被動采樣器，又稱無動力擴散采樣器，是當前環境空氣氨氣監測的常用方法之一。我們將持續分享更多被動采樣器在氨氣監測中的真實案例與技術要點，歡迎關注我們的最新動態。

一、定義（什么是被動采樣器？）

被動采樣器是一種不依賴泵、電力或機械裝置，通過污染物自身的自然擴散或吸附作用，將其從環境介質中采集到特定吸收介質上的監測工具。由于其采樣過程不需要主動動力，故又被稱為“無動力擴散采樣器”或“自然擴散采樣器”。

以下為來自國內外權威機構對被動采樣器的定義：

1. 歐盟標準EN 17346:2020

擴散式采樣器（diffusive sampler），一種通過氣體在靜態空氣層或多孔材料中的擴散和/或薄膜滲透等物理過程控制采樣速率，從而采集環境氣體或蒸汽樣本，且無需主動氣流驅動的裝置。

Diffusive sampler，device which is capable of taking samples of gases or vapours from the atmosphere at a rate controlled by a physical process such as gaseous diffusion through a static air layer or a porous material and/or permeation through a membrane, but which does not involve the active movement of air through the device.

2. 美國環保署（US EPA）Compendium of Methods

被動采樣器通過擴散或滲透等自然物理過程，從周圍環境介質（空氣或水）中采集污染物，無需主動泵送驅動。

Passive samplers collect contaminants from the surrounding medium (air or water) using natural physical processes such as diffusion or permeation, without the need for active pumping.

3. 中國文物保護行業標準，《館藏文物保存環境檢測 氣體擴散采樣測定方法 氨的測定》WW/T 0047—2012

無動力擴散采樣 (passive diffusion sampling )指將采樣裝置或氣樣捕集介質暴露于環境空氣中，不需要抽氣動力，依靠環境空氣中待測成分的 自然擴散作用而直接采集待測物質的采樣方式。

4. 中國環境保護標準，《環境空氣質量手工監測技術規范》HJ 194-2017

被動采樣法 passive sampling，指將采樣裝置或氣樣捕集介質暴露于環境空氣中，不需要抽氣動力，依靠環境空氣中待測污染物分子的自然擴散、遷移、沉降等作用而直接采集污染物的采樣方法。

二、被動采樣器的分類與應用場合

按監測介質分類如下：

類型	典型介質	應用場合
空氣被動采樣器	環境空氣、大氣顆粒物氣相組分	城市空氣監測、廠界污染控制、背景區對照
水體被動采樣器	地表水、地下水、污水	有機污染物、重金屬監測
土壤氣體采樣器	土壤孔隙氣	場地調查、地下揮發性污染物分析

特別說明：本文及后續內容將聚焦于大氣污染物的被動采樣器，尤其以氨氣為典型案例進行講解。

三、被動采樣器的發展簡史

被動采樣器雖在近年廣泛應用于大氣環境監測，但其技術基礎與研究探索早已具備悠久歷史，以下為環境空氣領域中被動采樣器發展的關鍵節點：

1. 早期探索期：1853年

被動采樣的雛形最早可追溯至19世紀中葉，1853年，研究人員嘗試使用碘化鉀浸漬濾紙來檢測大氣中的臭氧（O?），通過紙張顏色變化實現定性監測。這一做法雖簡陋，卻為無動力監測提供了最早的實驗思路。

2. 理論萌芽期：1927年

Gordon與Lowe提交的一項專利首次提出用無動力裝置來半定量采集空氣污染物，標志著“被動采樣”作為一種獨立采樣機制的概念成形。

3. 定量化突破：1973年

Palmes與Gunnison使用氯化汞溶液作為吸附劑，成功開發出可用于定量分析二氧化硫（SO?）的被動采樣器。隨后，基于Palmes被動采樣器，又陸續開發出用于二氧化氮（NO?）與氨氣（NH?）等污染物的采樣器，奠定了現代空氣污染被動監測的技術基礎。

4. 靈敏度提升期：1990年代

Monn與Hangartner在瑞士開發出新型臭氧（O?）被動采樣器，其最短一周采樣周期內檢測限可達3 μg/m3，大幅提升了在低濃度污染背景下的監測能力。此時期也出現了更多種類的吸收劑和采樣裝置形式。

5. 多污染物集成發展期：2000年起

意大利國家研究委員會（CNR）開發出性能穩定、種類豐富的Analyst被動采樣器系列，可覆蓋多種大氣污染物，比如氨氣被動采樣器，甲醛被動采樣器，還包括其他氣體如SO?、NO?、O?、苯、甲苯、二甲苯、硫化氫等，成為歐洲及多個國家區域監測網絡的主力設備之一，也在中國多地試點氨氣監測中被廣泛采用。

四、被動采樣器的工作原理

1. 原理概述
空氣中污染物（如NH?、NO?、SO?等）在濃度梯度驅動下，會自然擴散穿過裝置中設定的擴散路徑（如濾膜、擴散管），進入內部吸收介質（如酸化濾膜），最終被“捕集”。該過程遵循菲克第一擴散定律（Fick’s First Law）：

J = -D × (dc/dx)
其中：
J：通量（μg/m2/s），D：擴散系數，dc/dx：濃度梯度。

 2. 氨氣被動采樣器工作實例

以氨氣（NH?）監測為例：采樣器內含酸性濾膜，吸收空氣中NH?后轉化為NH??離子，再通過離子色譜法測定其濃度，從而反推出空氣中氨的濃度：

CNH? = m / (Q × t)
其中：
CNH?：環境空氣中氨氣濃度（μg/m3）
m：濾膜中測得的氨的質量（μg）
Q：采樣器的吸收速率（μg/h）
t：采樣時間（小時）

五、被動采樣器的結構組成

一個被動采樣器一般由采樣主體外殼、采集介質（吸收膜等）、密封帽和采樣蓋（防風網篩）組成，而用于室外的被動采樣器，通常要遵照一定的要求來做防護，比如使用采樣托盤+防護罩。圖示為Analyst的PAS06型被動采樣器，在調節吸收膜及壓環的位置可以改變采樣路徑，達到調整采樣速率的作用，因此有高流速和低流速的被動采樣器可選。

六、被動采樣器的主要特點

被動采樣器因部署簡便而在環境空氣質量研究中廣受歡迎——其體積小、重量輕、無運行噪音，且無需電力或現場校準。這一特性使其能夠應用于偏遠或高風險環境，同時降低設備損壞或被盜的可能性。非專業人員亦可輕松部署，從而實現對環境空氣數據的時空連續性采集。

特點	說明
無需動力	適用于農村、無電區域
成本低	適合大規模布點
操作簡便	基層人員即可操作
采樣連續	可采集7–30天平均濃度
數據可靠	已被多個權威機構廣泛應用

七、典型應用場景（以氨氣為例）

 

應用環境	使用目的
畜禽養殖場廠界	評估氨排放，政策成效對比
農村鄉鎮	背景值評估，區域對照
城市邊緣區	城鄉交界氨遷移研究
區域對比監測	與自動站數據聯動分析
政策評估	服務國家生態環境試點任務

八、小結

被動采樣器作為一種無動力、低成本、高效穩定的環境監測工具，已成為氨氣等污染物長期趨勢監測的重要手段。尤其在畜禽養殖污染控制政策推進背景下，其在京津冀及全國的應用正不斷擴大。了解其原理、結構與使用方式，將有助于各級機構科學開展環境空氣質量監測工作。

 

上海博測環境長期致力于被動采樣技術在環境空氣監測中的推廣應用，歡迎聯系我們獲取定制化解決方案與最新案例分享。