空气采样实用手册:采样链、采样头、滤膜、校准与设备选型
本文同时说明:本文仅涉及科赛乐供应的设备,不构成对采样策略的建议。采样头与流量的正确选择,应以中国现行法规与相应采样方法为准。
一、引言
许多工业与建筑作业场所,都存在让员工接触有害粉尘、蒸气和气体的可能。吸入通常是最主要的进入人体的途径,因此监测员工所吸入的空气至关重要。
本文的目标是介绍空气采样的应用与所需设备。采样头与流量的正确选择,应由当地法规与相应方法(通常由属地职业卫生与安全机构发布)决定。
二、个体采样:粉尘与烟尘
采样链的构成
基本原理是:用采样泵以一定流量、通过适用的采样介质抽取一定体积的空气。对颗粒物与烟尘而言,这个介质就是滤膜。个体监测的采样链应如下构成:
- 采样泵佩戴在作业者身上(通常在腰部,也可用背带或胸挂固定在背部或胸部);
- 采样头(内含适用滤膜)必须置于呼吸带内,否则样品无效;
- 泵与采样头之间用软管连接。
粉尘是直径小于 1 微米至 100 微米的固体颗粒,更大的颗粒太重无法悬浮。烟尘(fume)是由气体冷凝形成的固体颗粒,粒径通常小于 1 微米。
粉尘的粒径分数
粉尘可进一步分为三个粒径分数:
- 总吸入性尘(Total Inhalable)——呼吸时进入口鼻的全部颗粒(最大至 100 微米),可沉积在呼吸道各处;
- 胸尘(Thoracic)——能穿透至喉部以下的颗粒;
- 呼尘(Respirable)——小于 4 微米,可深入肺泡进行气体交换的部位。这一分数危害相对更大,因为这类颗粒无法被人体自身的防御机制排出。
操作流程与浓度计算
使用预先称重的滤膜,以设定流量经滤膜抽取一定体积的空气。流程为:
- 使用有代表性的采样介质设定流量,采样前校准;
- 采样;
- 采样后再次核查流量;
- 滤膜重新称重,记录增重;
- 按下式计算浓度(mg/m³)。
Apex2 个体空气采样泵
Apex2 是新一代个体采样泵,支持通过 Airwave 应用在手机或平板(Android 与 iOS)上远程监控,无需打扰佩戴者(Plus 与 Pro 型号支持蓝牙 4.0 连接)。不具备远程连接功能的型号,则在泵的 LED 屏上清晰显示全部运行参数。
- 动作感应——可确认泵是否确实处于佩戴状态;
- 符合人体工学的纤薄设计,佩戴接受度高;
- IP65 防护等级,可防止粉尘与水汽侵入,光滑表面更便于去污;
- 最大流量 5 L/min,背压承受能力较强,可配合多种滤膜介质可靠运行;
- 持续感知进气压力,用于判断滤膜负载情况并辅助故障诊断;
- 配合相应附件也可采集气体与蒸气;
- 满电状态下可支持约 3 个 8 小时班次;电量表显示电量水平,Plus 与 Pro 型号还显示剩余运行时间。
三、采样头类型
总吸入性采样头
总吸入性采样头收集呼吸时进入口鼻的所有颗粒分数(即空气中所有可吸入的部分)。部分采样头可配合 PUF 滤膜做粒度选择,但若只关注呼尘分数,优先使用旋风分离头。
IOM 型采样头与滤膜盒(P109009A & P109010)
IOM 型吸入性采样器由职业医学研究所开发,是总吸入性尘采样中最常用的采样头。配合滤膜盒使用,确保样品不会损失在采样器内壁上。整个滤膜盒(含滤膜)作为一个整体进行前、后称重,确保全部样品都被计入。
- 使用 25mm 滤膜,整体作为一个单元预先称重;
- 工作流量 2.0 L/min;
- 配合 PUF 滤膜可同时采集不同粒径分数。
锥形吸入性采样器 CIS(P118200)
主要用于需要采集高浓度颗粒物的场合,因此采用更大尺寸的滤膜(37mm)。锥体设计使采集的粉尘在滤膜上均匀分布。整个滤膜盒(含 37mm 滤膜)作为整体预先称重。工作流量 3.5 L/min。同样可通过 PUF 滤膜同时采集不同粒径分数。
呼尘采样头
呼尘通常用旋风分离头采集。采样头的形状使吸入的空气迅速循环,较大颗粒被甩至气流外侧落入集尘罐中被丢弃,较小颗粒则沉积在滤膜上待分析。
| 采样头 | 规格 | 工作流量 | 说明 |
