采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置和方法
【專利摘要】本發明涉及污染場地健康風險評估領域，公開了一種利用球形被動式采樣器進行揮發通量測定的裝置和方法。本發明采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置，包括通量測試腔體、球形被動式采樣器和連接件，所述通量測試腔體為頂部封閉、下部開口的半球狀結構；通量測試腔體內懸掛有球形被動式采樣器，所述球形被動式采樣器包括殼體、吸附單元、掛鉤和支架，所述殼體上均勻分布有多個微孔，殼體內部有吸附單元，所述吸附單元為球體狀，吸附單元通過支架與殼體固定，所述掛鉤固定于殼體頂部，掛鉤通過連接件與殼體連接。本發明結構簡單、成本低、操作簡便、氣密性好，可有效避免環境因素影響，測試精度高，能反應土壤氣體實際揮發情況。
【專利說明】
采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置和方法
技術領域
[0001] 本發明涉及污染場地健康風險評估領域，特別是涉及一種用于低滲透性場地土壤 氣體揮發通量測定的裝置和測定方法。
【背景技術】
[0002] 目前場地土壤中的有機污染物主要來源于以下三個方面:第一，化工廠、農藥廠等 化學品污染企業，在生產車間、分裝車間、藥品儲存倉庫和廠區內運輸途中造成的原料和藥 品泄露，以及印刷、建材、噴涂等行業排放的原料和廢水;第二，在石油勘探與開采、儲存與 運輸過程中，由于操作不當或事故泄露造成的石油排放或外溢;第三，石油、化工生產區、加 油站等地形成的落地油、含油生產污水排放和輸油管道的滲漏。其中，有機污染以其持久 性、高毒性、積聚性、流動性為特征，會長期累積，很難通過自然降解過程去除，也會在自然 或人為條件下迀移到其他環境中，危害性極大。
[0003] 目前國內對于污染場地中揮發性有機污染物的采集主要是建立氣井，然后用真空 栗將井內的揮發性有機物氣體(土壤氣)抽到空氣采樣罐或者裝有吸附劑的吸附管中。由于 其需要額外的電力，操作繁瑣，設備復雜，只能采集短時間的樣品，成本昂貴，故其在采集土 壤氣中越來越暴露出其弊端。目前，國外推廣的被動采樣器雖然能采集長時間的樣品，操作 簡單，成本低，但是其計算的濃度需要知道采樣器準確的吸收速率，而采樣器實際的吸收速 率同時會受到場地各種因素的影響，故使用被動采樣器測得的濃度也會存在一定偏差。對 于健康風險評價來說，除了使用濃度計算外還可以利用通量進行計算。目前市面上的采集 土壤氣揮發通量的裝置需要額外的電力，裝置復雜、繁瑣，存在氣密性較差，吸附劑易受土 壤水分影響的缺點，同時由于使用了額外外力加速了氣體揮發導致計算出的揮發通量不能 反應真實的情況。

【發明內容】

[0004] 本發明提供了一種結構簡單、成本低、操作簡便、氣密性好，可有效避免環境因素 影響，測試精度高，能反應土壤氣體實際揮發情況的采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮 發通量的裝置和測定方法。
[0005] 解決的技術問題包括:氣體的主動采集器需要額外的動力系統，裝置復雜、成本 高，操作不便，氣密性較差，測試精度易受環境中水分的影響；氣體的被動采集容易受環境 中復雜因素的影響，計算氣體的濃度容易出現偏差。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案： 本發明球形被動式采樣器，包括殼體、吸附單元、掛鉤和支架，所述殼體上均勻分布有 多個微孔，掛鉤固定于殼體頂部，殼體內部有吸附單元，所述吸附單元為球體狀，吸附單元 通過支架與殼體固定。
[0007] 本發明球形被動式采樣器，進一步的，所述殼體為球體狀，殼體選用防水性微孔材 料制成。
[0008] 本發明球形被動式采樣器，進一步的，所述殼體選用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚 氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)制成。
[0009] 本發明球形被動式采樣器，進一步的，所述殼體包括上殼體和下殼體，上殼體和下 殼體邊沿一側通過活頁活動連接，下殼體邊沿設有凹形卡槽，上殼體對應位置設有與凹形 卡槽卡接密封的彈性卡扣，下殼體邊沿周圍設有密封墊圈。
[0010] 本發明球形被動式采樣器，進一步的，所述支架為柱狀結構，支架數量為4-8個，沿 球面均勾分布。
