2-空气样品的采集

2020 4 14 1 第二章空气样品的采集 重点 作业环境中空气样品的采集方法 原理及误差分析 难点 误差分析问题 如何对空气样品进行采集 2020 4 14 2 概述集气采样法富集采样采样仪器最小采气体积 采样效率个体采样采样误差采样方案设计的原则 主要内容 2020 4 14 3 2 1概述 一 气体浓度的表示方法1 质量 体积混合表示方法mg m32 体积表示法 ppm ppb ppt3 不同浓度表示方法的换算4 标准状态与测试状态的体积转换二 气样的采集方法1 集气法2 富集法 2020 4 14 4 一 适用条件当现场有害物质浓度较高或者所用的分析方法灵敏度很高 不需要将空气中的有害物质进行浓缩 直接采取少量空气样品就可供分析使用时 可采用集气法采样 瞬间或短时间内的有害物质浓度 二 采样方式1 置换法取双口的采气瓶或采气管 一端接上抽气动力 迅速抽取比采样体积大10 15倍的空气 使瓶中原有空气完全置换出来 先关闭瓶子与采气动力的活塞 然后关闭进空气的活塞 此时采样瓶中的容积即为实际采样体积 测定结果计算时应将此体识换算成标准状况下的体积 2 2集气采样法 2020 4 14 5 2020 4 14 6 2 真空法采样前用真空泵将采气瓶中的空气抽出 使瓶中绝对压力在5 10mmHg 关闭活塞 带至采样地点 采样时将活塞慢慢打开 被测空气吸入瓶内 关好活塞带回实验室 3 充气法塑料袋或球胆采气时用充气法 即用大注射器 手抽气筒或压气球 如血压计用的压气球 将被测空气注入塑料袋或球胆中 采样前应用现场空气清洗塑料袋或球胆3 4次 三 注意事项1 容器壁的吸附作用2 有害物质与采样器器壁是否发生化学反应3 渗透作用带来的误差4 采样容器是否漏气 2020 4 14 7 富集采样法 主要内容各种富集采样的原理 方法 注意事项 适用条件及采样仪器重点各种富集采样的原理 方法难点采样仪器的介绍 2020 4 14 8 一 富集采样的含义及分类 适用条件当被测物质毒性较大 而现场浓度较低时通常采用富集采样 1 含义通过各种收集器 从大量空气样品中 将有害物质吸收 吸附或阻留下来 使原来在空气中浓度很低的物质得到浓缩 富集采样测定结果实际上是采样时间内有害物质的平均浓度 2020 4 14 9 2 分类 2020 4 14 10 二 溶液吸收法1 原理当空气通过吸收液时 其中的有害物质的分子在气泡和液体的界面上由于溶解作用或化学反应很快地进入吸收液中 与此同时气泡中的气体分子因本身运动速度极大 又迅速地扩散到气 液界面上 从而很快地完成了吸收过程 溶解作用时遵循式中 W 吸收速度 A 气 液接触面积 K 总的传质系数 吸收达到平衡时液相中有害气体浓度 吸收到溶液中的有害气体浓度 2020 4 14 11 当伴有化学反应时 扩散到气 液界面的气体分子立即与溶液反应 变成反应产物扩散到溶液中 因此吸收速度只受膜内气相扩散所支配 吸收速度式中 有害气体分子在膜内的扩散系数 膜内有害气体的分压力 由于伴有化学反应的吸收速度比只有物理吸收的效果好得多 因此除溶解度非常大的气体外 一般均选用伴有化学反应的吸收液 2020 4 14 12 2 选择吸收液时遵循的原则吸收液对被采集的有害物质溶解度要大 化学反应速度快并能进行到底 以保证具有高的吸收效率 有害物质被吸收到吸收液中后要有足够的稳定时间 应在其稳定时间内进行测定 选择吸收液要考虑到下一步测定反应 应与后面的分析步骤紧密联系 如有机磷农药用甲醇吸收效果很好 但是用酶化学测定时 甲醇影响酶的活力 此时若将甲醇浓度降至5 既可达到完全吸收有机磷农药 而又不影响后面的测定 选择有机溶剂作吸收液时 尽量选择沸点较高 挥发性小的有机溶剂 以减少采样过程中吸收液的损失 采样后吸收液有明显损失时 必须添加该有机溶剂至原有量 再取出分析 2020 4 14 13 三 颗粒吸附法1 吸附作用机理 原理一种是物理吸附 靠分子间的作用力 这种吸附比较弱 容易在物理作用的影响下 使吸附的物质分子脱附 另一种是化学吸附 是靠化学亲和力 原子价力 的作用 吸附较强 不易在物理作用下脱附 脱附 解吸2 要求理想的颗粒吸附剂应具有良好的机械强度 稳定的理化性质 较强的吸附能力和容易解吸等性能 2020 4 14 14 解吸 1 