|---|---|---|---|
| Higgins-Dewell 旋风分离头 (116000B) | 25mm 滤膜盒(整体可称重),另有 37mm 可选 | 2.2 L/min | 欧洲最常用,多为导电塑料材质,也有金属版本 |
| Dorr Oliver 采样头 (P101010) | 配 37mm 三片式开放面滤膜盒 | 1.7 L/min | 在美国更常用 |
| 铝制呼尘旋风头 | 25mm 与 37mm 两种,配三片式开放面滤膜盒 | 2.5 L/min(50% 切割 4μm) 3.8 L/min(50% 切割 3.5μm) | 可消除静电效应,体积小、重量轻 |
其他采样头
- 铅采样头(B8221/Z)——为采集放射性颗粒物与铅而开发,使用 25mm 滤膜,2 L/min;
- 开放面滤膜(P109104 & B7632/Z)——滤膜夹持器,有 25mm 与 37mm 两种规格;
- 焊锡烟尘采样头(P109049)——用于电气电子行业松香芯焊料产生的烟尘,长期采样用 13mm 滤膜 1 L/min,短期采样 2 L/min;
- 石棉采样头——石棉纤维采样与一般粉尘采样方式相同(定量空气通过膜滤膜),但不做重量法,而是计数:将滤膜固定在显微镜载玻片上,用溶剂溶解膜,再用相差显微镜(PCM)计数滤膜一定面积上的纤维数,从而计算空气中的纤维浓度。需要配开放面滤膜夹持器(带导电圆罩)与带印刷网格的 MCE 滤膜;预装石棉滤膜盒提供 0.8μm 与 0.45μm 两种孔径。
采样头的维护保养
采样头使用后应清洗,除非另有说明,使用温水加洗涤剂。旋风头的集尘罐同样应倒空并以相同方式清洗。
四、滤膜与滤膜介质
滤膜有多种材质可选。最常见的是玻璃纤维膜,仅做重量法分析。若需要进一步分析、被采物质具腐蚀性,或玻璃纤维会产生干扰,则应选择其他类型。请查阅所采用的标准方法确认应使用哪种滤膜。滤膜也有预先称重和预装滤膜盒两种供货形式。
| 类型 | 特性 | 典型用途 |
|---|---|---|
| 玻璃纤维 Glass Fibre | 成本低,通常称"深层滤膜";适合一般重量法采样与分析;无粘结剂与添加剂;有预称重与未称重两种 · 流量通过最快 · 负载容量高 · 无静电问题 · 压降低 · 可耐至 500°C | 一般重量法采样、异氰酸酯、乙二醇、环境空气 |
| MCE (混合纤维素酯) | 由醋酸纤维素与硝酸纤维素混合制成,可完全溶解,易于透明处理;多种孔径可选,有带网格版本用于纤维计数 · 无吸湿问题 | 金属粉尘分析、石棉纤维计数、空气质量 |
| PVC | 适用于测量粉尘、二氧化硅与铬;皮重低,适合低浓度样品,重量法稳定性好;低灰分使游离二氧化硅测定不受干扰 · 皮重低 · 不含游离二氧化硅、灰分低 · 非氧化性表面 · 吸湿量低 | 重量法分析、六价铬、二氧化硅 |
| PTFE | 高品质、耐化学腐蚀,适合恶劣环境;疏水、化学惰性,适合高灵敏度无干扰测定;皮重低,重量法稳定 · 疏水 · 化学惰性 | 碱性粉尘、多环芳烃、农药、异氰酸酯、环境空气 |
| 聚碳酸酯 | 表面光滑如玻璃,孔径与分布精确,专为特定过滤与分离设计;光学透明、不染色,适合显微观察 · 表面光滑便于显微检查 · 孔径与分布精确 · 化学与生物惰性 · 强度高 | 石棉纤维、扫描电镜分析 |
| 石英 | 经高温处理纯度更高,适合痕量分析;耐热(至 300°C)、耐酸,可用于烟道或柴油排放;过滤速率高;无粘结剂与添加剂 · 可高温灭菌 | 烟道采样、柴油颗粒物、酸性气体 |
| 银 | 高纯银制成,可清洗并重复使用;表面光滑便于捕集颗粒与观察;多种孔径 · 纯度 99.97% · 耐高温 · 耐化学腐蚀 | 透射电镜法测石棉、X 射线衍射测二氧化硅 |
五、滤膜盒
IOM 型采样头与 Higgins-Dewell 旋风头的设计中已包含滤膜盒;Dorr Oliver 等其他采样头则需另配滤膜盒。