[0011] 本發明球形被動式采樣器，進一步的，所述支架(4)與殼體(1)固定連接，通過支架 (4)間的擠壓固定吸附單元(2)。
[0012] 本發明采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置，包括通量測試腔體、 球形被動式采樣器和連接件，所述通量測試腔體為頂部封閉、下部開口的半球狀結構;通量 測試腔體內懸掛有球形被動式采樣器，所述球形被動式采樣器包括殼體、吸附單元、掛鉤和 支架，所述殼體上均勻分布有多個微孔，殼體內部有吸附單元，所述吸附單元為球體狀，吸 附單元通過支架與殼體固定，所述掛鉤固定于殼體頂部，掛鉤通過連接件與通量測試腔體 連接。
[0013] 本發明采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置，進一步的，所述通量 測試腔體選用不銹鋼材質制成。
[0014] 本發明采用球形被動式采樣器測定土壤氣體揮發通量的方法，包括以下步驟： 步驟一、現場裝置布置： S1將待測場地所選監測點所在位置的表層土去除，露出平整面； S2在監測點周圍按照通量測試腔體的外圍尺寸布置相應溝槽，溝槽深度為4-7cm; S3將球形被動式采樣器懸掛于通量測試腔體內，使球形被動式采樣器位于監測點的中 央位置，將通量測試腔體的邊緣插入S2中所述溝槽內，用覆蓋土填密封埋好； 步驟二、采集土壤氣體中的揮發性污染物： 根據實際需求，確定采樣時間，并在確定的采樣時間內采集土壤氣體中的揮發性污染 物； 步驟三、土壤氣體揮發通量的測定： S1氣體采集結束后取出球形被動式采樣器，取出吸附單元，盛裝于密封容器中； S2將吸附單元送實驗室進行定量檢測，并使用以下公式計算土壤氣體揮發通量：
式中：Flux為土壤氣體揮發通量(mg/m2 ? min); M為吸附單元中吸附的氣體的質量(mg ); t為采樣時間(min); A通量測試腔體與地面接觸面的面積(m2)。
[0015]本發明采用球形被動式采樣器測定土壤氣體揮發通量的方法，進一步的，步驟三 的S1中，取出吸附單元后，將其放于玻璃容器中密封，外側再以聚乙烯袋子熱封。
[0016]本發明采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置和方法與現有技術相 比，具有如下有益效果： 本發明球形被動式采樣器無需額外動力，自然吸收土壤揮發氣體，殼體與其內部的吸 附單元為可拆卸式設計，可根據監測氣體的類別不同，隨時更換不同材質的吸附單元，操作 方便;球形被動式采樣器和吸附單元均為球體狀設計，使得吸附材料與揮發氣體的接觸面 最大化，提高了采集器的吸附效率;球形被動式采樣器的殼體材料為防水塑料材質制成，且 殼體上均勻分布有多個微孔，可在提高揮發性有機物的吸收效率的同時避免環境中水分的 影響，使得監測結果更加準確。
[0017] 本發明采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置采用不銹鋼制的腔體， 可拆卸懸掛球形被動式采樣器，與監測土壤平整面形成一個密閉的空間，腔體的半球體設 計，提高了裝置的氣密性，避免了周圍環境因素對監測的影響;采用球形被動式采樣器采集 土壤氣體，過程中沒有添加任何的外力，這樣測得的氣體揮發通量，可真實反應土壤中有機 物氣體的實際揮發情況，避免了施加外力時通過計算校正帶來的通量誤差;測定裝置結構 簡單、便攜，操作方便，使用范圍廣泛，可適用于各種環境下的土壤氣體的通量監測，在大面 積污染場區使用中能大大減小設備成本以及人工成本。
[0018] 本發明采用球形被動式采樣器測定土壤氣體揮發通量的方法采用最簡單、直接的 方式，計算得到氣體揮發通量，真實反應了 土壤中有機物氣體的實際揮發情況，沒有通過系 數校正等方式來進行理論上的實際化，結果準確可靠;能夠采集污染區域內更有代表性、更 能反映真實情況的揮發性有機氣體樣品，使污染場地的調查及風險評價更客觀、科學，滿足 了對污染場地進行更客觀的污染調查及健康風險評價的需要。
[0019] 下面結合附圖對本發明的采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置和 測定方法作進一步說明。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明球形被動式采樣器的剖面圖； 圖2為本發明采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置的結構示意圖； 圖3為本發明球形被動式采樣器的結構示意圖。
