第二章 空气样品的采集 广东药学院

第二章空气样品的采集空气样品（Airsample）具有流动性和易变性，空气中有害物质的存在状态、浓度及其分布易受气象条件的影响而发生变化，因此要正确地反映空气污染的程度、范围和动态变化的情况，必须正确采集空气样品。空气样品的采集原则是根据监测目的和检验项目，采集具有代表性，能反映采样现场真实情况的样品，以保证空气理化检验结果的可靠性。样品的代表性和真实性为此，在对采样现场调查的基础上，应该选择好采样点、采样时间和频率；根据待测物在空气中的存在状态、理化性质、浓度和分析方法的灵敏度选择合适的采样方法和采样量；正确使用采样仪器，并建立相应的空气采样质量保证体系，在采样过程中尽量避免采样误差，才能得到能反映采样点真实情况，具有代表性的样品。在样品的采集、运输、贮存、处理和分析等过程中应防止空气样品中待测组分的理化性质改变，力求其稳定，不变质，不受污染，并保证采集一定的样品量，以满足分析方法的要求。本章内容本章将根据检测目的不同，按大气、工作场所和室内环境分别阐述空气样品采样点的选择；根据待测物在空气中的存在状态，按空气中气态、气溶胶和两种状态共存的污染物分别介绍空气样品的采集方法和原理以及最小采气量和采样效率等基本概念。第一节采样点的选择采集空气样品的地点称为采样点（samplingsite）。采样点的选择是否正确，直接关系到所采集样品的代表性和真实性。根据空气理化检验目的不同，选择的采样点也不相同。本节将分别从大气、工作场所空气和室内空气三方面阐述空气样品采样点的选择。一、大气样品采样点的选择通常大气污染监测的目的主要是：①通过对大气环境中主要污染物进行定期或连续地监测，判断大气质量是否符合我国的大气质量标准，并对大气环境质量状况作出评价。②研究大气质量的变化规律和发展趋势，为开展大气污染的预测预报工作提供依据。③研究大气环境污染与人体健康的关系，为修订大气环境质量标准提供基础资料和依据。（一）大气污染采样调查大气污染是由固定污染源和流动污染源排放的污染物扩散造成的，而污染物的扩散又直接与排放量、时间和空间有关，受气象、季节、地形等因素的影响极大。对所检测区域的污染源、主要污染物等情况进行全面调查；了解采样地区的功能、人口分布及流行性疾病等资料；掌握该地区所处的地理位置、气象条件（包括风向、风速、气温、温度变化和温度的垂直分布）、和地形情况。综合考虑上述因素的影响，正确选择空气样品的采样点，使采集的样品具有代表性和真实性。风向、风速和污染物排放高度的影响由于风向、风速和污染物排放高度的不同，大气污染物对其周围区域的空气污染程度影响很大，因此选择采样点时应首先考虑到这些因素的影响。1．风向和风速的影响风向通常被分为北、东北、东、东南、南、西南、西和西北八个方位。在长期观测风向的记录中，从某个方位吹来的风的重复次数与各个方位吹来的风的总次数的百分比，称为风向频率。根据风向频率绘制成风向频率图（见图2-1）。风向频率最大的风向称为主导风向，简称主风向。若各方位的平均风速差异不大，主风向的下风向受污染严重。主导风向为西南风，主导风向的下风向（东北）受污染严重，污染源的东北区域是严重污染区。风向频率最小的东风的下风向（西方）污染程度最小，是污染最轻的区域。烟污强度系数如果各个方位的平均风速差异较大时，则必须考虑风向和风速两个因素对污染源周围区域的综合影响。可用烟污强度系数来评价，受污染的程度与风向频率成正比，与风速成反比。烟污强度系数的百分比某个方位烟污强度系数的大小，通常采用烟污强度系数的百分比来表示。烟污强度系数百分比是判断污染程度的指标。根据烟污强度系数百分比绘制烟污强度系数图，可以直观地表示在污染源周围的区域受风向和风速的综合影响。

表2-1风向频率和烟污强度系数指标北东北东东南南西南西西北风向频率，％14871214171513平均风速，m/s33345666烟污强度系数4.72.72.33.02.82.82.52.1烟污强度系数百分比211210131212119由表2-1和图2-1可见，烟污强度系数百分比最大的风向是北风，最小的是西北风，因此受污染最严重的区域在污染源的南方，污染源的东南方受污染最轻。通常从污染源排出的废气受主风向影响最大，主风向的上风向较远处为无污染区，常选作无污染的清洁对照采样点。2．废气排出高度的影响废气排出高度是指烟囱的有效排出高度，即烟囱本身的高度与烟气排出后上升高度之和。在其它条件相同时，废气有效排出高度越高，烟波接触地面时的截面越大，排出口的风速越大，烟气中有害物质越容易扩散和稀释，当烟气中的污染物接触地面时，距离烟囱越远，其浓度越低。