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回望大氣采樣器發(fā)展的四十五年

2020-04-21 / 2746
現(xiàn)代生活中，“出門查天氣”變得越來(lái)越重要，天氣預(yù)報(bào)不僅能夠告訴我們今天下雨的概率，還能幫我們測(cè)算空氣污染的程度。空氣質(zhì)量直接關(guān)乎呼吸和健康，今天，我們來(lái)談?wù)剏i種大氣污染采樣器的發(fā)展歷程，還有yi段“不可能變可能”的科學(xué)軼事。

聚氨酯泡沫（PUF）是yi種高分子材料，被譽(yù)為“第五大塑料”，因其卓越的性能而被用于guo民經(jīng)濟(jì)眾多l(xiāng)ing域，現(xiàn)已成為yi種廣泛應(yīng)用于主動(dòng)和被動(dòng)大氣采樣的材料。但在40多年前，科學(xué)jia們還在苦苦探索可用于采集大氣半揮發(fā)性有機(jī)污染物的方法，其中就包括在美guo羅德島大學(xué)yi間實(shí)驗(yàn)室里做博后的Terry和導(dǎo)師Charlie。

前期人們嘗試了在網(wǎng)上涂yi層油來(lái)吸附大氣污染物，但發(fā)現(xiàn)吸附的主要是顆粒態(tài)物質(zhì)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)氣態(tài)物質(zhì)的捕捉。這時(shí)Charlie提出yi個(gè)設(shè)想，為什么不試yi試PUF呢？當(dāng)時(shí)PUF已被用來(lái)收集水體中的多氯聯(lián)苯類污染物（PCBs）。Terry的反應(yīng)是：這不太可行—因?yàn)榭諝獯┻^(guò)PUF泡沫的速度太快了，化合物根本來(lái)不及吸附在泡沫材料上。Charlie聽后并未將自己的設(shè)想拋之腦后，而是自己動(dòng)手裁了兩塊PUF并進(jìn)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(yǎng)皿，讓揮發(fā)氣體自由通過(guò)泡沫材料，過(guò)夜吸附。結(jié)果顯示，PUF確實(shí)可以吸附氣態(tài)的PCBs。此后，通過(guò)不斷的嘗試，Terry和Charlie制備了玻璃纖維濾膜-PUF裝置，實(shí)現(xiàn)了海洋表面大氣有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)，率先發(fā)現(xiàn)大氣中的PCBs和農(nóng)藥等污染物主要以氣態(tài)而非顆粒態(tài)存在，他們的研究成果發(fā)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(xù)從事大氣半揮發(fā)性有機(jī)污染物的收集研究工作，基于PUF研發(fā)的大氣主動(dòng)采樣器已被美guo環(huán)保局采用成為標(biāo)準(zhǔn)方法。基于PUF的大氣被動(dòng)采樣器（無(wú)需動(dòng)力來(lái)源、裝配容易、維護(hù)費(fèi)用低）研究也取得了重要突破，加拿大環(huán)境和氣候變化部的 Tom Harner 和 Mahiba Shoeib博士是該ling域工作的先驅(qū)者。雖然可用于被動(dòng)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(qiáng)等優(yōu)勢(shì)在大氣采樣中獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，成為zui常用的yi類大氣采樣裝置，基于PUF的采樣系統(tǒng)已遍布全球七大洲，被用于室外和室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)階段，PUF吸附性能優(yōu)化和定量校準(zhǔn)模型的研究，繼續(xù)推動(dòng)著大氣采樣器的發(fā)展，為全球大氣中揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)工作提供著有力支撐。

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