【附圖說明】
[0021 ] 1-殼體；11-上殼體；12 -下殼體；13-活頁；14-密封墊圈；15-凹形卡槽；16-彈性卡 扣;2-吸附單元;3-掛鉤;4-支架;5-通量測試腔體;6-球形被動式采樣器;7-連接件;8-平整 面;9-溝槽;81-覆蓋土。
【具體實施方式】
[0022]如圖1和圖3所示，本發明球形被動式采樣器包括殼體1、吸附單元2、掛鉤3和支架 4，殼體1為球體狀，殼體1包括上殼體11和下殼體12，上殼體11和下殼體12邊沿一側通過活 頁13活動連接，下殼體12邊沿設有凹形卡槽15，上殼體11對應位置設有與凹形卡槽15卡接 密封的彈性卡扣16,下殼體12邊沿周圍設有密封墊圈14,殼體1上均勻分布有多個微孔，殼 體1選用防水性微孔材料制成，如選用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯 (PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)制成，掛鉤3固定于殼體1頂部，殼體1內部有 吸附單元2和支架4,支架4為柱狀結構，圖3所示支架4數量為6個，沿球面上下左右前后均勻 分布，下殼體(12)內布有前支架、后支架、左支架、右支架和下支架，上殼體(11)內布有上支 架，支架4與殼體1固定連接，通過支架4間的擠壓固定吸附單元2,吸附單元2為球體狀。
[0023] 吸附單元2主要用于吸附土壤中揮發出來的有機污染物，其選材主要針對監測的 目標物質的類別而定，對于常見的揮發性有機物或苯系物，吸附單元2可采用活性炭、 Carbograph、Anasorb 747或Anasorb 727,對于酸類化合物，吸附單元2可米用Tenaxe TA， 對于1，3-丁二稀/異戊二稀，吸附單元2可采用Carbopack X，其他特定化合物，均可根據現 有技術，選用具有針對性的、具有較高吸附效果的吸附材料作為吸附單元2。
[0024] 如圖2所示，本發明采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置包括通量 測試腔體5、球形被動式采樣器6和連接件7，通量測試腔體5為頂部封閉、下部開口的半球狀 結構，通量測試腔體5選用不銹鋼材質制成;通量測試腔體5內懸掛有球形被動式采樣器6， 如圖1所示，球形被動式采樣器6包括殼體1、吸附單元2、掛鉤3和支架4,殼體1為球體狀，殼 體1上均勻分布有多個微孔，殼體1選用防水性微孔材料制成，如選用聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)制成，殼體1 內部有吸附單元2,吸附單元2為球體狀，吸附單元2通過支架4與殼體1固定，圖3所示支架4 數量為6個，沿球面上下左右前后均勻分布，掛鉤3固定于殼體1頂部，掛鉤3為U形掛鉤，通過 連接件7與通量測試腔體5可拆卸連接。
[0025] 本發明采用球形被動式采樣器測定土壤氣體揮發通量的方法包括以下步驟： 步驟一、現場裝置布置： S1將待測場地所選監測點所在位置的表層土去除，露出平整面8; S2在監測點周圍按照通量測試腔體5的外圍尺寸布置相應溝槽9，溝槽9深度為4-7cm; S3將吸附單元2置于下殼體12的支架4上，蓋緊上殼體11和下殼體12,將球形被動式采 樣器6懸掛于通量測試腔體5內，使球形被動式采樣器6位于監測點的中央位置，將通量測試 腔體5的邊緣插入溝槽9內，用覆蓋土81填密封埋好;吸附單元2的材質根據所要監測的揮發 性污染物的類別進行選擇； 步驟二、采集土壤氣體中的揮發性污染物： 根據實際需求，確定采樣時間，并在確定的采樣時間內采集土壤氣體中的揮發性污染 物； 步驟三、土壤氣體揮發通量的測定： S1氣體采集結束后取出球形被動式采樣器6,取出吸附單元2,將其放于玻璃容器中密 封，外側再以聚乙烯袋子熱封； S2將吸附單元2送實驗室進行定量檢測，并使用以下公式計算土壤氣體揮發通量：
式中：Flux為土壤氣體揮發通量(mg/m2 ? min); M為吸附單元2中吸附的氣體的質量(mg); t為采樣時間(min); A通量測試腔體5與地面接觸面的面積(m2)。