反之，烟气中有害物质越不易扩散和稀释，地面受到的污染越严重。因此，废气经烟囱排放时，烟波被推进一定距离后才能接触地面，烟囱附近地面处废气浓度反而较低。当废气由家用炉灶无组织排放时，废气中有害物质沿地面扩散，随距离的增加其浓度降低。（二）采样点选择的原则和要求根据我国《环境监测技术规范》（大气和废气部分）采样布点的原则和要求如下：1．采样点应设在整个监测区域的高、中、低三种不同污染物浓度的地方。2．在污染源比较集中，主风向比较明显时，应将污染源的下风向作为主要监测范围，布设较多的采样点，在其上风向布设对照点。3．工业较密集的城区和工矿区，人口密度及污染物超标地区，要适当增设采样点；在郊区和农村，人口密度小及污染物浓度低的地区，可酌情少设采样点。4．采样点的周围应开阔。应避免靠近污染源，避免靠近高层建筑物，以免受高层建筑物下旋流空气的影响，通常采样点与建筑物的距离应大于建筑物高度的两倍。采样点周围无局部污染源，还尽量避开表面有吸附能力的物体（如建筑材料和树木），间隔至少1m。交通密集区的采样点应设在距人行道边缘至少1.5m。5．采样高度根据监测目的而定。研究大气污染对人体健康的危害，采样点应在离地面1.5～2m处；连续采样例行监测，采样口高度应距地面3~15m；若置于屋顶采样，采样点的相对高度在1.5m以上，以减小扬尘的影响。各采样点应该容易接近、安全，并能提供可靠的电源，设置条件要尽可能一致或标准化，使获得的监测数据具有可比性。（三）采样布点方法1.扇形布点法适用于孤立的高架点源，而且主导风向明显的地区。以污染源所在位置为顶点，常年主风向的下风向的扇形区域不同距离设置采样点，同时在无污染区选择对照点。扇形的角度一般为45º，但不能超过90。2．同心圆布点法适用于受单一污染源或多个污染源构成一个污染群所影响的地区布设采样点。即以污染群的中心或特定的污染源为中心，在污染源四周不同方位的不同距离地点设置采样点。一般在八个方位作射线，作半径为100~5000m的同心圆，根据污染源、风向频率、有害物质排出高度和排放量以及人力、物力等情况，在不同方位一定范围内设采样点。常年主导风向的下风向可以多设一些采样点。3．网格布点法是将监测区域的地面划分成若干均匀网状方格，采样点设在两条直线的交点处或方格中心。对于有多个污染源，且污染源分布较均匀的地区常用此法布设采样点，它能较好地反映污染物的空间分布。网格的大小视污染程度、人口密度以及人力、物力和财力条件而定。4．功能分区布点法将监测区域划分为工业区、商业区、居住区、工业和居住混合区和商业繁华区、清洁区等，再根据具体污染情况和人力、物力条件，在各功能区设置一定数量的采样点。清洁对照点一般设在无污染区或远郊地区，一般在污染较集中的工业区和人口较密集的居住区多设采样点。按功能区划分布点法多用于区域性常规监测。立体网点为了掌握污染物的垂直分布情况，对于建筑物沿山坡层层分布的城市，除了设置水平采样点外，还需设置一些垂直采样点，以形成圆柱形或方柱形立体网点。综合布点在实际工作中，应因地制宜，往往采用以一种布点方法为主，兼用其他方法的综合布点，使采样网点布设更完善合理。自动监测系统目前，监测大气污染最有效的方法是建立大气污染自动监测系统，即在一个城市、一个区域或一个国家设置监测网，由监测中心站控制和指挥一系列的监测站，各监测站与中心站之间保持自动的信息联系。在一个监测区域内，采样点设置数目应根据监测范围大小、污染物的空间分布特征、人口分布及密度、气象条件、地形及经济条件等因素综合考虑确定。（四）采样时间和频率采样时间系指每次采样从开始到结束所经历的时间，也称采样时段。采样频率系指在一定时间范围内的采样次数。应根据监测目的和我国环境空气质量标准（GB3095-1996）所要求的监测项目、污染物分布特征及人力、物力等因素决定。短时间采样一般短时间采样，空气样品缺乏代表性，监测结果不能反映污染物浓度随时间的变化，仅适用于突发污染事件、初步调查等情况的应急监测。为增强所采集样品的代表性，可以采取两种方式：

一是增加采样频率，即每隔一定时间采样测定一次，取多个试样测定结果的平均值为代表值。这种方法适用于人工采样测定的情况，是目前我国大气污染常规监测和环境质量评价监测所采用的方法。若采样频率安排合理、适当积累足够多的数据，则具有较好的代表性。二是使用自动采样仪器进行连续自动采样，其监测结果能很好地反映污染物浓度的变化，得到任何一段时间（如l小时、1天、1个月、1个季度或1年）的代表值或平均值。根据我国居住区大气的卫生标准，通常是检测空气中有害物质的一次最高容许浓度和日平均最高容许浓度。因此，对城镇空气污染状况调查时，应选择每天适当时间（包括夜间）多次采样。这样既可测得空气污染物的一次最高浓度，也可得到其日平均浓度。二、工作场所采样点的选择