滤膜盒的便利之处在于:不仅在采样过程中保护滤膜,也便于运输。主要有两类结构:两片式与三片式。
- 两片式用于闭口面采样(仅取下封堵、进样口保留)。原因是滤膜盒本身会产生静电,把污染物吸附到盒壁上;两片式盒表面积更小,污染物附着的"墙"更少,更多会被滤膜截留;
- 三片式多一圈结构,对滤膜保护更好,用于开放面采样(进样口与封堵均取下),也常与旋风头配合使用。
四种滤膜盒形式
- 空白滤膜盒外壳——两片式或三片式,25mm 或 37mm。便于自行装入预先称重的滤膜(用于重量法的标准 GF/A 滤膜,或用于进一步分析的专用介质)。最常见材质为透明苯乙烯,视野好;样品怕光可选不透明款;需防溶剂则选聚丙烯款;需降低静电干扰可选碳载聚碳酸酯款。
- 滤膜支撑垫置于滤膜背面,防止滤膜塌陷同时保持空气自由通过,共三种:纤维素垫(100%纯纤维素,滤膜盒中最常用)、多孔塑料支撑(适用于与纤维素不相容的化学物质)、不锈钢网(适用于多种滤膜夹持器,易清洗可重复使用)。
- 预装滤膜盒——预先装好 PVC、MCE 或 PTFE 等滤膜介质,适用于采样后需对滤膜做化学分析或提取的场合,取下封堵即可采样。只需重量法结果时,应选预称重或配对称重款。有 25mm 与 37mm 两种,请查阅标准方法确认所需介质。
- 预称重滤膜盒——由检测实验室预先装好 PVC 膜,采样后送回同一实验室复称,称重过程已包含在价格内。为符合规范,必须送回与皮重同一实验室,且二次称重须在同一台微量天平、相同环境条件下进行。环境条件对称重结果影响显著,而滤膜称重精度到 0.01mg,天平之间的差异与校准也成了重要因素。每个滤膜盒均贴有重量与序列号用于标识。
- 配对称重滤膜盒(Match Weighed)——兼具预称重滤膜的便利:滤膜已装好,取下封堵即可开始采样,且无须送回同一实验室。每个滤膜盒含两片滤膜,称重差值控制在容差内(MCE 滤膜 50μg,PVC 滤膜 20μg)。空气由进样口进入并沉积在测试滤膜上,其下方的第二片滤膜作为空白。采样后两片同时平衡并复称,重量差即为污染物量。
六、PUF 滤膜与粒度选择
需要注意:职业卫生与环境监测的粒度选择标准不同。两者都测量空气中的颗粒物,但定义与评估方法各不相同:
- 职业卫生采样的是总吸入性、胸尘、呼尘三个分数;
- 环境监测指的是 PM10 与 PM2.5。
一般来说,PM10 与胸尘较为接近,PM2.5 与高风险呼尘相对应。但两者的采样规范虽相似,却并不完全相同。
PUF(聚氨酯泡沫)滤膜可以装入标准的 IOM 型采样头或 CIS,把它们变成多用途采样器,可单独或同时采集可吸入与呼尘分数。呼尘颗粒沉积在滤膜盒后端的滤膜上,可单独分析;较大颗粒被 PUF 收集。总吸入性尘的结果为 PUF 与滤膜两者重量分析之和。IOM 型采样头工作于 2 L/min,CIS 工作于 3.5 L/min。
七、气体与蒸气采样
与颗粒物不同,溶剂、气体与蒸气需要不同的采样策略。
- 气体——在常温常压下既非液体也非固体的物质;
- 蒸气——在常温常压下为固体或液体,但在该条件下以气态存在的物质。例如溶剂在常温下是液体,但其中一部分会挥发进入气相。
收集气体与蒸气最常用的方法是吸附管,也可使用吸收瓶/吸收管(见后文)。吸附管两端掰断后插入管座,再连接个体采样泵。流量通常较低(常见 20—200 mL/min),因此需要专用低流量泵,或使用中流量泵(如 Apex2)加装低流量适配器。流量须在采样前后各设定并核查一次。
VAPex 低流量采样泵
VAPex 是新一代用于气体与蒸气采样的个体采样泵。Pro 型号支持 Airwave 应用与蓝牙 4.0 连接,可在手机或平板上远程监控而无需打扰佩戴者;不具备远程功能的型号则在 LED 屏上清晰显示全部运行参数。
- 动作感应可确认泵是否处于佩戴状态;纤薄人体工学设计,佩戴接受度高;
- IP65 防护等级,光滑表面便于去污;
- 流量范围 20—500 mL/min,背压承受能力较强,可配合多种吸附管介质;
