專(zhuān)利名稱(chēng)：：半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及大氣監(jiān)測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種氣態(tài)半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物的近地面濃度垂直剖面被動(dòng)釆樣裝置。
背景技術(shù)：
：半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物在環(huán)境中主要存在于土壤與大氣介質(zhì)，并通過(guò)沉降、揮發(fā)、擴(kuò)散等作用在土-氣界面之間進(jìn)行交換。借助于近地面濃度剖面的信息，可推斷半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物在土氣界面之間的遷移方向，并間接估算兩相間的擴(kuò)散通量。目前一般釆用主動(dòng)釆樣技術(shù)完成半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物的近地面濃度信息釆集。例如，Kurt-Karakus等(PerihanBinnurKurt-Karakus，TerryF.Bidleman,RalfM.Staebler,andKevinC.Jones,MeasurementofDDTFluxesfromaHistoricallyTreatedAgriculturalSoilinCanada,Environ.Sci.Technol.，2006，40(15)，pp45784585)在研究中釆用主動(dòng)釆樣技術(shù)監(jiān)測(cè)距地表不同高度處空氣中DDT的濃度，發(fā)現(xiàn)DDT濃度隨垂直高度增加而降低，證明DDT在該地區(qū)由土壤向大氣遷移。其取得濃度垂直剖面信息的方式為將大氣釆樣器的釆樣頭分別固定在距離地面5，20，72和200cm的位置進(jìn)行主動(dòng)釆樣，并同步記錄樣點(diǎn)高度的微氣象條件信息。然而上述現(xiàn)有方案中利用常規(guī)主動(dòng)釆樣技術(shù)需要?jiǎng)恿?lái)源，對(duì)樣點(diǎn)選擇要求較高；此外，氣泵抽氣時(shí)會(huì)對(duì)近地面空氣層產(chǎn)生擾動(dòng)，難以釆集到較高分辨率下距地面不同高度的氣體樣品。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面釆樣裝置，以解決現(xiàn)有主動(dòng)釆樣技術(shù)存在的上述缺陷。3為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提出一種半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面釆樣裝置，包括金屬支架及釆樣盒，所述金屬支架垂直于地面安裝，并在不同方向的不同高度處開(kāi)孔，供所述采樣盒安裝。上述的釆樣裝置中，所述采樣盒上端封閉、下端開(kāi)口，內(nèi)部放置聚氨酯泡沬材料PUF作為吸收介質(zhì)。上述的釆樣裝置中，所述金屬支架的橫截面為正方形，側(cè)面均勻分布有長(zhǎng)方形孔洞，所述采樣盒利用長(zhǎng)方形孔洞螺旋排列固定于所述金屬支架的側(cè)面不同高度，以避免釆樣盒的下端開(kāi)口被遮擋。上述的釆樣裝置中，所述釆樣盒為不銹鋼材質(zhì)圓柱體，并釆用螺絲與所述金屬支架的長(zhǎng)方形孔洞固定配合。上述的釆樣裝置中，所述釆樣盒的下端開(kāi)口處設(shè)置有過(guò)濾銅網(wǎng)，以避免顆粒物進(jìn)入釆樣盒造成干擾。