[0026] 以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范 圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方 案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 球形被動式采樣器，其特征在于:包括殼體(1)、吸附單元(2)、掛鉤(3)和支架(4)，所 述殼體（1)上均勻分布有多個微孔，掛鉤(3)固定于殼體（1)頂部，殼體（1)內部有吸附單元 (2)，所述吸附單元(2)為球體狀，吸附單元(2)通過支架(4)與殼體(1)固定。2. 根據權利要求1所述的球形被動式采樣器，其特征在于:所述殼體（1)為球體狀，殼體 (I) 選用防水性微孔材料制成。3. 根據權利要求2所述的球形被動式采樣器，其特征在于：所述殼體（1)選用聚乙烯 (PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS) 制成。4. 根據權利要求1所述的球形被動式采樣器，其特征在于：所述殼體（1)包括上殼體 (II) 和下殼體（12)，上殼體（11)和下殼體（12)邊沿一側通過活頁（13)活動連接，下殼體 (12)邊沿設有凹形卡槽(15)，上殼體(11)對應位置設有與凹形卡槽(15)卡接密封的彈性卡 扣（16)，下殼體(12)邊沿周圍設有密封墊圈（14)。5. 根據權利要求4所述的采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置，其特征 在于:所述支架(4)為柱狀結構，支架(4)數量為4-8個，沿球面均勻分布。6. 根據權利要求5所述的采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置，其特征 在于:所述支架(4)與殼體(1)固定連接，通過支架(4)間的擠壓固定吸附單元(2)。7. 采用權利要求1-6任意一項所述的球形被動式采樣器測定土壤氣體揮發通量的裝 置，其特征在于:包括通量測試腔體(5)、球形被動式采樣器(6)和連接件(7)，所述通量測試 腔體(5)為頂部封閉、下部開口的半球狀結構;通量測試腔體(5)內懸掛有球形被動式采樣 器(6)，所述球形被動式采樣器(6)包括殼體（1)、吸附單元(2)、掛鉤(3)和支架(4)，所述殼 體(1)上均勻分布有多個微孔，殼體(1)內部有吸附單元(2)，所述吸附單元(2)為球體狀，吸 附單元(2)通過支架(4)與殼體（1)固定，所述掛鉤(3)固定于殼體（1)頂部，掛鉤(3)通過連 接件(7)與通量測試腔體(5)連接。8. 根據權利要求7所述的采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置，其特征 在于:所述通量測試腔體(5)選用不銹鋼材質制成。9. 利用權利要求7所述的采用球形被動式采樣器測土壤氣體揮發通量的裝置的測定方 法，其特征在于:包括以下步驟： 步驟一、現場裝置布置： S1將待測場地所選監測點所在位置的表層土去除，露出平整面(8); S2在監測點周圍按照通量測試腔體(5)的外圍尺寸布置相應溝槽(9)，溝槽(9)深度為 4-7cm； S3將球形被動式采樣器(6)懸掛于通量測試腔體(5)內，使球形被動式采樣器(6)位于 監測點的中央位置，將通量測試腔體(5)的邊緣插入S2中所述溝槽(9)內，用覆蓋土(81)填 密封埋好； 步驟二、采集土壤氣體中的揮發性污染物： 根據實際需求，確定采樣時間，并在確定的采樣時間內采集土壤氣體中的揮發性污染 物； 步驟三、土壤氣體揮發通量的測定： S1氣體采集結束后取出球形被動式采樣器(6)，取出吸附單元（2)，盛裝于密封容器 中； S2將吸附單元(2)送實驗室進行定量檢測，并使用以下公式計算土壤氣體揮發通量：式中:Flux為土壤氣體揮發通量(mg/m2 ? min); M為吸附單元中吸附的氣體的質量(m g ); t為采樣時間(min); A通量測試腔體(5)與地面接觸面的面積(m2)。10.根據權利要求9所述的采用球形被動式采樣器測定土壤氣體揮發通量的方法，其特 征在于:步驟三的S1中，取出吸附單元(2)后，將其放于玻璃容器中密封，外側再以聚乙烯袋 子熱封。
【文檔編號】G01N5/04GK106053288SQ201610653466
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610653466.0, CN 106053288 A, CN 106053288A, CN 201610653466, CN-A-106053288, CN106053288 A, CN106053288A, CN201610653466, CN201610653466.0
【發明人】鐘茂生, 趙瑩, 姜林, 王世杰
【申請人】北京市環境保護科學研究院