使用Waterloo Membrane Sampler?对污水气体中挥发性有机化合物（VOC）蒸汽进行被动采样的概念验证测试

《Green Analytical Chemistry》：Proof-of-Concept Testing of Passive Sampling of Sewer Gas for VOC Vapors Using the Waterloo Membrane Sampler?

挥发性有机物（VOCs）通过下水道气体侵入建筑物的健康风险评估。本文通过三次实地采样，比较了被动采样器WMS?与主动采样TO-15方法在下水道头空间VOCs监测的效果。结果显示WMS?在灵敏度（检测限更低）、重复性（相对偏差<30%）和成本效益方面更具优势，长期采样可减少时间波动干扰，适用于健康风险评估。

　　在近年来的环境研究中，人们逐渐认识到，污水气体进入住宅可能成为某些挥发性有机化合物（VOCs）如氯代溶剂和石油烃类物质进入室内空气的潜在途径。这一现象尤其在受监管的污染场地附近显得尤为重要，因为这些地区的地下水或土壤中可能含有较高浓度的VOCs，进而通过污水管道进入建筑内部。这一研究领域尚处于发展阶段，因此对于监测方法的选择和应用仍存在诸多讨论和探索。本文旨在探讨一种被动采样方法——Waterloo Membrane Sampler?（WMS?）——与传统主动采样方法（如U.S. EPA的TO-15方法）在污水头空间VOC蒸汽监测中的应用效果，分析其在精度、可重复性、灵敏度和环境友好性等方面的优势。

污水管道本身对空气流动的阻力很小，因此当存在完整的通路时，即使是很小的压力梯度，例如烟囱效应、通风扇、风力负载等，也可能导致污水气体进入建筑物。为了评估人类健康风险，特别是由土壤和/或地下水中的挥发性化学物质引起的吸入暴露，需要考虑地下水排放至污水管道的潜在路径、污水头空间中VOC蒸汽浓度的监测，以及污水气体在室内空气中的相对比例。这一过程涉及多个方面的综合考量，包括环境条件、采样技术、分析方法和数据解释。例如，Radon科学家已经开始关注污水气体进入室内空气的路径，并探索相关的影响因素。

VOC蒸汽的采样和分析通常有四种方法：1）主动全气体采样，将气体收集到容器中，如钝化不锈钢气罐、Tedlar?袋或玻璃瓶；2）主动吸附采样，通过装有特定吸附材料的管子进行采样；3）被动采样；4）实时监测，使用便携式或可移动的仪器。每种方法都有其优缺点，但被动采样因其较低的采样频率、更高的环境适应性和更低的碳足迹，被认为是一个值得深入研究的替代方案。被动采样通过利用VOC在材料中的扩散和渗透过程，可以在较长时间内持续采集样本，从而提供时间加权平均（TWA）浓度数据，这种数据对于评估长期暴露更为准确。相比之下，主动采样通常只能提供瞬时浓度数据，可能无法反映VOC浓度的长期变化，尤其是在存在时间波动的情况下。

WMS?作为一种被动渗透采样器，采用了聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜，可以有效减少水蒸气的干扰，同时其紧凑的体积便于通过维护盖板上的孔洞进行部署，而无需移除盖板。这一设计不仅简化了采样过程，还降低了与采样相关的健康和安全风险。在研究中，WMS?被用于三个不同的采样事件，分别在2021年4月至5月、2021年10月至11月和2022年11月至12月进行，以评估其在不同季节和环境条件下的表现。采样深度也根据不同的事件进行了调整，从浅层到深层，以验证垂直分层对VOC浓度的影响。

WMS?在采样期间表现出良好的精度和可重复性。通过对比被动采样与主动采样结果，研究发现被动采样在大多数情况下能够提供与主动采样相近的数据，甚至在某些情况下表现出更高的灵敏度。例如，在28天的采样周期内，WMS?的检测限远低于TO-15方法，能够检测到一些在TO-15分析中未被发现的化合物。这种高灵敏度对于评估潜在的健康风险至关重要，因为某些VOC即使在较低浓度下也可能对人体造成危害。此外，WMS?在潮湿环境中显示出良好的耐用性，无需特别考虑安全性和存储条件，同时其成本与主动采样方法相当，具备较高的性价比。

研究还指出，WMS?在不同深度的采样中表现出一定的可重复性，尽管在某些情况下检测到的VOC浓度差异较大，但总体而言，这些差异并未超出合理的范围。例如，在第二采样事件中，浅层和深层采样之间的相对百分比差异（RPD）平均为5%，表明VOC浓度在不同深度之间可能没有明显的垂直分层现象。而在第三采样事件中，不同深度的采样结果显示出较大的RPD，但这一现象可能与具体采样条件有关，而不是VOC在污水头空间中的自然分布。

此外，WMS?的采样过程简单且高效，采样器可以通过钓鱼线和不锈钢线圈悬挂在维护孔中，无需频繁更换或维护。这不仅减少了采样对交通的影响，还提高了采样的便利性和安全性。同时，WMS?的采集和分析过程可以有效减少碳排放和温室气体的释放，符合绿色化学的环保要求。因此，WMS?被认为是一种在污水头空间VOC监测中具有广泛适用性和实用价值的采样技术。

在实际应用中，WMS?的检测限和灵敏度对于评估人类健康风险至关重要。研究显示，WMS?在15至28天的采样周期内，能够提供比TO-15方法更精确的数据，尤其在检测低浓度VOC时表现优异。这种高灵敏度使得WMS?能够捕捉到更多潜在的污染物，从而为环境评估和健康风险分析提供更全面的信息。同时，WMS?的使用也减少了采样频率，降低了整体成本和资源消耗。

综上所述，WMS?作为一种被动采样技术，在污水头空间VOC监测中展现出诸多优势，包括高灵敏度、良好的可重复性和环境适应性。它不仅能够提供时间加权平均浓度数据，减少时间波动对采样结果的影响，还能有效避免主动采样可能带来的偏差和错误结论。因此，WMS?为污水气体进入建筑物的监测提供了一种更加高效和可靠的替代方法，具有广阔的应用前景。未来的研究应进一步探讨不同采样条件和时间周期下WMS?的性能，以更好地理解其在实际环境监测中的潜力和限制。