本發(fā)明的方案釆用被動(dòng)釆樣技術(shù)，在距地面不同高度放置被動(dòng)采樣介質(zhì)，從而得到近地面氣態(tài)半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物濃度垂直剖面信息，用于地氣交換研究；同時(shí)可避免主動(dòng)釆樣技術(shù)中氣泵抽氣時(shí)對(duì)空氣層產(chǎn)生擾動(dòng)的問(wèn)題，因此更適用于獲得污染物在垂直方向上濃度剖面的信息圖1為本發(fā)明半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面采樣裝置結(jié)構(gòu)圖2為圖l所示裝置中的釆樣盒立體斷面圖3為應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例一中三種吸收介質(zhì)采樣效率與背景空白比較示意圖4為應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例一中兩種吸收介質(zhì)釆樣效果比較示意圖5為應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例二中各樣點(diǎn)的PAH9日均釆樣量垂直剖面圖6為應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例二中樣點(diǎn)C處ACE、FLA和PYR的日均釆樣量垂直剖面。具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。圖1為本發(fā)明半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面釆樣裝置結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，本發(fā)明的釆樣裝置包括金屬支架11及釆樣盒12，其中，金屬支架11垂直于地面13安裝，并在不同方向的不同高度處開(kāi)孔，供釆樣盒12安裝。其中，釆樣盒12上端封閉、下端開(kāi)口，內(nèi)部放置聚氨酯泡沬材料PUF作為吸收介質(zhì)。具體在本實(shí)施例中，金屬支架ll的高度為l米，橫截面為5cmx5cm的正方形，側(cè)面均勻分布長(zhǎng)方形孔洞(2cmxlcm)，用于釆樣盒12的固定。而釆樣盒12則呈螺旋狀排列于金屬支架11四周不同高度的位置，以避免下端開(kāi)口被遮擋。圖2為釆樣盒的立體斷面圖，如圖所示，釆樣盒外殼121為不銹鋼材質(zhì)的圓柱體，截面內(nèi)徑3.8cm,高2cm,上端封閉，下端開(kāi)口；吸收介質(zhì)122為聚氨酯泡沬材料(PolyurethaneFoam，PUF)，半徑2cm，厚1cm;底蓋123的開(kāi)口形狀為圓形，直徑3cm;400目銅網(wǎng)124則用于防止顆粒物進(jìn)入到釆樣盒中。以下通過(guò)具體實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的效果。實(shí)施例一以下實(shí)施例中使用的裝置尺寸與上述圖l說(shuō)明中明顯不符的，以本實(shí)施例釆用的試驗(yàn)材料尺寸為準(zhǔn)。本實(shí)例選用PUF(22mmODx3.8cm)作為吸收介質(zhì)，同時(shí)選取半透膜裝置(Semipermeablemembranedevices，SPMD，5.5cmx3.2cm)與苯乙烯二乙烯苯聚合物(styrene-divinylbenzenepolymer,XAD畫(huà)2，2.5g/裝置)進(jìn)行測(cè)試供比較參考；而釆樣盒分別固定于距地面0.5、2、3、4、5、8、12、15、17、20、25、30、40、45cm的高度。整個(gè)裝置在室外環(huán)境中暴露42天之后回收、測(cè)定、分析，以USEPA優(yōu)先控制的16種多環(huán)芳烴(萘NAP、苊烯ACY、苊ACE、荀FLO、菲PHE、蒽ANT、熒蒽FLA、芘PYR、苯并蒽BaA、屈CHR、苯并[b]熒蒽BbF、苯并[k]熒蔥BkF、苯并[a]芘BaP、茚并1,2，3-cd芘IcdP、二苯并[a,h]蒽DahA和苯并[ghi]茈BghiP)為例，對(duì)吸收效率、背景空白與檢出率等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。釆樣結(jié)東后，用脂肪抽提器對(duì)吸收介質(zhì)進(jìn)行索氏提取(100ml二氯甲烷，50°C,24小時(shí))，提取液旋蒸至lml左右，如濃縮后的提取液澄清透明，雜質(zhì)較少，可加入約10ml正己烷后繼續(xù)濃縮至1ml左右后加入內(nèi)標(biāo)(內(nèi)標(biāo)法定量，內(nèi)標(biāo)選用2-fluoro-l、l'-biphenyl和p誦terphenyl-d14,J&KChemical,USA)后直接上GC-MS儀器進(jìn)行分析。