默克 Radiello 扩散体外壳 RAD1202 在土壤气 VOCs 被动采样中的应用方案
上海仪器网 / 2025-09-30
一、方案背景与核心价值
污染场地土壤气中挥发性有机物（VOCs）的精准采集是蒸气入侵风险评估的关键环节。传统主动采样技术（如真空苏玛罐）存在操作繁琐、成本高、无法长期监测的缺陷，而被动采样技术依托分子扩散原理，可实现低成本、长时间的定量监测。默克 Radiello 扩散体外壳 RAD1202 作为径向扩散采样器的核心组件，采用特殊聚四氟乙烯（PTFE）扩散膜与聚丙烯支撑结构，通过精准控制扩散路径参数（横截面积 A=12.5cm²、扩散长度 L=0.2cm），确保吸附速率（UR）稳定，解决了传统外壳易受湿度、风速干扰的问题。本方案旨在通过标准化组装与采样流程，利用 RAD1202 外壳构建高效被动采样系统，为苯、甲苯、二甲苯等 VOCs 的定量分析提供可靠样品，满足 HJ 605 及 EPA 8260 等检测标准要求。
二、核心原理与设备特性
1. 采样原理
基于 Fick 定律，土壤气中的 VOCs 在浓度梯度驱动下，通过 RAD1202 外壳的 PTFE 扩散膜进入采样器内部，被内置吸附剂（如 Tenax TA）特异性捕获。核心公式为：
m = UR × C × t
其中，m 为吸附剂捕获的 VOCs 质量（μg），UR 为 RAD1202 外壳的特征吸附速率（mL/min，苯的典型 UR 值为 10.2mL/min），C 为土壤气中 VOCs 浓度（μg/mL），t 为采样时间（min）。因外壳扩散路径参数恒定，UR 值稳定，可通过后续检测 m 值反推 C 值，实现定量分析。
2. RAD1202 外壳关键特性
- 抗干扰扩散膜：PTFE 材质扩散膜具有疏水性，可抵御土壤气中 100% 湿度的影响，避免水蒸气对吸附剂的竞争干扰，同时允许 VOCs 分子高效渗透；
- 径向结构优势：采用径向扩散设计，扩散路径短、横截面积大，吸附速率比轴向采样器高 3-5 倍，适用于低浓度 VOCs 的快速富集；
- 材质兼容性：聚丙烯外壳耐酸碱腐蚀，可适配土壤中常见腐蚀性气体（如硫化氢），且与 Tenax TA、Carbopack B 等吸附剂无相互作用；
- 密封防护设计：两端螺纹密封结构，装配后可防止外界颗粒物进入，保障吸附剂纯度，同时便于现场快速组装与拆卸。
三、实验材料与设备
1. 核心材料
- 辅助耗材：无菌采样布袋、硅胶密封圈（适配 RAD1202 螺纹接口）、不锈钢采样支架、玻璃纤维滤片（0.45μm）；
- 试剂：VOCs 标准品（苯、甲苯、二甲苯混合标液，1000μg/mL）、二硫化碳（分析纯，用于溶剂解吸）、氮气（纯度≥99.999%）。
2. 实验设备
- 样品前处理：全自动热脱附仪（配 GC-MS 接口）、氮吹仪（30℃）、超声波清洗器；
- 检测设备：气相色谱 - 质谱联用仪（GC-MS，配 EI 离子源）；
- 辅助设备：电子天平（精度 0.01mg）、土壤钻孔器（直径 5cm）、采样计时器、温湿度记录仪。
四、标准化操作流程
1. 采样前准备与组件组装
- 吸附剂管活化：将 Tenax TA 吸附剂管置于热脱附仪中，300℃下通氮气活化 30min（流速 50mL/min），冷却至室温后备用；
- RAD1202 外壳装配：在超净工作台中，取 RAD1202 外壳，一端装入硅胶密封圈，插入活化后的吸附剂管，另一端拧上带扩散膜的端盖，旋转至密封圈紧贴外壳内壁，确保无漏气（可通过气密性检测：加压 0.1MPa，5min 无压力下降）；
- 空白对照设置：取 3 套组装好的采样器，不进行现场暴露，作为空白对照，用于扣除本底污染。
2. 现场采样操作
- 采样点布设：根据污染场地勘察结果，在疑似污染区域布设采样点，用钻孔器钻至地下 2m 深度，清除钻孔内杂物，插入不锈钢采样支架；
- 采样器放置：将组装好的 RAD1202 采样器固定在支架上，确保扩散膜端朝向钻孔内部，用密封胶泥封堵钻孔与支架间隙，避免地表空气干扰；
- 参数记录：放置采样器时记录起始时间、钻孔深度、现场温度（±0.5℃）、湿度（±1% RH），采样时间设定为 7 天（根据 VOCs 浓度调整，最低不少于 24h）；
- 样品回收：达到采样时间后，取出采样器，立即用密封帽封堵吸附剂管两端，装入采样布袋，标记采样信息，4℃冷藏运输至实验室。
3. 样品处理与检测
- 样品解吸：将吸附剂管接入热脱附仪，设定参数：脱附温度 280℃，脱附时间 5min，载气流速 40mL/min，冷阱温度 - 30℃，解析后用 GC-MS 检测；
- GC-MS 检测条件：色谱柱为 DB-5MS（30m×0.25mm×0.25μm），柱温程序：40℃保持 2min，以 5℃/min 升至 200℃，保持 5min；离子源温度 230℃，扫描范围 m/z 45-300，外标法定量。
五、关键注意事项
- 活化与组装规范：吸附剂管活化后需在 1h 内装入 RAD1202 外壳，避免暴露于空气中吸附污染物；组装时需戴无粉手套，防止手部油脂污染扩散膜；
- 现场防护措施：钻孔后需静置 30min，待钻孔内土壤气稳定后再放置采样器；高浓度污染区域需佩戴防毒面具，避免 VOCs 吸入风险；
- 温度校准要求：吸附速率 UR 受温度影响（温度每升高 10℃，UR 约增加 15%），需根据现场温度对计算结果进行校准，校准公式：UR 校准 = UR 标准 ×(1+0.015×(T 现场 - 25)) ；
- 运输与储存：回收的样品需在 48h 内完成检测，若无法及时检测，需 - 20℃冷冻保存，且保存时间不超过 7 天，避免 VOCs 反扩散。
六、采样效果验证
- 精度验证：在同一采样点放置 3 套 RAD1202 采样器，采样 7 天后检测苯浓度，结果为 8.2±0.3μg/m³，相对标准偏差（RSD）为 3.7%，表明采样重复性良好；
- 回收率测试：向空白吸附剂管中添加 10μg 苯标准品，经 RAD1202 外壳模拟采样后，回收率为 92.5%-96.8%，符合 HJ 605 标准中≥80% 的要求；
- 方法比对：与主动采样法（真空苏玛罐）同步检测，两种方法测得的甲苯浓度分别为 12.5μg/m³（RAD1202）和 12.8μg/m³（主动采样），相对误差 2.3%，验证了方法准确性。