（一）工作场所空气污染情况调查工作场所指劳动者进行职业活动的全部地点。为正确选择采样点、采样对象、采样方法和采样时机等，必须在采样前对工作场所进行现场调查，必要时可进行预采样。现场调查主要包括：①工作过程中使用的原料、辅料、生产的产品、副产品和中间产物等的种类、数量、纯度、杂质及其理化性质等。②了解工作流程包括原料投入方式、生产工艺、加热温度和时间、生产方式和设备的完好程度等。③了解工作地点即劳动者从事职业活动或进行生产管理过程中经常或定时停留的地点，劳动者的工作状况，人数、在工作地点停留时间、工作方式、接触有害物质的程度、频度及持续时间等。④工作地点空气中有害物质的产生和扩散规律、存在状态、浓度等。⑤工作地点的卫生状况和环境条件、卫生防护设施及其使用情况、个人防护设施及使用状况等。（二）采样点的选择工作场所采样点是指根据监测需要和工作场所状况，选定具有代表性的、用于空气样品采集的工作地点。2004年我国制定了工作场所空气中有害物质监测的采样规范（GBZ159－2004），包括了工作场所空气中有毒物质和粉尘监测的采样方法，适用于时间加权平均容许浓度、短时间接触容许浓度和最高容许浓度的监测。1．采样点的选择原则工作场所中采样点应该选择有代表性的工作地点，应包括空气中有害物质浓度最高、劳动者接触时间最长的工作地点。在不影响劳动者工作的情况下，采样点尽可能靠近劳动者，空气收集器应尽量接近劳动者工作时的呼吸带（一般离地面1.5m左右）。采样点应设在工作地点的下风向，远离排气口和可能产生涡流的地点。在评价工作场所防护设备或措施的防护效果时，应根据设备的情况设置采样点，在工作地点劳动者工作时的呼吸带进行采样。以观察措施实施前后，工人呼吸带的有毒物质浓度的变动情况。2．采样点数目的确定（1）工作场所按产品的生产工艺流程，凡逸散或存在有害物质的工作地点，至少应设置1个采样点。（2）一个有代表性的工作场所内有多台同类生产设备时，1～3台设置1个采样点；4～10台设置2个采样点；10台以上，至少设置3个采样点。（3）对一个有代表性的工作场所内，有2台以上不同类型的生产设备，逸散同一种有害物质时，采样点应设置在逸散有害物质浓度大的设备附近的工作地点；逸散不同种有害物质时，将采样点设置在逸散待测有害物质设备处，采样点的数目参照（2）的情况确定。（4）劳动者在多个工作地点工作时，在每个工作地点设置1个采样点。劳动者的工作是流动时，在其流动的范围内，一般每10m设置1个采样点。仪表控制室和劳动者休息室，至少设置1个采样点。3．采样时段的选择在空气中有害物质浓度最高的时段进行采样，采样时间一般不超过15min。采样必须在正常工作状态和环境下进行，避免人为因素的影响。空气中有害物质浓度随季节发生变化的工作场所，应将空气中有害物质浓度最高的季节选择为重点采样季节。在工作周内，应将空气中有害物质浓度最高的工作日选择为重点采样日。在工作日内，应将空气中有害物质浓度最高的时段选择为重点采样时段。对于职业接触限值为最高容许浓度的有害物质的采样，当劳动者实际接触时间不足15min时，按实际接触时间进行采样；对于短时间接触容许浓度的有害物质的采样，采样时间一般为15min；采样时间不足15min时，可进行1次以上的采样；对于时间加权平均容许浓度的有害物质的采样，根据工作场所空气中有害物质浓度的存在状况，可选择个体采样或定点采样，长时间采样或短时间采样方法。以个体采样和长时间采样为主。个体采样应选择有代表性的、接触空气中有害物质浓度最高的劳动者作为重点采样对象。在所选择的每个采样点都应采集平行样品。即在相同条件下，用同一台采样器的两个收集器的进气口相距5～10cm，同时采集两份样品。当平行样品测定结果的偏差不超过20%时，所采样品是有效样品，否则为无效样品。平行样品间的偏差计算公式为：式中，平行样品间的偏差为D；a，b分别为两个平行样品的浓度值。如果现场空气污染物的浓度受周围环境影响很大，平行样品测定结果的偏差超过了20%，此时可用多次单个采样分析结果的平均值或浓度波动范围来表示现场待测物的浓度。三、室内空气样品采样点的选择根据我国室内空气质量标准（GB18883－2003）和民用建筑工程室内环境污染控制规范（GB50325－2002）对室内环境检测布点的要求，在监测室内空