如提取液雜質(zhì)較多，需凈化后上機(jī)分析。凈化釆用層析柱凈化方法，由下至上依次裝入中性硅膠(4g，80~100目，3%去活)+中性氧化鋁(4.75g，3%去活)+無(wú)水硫酸鈉(高度1cm),50ml二氯甲垸和正己烷混合溶液(1:1)以2.0ml/min的速度沖淋后收集淋洗液，濃縮至lml左右，加內(nèi)標(biāo)待測(cè)。樣品分析采用GC-MSD(Agilent6890N/5973I自動(dòng)進(jìn)樣器，HP-5毛細(xì)柱，30.0mx0.25mmx0.25jim)，載氣He,柱前壓0.003MPa，進(jìn)樣口溫度250。C，釆用不分流進(jìn)樣方式；升溫程序初始溫度60°C，以5。C/min升溫至300°C，保留15min至樣品完全流出色譜柱；質(zhì)譜條件EI電離源70Ev，質(zhì)量范圍45-400aum，光電倍增器電壓950V，離子源溫度230°C，掃描速度0.82sec/scan，溶劑延遲5min。利用PAHs混標(biāo)(USChemService,PAH-Mixture610/525/550)中16種PAHs的GC保留時(shí)間和質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)(NIST)對(duì)樣品中的PAHs進(jìn)行定性，根據(jù)各PAHs的分子離子峰用外標(biāo)法進(jìn)行定量。至于分析方法的質(zhì)量控制，方法檢出限與方法回收率如表1所示。所有監(jiān)測(cè)結(jié)果均經(jīng)過(guò)釆樣空白(即將釆樣介質(zhì)置于與樣品相同的采樣裝置中，隨樣品一起運(yùn)輸，釆樣結(jié)東后用同樣方法提取、測(cè)定)、實(shí)驗(yàn)空白(與樣品采用同樣的方法同步進(jìn)行提取和凈化等步驟)以及回收率的校正。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>綜合比較釆樣效率、背景空白與多環(huán)芳烴檢出率，雖然XAD的于高背景的影響，16種PAHs檢出率較低。此外，XAD的物理形態(tài)為分散的細(xì)小顆粒狀，不易于運(yùn)輸、保存以及野外實(shí)驗(yàn)中的樣品安裝和回收，濕度較高的情況下，XAD可能會(huì)出現(xiàn)吸濕結(jié)塊現(xiàn)象，對(duì)釆樣結(jié)果可能造成一定影響，因此首先對(duì)XAD予以排除。再綜合參考圖4的釆樣效果及圖3的釆樣效率可知，PUF具有較高采樣效率，其流程空白的PAHs檢出量與SPMD相當(dāng)，檢出率高于SPMD，運(yùn)輸與保存相對(duì)簡(jiǎn)便易行，因此本發(fā)明選用PUF作為采樣裝置的吸收介質(zhì)。另外，由圖4所得的濃度剖面顯示PAH9的總濃度由地表隨垂直距離增加而呈上升趨勢(shì)，在約18cm位置達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明PAH9在該釆樣點(diǎn)土氣界面之間的遷移方向?yàn)橛纱髿庀蛲寥腊l(fā)生遷移。實(shí)施例二本實(shí)例于2007年秋季在北京門(mén)頭溝、密云以及天津環(huán)保局3個(gè)釆樣點(diǎn)分別安裝本發(fā)明的半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面被動(dòng)釆樣裝置，用以檢驗(yàn)野外實(shí)地釆樣效果，釆樣點(diǎn)相關(guān)信息見(jiàn)表3。表3樣點(diǎn)位置類(lèi)型采樣曰期A北京門(mén)頭溝小龍門(mén)森林系統(tǒng)研究站背景9/20-11/16B北京密云古北口鎮(zhèn)河西村農(nóng)村9/22-11/14C天津巿區(qū)環(huán)保局城巿9/25-11/15用樣點(diǎn)各層釆樣盒的日均釆樣量來(lái)間接表示近地面空氣PAHs濃度垂直剖面，從而判斷PAHs在近地面土氣界面間的遷移方向。圖5為各樣點(diǎn)近地面空氣垂直剖面被動(dòng)釆樣器的監(jiān)測(cè)結(jié)果的濃度剖面，結(jié)果顯示，樣點(diǎn)A與B的PAH9濃度隨距地面高度升高近似呈線(xiàn)性增加趨勢(shì)，而樣點(diǎn)C濃度(PAH9)隨高度無(wú)顯著變化。