- 持续感知进气压力,判断吸附管负载并辅助诊断;
- 可通过气体袋出口与袋装模式采集气体袋;
- 满电可支持约 4 个 8 小时班次。
低流量适配器与恒压模式
气体与蒸气采样一般设 20—200 mL/min 的流量。可选专用低流量泵,或用标准中流量泵(1—5 L/min)加装低流量适配器与恒压控制器。使用标准个体采样泵时,实际上可同时接 1 支、2 支甚至 4 支吸附管。
设定流量的操作
- 把采样泵流量设在约 1.5 L/min;
- 接上恒压调节器、低流量适配器与吸附管(管座中,两端已剪断),接入流量计;
- 用适配器侧面的螺钉把流量调到目标值(20—200 mL/min)。低流量适配器的作用本质上是限制流经吸附管的流量;
- 流量设定完成后,取下吸附管,换上新管开始采样。
恒压控制器的作用
恒压控制器用于维持流量:它保持泵与样品座之间管路内的低压力水平恒定。(部分泵(如 Apex2)内置该功能,具体请查阅厂家说明书。)当检测到压力发生变化(例如因样品负载导致),泵的电机转速会自动调整以维持正确的压力水平。
而在恒流控制下,泵以稳定流量直接抽吸——如果接了多支样品而其中一路被堵,你无法知道空气实际有多少比例从哪一路通过,暴露量计算也就不准确。
低流量适配器的两种配置
- 单口低流量适配器(P109032)——含保护性管座、螺旋流量调节与恒压控制器;
- 双口采样器(P109074)——可同时采集两支吸附管,每个口的流量可独立设定。既可同时测两种不同化合物,也可对同一种化合物以不同流量采样(用于关注穿透时的情况)。还可在相同流量下做平行采样以验证结果一致性。
吸附管的类型
吸附管内含吸附材料,采样时将蒸气或气体吸附到其表面,随后在实验室解吸分析,得到暴露计算所需的结果。典型的吸附管由泡沫或玻璃棉隔开的多层吸附材料组成。第二层较小的吸附层是后备层,实验室同样会分析它——如果第一层发生穿透(即被样品完全饱和,部分样品渗入后备层),则必须重新采样。
- 活性炭管——用于有机蒸气的标准吸附管,适用于大多数芳香烃和醇类;
- 硅胶管——适用于极性烃类、甲醇、胺类、无机酸和低分子硫醇;部分管型经预处理(如用 2,4-二硝基苯肼),用于特定化学危害物的采样。
八、吸收瓶与瞬时采样
吸收瓶与冲击式吸收管
某些场合必须使用冲击式吸收管(例如氯气)。吸收瓶是装有液体的玻璃管,空气被抽吸穿过液体,样品被溶液捕获,随后由实验室分析该溶液中的污染物。与吸附管一样,通常在低流量下进行,因此同样需要低流量适配器与恒压控制器,或专用低流量泵。吸收瓶可安装在采样泵侧面,或放入专用套中置于作业者呼吸带内。
瞬时采样(Grab Sampling)
瞬时采样是一种筛查技术,用于给出某一特定时间与位置处污染物的浓度,或用于确认某种疑似污染物的存在。
气体采样通常使用 Tedlar® 等化学惰性薄膜材料制成的采样袋。用合适的软管与鲁尔接头(如 TUC12)把采样袋接到泵的出口。部分泵具备自动袋装模式——泵启动运行后,感知到袋子装满会自动停止。若泵没有此功能,需自行计算装满所需时间,注意不要装得过满。
九、校准
标准方法(如 NIOSH、OSHA、MDHS 方法)会推荐特定流量,该流量须在采样前用校准器设定、采样后再核查一次。现场可用简单的转子流量计,也可用数字流量计。
Flow Detective 数字流量校准器
Flow Detective 是新一代数字流量计,用于个体采样泵等设备的精确校准。体积小、坚固耐用、无活动部件,内置锂电池在两次充电之间可运行 70 小时。
- Standard 型号——中流量采样泵用流量计(0.5—5 L/min);
- Plus 型号——支持蓝牙连接 Airwave 应用,校准后数据可通过邮件发送便于记录。用于校准 Apex2 时,Airwave 可同时控制 Apex2 与 Flow Detective 并自动完成校准,效率很高。Plus 型号还可对更低的流量(20 mL—0.5 L/min)进行校准,用于吸附管的气体与蒸气采样。
现场校准
