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大氣采樣器的發展

2020-04-10 / 2021
現代生活中，“出門查天氣”變得越來越重要，天氣預報不僅能夠告訴我們今天下雨的概率，還能幫我們測算空氣污染的程度。空氣質量直接關乎呼吸和健康，今天，我們來談談yi種大氣污染采樣器的發展歷程，還有yi段“不可能變可能”的科學軼事。

聚氨酯泡沫（PUF）是yi種高分子材料，被譽為“第五大塑料”，因其卓越的性能而被用于guo民經濟眾多ling域，現已成為yi種廣泛應用于主動和被動大氣采樣的材料。但在40多年前，科學jia們還在苦苦探索可用于采集大氣半揮發性有機污染物的方法，其中就包括在美guo羅德島大學yi間實驗室里做博后的Terry和導師Charlie。

前期人們嘗試了在網上涂yi層油來吸附大氣污染物，但發現吸附的主要是顆粒態物質而無法實現氣態物質的捕捉。這時Charlie提出yi個設想，為什么不試yi試PUF呢？當時PUF已被用來收集水體中的多氯聯苯類污染物（PCBs）。Terry的反應是：這不太可行—因為空氣穿過PUF泡沫的速度太快了，化合物根本來不及吸附在泡沫材料上。Charlie聽后并未將自己的設想拋之腦后，而是自己動手裁了兩塊PUF并進行了清洗，然后將PUF置于玻璃管的上下兩端，上方懸掛噴涂了PCBs的培養皿，讓揮發氣體自由通過泡沫材料，過夜吸附。結果顯示，PUF確實可以吸附氣態的PCBs。此后，通過不斷的嘗試，Terry和Charlie制備了玻璃纖維濾膜-PUF裝置，實現了海洋表面大氣有機污染物的監測，率先發現大氣中的PCBs和農藥等污染物主要以氣態而非顆粒態存在，他們的研究成果發表在Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology和 Science等期刊上。
 
在之后的很多年里，Terry繼續從事大氣半揮發性有機污染物的收集研究工作，基于PUF研發的大氣主動采樣器已被美guo環保局采用成為標準方法。基于PUF的大氣被動采樣器（無需動力來源、裝配容易、維護費用低）研究也取得了重要突破，加拿大環境和氣候變化部的 Tom Harner 和 Mahiba Shoeib博士是該ling域工作的先驅者。雖然可用于被動采樣的材料有很多，如XAD樹脂、SPMD半透膜裝置、SPME固相微萃取、含聚合物涂層的玻璃，以及yi些天然材料如土壤、松針和其他植物，但PUF以其易操作、干擾小、適用性強等優勢在大氣采樣中獲得了長足發展，成為zui常用的yi類大氣采樣裝置，基于PUF的采樣系統已遍布全球七大洲，被用于室外和室內環境監測。

現階段，PUF吸附性能優化和定量校準模型的研究，繼續推動著大氣采樣器的發展，為全球大氣中揮發性和半揮發性有機污染物的監測工作提供著有力支撐。

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