空气样品检测

空气样品检测技术

一、 检测项目及方法原理

空气样品检测项目主要包括物理性、化学性和生物性污染物。方法选择取决于目标物的性质、浓度及所需灵敏度。

1. 无机气体污染物

• 氮氧化物（NOx）：

  • 盐酸萘乙二胺分光光度法：环境空气样品中的二氧化氮被吸收液吸收后，生成亚硝酸和硝酸。亚硝酸与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，再与盐酸萘乙二胺耦合生成玫瑰红色偶氮染料，于540 nm波长处测定吸光度。

  • 化学发光法：被测气体中的一氧化氮与臭氧发生反应，生成激发态的二氧化氮，其返回基态时发射波长590-2500 nm的光，发光强度与NO浓度成正比。通过测量总氮氧化物和一氧化氮的浓度，差值即为二氧化氮浓度。

• 二氧化硫（SO₂）：

  • 甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法：二氧化硫被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟甲基磺酸加成化合物。在碱性溶液中，该化合物与盐酸副玫瑰苯胺作用，生成紫红色络合物，于577 nm波长处测量。

  • 紫外荧光法：样品气中的二氧化硫分子被特定波长（214 nm）的紫外光激发，转变为激发态，在返回基态时发射荧光（波长240-420 nm）。荧光强度与SO₂浓度成正比。

• 臭氧（O₃）：

  • 靛蓝二磺酸钠分光光度法：臭氧与吸收液中的靛蓝二磺酸钠发生等摩尔反应，使其褪色，于610 nm波长处测量吸光度的降低值。

  • 紫外光度法：基于臭氧对波长254 nm紫外光有特征吸收，通过测量样品气通过吸收池前后紫外光强度的变化，依据朗伯-比尔定律计算浓度。

• 一氧化碳（CO）：

  • 非分散红外吸收法：一氧化碳对特定波段（4.6 μm）的红外辐射具有选择性吸收，在一定浓度范围内，吸收强度与CO浓度符合朗伯-比尔定律。

• 氨（NH₃）：

  • 次氯酸钠-水杨酸分光光度法：氨被稀硫酸吸收液吸收后，在亚硝基铁氰化钠存在下，与水杨酸和次氯酸钠反应生成蓝色靛酚染料，于697 nm波长处测定。

2. 挥发性有机化合物（VOCs）与半挥发性有机化合物（SVOCs）

• 吸附管采样-热脱附/气相色谱-质谱法：空气样品以恒定流速通过填充有Tenax、活性炭等多层吸附剂的采样管，VOCs被捕集。采样管在热脱附仪中快速加热，脱附出的组分由载气带入冷阱进行二次聚焦，随后快速加热并注入气相色谱分离，由质谱检测器进行定性和定量分析。该方法适用于苯、甲苯、二甲苯、卤代烃等多种VOCs。

• 苏玛罐采样-预浓缩/气相色谱-质谱法：使用经特殊处理的惰性不锈钢罐（如苏玛罐）采集全空气样品。分析时，样品经低温或吸附剂预浓缩系统富集后，热脱附进入气相色谱-质谱系统分析。适用于C2-C12的碳氢化合物、含氧VOCs等。

• 高效液相色谱法：主要用于检测空气中的醛酮类化合物（如甲醛、乙醛）。采样时，目标物与涂有2，4-二硝基苯肼的硅胶管发生衍生化反应，生成稳定的腙类衍生物。采样后用乙腈洗脱，使用高效液相色谱-紫外检测器进行分析。

• 气相色谱-电子捕获检测器法：对电负性强的化合物（如多氯联苯、有机氯农药）具有高灵敏度和选择性。空气样品经滤膜和吸附剂采样后，溶剂萃取或热脱附进样分析。

3. 颗粒物

• 质量浓度：

  • 重量法：为基准方法。使用具备特定切割特性的采样器（如PM10、PM2.5切割头），以恒定流量抽取空气，使颗粒物沉积在已恒重的滤膜上。根据采样前后滤膜质量差、采样体积计算质量浓度。

• 金属元素：

  • 电感耦合等离子体质谱法/发射光谱法：采集有颗粒物的滤膜经酸消解等前处理后，制成溶液。样品液经雾化后进入高温等离子体中心，待测元素被激发或电离，通过测量特征波长光的强度或特定质荷比的离子强度进行定量。适用于铅、镉、砷、铬等痕量金属分析。

• 多环芳烃：

  • 气相色谱-质谱法/高效液相色谱-荧光检测器法：采集颗粒物的滤膜经索氏提取或加压溶剂萃取后，浓缩、净化，使用GC-MS或HPLC-FLD进行分析。HPLC-FLD对PAHs具有高选择性。

4. 微生物

• 撞击法：使用安德森级联撞击式采样器或类似设备，空气通过狭缝或小孔加速后撞击到琼脂培养基表面，微生物被捕获并存活。采样后的培养基在适宜条件下培养，根据菌落形态、计数进行定性定量分析。