对一般粉尘采样(流量通常设在 2—2.2 L/min),使用刻度管式流量计即可:读数来自刻度管内的浮子。读数时须与管口平视,并从浮子中部对应位置读数。为获得较佳准确度,应选择量程与目标流量匹配、且在目标流量附近刻度间距清晰的流量计。
低流量应用(0—200 mL)同样可使用流量计,量程以目标流量为中心,Dry-Flo 型流量计最为适合这类测量。电子校准器是另一选择(见初级校准)。
初级校准(Primary Calibration)
MESA Defender 是一台初级校准器,通过电子方式检测并计时通过测量腔的活塞,在 LCD 屏上显示流量。市场也有质量流量型初级校准器,使用同样简便。初级校准器常用于核查二级校准器(如 Flow Detective 或转子流量计)的准确性。
十、采样泵的性能指标
个体暴露空气采样需要使用者选择正确的采样头与介质,但采样链中最关键的部分是采样泵本身。ISO 13137 是公认的个体采样泵性能标准——首先要确保泵完全满足该标准。但采样泵的工作条件随介质与环境变化,这些因素都会影响最终结果的质量。理解采样泵的设计指标,能帮助职业卫生人员做出明智的选型决策。
电池
电池的主要功能是在整个监测期间驱动电机。它必须有足够动力来应对不断上升的背压(介质负载增加后,泵需要更用力地抽吸)。近期设计多采用锂离子电池替代镍氢电池,优势在于运行时间更长、无记忆效应(电池只能放出部分容量的现象),以及体积更小——从而使采样泵本身更小。
脉动
ISO 13137 规定"脉动不得超过流量的 10%"。脉动是什么,为什么重要?采样泵每个工作循环都同时进气与排气,这一往复运动使流经采样链的气流不均匀。脉动就是各循环之间流量的差异。脉动值偏大会影响旋风头的粒径切割性能(其性能依赖流量),同时脉动明显的泵采集到的样品量更少。
背压能力
采样链中所用的滤膜介质是影响背压的主要因素。泵的电机必须比抽吸空气时更用力才能把空气拉过滤膜。滤膜的孔径越小、直径越小、流量越大,背压越高;而且采样过程中介质逐渐负载,背压还会进一步上升。背压不仅消耗电池,泵也必须有足够动力克服这股阻力。
空气采样中的背压通常以英寸或厘米水柱表示。下表为不同未负载 MCE 滤膜在不同流量下的近似背压(采样过程中滤膜负载后,背压会高于这些数值):
| 流量 (mL/min) | 37mm MCE / 0.8μm | 25mm MCE / 0.8μm | 25mm MCE / 0.45μm |
|---|---|---|---|
| 1000 | 5 cm | 15 cm | 36 cm |
| 2000 | 10 cm | 31 cm | 71 cm |
| 2500 | 13 cm | 38 cm | 89 cm |
| 3000 | 15 cm | 46 cm | 102 cm |
| 4000 | 23 cm | 64 cm | 127 cm |
| 5000 | 28 cm | 79 cm | 160 cm |
恒压控制
恒压控制是另一种流量控制方式,主要用于低流量、多路采样场景。可通过分流量器接入最多 4 个采样器(通常为吸附管)。该方式通过维持采样器与泵之间管路内的压力恒定来控制流量:
如果某路采样器堵塞或完全关闭,管路内的压力仍被维持,其他各路的流量保持不变。而在恒流控制下,泵会感知总流量下降并提速补偿。
对多数泵而言,恒压控制器是作为低流量适配器套件的一部分单独采购的。如果要做大量低流量测量,投资一台内置恒压模式的泵(如 Apex2)是值得的。
尺寸、重量、佩戴性与动作感应
对工人来说,佩戴个体采样泵未必是件情愿的事——事实上曾出现工人把泵摘下、班末交还,导致样品无效的情况。新一代采样泵都加入了动作传感器,以确认泵确实处于佩戴状态、样品有效。
选型时应考虑佩戴者因素:佩戴在腰部还是胸前?作业者是体型较大的男性还是较小的女性?什么设计能带来更高的佩戴依从性?泵是否需要去污?若是,则外壳表面须光滑。需要多高的防水等级?作业环境是否恶劣到需要额外的橡胶护套?
