氣體采樣袋自身特（tè）性對樣品精度的影響

　　2015年（nián）2月，環保部發布全國74城市1月空（kōng）氣（qì）質量狀況：平均達標（biāo）天數比例為48.2%，輕度（dù）汙染天數（shù）比例為25.6%，中（zhōng）度（dù）汙染為13.3%，重度汙染為11.0%，嚴重汙染為1.9%。汙染多來自工業、生活（huó）、交通運輸等廢氣物，主要為硫的氧（yǎng）化物（wù）、氮（dàn）的氧化物、有機化合物、鹵化物、碳化合物等，嚴重威脅（xié）生物健康和大氣環境。在空氣汙染已經成為亟待解決的問題之時，合理的采樣與分析是解決問題的重要前提。

　　對於氣體的采樣，常用方法（fǎ）有（yǒu）直接采集法、液體采集法和固體采集法，其中前者使利用氣體采樣（yàng）袋采（cǎi）集（jí）和保存氣體，這（zhè）是一種對所采集物既不起化（huà）學反應，也不（bú）滲漏的采樣容器，具有采集簡單、易於攜帶、適應性強等特點，是（shì）使用最廣泛的氣體采樣方法（fǎ）。但在（zài）實際中，由於采樣袋自身的原因引起樣品純度降低或衰減的事件時有發生，嚴重影響檢測的準（zhǔn）確性（xìng）。

一、采樣袋的滲透效應

　　首先（xiān），筆（bǐ）者以0.356%的CO₂標準氣為樣品氣，測試了5種不同材料的采樣袋的貯存效果，結果如下：

表1. 五種采樣袋CO₂的貯存效果

　　根據表1的測試結果，濃度為0.356%的CO₂標準氣樣（yàng）分別存（cún）放在聚酯、聚乙烯、鋁塑複合膜、PVF、PVDF材質的氣體采樣袋內，在室溫下（xià）保存（cún）24h，濃度下降（jiàng）率（lǜ）分別為19.67%，18.26%，2.25%，1.69%，0.56%。由此可推斷，相（xiàng）同濃度的標準氣樣在同樣條件（jiàn）下，使用聚酯和聚（jù）乙烯材質的（de）采樣袋，氣體濃度下降率最高，存放時間短，而采用鋁塑複合膜（mó）、PVF或PVDF材質（zhì）的（de）采樣袋，則（zé）能存（cún）放更長的（de）時間。

　　之所以（yǐ）出現不同的貯存效果（guǒ），是由於采樣袋對采樣氣體的滲（shèn）透（tòu）效應不同有關。所謂滲透效應，指的是樣（yàng）品氣體透過采樣袋材料滲（shèn）透至外界，引起樣（yàng）品濃度降低的過程。當采樣袋材料與一側濃度高、另一側濃度（dù）低的氣（qì）體接觸時，在高濃度側，氣體首先溶（róng）解於接觸材料，然後在材料中向低濃度一側擴散，最後在低濃度一側逸（yì）出。據此原理，取上述五種采樣袋材料（liào）樣品，利用VAC-V2壓差法氣體滲透儀進（jìn）行CO₂滲透率的測試（shì），測試（shì）過（guò）程中對樣品一側抽真空處理，另一側（cè）流動CO₂，如此不僅使樣品兩側的濃度（dù）差更為（wéi）顯著，壓力的梯度（dù）差進一步促進了滲透（tòu）進程。測試結果見表2。

表2. 五種采樣袋CO₂的（de）透過率測試結果

　　通過表2可（kě）以發現，聚酯和聚乙烯材料（liào）的CO₂透過率明顯高（gāo）於鋁塑複合膜、PVF和PVDF材料的（de）透過率，後三種材（cái）料雖對CO₂的阻隔性優（yōu）異，但仍（réng）存在細微的氣體滲透。這種氣體滲透速率的差異取決於（yú）材料自身的基礎性能：（1）材料分子鏈的（de）極性。極性分子的相互引力大（dà），內聚能密度高，阻隔性好（hǎo），擴散係數低。聚乙烯屬（shǔ）於非極性材料（liào），尼龍（lóng）、PVF屬於極性材料，而PVDF為（wéi）強極性材料；（2）材（cái）料分子（zǐ）鏈的剛性和側基。分子鏈（liàn）剛性大、主鏈（liàn）不靈活的（de）材料氣體（tǐ）透過率較低。分子鏈側基（jī）不對稱，材（cái）料自由空間大，透過率就相對較高；（3）材料的結晶度。結晶度高，分子鏈排列愈緊密（mì），氣體透過結晶性物質比（bǐ）透過無定物質（zhì）需要更多的擴散活化（huà）能，因而阻隔性更好。（4）材料的密度。與結晶度相似（sì），材料密度高、阻隔性好（hǎo）、滲透率低。（5）材料取（qǔ）向度。通過改變材料的拉伸取向可顯著降低氣體透過率，特別對結晶材料，取向可（kě）使晶體按一定方向重新排列起來，還可（kě）以（yǐ）促進結（jié）晶，使得滲透劑（jì）分子需經過更為（wéi）曲折的路徑才能透過材料。基於（yú）上述原因，PA/AL/PE複合膜、PVF與PVDF材料的CO₂滲透率更低（dī），因而更有利於氣體的貯存。