热解吸法是将颗粒状采样管装在解吸炉上加热至一定温度 并通入化学惰性气体将有害物质吹到一定容积的容器中待分析或直接通入分析仪器中测定有害物质含量 由于被吸附物质的沸点不同 所以解吸温度不同 例如氯乙烯在100 150 时 可以从活性炭上定量解吸 苯在200 以上才能从活性炭上定量解吸 2 溶剂解吸法是用一定量溶剂如二硫化碳 丙酮 甲醇等浸泡采样后的固体吸附剂 上层提取液待分析用 选择解吸溶剂的原则 对待测组分解吸效率高 并且不干扰待测组分的测定 2020 4 14 15 3 常用颗粒吸附剂硅胶 活性炭 素陶瓷和高分子微球等 这些物质比表面积大 各种吸附剂由于比表面积和极性不同 它们的吸附力 吸附量以及所吸附物质的种类有差别 1 硅胶硅胶是脱水的硅酸凝胶 是一种极性吸附剂 对极性物质有着强烈的吸附作用 根据加工条件的不同 其孔径和表面积可以控制 常用的是粗孔及中孔硅胶 这两种硅胶均有物理和化学吸附作用 与活性炭相比 硅胶的吸附力较弱 吸附容量较小 因此 从硅胶上将吸附的物质解吸下来比较容易 2020 4 14 16 2 活性炭属于非极性吸附剂 吸附非极性和弱极性的有机气体和蒸气 吸附容量大 吸附力强 适合于采集有机气体和蒸气混合物 特别是空气中浓度很低需要长时间采样 或空气的相对湿度较高时的采样 活性炭对沸点低于0 以下的物质吸附率低 在常温下不能直接用来定量采样 H2 N2 O2 CO NH3 HCl H2S CH4 C2H4等 2020 4 14 17 3 素陶瓷制作 将绝缘素陶瓷管洗净 碾碎 过筛 用酸 碱除去杂质 在110 120 烘干而成 并非多孔物质 它的吸附作用属于物理吸附时 其吸附容量决定于表面租糙程度 吸附能力弱 故采样后的解吸比较容易 4 高分子微球是一种多孔性芳香族聚合物 具有较大的表面积和一定的机械强度 疏水性 耐腐性 耐辐射和耐高温性能 主要用于采集有机蒸气 特别是分子较大 沸点较高 又有一定挥发性的有机物 如多氯联苯 有机磷 有机氯 有机氮农药 多环芳烃等 2020 4 14 18 四 滤料阻留法1 阻留机理1 惯性冲击作用 当空气流碰到障碍物流线转弯时 气流中的粒子因惯性具有仍然保持原直线运动的趋向 因而使粒子从流线中分出来 并粘在纤维滤料上 对于较重的微粒 以及高速运动气流中的微粒有利于阻留 2 扩散作用 由于小微粒受布朗运动产生的位移与时间的平方根成正比 因此在较低的流速下 微粒在滤膜附近逗留时间越长 越有利于扩散作用 扩散作用是小微粒阻留的主要机理 3 拦截作用 微粒被纤维拦住的现象称为拦截作用 对直径大的微粒阻留以拦截作用为主 4 静电作用 气体微粒通过滤料时 往往带有一定电荷 为了增强静电作用 在有机纤维滤料的生产过程中 使纤维滤料带上部分静电 以提高阻留效率 小结 一般直径小于0 1 m的微粒以扩散为主 直径在0 1 1 m之间的微粒的阻留 静电作用起主要作用 大于1 m的微粒的阻留以惯性冲击作用为主 2020 4 14 19 2 常用的阻留滤料1 纤维状滤料 1 滤纸 2 玻璃纤维滤纸 由纯的超细玻璃纤维制成 阻留机理主要是直接拦截 惯性碰撞和扩散沉降 3 过氯乙烯滤膜 由合成纤维素相互重叠形成 滤膜厚一般小于0 1mm 吸湿性小 通气阻力是现用滤料中最小的 缺点是不耐热 易卷曲 最高使用温度低于65 4 脱脂棉2 筛孔滤料 1 微孔滤膜 由硝酸纤维和少量醋酸纤维混合制成 表面光滑 耐高温 灰分低 适于采集金属气溶胶 2 核孔滤膜 滤膜表面光滑 机械强度好 不吸水 重量轻 厚度薄 适用于较精密重量的分析 2020 4 14 20 五 低温浓缩法对于某些沸点较低的气态的有毒物质 通常采用低温浓缩法 在采样管内装好吸附剂后 放在制冷剂中冷却后再进行采样效果较好 根据有害物质的沸点选择不同温度的致冷剂 常用的致冷剂有冰和食盐水 干冰 乙醇 液氮等 六 扩散 渗透吸附法利用有害物质分子的自身运动 扩散或渗透 将有害物质吸附或吸收 该种方法不需要外界动力 2020 4 14 21 空气采样仪器主要由收集器 流量计和采样动力三部分组成 一 收集器1 常用收集器2 颗粒吸附剂采样管 4采样仪器 2020 4 14 22 2020 4 14 23 2020 4 14 24 2020 4 14 25 2020 4 14 26 2 