被動采樣器，又稱無動力擴散采樣器，是當(dāng)前環(huán)境空氣氨氣監(jiān)測的常用方法之一。我們將持續(xù)分享更多被動采樣器在氨氣監(jiān)測中的真實案例與技術(shù)要點，歡迎關(guān)注我們的最新動態(tài)。

一、定義（什么是被動采樣器？）

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

以下為來自國內(nèi)外權(quán)威機構(gòu)對被動采樣器的定義：

1. 歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 17346:2020

擴散式采樣器（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，且無需主動氣流驅(qū)動的裝置。

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

被動采樣器通過擴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，無需主動泵送驅(qū)動。

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 氣體擴散采樣測定方法 氨的測定》WW/T 0047—2012

無動力擴散采樣 (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，不需要抽氣動力，依靠環(huán)境空氣中待測成分的 自然擴散作用而直接采集待測物質(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)測技術(shù)規(guī)范》HJ 194-2017

被動采樣法 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，不需要抽氣動力，依靠環(huán)境空氣中待測污染物分子的自然擴散、遷移、沉降等作用而直接采集污染物的采樣方法。

二、被動采樣器的分類與應(yīng)用場合

按監(jiān)測介質(zhì)分類如下：

類型	典型介質(zhì)	應(yīng)用場合
空氣被動采樣器	環(huán)境空氣、大氣顆粒物氣相組分	城市空氣監(jiān)測、廠界污染控制、背景區(qū)對照
水體被動采樣器	地表水、地下水、污水	有機污染物、重金屬監(jiān)測
土壤氣體采樣器	土壤孔隙氣	場地調(diào)查、地下?lián)]發(fā)性污染物分析

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采樣器，尤其以氨氣為典型案例進(jìn)行講解。

三、被動采樣器的發(fā)展簡史

被動采樣器雖在近年廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測，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)域中被動采樣器發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點：

1. 早期探索期：1853年

被動采樣的雛形最早可追溯至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大氣中的臭氧（O?），通過紙張顏色變化實現(xiàn)定性監(jiān)測。這一做法雖簡陋，卻為無動力監(jiān)測提供了最早的實驗思路。

2. 理論萌芽期：1927年

Gordon與Lowe提交的一項專利首次提出用無動力裝置來半定量采集空氣污染物，標(biāo)志著“被動采樣”作為一種獨立采樣機制的概念成形。

3. 定量化突破：1973年

Palmes與Gunnison使用氯化汞溶液作為吸附劑，成功開發(fā)出可用于定量分析二氧化硫（SO?）的被動采樣器。隨后，基于Palmes被動采樣器，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)代空氣污染被動監(jiān)測的技術(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?）被動采樣器，其最短一周采樣周期內(nèi)檢測限可達(dá)3 μg/m3，大幅提升了在低濃度污染背景下的監(jiān)測能力。此時期也出現(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（CNR）開發(fā)出性能穩(wěn)定、種類豐富的Analyst被動采樣器系列，可覆蓋多種大氣污染物，比如氨氣被動采樣器，甲醛被動采樣器，還包括其他氣體如SO?、NO?、O?、苯、甲苯、二甲苯、硫化氫等，成為歐洲及多個國家區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的主力設(shè)備之一，也在中國多地試點氨氣監(jiān)測中被廣泛采用。

四、被動采樣器的工作原理

1. 原理概述
空氣中污染物（如NH?、NO?、SO?等）在濃度梯度驅(qū)動下，會自然擴散穿過裝置中設(shè)定的擴散路徑（如濾膜、擴散管），進(jìn)入內(nèi)部吸收介質(zhì)（如酸化濾膜），最終被“捕集”。該過程遵循菲克第一擴散定律（Fick’s First Law）：

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

 2. 氨氣被動采樣器工作實例

以氨氣（NH?）監(jiān)測為例：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：濾膜中測得的氨的質(zhì)量（μg）
Q：采樣器的吸收速率（μg/h）
t：采樣時間（小時）

五、被動采樣器的結(jié)構(gòu)組成

一個被動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采樣器可選。

六、被動采樣器的主要特點

被動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)險環(huán)境，同時降低設(shè)備損壞或被盜的可能性。非專業(yè)人員亦可輕松部署，從而實現(xiàn)對環(huán)境空氣數(shù)據(jù)的時空連續(xù)性采集。

特點	說明
無需動力	適用于農(nóng)村、無電區(qū)域
成本低	適合大規(guī)模布點
操作簡便	基層人員即可操作
采樣連續(xù)	可采集7–30天平均濃度
數(shù)據(jù)可靠	已被多個權(quán)威機構(gòu)廣泛應(yīng)用

七、典型應(yīng)用場景（以氨氣為例）

 

應(yīng)用環(huán)境	使用目的
畜禽養(yǎng)殖場廠界	評估氨排放，政策成效對比
農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)	背景值評估，區(qū)域?qū)φ?/span>
城市邊緣區(qū)	城鄉(xiāng)交界氨遷移研究
區(qū)域?qū)Ρ缺O(jiān)測	與自動站數(shù)據(jù)聯(lián)動分析
政策評估	服務(wù)國家生態(tài)環(huán)境試點任務(wù)

八、小結(jié)

被動采樣器作為一種無動力、低成本、高效穩(wěn)定的環(huán)境監(jiān)測工具，已成為氨氣等污染物長期趨勢監(jiān)測的重要手段。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)用正不斷擴大。了解其原理、結(jié)構(gòu)與使用方式，將有助于各級機構(gòu)科學(xué)開展環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作。

 

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