• 过滤法：空气通过无菌滤膜，微生物被截留。滤膜转移到液体培养基中振荡洗脱，或置于琼脂培养基表面培养，进行后续分析。

二、 检测范围（应用领域）

1. 环境空气质量监测与评价：城市、区域、背景站点的常规监测，评估二氧化硫、二氧化氮、PM2.5、PM10、臭氧、一氧化碳等常规六参数及VOCs的污染水平，服务于环境管理、污染预报预警。

2. 室内空气质量评估：针对住宅、办公室、学校、医院等密闭空间，检测甲醛、苯系物、总挥发性有机物、氨、氡、菌落总数等，保障人体健康。

3. 工作场所职业卫生监测：在工厂、矿山、实验室等存在职业危害的场所，检测粉尘（总尘、呼尘）、金属烟尘、有毒气体（如氯气、氰化氢）、有机溶剂蒸气等，评估工作场所是否符合职业接触限值要求。

4. 工业过程与排放源监测：对固定污染源（如烟囱、排气筒）和无组织排放源进行采样检测，分析颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、重金属、二噁英类、挥发性有机物等，服务于污染源达标监管与治理。

5. 特定场所与应急监测：针对垃圾填埋场、污水处理厂的恶臭气体（如硫化氢、甲硫醇）监测；突发环境事件（化学品泄漏、火灾）中有毒有害气体的快速甄别与定量。

6. 科学研究：大气化学研究、气候变化研究（如温室气体监测）、污染物迁移转化规律研究等。

三、 检测标准与规范

空气检测方法主要遵循各国环境保护、卫生健康、劳动保护等部门发布的标准方法体系。在中国，环境空气和固定污染源检测主要依据由生态环境部（原环境保护部）发布的系列标准方法，例如《环境空气 二氧化硫的测定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》、《环境空气 总悬浮颗粒物的测定 重量法》等。室内空气质量检测主要依据《室内空气质量标准》及其配套检验方法。工作场所空气中有害物质检测主要依据国家卫生健康委员会发布的《工作场所空气有毒物质测定》系列标准。

在国际上，美国环境保护署（USEPA）制定的一系列方法（如TO系列方法用于VOCs，Method 29用于金属）被广泛参考。国际标准化组织（ISO）也发布了诸多空气品质测量指南，如ISO 16000系列关于室内空气的测定，ISO 4220关于环境空气中二氧化硫的测定等。此外，世界卫生组织（WHO）和欧盟委员会（EC）也发布相关的空气质量指南和检测导则，为各国制定标准提供科学依据。这些标准方法详细规定了采样、保存、运输、分析、质量控制和质量保证的全部流程。

四、 检测仪器设备

1. 空气采样器：

   • 环境空气采样器：配备多种吸收瓶或吸附管，可实现恒流、定时、多通道采样，用于采集气态污染物。

   • 颗粒物采样器：包括总悬浮颗粒物（TSP）采样器、可吸入颗粒物（PM10）采样器、细颗粒物（PM2.5）采样器等，核心部件为切割头和滤膜夹，并具备恒流控制与流量记录功能。

   • 个体采样器：体积小、重量轻，可佩戴于劳动者呼吸带附近，用于职业暴露评估，如个体粉尘采样器、个体气态污染物采样泵。

   • 苏玛罐/气袋采样系统：包括经特殊钝化处理的不锈钢罐（苏玛罐）或聚合物气袋，配合限流阀或主动采样泵，用于采集和分析VOCs等“全空气”样品。

2. 现场快速检测仪器：

   • 便携式气体检测仪：基于电化学、光离子化、红外等原理，可直接读出多种气体（如O2、CO、H2S、VOCs）的瞬时浓度，用于巡检和应急监测。

   • 便携式气相色谱-质谱联用仪：可在现场对复杂空气样品中的VOCs和SVOCs进行快速分离和准确定量，是应急监测的利器。

   • β射线吸收法/微量振荡天平法颗粒物监测仪：用于空气中PM10、PM2.5的连续自动监测，数据可实时传输。

3. 实验室分析仪器：

   • 气相色谱-质谱联用仪：为VOCs和SVOCs分析的核心设备，提供高分离效能和强大的定性能力。

   • 高效液相色谱仪：配备紫外、荧光、二极管阵列等检测器，用于分析醛酮类、多环芳烃等不易气化或热不稳定化合物。

   • 离子色谱仪：用于分析空气样品吸收液中或颗粒物水溶性成分中的阴离子（如F-、Cl-、NO2-、NO3-、SO42-）和阳离子（如Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+）。

   • 原子吸收光谱仪/电感耦合等离子体质谱仪/发射光谱仪：用于精确测定空气颗粒物中痕量和超痕量金属元素的含量。

   • 热脱附仪：与GC或GC-MS联用，用于对吸附管采样后的VOCs进行自动化脱附、富集和进样。

   • 预浓缩仪：通常与GC-MS联用，用于苏玛罐样品中低浓度（ppb级）VOCs的低温富集。

   • 紫外-可见分光光度计：基于标准分光光度法，测定二氧化硫、氮氧化物、氨等无机气体的基础设备。