连接与数据下载
整个监测项目的逻辑是获取受测对象的暴露数据,而数据的报告呈现同样重要。你更倾向于使用厂家配套软件,还是把结果导入 Excel?你的报告流程是怎样的?
智能手机与移动设备已相当普及,这一趋势自然会传导到监测设备上。采用 蓝牙低功耗(BLE)技术后,可以将其纳入泵的设计而不会像经典蓝牙(BR/EDR)那样大量消耗电池。职业卫生人员因此可以在手机或平板上监控与控制泵,无需打扰工人,并可把数据连同照片与备注从现场直接邮件发出。
本质安全
如果作业环境属于潜在爆炸性环境(例如石油天然气或化工行业),则采样泵必须具备本质安全认证——即在潜在爆炸性气氛中不构成点火源。请确认采样泵符合相应国际标准。
十一、区域采样与环境采样
区域采样的用途
前文聚焦于个体暴露监测方法。但有时你需要了解背景水平或进行定点采样,以掌握区域内污染物的整体水平。如果某物质背景浓度很高,就说明必须做个体暴露测量,以确认工人不处于风险中。进行区域采样的理由包括:
- 证明污染从某源头扩散的范围;
- 测量附近区域或不直接参与该工艺的工人的可能暴露;
- 验证控制措施的有效性;
- 调查污染来源;
- 作为普查工具;
- 进入受限空间前检查空气质量。
Vortex3 大流量采样泵
Vortex3 是新一代静态大流量采样泵,Pro 型号支持通过 Airwave 应用在手机或平板上远程控制与监控;其余型号在泵的全彩 OLED 屏上清晰显示全部运行参数。
- IP65 防护等级,可防粉尘/纤维与水汽侵入,光滑表面便于去污;
- 最大流量 12 L/min,背压承受能力较强,可配合多种滤膜介质可靠运行;
- 持续感知进气压力,判断滤膜负载并辅助诊断;
- 满电可运行约 2.5 小时,也可接市电运行。
CEL-712 Microdust Pro 实时粉尘仪
这是一台手持式实时粉尘监测仪,适合测量粉尘、烟、雾、花粉以及燃烧、材料加工、制造、发电、机动车尾气、建筑施工等过程产生的颗粒物浓度。这类污染物会降低能见度、扩散污染,并可因吸入有毒物质而致病、降低工人效率,还被公认为多种慢性与急性疾病(哮喘、支气管炎、肺癌)的诱因之一。
与需要较长采样时间、不适合评估浓度变化趋势的传统重量法不同,Microdust Pro 是评估实时颗粒物浓度(mg/m³)的理想普查仪器。全便携式、可拆卸探针使其能进入较难抵达的区域,兼顾定点与流动普查用途,数据亦可下载做完整分析。
仪器采用成熟的前向光散射原理,提供以下标准功能:
- 浓度趋势的图形化呈现;
- 内置数据记录;
- 简洁清晰的彩色用户界面;
- 宽广的测量浓度范围,适配多种粉尘监测应用。
Dust Detective 静态空气采样箱
随着对细颗粒物污染的认识加深、环境法规执行趋严,短至中期时长的区域与周界监测需求持续上升。这正是 Dust Detective 静态空气采样箱的设计初衷。它为 Microdust Pro 与 Apex2 采样泵提供了一套简便的短期至中期定点监测方案,主要为室内应用设计,也可用于部分短期室外周界采样。使用内置电池可在现场连续运行最长 13 小时。
可通过 Dust Detective 获得重量法结果,并可使用 PUF 泡沫填片实现环境分数 PM10 与 PM2.5 的粒度选择。数据同样可下载做完整分析与时间历程查看。IP65 防护箱体可容纳标准的 Microdust Pro,也可容纳提供精确进气流量的 Apex2 采样泵。
Guardian2 场界监测系统
Guardian2 是一套基于网络的、远程的长期粉尘排放监测系统,用于确保符合监管限值。适用于拆除与施工监测、道路与交通沿线监测、废弃物场站等场景,帮助现场管理者制定粉尘管理策略或开展常规合规监测。
- 数据自动推送至专属平台,通过独立账号登录,全年每天 24 小时实时访问;