由此推斷，在A、B樣點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)，PAH9主要由大氣向土壤相遷移，即土壤吸附大8氣中釋放的PAH9，鑒于近地面空氣層的穩(wěn)定度的影響，土氣交換邊界層大于45cm。C樣點(diǎn)剖面濃度總量隨高度無(wú)明顯變化，但從多環(huán)芳烴各組分的剖面形態(tài)觀察(以ACE，F(xiàn)LA，PYR為例，見(jiàn)圖6),該樣點(diǎn)PAHs在土氣之間仍然存在濃度梯度，其中以ACE為代表的低環(huán)化合物濃度隨高度升高而下降，從地面向大氣遷移；而FLA和PYR則隨高度升高而升高，從大氣向土壤中遷移。該樣點(diǎn)中PAH9總量的濃度剖面基本呈水平直線(xiàn)，是由于多種組分的垂直剖面互相疊加和抵消造成的?；衔锏牟煌w移方向說(shuō)明該地區(qū)內(nèi)PAHs各組分可能存在不同的排放源。上述研究結(jié)果表明，本發(fā)明的半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面被動(dòng)釆樣裝置具有較好的釆樣效果，可在對(duì)地面空氣無(wú)擾動(dòng)的情況下釆集到可以識(shí)別的濃度剖面，從而判斷土氣交換遷移方向。從樣點(diǎn)的PAH9總量和各組分分別的濃度剖面來(lái)看，PAHs濃度隨髙度升高而增加，說(shuō)明PAHs在樣點(diǎn)范圍內(nèi)主要為由大氣向土壤擴(kuò)散。以上為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，依據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見(jiàn)地想到一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。權(quán)利要求1、一種半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面采樣裝置，包括金屬支架及采樣盒，其特征在于，所述金屬支架垂直于地面安裝，并在不同方向的不同高度處開(kāi)孔，供所述采樣盒安裝。2、如權(quán)利要求1所述的釆樣裝置，其特征在于，所述釆樣盒上端封閉、下端開(kāi)口，內(nèi)部放置聚氨酯泡沬材料PUF作為吸收介質(zhì)。3、如權(quán)利要求2所述的釆樣裝置，其特征在于，所述金屬支架的橫截面為正方形，側(cè)面均勻分布有長(zhǎng)方形孔洞，所述釆樣盒利用長(zhǎng)方形孔洞螺旋排列固定于所述金屬支架的側(cè)面不同高度，以避免釆樣盒的下端開(kāi)口被遮擋。4、如權(quán)利要求3所述的釆樣裝置，其特征在于，所述釆樣盒為不銹鋼材質(zhì)圓柱體，并具有用于與所述金屬支架的長(zhǎng)方形孔洞固定配合的螺絲。5、如權(quán)利要求24任一項(xiàng)所述的釆樣裝置，其特征在于，所述釆樣盒的下端開(kāi)口處設(shè)置有過(guò)濾銅網(wǎng)，以避免顆粒物進(jìn)入釆樣盒造成干擾。全文摘要本發(fā)明涉及一種半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物近地面濃度垂直剖面采樣裝置，包括金屬支架及采樣盒，其特征在于，所述金屬支架垂直于地面安裝，并在不同方向的不同高度處開(kāi)孔，供所述采樣盒安裝。本發(fā)明的方案采用被動(dòng)采樣技術(shù)，在距地面不同高度放置被動(dòng)采樣介質(zhì)，從而得到近地面氣態(tài)半揮發(fā)持久性有機(jī)污染物濃度垂直剖面信息，用于地氣交換研究；同時(shí)可避免主動(dòng)采樣技術(shù)中氣泵抽氣時(shí)對(duì)空氣層產(chǎn)生擾動(dòng)的問(wèn)題，因此更適用于獲得污染物在垂直方向上濃度剖面的信息。文檔編號(hào)G01N1/26GK101493384SQ200910078418公開(kāi)日2009年7月29日申請(qǐng)日期2009年2月20日優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日發(fā)明者劉婭囡,張羽中,軍曹,偉王,王文濤,趙靖宇,鄧蜀星,澍陶申請(qǐng)人:北京大學(xué)