颗粒吸附剂采样管1 制作规格 2 特性参数 P24 1 解吸效率 75 2 穿透容量 3 稳定性3 优点 P24 25 2020 4 14 27 二 气体流量计转子流量计 P25 湿式流量计 P25 26 皂膜流量计 P26 27 2020 4 14 28 转子流量计 2020 4 14 29 湿式流量计 2020 4 14 30 皂膜流量计 2020 4 14 31 用皂膜流量计校正转子流量计装置图 2020 4 14 32 三 抽气动力 P28 2020 4 14 33 2020 4 14 34 2020 4 14 35 四 专用采样器 将收集器 流量计和抽气动力组装在一起所构成 优点 体积小 重量轻 携带方便 2020 4 14 36 2020 4 14 37 2020 4 14 38 2020 4 14 39 2020 4 14 40 是指能测出最高容许浓度水平的有害物质所必须采集的最小空气体积 式中V 最小采气体积 S 分析方法的检测限 T 被测物质的最高容许浓度 a 样品溶液的总体积 b 分析时从样品中取出的体积 n 保险系数 一般取1或2 例 P31 5最小采气体积 2020 4 14 41 一 定义通常是指能够被收集器收集下来的待测物质的量 占通过收集器的空气中待测物质总量的百分数 即 二 采样效率的评价方法 P32 1 绝对比较法2 相对比较法 6采样效率 2020 4 14 42 三 影响采样效率的因素1 有害物质的存在形态气态 蒸汽状态 气溶胶状态2 有害物质的物理化学性质吸收液的选择应尽量采用化学吸收 化学反应后的生成物应较稳定3 采样器的性能指标及现场条件现场温度 湿度 有害物质的浓度4 采样时气体的流速5 操作技术正规操作 2020 4 14 43 一 定义 P33 二 结构组成微型直流抽气泵 流量计和收集器 二 分类1 抽气型个体采样器1 粉尘个体采样器2 毒物个体采样器 1 气态物质个体采样器 2 气溶胶个体采样器2 无泵型个体采样器1 扩散型个体采样器2 渗透型个体采样器 7个体采样 2020 4 14 44 一 采样方法二 采样仪器1 采样系统漏气 2 流量计的计量误差 3 采样系统阻力误差 4 抽气动力误差三 采样操作1 擅自变动采样流速和采气体积 2 采样操作中的污染 3 采样过程中吸收液的损失 4 采样量超过收集器的承受量 5 器壁的吸附四 气象因素1 温度 2 湿度 3 风速 风向 8采样误差 2020 4 14 45 一 明确采样目的 一 评价作业环境空气污染状况1 评价产毒源对作业场所的污染程度 范围2 评价作业场所中固定岗位上有害物质浓度随时间的波动程度 二 评价防毒措施效果包括治理设备性能指标及治理措施对作业环境空气质量的影响 三 评价职工职业危害程度 四 对生产过程或生产设备的突然故障进行监测 9采样方案设计原则 2020 4 14 46 二 设计前的调查研究1 调查有害物质的形成机理 确定有害物质的存在状态2 调查生产方式的类型 连续式或间歇式 初步了解被测物质在空气中随时间和空间的波动情况 产生最高浓度的时间及持续时间 3 调查测定环境中产毒源的种类及数目 2020 4 14 47 4 查阅有害物质的理化特性及毒性 包括熔点 沸点 比重 闪点 爆炸极限 溶解性 毒性大小 毒理分类及进入体内途径等 5 研究过去的监测数据 生产工艺流程 设备状况及自然条件变化情况6 调查作业岗位上工人健康状况7 调查监测仪器 设备的完好率及监测入员的水平状况 2020 4 14 48 三 采样点的选择1 采样点的布置类别区域采样在整个采样过程中采样器固定在作业环境中的某一位置上 不随作业者运动 其采样点的选择原则是在生产过程中作业人员经常或定时停留的区域内选择有代表性的位置采样 个体采样采样器挂在作业者胸前或领子上 随着作业者运动而积累采样 2020 4 14 49 2 采样点的布置方式1 网格式布点2 对角线式布点3 扇形布点4 直线式布点5 岗位和工序布点 2020 4 14 50 2020 4 14 51 2020 4 14 52 四 采集的样本数1 区域采样一般应设6 30个采样点 每一采样点同时平行采集两个样品 测定结果相差不应超过20 2 个体采样人数按同工种岗位的作业总人数计算 五 采样高度以场所中2 3以上人员