- 可轻松生成用于合规用途的报告;
- 超限时通过短信或邮件报警;
- 同时测量 PM1.0、PM2.5 与 PM10,提供 1 分钟、5 分钟、15 分钟与 1 小时滚动平均值,灵敏度 1 μg/m³;
- 进气口加热,降低湿度对测量的影响;
- 可测量风速与风向,用于判断粉尘来源与监测场站排放;
- 可增加噪声或振动等附加参数,扩展为综合场界监测系统。
十二、术语表
| 术语 | 英文 | 定义 |
|---|---|---|
| 吸收 | Absorption | 在空气采样中,气体或蒸气被另一介质吸收并纳入其中的过程,例如氯气在吸收瓶中溶于水。参见吸附。 |
| 主动采样 | Active Sampling | 用采样泵将空气中的污染物通过适用介质抽取。 |
| 吸附 | Adsorption | 在空气采样中,气体与蒸气被截留在适用介质表面的过程,例如吸附管中甲苯被活性炭吸附。 |
| 空气动力学直径 | Aerodynamic Diameter | 针对不规则形状颗粒定义的等效直径——即与该不规则颗粒沉降时间相同的规则颗粒(如球形液滴)的直径。 |
| 气溶胶 | Aerosol | 气态介质中微观的固体或液体颗粒。 |
| 生物气溶胶 | Bioaerosols | 含有活体生物体(如细菌、真菌、病毒)或其组成部分(如植物花粉、孢子、细菌内毒素、真菌毒素)的空气悬浮颗粒。 |
| 空白样 | Blank Sample | 为确保样品有效,与样品同时分析一份相同的、未经空气抽吸的采样介质。参见对照样。 |
| 最高容许浓度 | Ceiling Value | 任何时刻都不应超过的有害物质浓度上限。 |
| 闭口面采样 | Closed Face Sampling | 仅取下滤膜盒进样口的封堵。 |
| 恒流 | Constant Flow | 个体采样泵的一种控制系统。泵在整个采样期间自动补偿压力变化以维持恒定流量。按标准要求,采样期间流量偏差在设定值的 ±5% 以内。 |
| 恒压 | Constant Pressure | 个体采样泵的一种控制系统。泵在整个采样期间自动补偿流量变化以维持恒定压力。适用于低流量测量。 |
| 慢性阻塞性肺疾病 | COPD | 一种可预防、可治疗的进行性肺病。 |
| 切割点 | Cut Point | 与粒度选择性采样器相关。例如 50% 切割点,指该粒径的颗粒以 50% 的效率被收集。 |
| 旋风分离 | Cyclone | 空气采样中特指一种按粒径分离的采样头,例如分离呼尘。它使吸入空气迅速循环运动,较大分数被甩出,目标分数被收集在滤膜上。 |
| 解吸 | Desorption | 此前被吸附的物质从表面释放的物理过程。 |
| 粉尘 | Dust | 直径在 1 微米至 1 毫米之间的固体颗粒。超出此范围者视为砂砾,太重无法悬浮。 |
| 滤膜 | Filter | 用于采集颗粒物的介质,详见滤膜类型章节。 |
| 荧光 | Fluorescence | 某些物质在紫外或可见光激发下发射较长波长的光。 |
| 可吸入性采样头 | Inhalable Sampler | 用于采集总吸入性尘分数的采样头。 |
| 惰性 | Inert | 不发生反应的。 |
| 实验室间比较 | Inter-laboratory Comparison | 多个实验室对相同样品的比对测量。 |
| 渗透 | Permeability | 物质穿透膜或介质的性质。 |
| 个体采样 | Personal Sampling | 由作业者佩戴采样设备,在呼吸带内对空气中污染物进行的采样。 |
| 个体采样泵 | Personal Sampling Pump | 佩戴在工人身上、以恒定流量经滤膜抽取空气的设备。 |