二、采（cǎi）樣袋的密封性

　　除了滲透效（xiào）應會造成采樣（yàng）袋（dài）中的氣體損耗外，采樣袋（dài）在運輸貯存過程中發生泄漏或破裂（liè）也是影響樣品純度的重要原因（yīn）。這主（zhǔ）要取決於（yú）兩個因（yīn）素：（1）采樣袋的密封效果。當采樣袋因密封質量不佳，易出現緩慢的氣體泄漏。因泄漏點細小不易發現，由此引起的氣（qì）體檢測誤差（chà）往往難（nán）以追根溯源。所以，采樣袋在使用之前進行密封性檢（jiǎn）測顯得尤為重要，常用方法（fǎ）是將采樣袋浸泡在水中觀察是否存在成（chéng）串氣（qì）泡產生，來判斷泄漏點的位置。但這種方法耗時（shí）費力，如今多利用密封試驗儀進行測試，通過對測試環境抽真空，能迅（xùn）速發現泄漏點，節省測試時間。（2）采樣袋的耐破度較低（dī）。當采樣袋充盈氣體（tǐ）後（hòu），若內部壓力過大，極（jí）易在袋體熱封質量較差的部位發（fā）生破（pò）裂。筆者取PA/AL/PE鋁塑複合膜材質的采（cǎi）樣袋（dài）進行耐破度測試，過程如下：

　　取5個采樣袋樣品，將粘有雙麵膠的密封墊緊（jǐn）密貼在被測樣（yàng）品上，利用LSSD-01泄漏與密封強度測試儀的鋒利（lì）探針透（tòu）過密封墊刺破樣品材料，在儀器上選擇“方法A破裂測試”，試驗氣體通過（guò）探針充入測試樣內，試樣袋緩慢膨脹，通過儀器頁麵可以實時觀察壓力的（de）變（biàn）化數值。試（shì）樣破裂時儀器自動顯示“最大破裂壓力”值，如下：

　　測試結果顯示，該樣品袋的破裂壓力的最小（xiǎo）值為30kPa，因此，利（lì）用此（cǐ）采樣袋集氣時（shí）需控製氣體壓力在30kPa以下。另外，5次試驗中，4次的（de）破裂點均在袋體底部的封邊處，因此該處為采（cǎi）樣袋整體薄弱之處，需加（jiā）強熱封（fēng）工藝（yì）的質量，合理設置熱封時間、溫度和壓（yā）力等參數。

三、采樣袋的溶劑殘留

　　目前（qián），使（shǐ）用較多的鋁塑複合膜為幹法複（fù）合膜，通過一定的粘合劑將多種薄膜或非塑料膜狀基材，如紙張、鋁箔（bó）等，粘結（jié）起來成為統一的整體（tǐ）薄膜，集合組成部分的性能優勢，克服單一膜（mó）的性能缺陷。在（zài）幹式（shì）複合工藝中，使用最多的是雙（shuāng）組份聚（jù）氨酯膠（jiāo）黏劑，使用時利（lì）用溶劑（jì），如乙酸乙酯，稀釋到一（yī）定濃度（20%或30%等）施膠塗布，製成幹式複合膜。這種膠黏（nián）劑與內容物隔了一層複合袋的內層薄膜，而這層薄膜（mó）微觀上具有一定的透過（guò）性，膠黏劑中的低（dī）分子量物質和工藝過程中殘留的有機（jī）溶劑，會通過（guò）內層薄膜慢慢滲透、遷移到內容物（wù）中（zhōng），汙染采樣袋的氣體樣品，幹（gàn）擾數據分析。對於（yú）這一問題（tí），一方麵借助氣相色譜儀加強采購（gòu）的（de）采樣（yàng）袋溶劑殘留檢測，另一方麵可以通（tōng）過多（duō）次置換、清（qīng）洗采樣袋來避免，或者（zhě）采用環保型粘合劑，減少苯、酮、醚、酯（zhǐ）等有機物的殘留。

四、采樣袋的吸附效應（yīng）

　　無論（lùn）何種材質（zhì）的氣體（tǐ）采樣袋（dài），都存在著氣體被袋體材料吸附而引起或顯著或（huò）微小的（de）氣體（tǐ）成分變化。已有研究（jiū）顯示，鋁塑複（fù）合氣體采樣袋對二氧化硫的（de）吸附率隨時間增加，24h後吸附率達到77%~87%左右；而對其他氣體則不甚顯著。因此，不建議（yì）將鋁塑複合（hé）氣體采樣袋應用於二氧化硫的采（cǎi）集。對於其他材（cái）質的采樣袋吸附效應，仍需（xū）更多的研（yán）究。

五、總結（jié）

　　氣體采樣袋，因（yīn）其采樣便利、易於攜帶、穩定（dìng）性佳而被廣泛采用。但若袋體氣體滲透率大、密封不佳、耐破度較低、材料的溶劑殘留過多以及（jí）特定的吸附效應都會成為影響采樣袋（dài）集氣精（jīng）度，需要廣大生（shēng）產企業和使用企業予以更多的關注。