形框形状，在它们的相应位置设有一圈螺孔；所述基板、上层密封垫圈、玻璃纤维滤膜、下层密封垫圈和压板依次层叠并通过螺杆穿过螺孔，再用螺母紧固；同时，在基板上设有进气孔和出气孔。

6.如权利要求1所述的大气采样装置，其特征在于，所述收集室包括一个或多个粗玻璃管、一个或多个具孔橡皮塞和一根细玻璃管，其中所述粗玻璃管的主体为圆柱形，前端收缩成细管，后端由所述具孔橡皮塞住，内部放置采样介质；具孔橡皮塞上的孔的孔径与所述粗玻璃管的前端和/或细玻璃管的外径相配合，用于插入后一个粗玻璃管的前端，或插入细玻璃管。

7.如权利要求6所述的大气采样装置，其特征在于，所述收集室具有两个或更多个串联的粗玻璃管，后一个粗玻璃管的前端插入前一个粗玻璃管后端的具孔橡皮塞的孔中，依次串联，最后一个粗玻璃管后端的具孔橡皮塞的孔中插入所述细玻璃管；第一个粗玻璃管的前端和细玻璃管再分别与其他部件连通。

8.如权利要求1所述的大气采样装置，其特征在于，所述收集室内置吸收目标污染物的采样介质。

9.如权利要求8所述的大气采样装置，其特征在于，所述采样介质是聚氨酯泡沫或合成树脂。

10.如权利要求1所述的大气采样装置，所述抽气泵为真空抽气泵。