| 多孔 | Porous | 含有大量微孔的。 |
| 对照样 | Control Sample | 与空白样同义,用于验证样品有效性。 |
| 呼吸带 | Breathing Zone | 作业者口鼻周围约 200mm 范围内的空间。 |
| 采样头 | Sampling Head | 连接在采样泵与滤膜之间的部件,定义采样的粒径分数。 |
| 采样管 | Sampling Tube | 装有吸附介质用于采集气体与蒸气的小管。 |
| 瞬时采样 | Grab Sampling | 在特定时间与位置采集的样本,用于筛查或确认污染物的存在。 |
| 洗脱液 | Eluent | 用于从介质中提取待分析物的溶液。 |
| 萃取 | Extraction | 从样品介质中分离并浓缩待分析物的过程。 |
| 滤膜盒 | Cassette | 装载并保护滤膜的塑料或金属容器,便于采样与运输。 |
| 滤膜支撑垫 | Filter Pad | 置于滤膜背面的支撑,防止滤膜塌陷。 |
常见疑问
总吸入性尘和呼尘分别用什么采样头?
总吸入性尘(Total Inhalable)使用 IOM 型采样头或锥形吸入性采样头(CIS);呼尘(Respirable)使用旋风分离头。若只需呼尘分数,优先用旋风头;若用 PUF 滤膜配合 IOM 或 CIS,则可在一次采样中同时获得可吸入与呼尘两级分数:呼尘沉积在滤膜盒后端的滤膜上单独分析,较大颗粒被 PUF 收集,总吸入性结果为两者称重之和。
浓度怎么算?
重量法计算的公式为:浓度(mg/m³) = 滤膜增重(mg) × 1000 ÷ [流量(L/min) × 时间(min)]。其中流量乘以时间即为采样空气体积(升)。滤膜在采样前称重、采样后再次称重,两次读数之差即为采集到的粉尘质量。
什么是脉动,为什么重要?
采样泵每一工作循环都同时进气与排气,这种往复运动会使流经采样链的气流不均匀。脉动就是各循环之间流量的差异。ISO 13137 规定脉动不得超过流量的10%。脉动偏大会影响旋风分离头的粒径切割性能(其性能依赖流量),同时会导致采到的样品量减少、可供分析的数据变少。
什么是背压能力,对选型有什么影响?
空气通过滤膜等介质时会产生阻力,泵必须克服这股阻力才能抽吸。滤膜孔径越小、直径越小、流量越大,背压越高;采样过程中滤膜逐渐负载,背压还会持续上升。选型时若待测物产尘量大(如喷砂)或需使用小孔径滤膜(如25mm 0.45μm MCE),应选择背压承受能力更强的泵。
恒压控制与恒流控制有什么区别?
恒流控制时,泵以设定流量直接抽吸,多路采样时若其中一路堵塞,泵会感知总流量下降并提速补偿,届时无法判断各路实际分流比例,暴露量计算就不准确。恒压控制则维持泵与采样器之间管路内的压力恒定,各支路驱动流量的作用力相互独立,即使一路完全关闭,另一路仍能维持设定流量。恒压控制主要用于低流量、多路同时采样场景。
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关于本文:本文根据英国 Casella Solutions 总部技术资料《Air Sampling Handbook》(HB4071-03,2022年4月版,共54页)整理编译,并结合中国现行法规与采样方法体系做了本土化修订。所引 NIOSH、OSHA、MDHS 为美国与英国的方法体系编号,ACGIH/CEN/ISO 为国际标准编号,ISO 13137 为空气采样泵国际标准;国内执行请以现行中国标准与属地监管要求为准。本文不构成对采样策略的建议。
本文所依据的国家标准、行业标准与法规,以现行有效文本为准;具体工程项目请结合属地监管要求与实际工况执行。如需针对具体场景的仪器配置建议,可联系科赛乐技术团队。